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基于分布式FBG传感阵列的微生物燃料电池阳极室内温度场分布实时测量系统研究

谭睿  
【摘要】:近年来,随着工业化的大力持续发展,人们对于能源消耗以及环境污染问题有了更多的关注。微生物燃料电池(M F C)因其在处理污水的同时还能产电的特性成为研究热点,M F C的这种特性使其在污水处理和产电产能中可能产生巨大的经济效益,目前M F C还不能直接投入到污水处理厂中使用主要是因为其产电效率低下,对污水中有机物的消耗速度较慢。光纤光栅传感器(F B G)因其体积小、精度高、耐腐蚀、实时性好等优点在生化领域中得到大量应用。M F C内部温度场分布是影响其产电效率的重要因素,目前对于测量M F C内部温度场分布的研究也比较少,若能对M F C内部温度场分布进行实时测量,对于研究如何提高M F C产电率将会是有力的帮助,并且还能进一步推动光纤光栅传感技术在生化领域的应用。本文主要提出基于F B G传感阵列实时测量M F C阳极室内部温度场分布情况,首先深入研究了M F C的制作原理及工作原理,光纤布拉格光栅(F B G)温度传感原理及复用技术,在这些理论的基础上,获得了M F C及F B G传感阵列的设计方案,根据设计方案制作出了实验用的M F C和F B G传感阵列,最后将制作的F B G传感阵列封装埋入M F C内部阳极室,通过搭建测量系统对M F C阳极室温度场分布进行实时测量。本次课题的主要研究内容有以下几点:(1)研究M F C的制作材料及工作原理,设计出制作M F C的方案,根据方案制作能够稳定运行的M F C(2)深入研究F B G温度传感原理及F B G复用技术,制作出测量温度场所需F B G传感阵列,通过蒸馏水标定实验检测F B G传感单元的温度特性以及传感单元之间是否存在波长漂移重叠。(3)搭建M F C阳极室温度场实时测量系统,通过该系统能够做到对M F C内部阳极室温度场实时监测,通过解调仪能够得到各F B G传感单元的实时波长,根据温度传感原理可计算出对应温度。(4)对M FC成长期、稳定期、衰老期的温度场数据进行分析,通过温度场分布情况推断出微生物在阳极室的分布情况,对于提高M F C产电效率的研究提供有力的支持。


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