在生化反应过程中,影响生化反应效率的因素很多,如:含有多种微生物的菌悬液、微生物的活性、生物量浓度、PH值、循环液流量、温度等。在这些因素中,生物量浓度是重要的工艺参数,实现其在线测量对了解生化反应过程、实现其在线监控具有极其重要的意义。而生化反应过程中这些参数的复杂性和不确定性,导致了过程机理研究与过程优化控制的困难。文章提出采用光纤Bragg光栅(FBG)折射率传感技术实现对生物量浓度的在线测量,同时建立了具有温度补偿功能的生物量浓度在线测量传感原理的理论模型,消除温度变化对传感系统的影响。主要研究成果如下:(1)提出了一种基于FBG折射率传感器在线测量生物量浓度的方法。由光栅腐蚀到一定程度后,其传播模式的有效折射率会受外界接触物质折射率变化的影响这一理论出发,将Bragg波长的漂移量与生物量浓度的变化联系起来。(2)在FBG传感理论的基础上,设计了生物量浓度在线测量传感器,对传感器的设计理论和制作方法进行了研究,并通过腐蚀实验制作了不同光栅直径的FBG折射率传感器,获得了不同的浓度的HF溶液中光纤包层的腐蚀速率。(3)理论分析和实验研究FBG折射率传感器与化学溶液折射率之间的关系,实验结果表明:Bragg波长的漂移量随周围折射率的增大而增大,且两者之间具有良好的对应关系,在低浓度时两者之间具有良好的线性关系,高浓度时具有非线性关系。(4)根据FBG折射率传感器在低折射率区时,Bragg波长的漂移量与周围折射率之间是线性关系这一特性,把该传感器用于测量生物量浓度(低折射率)变化。(5)理论分析光纤Bragg光栅(FBG)生物传感器在低折射率区的折射率传感原理,建立了相应的温度补偿模型,以消除温度变化对传感器的影响。设计和制作一个单端腐蚀FBG生物传感器,用于同时测量折射率与温度,并分别标定其腐蚀区和未腐蚀区的温度与折射率灵敏度。实验结果表明,消除温度影响的单端腐蚀FBG生物传感器,Bragg波长的漂移量随酵母菌折射率的增大而增大,且呈线性关系。传感器的酵母菌折射率灵敏度与其标定值之间的相对误差为1.45%。改进后的传感器能有效的消除温度变化对生物量浓度测量系统的影响。