專(zhuān)利名稱：生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物微藻養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物微藻是一種個(gè)體較小的單細(xì)胞或群體自養(yǎng)型低等植物，種類(lèi)繁多，目前有約2萬(wàn)余種，廣泛分布于溫帶至熱帶的淡水池塘及湖泊水域。生物微藻生長(zhǎng)的適應(yīng)性強(qiáng)，海水、淡水都可以養(yǎng)殖，生物微藻農(nóng)場(chǎng)可設(shè)于任何地點(diǎn)，可以在鹽堿地、粘土地、灘涂以及淺海、湖泊養(yǎng)殖，不與糧爭(zhēng)地，不與人爭(zhēng)糧。繁殖迅速，具有生物量大、生長(zhǎng)周期短、易培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，據(jù)估計(jì)，生物微藻生物質(zhì)產(chǎn)量可達(dá)到陸地植物的300倍。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率約3. 5%，比一般植物要高，葡萄藻直接產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锟蛇_(dá)到其干重的75%，化學(xué)成分接近柴油。生物微藻制油技術(shù)已經(jīng)被很多國(guó)家高度關(guān)注，生物微藻制油的原理是利用生物微藻光合作用，將化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物微藻自身的生物物質(zhì)從而固定了碳元素，再通過(guò)誘導(dǎo)反應(yīng)使生物微藻自身的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油脂，然后利用物理或化學(xué)方法把生物微藻細(xì)胞內(nèi)的油脂轉(zhuǎn)化到細(xì)胞外，再進(jìn)行提煉加工，從而生產(chǎn)出生物柴油。即通過(guò)藻類(lèi)的光合作用，將廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物燃料、蛋白質(zhì)?！斑@是一個(gè)變廢為寶的產(chǎn)業(yè)，而且還可以生產(chǎn)更多的下游產(chǎn)品?！痹谑蛢r(jià)格大幅上升，糧食短缺問(wèn)題日漸突出的今天，該產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。生物微藻被視 為未來(lái)重要的可再生能源，在石化能源的替代方面具有非常大的發(fā)展?jié)摿?。重視生物微藻?yōu)秀品種培育、高效繁殖與柴油轉(zhuǎn)化技術(shù)顯得尤為重要。生物微藻的繁殖生長(zhǎng)過(guò)程中，受環(huán)境因素影響較大，這些參數(shù)主要包括光照、二氧化碳濃度、溫度等，現(xiàn)有的開(kāi)放式養(yǎng)殖存在明顯不足，比如，易受外界環(huán)境影響，難以保持較適宜的溫度與光照，易受污染；如果在海邊，容易受到臺(tái)風(fēng)的嚴(yán)重侵襲等，所以需要有針對(duì)性的采取必要措施。近年來(lái)，封閉式養(yǎng)殖成為一種趨勢(shì)。研究結(jié)果表明，當(dāng)生物微藻處于最佳的生長(zhǎng)繁殖環(huán)境時(shí)，具有非常高的繁殖效率。因此運(yùn)用先進(jìn)信息傳感和自動(dòng)調(diào)控技術(shù)，進(jìn)行封閉式反應(yīng)容器內(nèi)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)、調(diào)控和優(yōu)化，對(duì)于實(shí)現(xiàn)生物微藻的高效繁殖，大規(guī)模提高其繁殖產(chǎn)量，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，用于對(duì)反應(yīng)容器內(nèi)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)控和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)生物微藻的高效繁殖，大規(guī)模提高生物微藻的繁殖產(chǎn)量。(二)技術(shù)方案本發(fā)明技術(shù)方案如下一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，包括分別與反應(yīng)容器連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)單元以及濃度監(jiān)測(cè)單元、與所述環(huán)境監(jiān)測(cè)單元連接的環(huán)境調(diào)控模塊以及與所述濃度監(jiān)測(cè)單元連接的濃度調(diào)控模塊；所述環(huán)境調(diào)控模塊根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境變化信息調(diào)控生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境；所述濃度調(diào)控模塊根據(jù)濃度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的生物微藻濃度信息調(diào)控反應(yīng)容器中生物微藻濃度。優(yōu)選的，所述環(huán)境監(jiān)測(cè)單元包括設(shè)置于反應(yīng)容器內(nèi)并分別與所述環(huán)境調(diào)控模塊連接的溫度傳感器、光強(qiáng)傳感器以及CO2濃度傳感器。優(yōu)選的，所述環(huán)境調(diào)控模塊包括與所述環(huán)境監(jiān)測(cè)單元連接的第一控制單元、分別與所述第一控制單元連接的溫度調(diào)節(jié)單元、光強(qiáng)調(diào)節(jié)單元以及CO2濃度調(diào)節(jié)單元。優(yōu)選的，所述溫度調(diào)節(jié)單元包括罩在反應(yīng)容器外部的保溫玻璃箱以及設(shè)置于所述保溫玻璃箱內(nèi)、反應(yīng)容器外并與所述第一控制單元連接的空調(diào)。優(yōu)選的，所述濃度監(jiān)測(cè)單元包括與所述濃度調(diào)控模塊連接的光譜測(cè)試儀。優(yōu)選的，反應(yīng)容器為柱體，其外壁上套設(shè)有垂直于所述反應(yīng)容器軸線的固定環(huán)，所述光譜測(cè)試儀的發(fā)射端和接收端分別固定于所述固定環(huán)一條直徑的兩端。優(yōu)選的，所述濃度調(diào)控模塊包括與所述濃度監(jiān)測(cè)單元連接的第二控制單元以及與所述第二控制單元連接的濃度調(diào)節(jié)單元；所述第二控制單元根據(jù)濃度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的生物微藻濃度信息控制濃度調(diào)節(jié)單元對(duì)反應(yīng)容器中生物微藻濃度進(jìn)行調(diào)控。優(yōu)選的，所述濃度調(diào)節(jié)單元包括分別與反應(yīng)容器連接的生物微藻排出裝置以及營(yíng)養(yǎng)液注入裝置；所述生物微藻排出裝置以及營(yíng)養(yǎng)液注入裝置分別與所述第二控制單元連接。優(yōu)選的，所述第二控制單元包括與所述濃度監(jiān)測(cè)單元連接的計(jì)算機(jī)以及與所述計(jì)算機(jī)連接的數(shù)據(jù)控制設(shè)備，所述數(shù)據(jù)控制設(shè)備分別與所述生物微藻排出裝置以及營(yíng)養(yǎng)液注入裝置連接。優(yōu)選的，還包括電磁攪拌器，所述電磁攪拌器的主體設(shè)置于反應(yīng)容器底部，所述電磁攪拌器的轉(zhuǎn)子在磁力的作用下懸浮在反應(yīng)容器內(nèi)。(三)有益效果本發(fā)明通過(guò)利用環(huán)境監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境變化信息，并通過(guò)環(huán)境調(diào)控模塊對(duì)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控；通過(guò)利用濃度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物微藻濃度信息，并通過(guò)濃度調(diào)控模塊調(diào)控反應(yīng)容器中生物微藻濃度；使得反應(yīng)容器內(nèi)的生物微藻處于最佳生長(zhǎng)環(huán)境和繁殖濃度，保持良好的營(yíng)養(yǎng)供給和高效的繁殖效率，從而為大規(guī)模的生物微藻養(yǎng)殖以及高效生產(chǎn)提供技術(shù)支持。


圖1是本發(fā)明的一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)單元以及環(huán)境調(diào)控模塊示意圖；圖3是圖1中監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)的濃度監(jiān)測(cè)單元以及濃度調(diào)控模塊示意圖；圖4是圖3中濃度調(diào)控模塊的工作流程圖。其中，1:補(bǔ)光燈；2 =CO2充氣罐；3 :第一控制單元；4 :空調(diào)；5 :光譜測(cè)試儀；6 :計(jì)算機(jī)；7 :新鮮培養(yǎng)液；8 :入蠕動(dòng)泵；9 :出蠕動(dòng)泵；10 :反應(yīng)容器；11 :環(huán)境監(jiān)測(cè)單元；12 :固定環(huán)；13 :電磁攪拌器的主體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。如圖1中所示的一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，主要適用于封閉式生物微藻反應(yīng)容器，本實(shí)例中的反應(yīng)容器優(yōu)選為由便于光線入射的透明材質(zhì)制成的封閉式柱形容器，可以為圓柱體或者多面柱體，其頂部開(kāi)設(shè)有兩個(gè)小孔，便于反應(yīng)時(shí)需要的氣體和產(chǎn)生的氣體流通，同時(shí)針對(duì)后續(xù)的生物微藻濃度的光譜特征測(cè)量，要求該反應(yīng)容器對(duì)生物微藻的特征吸收波段的光譜呈現(xiàn)較弱的吸收特性；反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)包括與反應(yīng)容器10連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)單元11以及與環(huán)境監(jiān)測(cè)單元11連接的環(huán)境調(diào)控模塊，其如圖2中所示；環(huán)境監(jiān)測(cè)單元11用于實(shí)施監(jiān)測(cè)各種環(huán)境參數(shù)變化如生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等信息并發(fā)送至環(huán)境調(diào)控模塊，環(huán)境調(diào)控模塊根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)單元11實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境變化信息調(diào)控生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境，保持反應(yīng)容器10內(nèi)的生物微藻時(shí)刻處于最佳的生長(zhǎng)環(huán)境；還包括與反應(yīng)容器10連接的濃度監(jiān)測(cè)單元以及與濃度監(jiān)測(cè)單元連接的濃度調(diào)控模塊，其如圖3中所示；在適宜的環(huán)境條件和營(yíng)養(yǎng)供給下，生物微藻具有較高的繁殖效率，一段時(shí)間后，反應(yīng)容器10內(nèi)生物微藻的繁殖數(shù)量會(huì)大大增加，造成生物微藻溶液濃度變大，其中的營(yíng)養(yǎng)液不足以供給生物微藻的高效繁殖；而本發(fā)明中的濃度監(jiān)測(cè)單元主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)容器10中生物微藻濃度的信息，濃度調(diào)控模塊根據(jù)濃度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的生物微藻濃度信息調(diào)控反應(yīng)容器10中生物微藻濃度，可以保持反應(yīng)容器10內(nèi)的生物微藻時(shí)刻處于最佳的繁殖濃度。其中，環(huán)境監(jiān)測(cè)單元11包括設(shè)置于反應(yīng)容器10內(nèi)并分別與環(huán)境調(diào)控模塊連接的溫度傳感器、光強(qiáng)傳感器以及CO2濃度傳感器等；優(yōu)選的光強(qiáng)傳感器、溫度傳感器、二氧化碳濃度傳感器均安裝在反應(yīng)容器10靠近頂部的內(nèi)壁上，位于反應(yīng)溶液液位以上，便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)容器10內(nèi)的光照強(qiáng)度大小、二氧化碳濃度大小及環(huán)境溫度高低信息，并傳輸?shù)江h(huán)境調(diào)控模塊。其中，環(huán)境調(diào)控模塊包括與環(huán)境監(jiān)測(cè)單元11連接的第一控制單元3、分別與第一控制單元3連接的溫度調(diào)節(jié) 單元、光強(qiáng)調(diào)節(jié)單元以及CO2濃度調(diào)節(jié)單元。溫度調(diào)節(jié)單元主要包括罩在反應(yīng)容器10外部的玻璃箱以及設(shè)置于保溫玻璃箱內(nèi)、反應(yīng)容器10外并與第一控制單元3連接的空調(diào)4 ;本實(shí)例中玻璃箱尺寸根據(jù)反應(yīng)容器10外觀進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，選用玻璃或其他透明材質(zhì)便于外界陽(yáng)光直射進(jìn)入，為生物微藻生產(chǎn)提供自然光能，節(jié)省能量消耗，同時(shí)該箱保持密閉，便于保持恒溫；第一控制單元3接收溫度傳感器監(jiān)測(cè)到的溫度信息并控制空調(diào)4調(diào)節(jié)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境的溫度。光強(qiáng)調(diào)節(jié)單元主要包括設(shè)置在反應(yīng)容器10外并與第一控制單元3連接的補(bǔ)光燈1，補(bǔ)光燈I可以在陰天和晚上光強(qiáng)不夠的時(shí)候，由第一控制單元3控制開(kāi)啟，白天可以充分利用自然光；為了達(dá)到較好的補(bǔ)光效果，針對(duì)不同的生物微藻種類(lèi)，補(bǔ)光燈I可以選擇不同波長(zhǎng)的光源進(jìn)行有效補(bǔ)光。CO2濃度調(diào)節(jié)單元主要包括通過(guò)管道連通到反應(yīng)容器10內(nèi)并與第一控制單元3連接的CO2充氣罐2，第一控制單元3接收CO2濃度傳感器監(jiān)測(cè)到的CO2濃度信息并控制CO2充氣罐2向反應(yīng)容器10中補(bǔ)充CO2,調(diào)節(jié)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境的CO2濃度。第一控制單元3可以為單片機(jī)、STM32微處理器等，本實(shí)施例中優(yōu)選STM32微處理器，因?yàn)槠渚哂懈咝阅?、低成本、低功耗等?yōu)點(diǎn)；同時(shí)STM32微處理器可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的液晶顯示，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控；一旦某一個(gè)或者幾個(gè)參數(shù)達(dá)到設(shè)置的閾值，STM32微處理器將自動(dòng)控制補(bǔ)光燈1、C02充氣罐2、空調(diào)4等設(shè)備閥開(kāi)啟與關(guān)閉，進(jìn)行反應(yīng)容器10環(huán)境參數(shù)的調(diào)控，使得反應(yīng)容器10保持最優(yōu)環(huán)境條件。其中，濃度監(jiān)測(cè)單元包括與濃度調(diào)控模塊連接的光譜測(cè)試儀5，現(xiàn)有研究表明，生物微藻呈現(xiàn)特定的光譜特征峰值，隨著濃度的增大，吸收特性呈線性增加，而光譜測(cè)量?jī)x可以產(chǎn)生反應(yīng)容器10中繁殖的生物微藻在電磁波譜上對(duì)應(yīng)的特征吸收波長(zhǎng)的光譜；在反應(yīng)容器10中部位置的外壁上套設(shè)有垂直于反應(yīng)容器軸線的固定環(huán)12，光譜測(cè)試儀5的發(fā)射端和接收端分別固定于固定環(huán)12 —條直徑的兩端，用于保持信號(hào)的有效接收；工作時(shí)光譜信號(hào)由發(fā)射端發(fā)出，穿過(guò)反應(yīng)容器10中的溶液，經(jīng)接收端接收，然后通過(guò)光纖傳輸，連接到濃度調(diào)控模塊。其中，濃度調(diào)控模塊包括與濃度監(jiān)測(cè)單元連接的第二控制單元以及與第二控制單元連接的濃度調(diào)節(jié)單元。濃度調(diào)節(jié)單元包括分別與反應(yīng)容器10連接的生物微藻排出裝置以及新鮮營(yíng)養(yǎng)液注入裝置；生物微藻排出裝置以及新鮮營(yíng)養(yǎng)液注入裝置分別與第二控制單元連接。在反應(yīng)容器10內(nèi)生物微藻濃度較大時(shí)，通過(guò)生物微藻排出裝置將含較高濃度生物微藻的部分反應(yīng)溶液排出反應(yīng)容器10，進(jìn)行后續(xù)的加工處理，緊接著通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液注入裝置注入新鮮培養(yǎng)液7 ;生物微藻排出裝置主要包括通過(guò)管道連接到反應(yīng)容器10內(nèi)的出蠕動(dòng)泵9，營(yíng)養(yǎng)液注入裝置主要包括通過(guò)管道連接到反應(yīng)容器10內(nèi)的入蠕動(dòng)泵8，選擇蠕動(dòng)泵是由于其輸送流體非常平穩(wěn)。第二控制單元包括與濃度監(jiān)測(cè)單元連接的計(jì)算機(jī)6以及與計(jì)算機(jī)6連接的數(shù)據(jù)控制設(shè)備；光譜測(cè)試儀5采集的數(shù)據(jù)，會(huì)實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)6的LABVIEW軟件界面中，并不斷與初始設(shè)定溶液濃度的閾值T相比較；數(shù)據(jù)控制設(shè)備分別與生物微藻排出裝置以及營(yíng)養(yǎng)液注入裝置連接，出蠕動(dòng)泵9以及入蠕動(dòng)泵8都受數(shù)據(jù)控制設(shè)備控制，其控制過(guò)程流程圖如圖4中所示；反應(yīng)容器10內(nèi)液面高度控制在整個(gè)反應(yīng)容器10的五分之四處，已知蠕動(dòng)泵的導(dǎo)管抽取速度V，在軟件界面設(shè)置有反應(yīng)容器10的容量V，需要替換的溶液百分比(p%)，計(jì)算機(jī)6根據(jù)這些數(shù)值計(jì)算出具體替換的體積數(shù)V1和替換所用的時(shí)間t;在這些參數(shù)作用下，當(dāng)反應(yīng)容器10內(nèi)反`應(yīng)溶液濃度達(dá)到閾值T時(shí)，光譜測(cè)試儀5停止采集溶液濃度新鮮，同時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟出蠕動(dòng)泵9，泵出V1體積的生物微藻溶液，t時(shí)刻后，關(guān)閉出蠕動(dòng)泵9，瞬間開(kāi)啟入蠕動(dòng)泵8，泵入V1體積的新鮮培養(yǎng)液7，t時(shí)刻后，關(guān)閉入蠕動(dòng)泵8，同時(shí)開(kāi)啟光譜測(cè)試儀5，繼續(xù)對(duì)反應(yīng)容器10內(nèi)溶液濃度進(jìn)行光譜測(cè)量監(jiān)控，持續(xù)運(yùn)行。其中，各參數(shù)關(guān)系表達(dá)式如下=V1=O. 8*V*p% ;t=Vv ；P為1-100之間的數(shù)值，優(yōu)選取50附近的值；V, V1單位為毫升(ml), V單位為毫升/秒(ml/s), t單位為秒(S)。進(jìn)一步的，本發(fā)明的生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)還包括電磁攪拌器，電磁攪拌器的主體13設(shè)置于反應(yīng)容器10底部，電磁攪拌器的轉(zhuǎn)子在磁力的作用下懸浮在反應(yīng)容器10內(nèi)的溶液中，并且可以在電磁攪拌器的主體13控制下轉(zhuǎn)動(dòng)而攪拌反應(yīng)容器10內(nèi)的溶液，用于保持生物藻類(lèi)與營(yíng)養(yǎng)液的充分接觸，也可以促使反應(yīng)容器10內(nèi)原有溶液與新注入新鮮培養(yǎng)液7的均勻混合，達(dá)到各處溶液濃度均勻。為了消除不穩(wěn)定的噪聲等因素帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差影響，本實(shí)施例中的濃度調(diào)控模塊可以通過(guò)四種方法來(lái)降低實(shí)驗(yàn)室誤差的影響1、在硬件上，采用電磁攪拌器，在光譜測(cè)量同時(shí)，保持轉(zhuǎn)子快速運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)容器內(nèi)溶液的均勻性，保持采集數(shù)據(jù)的有效性；2、在測(cè)量前進(jìn)行標(biāo)定，采集空置反應(yīng)容器的光譜數(shù)據(jù)作為背景，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)測(cè)量值中減去該背景數(shù)值，用于減小暗電流和背景噪聲的影響；3、采集特征光譜峰值附近的20個(gè)波長(zhǎng)的平均值作為當(dāng)前特征光譜峰值，用于消除“漂移”等現(xiàn)象帶來(lái)的影響；4、將連續(xù)時(shí)間順序取得的前后各10個(gè)數(shù)據(jù)平均值作為該時(shí)刻的采集數(shù)值，用于從時(shí)序方面減小采集數(shù)據(jù)帶來(lái)的誤差。本發(fā)明涉及的一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，通過(guò)在反應(yīng)容器內(nèi)裝備多種傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)容器內(nèi)生物微藻關(guān)鍵生長(zhǎng)環(huán)境因子，主要是光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、溫度等參數(shù)，然后基于STM32微處理器控制二氧化碳充氣罐、補(bǔ)光燈及空調(diào)等設(shè)備閥，不斷調(diào)控、優(yōu)化反應(yīng)容器內(nèi)光強(qiáng)、二氧化碳濃度、溫度等環(huán)境參數(shù)；同時(shí)，通過(guò)光譜測(cè)量?jī)x器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)容器內(nèi)生物微藻溶液濃度，LABVIEff軟件編程采集有效光譜數(shù)據(jù)并與初始設(shè)定閾值比較，通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備控制蠕動(dòng)泵，根據(jù)設(shè)置參數(shù)首先開(kāi)啟出蠕動(dòng)泵泵出生物微藻，一定時(shí)間后，停止泵出，再開(kāi)啟入蠕動(dòng)泵泵入等量新鮮培養(yǎng)液后停止，如此運(yùn)轉(zhuǎn)，使得反應(yīng)容器內(nèi)生物微藻處于最佳生長(zhǎng)環(huán)境和繁殖濃度，并且借助電磁攪拌器的攪拌作用使得溶液保持均勻，保持生物微藻良好的營(yíng)養(yǎng)供給和高效的繁殖效率，從而為大規(guī)模的生物微藻生產(chǎn)提供技術(shù)支持。另外 ，本發(fā)明也可適用于其他封閉式反應(yīng)容器生長(zhǎng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)和調(diào)控。以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，包括分別與反應(yīng)容器連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)單元以及濃度監(jiān)測(cè)單元、與所述環(huán)境監(jiān)測(cè)單元連接的環(huán)境調(diào)控模塊以及與所述濃度監(jiān)測(cè)單元連接的濃度調(diào)控模塊；所述環(huán)境調(diào)控模塊根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境變化信息調(diào)控生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境；所述濃度調(diào)控模塊根據(jù)濃度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的生物微藻濃度信息調(diào)控反應(yīng)容器中生物微藻濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境監(jiān)測(cè)單元包括設(shè)置于反應(yīng)容器內(nèi)并分別與所述環(huán)境調(diào)控模塊連接的溫度傳感器、光強(qiáng)傳感器以及CO2濃度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境調(diào)控模塊包括與所述環(huán)境監(jiān)測(cè)單元連接的第一控制單元、分別與所述第一控制單元連接的溫度調(diào)節(jié)單元、光強(qiáng)調(diào)節(jié)單元以及CO2濃度調(diào)節(jié)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)單元包括罩在反應(yīng)容器外部的保溫玻璃箱以及設(shè)置于所述保溫玻璃箱內(nèi)、反應(yīng)容器外并與所述第一控制單元連接的空調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述濃度監(jiān)測(cè)單元包括與所述濃度調(diào)控模塊連接的光譜測(cè)試儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，反應(yīng)容器為柱體，其外壁上套設(shè)有垂直于所述反應(yīng)容器軸線的固定環(huán)，所述光譜測(cè)試儀的發(fā)射端和接收端分別固定于所述固定環(huán)一條直徑的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述濃度調(diào)控模塊包括與所述濃度監(jiān)測(cè)單元連接的第二控制單元以及與所述第二控制單元連接的濃度調(diào)節(jié)單元；所述第二控制單元根據(jù)濃度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的生物微藻濃度信息控制濃度調(diào)節(jié)單元對(duì)反應(yīng)容器中生物微藻濃度進(jìn)行調(diào)控。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述濃度調(diào)節(jié)單元包括分別與反應(yīng)容器連接的生物微藻排出裝置以及營(yíng)養(yǎng)液注入裝置；所述生物微藻排出裝置以及營(yíng)養(yǎng)液注入裝置分別與所述第二控制單元連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制單元包括與所述濃度監(jiān)測(cè)單元連接的計(jì)算機(jī)以及與所述計(jì)算機(jī)連接的數(shù)據(jù)控制設(shè)備，所述數(shù)據(jù)控制設(shè)備分別與所述生物微藻排出裝置以及營(yíng)養(yǎng)液注入裝置連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-2、4-5、8-9任意一項(xiàng)所述的監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括電磁攪拌器，所述電磁攪拌器的主體設(shè)置于反應(yīng)容器底部，所述電磁攪拌器的轉(zhuǎn)子在磁力的作用下懸浮在反應(yīng)容器內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物微藻養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物微藻反應(yīng)容器參數(shù)監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)。該監(jiān)測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，包括分別與反應(yīng)容器連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)單元以及濃度監(jiān)測(cè)單元、與所述環(huán)境監(jiān)測(cè)單元連接的環(huán)境調(diào)控模塊以及與所述濃度監(jiān)測(cè)單元連接的濃度調(diào)控模塊；本發(fā)明通過(guò)利用環(huán)境監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境變化信息，并通過(guò)環(huán)境調(diào)控模塊對(duì)生物微藻生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控；通過(guò)利用濃度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物微藻濃度信息，并通過(guò)濃度調(diào)控模塊調(diào)控反應(yīng)容器中生物微藻濃度；使得反應(yīng)容器內(nèi)的生物微藻處于最佳生長(zhǎng)環(huán)境和繁殖濃度，保持良好的營(yíng)養(yǎng)供給和高效的繁殖效率，從而為大規(guī)模的生物微藻養(yǎng)殖以及高效生產(chǎn)提供技術(shù)支持。
文檔編號(hào)C12M1/34GK103031249SQ201210530438
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者李斌, 黃文倩, 王慶艷 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心