基于卡尔曼滤波算法的葡萄糖酶生物传感器高精度检测方法

作     者：秦凯 杨仕林 李俊 储震宇 薄翠梅 QIN Kai;YANG Shilin;LI Jun;CHU Zhenyu;BO Cuimei

作者机构：南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏南京211816 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2023年第42卷第6期

页      面：3177-3186页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFB3301300) 国家自然科学基金(62173178,21727818)。 

主　　题：原位在线检测 发酵 酶生物传感器 自适应卡尔曼滤波 宽范围 高精度检测 

摘      要：发酵过程关键底物葡萄糖的原位在线检测对提高发酵效率,实时评估发酵状态有着关键作用,目前传统离线检测存在操作复杂、误差大、滞后时间长等问题,难以满足发酵过程浓度反馈控制需求。针对发酵过程葡萄糖在线精准、宽范围检测问题,本文基于自制葡萄糖酶生物传感器提出一种自适应卡尔曼滤波高精度检测方法。首先搭建检测模块,建立浓度响应特征方程进行定标,提出自动调整进样量策略实现宽范围浓度下的高精度检测。分析10-6级电流采集过程中噪声干扰特性,高浓度检测下结合移动平均滤波算法,分区段进一步提取噪声下的有效信号。基于自制在线检测仪器进行乙醇发酵实验,与商用检测仪器SENSEP进行对比,实验结果表明在宽范围浓度检测下(1~180g/L)误差均小于2%,实现了发酵过程中葡萄糖浓度的高精度检测。