基于光纤Ｂｒａｇｇ光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于光纤Ｂｒａｇｇ光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统，包括支架、若干组光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器线阵，其特征在于：所述支架由主轴、上支撑杆、下支撑杆、固定杆构成，所述上支撑杆沿径向设置在主轴的顶部，上支撑杆之间互成１２０度，所述下支撑杆沿径向设置在主轴的底部，下支撑杆分别与上支撑杆同向，在同向的上支撑杆和下支撑杆之间沿轴向设置固定杆；每组光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器线阵由Ｍ个光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器和一根光纤构成，所述光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器线阵分别固定在主轴和固定杆上；本发明专利技术将光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器线阵应用到生物膜式反应器内的温度场测量中，能够测量填料床段多层温度分布数据。

Measurement system of temperature field in biological membrane reactor based on fiber Bragg grating

The invention provides a temperature field measurement system of fiber Bragg grating biofilm reactor comprises a bracket and a plurality of groups based on fiber Bragg grating temperature sensor array, which is characterized in that the bracket is composed of a main shaft, supporting rod and a lower supporting rod and a fixed rod, the supporting rod is arranged on the top on the main shaft along the radial direction on the support rod between 120 degrees, the lower supporting rod is arranged on the main shaft along the radial direction of the bottom of the lower supporting rod are respectively connected with the upper supporting rod to the same, in the same direction between the upper supporting rod and a lower support rod axially arranged fixed rod; each fiber Bragg grating temperature sensor line the array consists of M fiber Bragg grating temperature sensor and an optical fiber, the fiber Bragg grating temperature sensor array are respectively fixed on the main shaft and fixed In the invention, the fiber Bragg grating temperature sensor linear array is applied to the temperature field measurement in a biomembrane reactor, and the multi-layer temperature distribution data of the packed bed section can be measured.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤Bragg光栅传感器，具体涉及基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统。
技术介绍
以细菌为主体的微生物，在合适的环境条件下只要有附着生长的载体存在，就会在此载体表面形成微生物膜。人们通过人工强化技术将微生物膜引入到工业中的有机废气处理中，从而形成了生物膜式反应器，其实质是利用膜式反应器内微生物的生命活动将工业废气中的有机物甲苯、脂肪酸、乙醛等变成简单的无机物C02和H^及细胞质等。该技术中，人们最为关心的是膜式反应器对有机废气的降解速率和效率。 总结国内外关于生物膜式反应器对有机废气降解过程的理论和实验方面的研究工作，可以得出结论生物膜式反应器中可以动态控制、并能够影响有机废气降解效率的热物理参数包括有机废气的浓度场和速度场、循环液的浓度场和速度场、反应器内温度场等。其中，反应器内的温度场的测量至关重要，如果能够实现膜式反应器内温度场的测量和场分布图像的三维重建，不仅为观察反应器内生物膜的生长环境条件提供有力的手段，还能为工业中膜式反应器的过程优化控制提供重要的参考数据。 目前， 一般使用热电偶来测量反应器内的温度，但是，热电偶的体积较大，温度精度较低，若做成热电偶阵列的形式置于生物膜式反应器内，由于尺寸的限制，很难获得足够多的、足够精度的温度数据点，因此，这种测量方法并不利于生物膜式反应器内的温度场分布的重建。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供测量精度高的基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统。 为了解决上述技术问题，根据本专利技术的一个技术方案，一种基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统，包括支架、若干组光纤Bragg光栅温度传感器线阵，其特征在于 所述支架由主轴、上支撑杆、下支撑杆、固定杆构成，所述上支撑杆沿径向设置在主轴的顶部，上支撑杆之间互成120度，所述下支撑杆沿径向设置在主轴的底部，下支撑杆分别与上支撑杆同向，在同向的上支撑杆和下支撑杆之间沿轴向设置固定杆； 每组光纤Bragg光栅温度传感器线阵由M个光纤Bragg光栅温度传感器和一根光纤构成，其中，M为大于等于2的自然数，光纤Bragg光栅温度传感器线阵能够将光源发出的带宽光源，分成多个波峰，每个波峰分别与传感线阵中光纤Bragg光栅温度传感器的中心波长相对应；所述光纤Bragg光栅温度传感器线阵分别固定在主轴和固定杆上，使光纤Bragg光栅温度传感器均匀的分布在生物膜反应器填料床段的径向和轴上，便于测量填料床段多层温度分布情况，实现了膜式反应器内温度场的测量和温度场分布图像的三维重建。 光纤Bragg光栅温度传感器是一种波长调制型的光纤传感器，通过紫外曝光引起光纤局部的折射率呈周期性变化的一种光子器件。光纤Bragg光栅温度传感器可以利用自身的特征参量——谐振中心波长AB的变化量A AB与环境温度T的变化量AT的线性关系来实现温度的测量，即 A AB = a AT 式中，a为光纤Bragg光栅的温度传感系数，单位为pm广C，典型的未经封装的裸光纤Bragg光栅的a 10pm/°C。光纤Bragg光栅做为温度传感器，具有绝对测量、温度灵敏度高、温度精度高、线性度良好、可复用性、形成空间阵列、抗电磁干扰、抗化学腐蚀、抗核辐射、不受光源强度波动影响等优点，更重要的是，裸光纤Bragg光栅温度传感单元的长度最短可以做到lcm，且直径典型值约为125um，是目前世界上体积最小的温度传感器，因此，把裸光纤Bragg光栅温度传感器做成阵列系统非常适合于生物膜式反应器内的温度场分布的测量。 根据本专利技术所述的基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统的一个优选方案，所述每组光纤Bragg光栅温度传感器线阵上的光纤Bragg光栅温度传感器谐振中心波长相距5nm 15nm。 由于标准的光纤Bragg光栅的谐振中心波长的半宽带△ A 1/2 lnm。在1550nm处的温度灵敏度为10. 00pm广C，当温度从2(TC变到10(rC的过程中，其谐振中心波长的变化量A A B不到lnm，因此，选用中心波长相距5nm 15nm的光纤传感器阵列可避免传感单元谐振中心波长A A B或A A BD重叠现象。 根据本专利技术所述的基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统的一个优选方案，设置在每组光纤Bragg光栅温度传感器线阵上的相邻光纤Bragg光栅温度传感器中心间隔50mm 200mm。 根据本专利技术所述的基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统的一个优选方案，设置在相同的上支撑杆和下支撑杆之间的相邻固定杆之间的间距为30-50亂 根据本专利技术所述的基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统的一个优选方案，所述每组光纤Bragg光栅温度传感器线阵上的光纤Bragg光栅温度传感器波长范围从1510nm 1590nm。 本系统所采用的光纤光栅解调仪的有效波长范围为1510nm 1590nm，所以所述每组光纤Bragg光栅温度传感器线阵上的光纤Bragg光栅温度传感器波长范围应在所采用的光纤光栅解调仪的有效波长范围内，能够使光纤Bragg光栅温度传感阵列系统使用同一光源和同一解调仪。 本专利技术所述的基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统的有益效果是，将光纤Bragg光栅温度传感器线阵应用到生物膜式反应器内的温度场测量中，使光纤Bragg光栅温度传感器均匀的分布在生物膜反应器填料床段的径向和轴上，能够测量填料床段多层温度分布，实现了膜式反应器内温度场的测量和温度场分布图像的三维重建；具有利用同一光源和同一解调仪在反应器填料床段内构建多路传感器阵列的特点，并且具有将光源发出的带宽光源，分成多个波峰，每个波峰分别与传感阵列中传感单元的中心波长相对应的特点，能够提高温度传感器点阵密度，具有温度测量的灵敏度高、精度高、适应范围广、使用寿命长、传感单元体积小等优点，可广泛应用于生物、化工等行业。附图说明 下面结合附图对本专利技术作详细说明。 图1是本专利技术所述的支架结构示意图。 图2是本专利技术所述的光纤Bragg光栅温度传感器线阵分布示意图。 图3是本专利技术所述的光纤Bragg光栅温度传感器安装主视图。 图4是本专利技术所述的光纤Bragg光栅温度传感器安装俯视图。 图5是光纤光栅解调仪与光纤Bragg光栅温度传感线阵连接示意图。 图6是实施例2中本专利技术测得反应器填料床段径向温度分布图。 图7是实施例2中本专利技术测得反应器填料床段轴向温度分布图。 图8是实施例2中本专利技术测得反应器填料床段径向温度分布图。 图9是实施例2中本专利技术测得反应器填料床段轴向温度分布图。具体实施例方式实施例1 :参见图1、图2，基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统，由支架、若干组光纤Bragg光栅温度传感器线阵、光纤光栅解调仪构成，其中，所述支架由主轴2、上支撑杆3A、3B、3C、下支撑杆4A、4B、4C、固定杆5A、5B、5C、5D、5E、5F构成，所述上支撑杆3A、3B、3C沿水平方向设置在主轴2的顶部，上支撑杆3A、3B、3C之间互成120度，所述下支撑杆4A、4B、4C沿水平方向设置在主轴2的底部，下支撑杆4A、4B、4C分别与本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光纤Ｂｒａｇｇ光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统，包括支架、若干组光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器线阵，其特征在于：所述支架由主轴（２）、上支撑杆（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）、下支撑杆（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）、固定杆（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ）构成，所述上支撑杆（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）沿径向设置在主轴（２）的顶部，上支撑杆（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）之间互成１２０度，所述下支撑杆（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）沿径向设置在主轴（２）的底部，下支撑杆（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）分别与上支撑杆（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）同向，在同向的上支撑杆和下支撑杆之间沿轴向设置固定杆（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ）；每组光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器线阵由Ｍ个光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器（６）和一根光纤（１）构成，其中，Ｍ为大于等于２的自然数，所述光纤Ｂｒａｇｇ光栅温度传感器线阵分别固定在主轴（２）和固定杆（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ）上。

【技术特征摘要】
基于光纤Bragg光栅的生物膜式反应器内温度场测量系统，包括支架、若干组光纤Bragg光栅温度传感器线阵，其特征在于所述支架由主轴(2)、上支撑杆(3A、3B、3C)、下支撑杆(4A、4B、4C)、固定杆(5A、5B、5C、5D、5E、5F)构成，所述上支撑杆(3A、3B、3C)沿径向设置在主轴(2)的顶部，上支撑杆(3A、3B、3C)之间互成120度，所述下支撑杆(4A、4B、4C)沿径向设置在主轴(2)的底部，下支撑杆(4A、4B、4C)分别与上支撑杆(3A、3B、3C)同向，在同向的上支撑杆和下支撑杆之间沿轴向设置固定杆(5A、5B、5C、5D、5E、5F)；每组光纤Bragg光栅温度传感器线阵由M个光纤Bragg光栅温度传感器(6)和一根光纤(1)构成，其中，M为大于等于2的自然数，所述光纤Bragg光栅温度传感器线阵分别固定在主轴(2)和固定杆(5A、5B、5C、5D、5E、5F...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明富，罗彬彬，钟年丙，胡新宇，曹阳，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]