本發(fā)明涉及生物模型制備領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測動(dòng)物對(duì)電場趨避傾向或偏好的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國高壓輸電工程的不斷發(fā)展，電場對(duì)于人類的健康影響引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。

目前，有大量研究表明電磁場對(duì)健康存在正面影響和負(fù)面影響，例如低頻脈沖電磁場可治療骨質(zhì)疏松癥(楊霖，雷中杰，何成奇.低頻脈沖電磁場治療骨質(zhì)疏松癥的臨床觀察[J].中國骨質(zhì)疏松雜志，2006(06)：592-593+560)，極低頻電磁場可干擾鼠的大腦活動(dòng)并造成行為和認(rèn)知障礙(Mostafa RM，Mostafa YM，Ennaceur A.Effects of exposure to extremely low-frequency magnetic field of 2 G intensity on memory and corticosterone level in rats[J].Physiology and Behavior，2002，(76)：589-595)，但是目前還沒有系統(tǒng)的對(duì)電場的生物效應(yīng)的研究。

現(xiàn)有技術(shù)中，用于檢驗(yàn)電場對(duì)動(dòng)物影響的行為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如Morris水迷宮模型、高架十字迷宮模型、明暗箱實(shí)驗(yàn)等，一般都是先經(jīng)電場暴露一定時(shí)間后再進(jìn)行行為實(shí)驗(yàn)的。例如，公開號(hào)為CN104777380A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種模擬特高壓直流輸電線路電場暴露的動(dòng)物造模裝置，包括直流離子流發(fā)生單元：由上自下依次安裝在絕緣支架上的電暈絲網(wǎng)、控制柵網(wǎng)和地電位極板，地電位極板接地；靜電場發(fā)生單元：地電位極板和安裝于絕緣支架上且位于控制柵網(wǎng)和地電位極板之間的若干個(gè)通過導(dǎo)線串聯(lián)的上極板網(wǎng)；電壓發(fā)生與控制單元：分別連接電暈絲網(wǎng)、控制柵網(wǎng)和上極板網(wǎng)的三個(gè)直流電源以及連接并控制三個(gè)直流電源的電壓控制單元；置于地電位極板上的動(dòng)物飼養(yǎng)籠具。

該類裝置的電場暴露裝置和行為實(shí)驗(yàn)裝置分開，無法進(jìn)行原位電場暴露實(shí)驗(yàn)，因此此類設(shè)備較為復(fù)雜，操作也不簡便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種檢測動(dòng)物對(duì)電場趨避傾向或偏好的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，該裝置的電場暴露單元與行為實(shí)驗(yàn)單元一體化設(shè)置，可進(jìn)行原位電場暴露行為實(shí)驗(yàn)。

一種檢測動(dòng)物對(duì)電場趨避傾向或偏好的實(shí)驗(yàn)裝置，包括：電場暴露與對(duì)照單元、控制單元以及電源；

所述的電場暴露與對(duì)照單元包括：

由上自下依次安裝在絕緣支架上的絕緣蓋板、上極板、底板和下極板；

電場屏蔽板，懸垂固定于絕緣蓋板上，所述的電場屏蔽板將絕緣蓋板與底板之間的空間分割為相互對(duì)稱的電場暴露室和對(duì)照室；

所述的上極板包括位于電場暴露室內(nèi)的金屬上極板以及位于對(duì)照室內(nèi)的對(duì)照上極板，所述的金屬上極板連接電源；

所述的下極板包括與金屬上極板相對(duì)的金屬下極板以及與對(duì)照上極板相對(duì)的對(duì)照下極板，所述的金屬下極板接地；

所述的控制單元連接并控制所述的電源。

本發(fā)明的檢測動(dòng)物對(duì)電場趨避傾向或偏好的實(shí)驗(yàn)裝置中，電場屏蔽板懸垂固定于絕緣蓋板上，電場屏蔽板與底板不接觸，形成供測試動(dòng)物通過的通道，使電場暴露室和對(duì)照室底部連通，測試動(dòng)物可自由往返與電場暴露室和對(duì)照室，因此，可以通過統(tǒng)計(jì)測試動(dòng)物在電場暴露室及對(duì)照室的停留時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離及休息時(shí)間，判斷測試動(dòng)物對(duì)特定強(qiáng)度的電場是否具有趨避傾向或偏好。

為了使本發(fā)明的裝置能進(jìn)行檢驗(yàn)測試動(dòng)物對(duì)不同電場強(qiáng)度的趨避或偏好，作為優(yōu)選，所述的上極板以及下極板可拆卸式安裝與絕緣支架上，且所述的上極板與下極板之間的距離可調(diào)。

本發(fā)明的電場暴露室和對(duì)照室之間通過電場屏蔽板分割屏蔽，實(shí)驗(yàn)時(shí)，電場暴露室內(nèi)的金屬上極板和金屬下極板間產(chǎn)生設(shè)定強(qiáng)度的電場，而同時(shí)對(duì)照室內(nèi)的對(duì)照上極板與對(duì)照下極板間無電場。電場屏蔽板對(duì)電場的屏蔽效果直接影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。作為優(yōu)選，所述的電場屏蔽板包括兩玻璃板及夾在兩玻璃板之間的金屬網(wǎng)。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的金屬網(wǎng)上的金屬絲之間的間隔為3～7cm。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，測試動(dòng)物在底板上自由活動(dòng)，可自由往返于電場暴露室和對(duì)照室，作為優(yōu)選，所述的底板為光電傳感器陣列板，光電傳感器陣列板采集遮光信號(hào)并傳輸給控制單元。

光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。光電傳感器首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣。光電傳感器陣列可以檢測測試動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過光電傳感器陣列板采集測試動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)控制單元分析處理，可判斷測試動(dòng)物對(duì)特定強(qiáng)度的電場是否具有趨避傾向或偏好。

為了保證光電傳感器陣列的精確度，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的光電傳感器陣列板上的光電傳感器基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法進(jìn)行分布。

作為優(yōu)選，所述的控制單元包括操作與顯示面板、信號(hào)控制處理單元和電壓控制單元；

所述的操作與顯示面板輸入所需電場強(qiáng)度值并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓值，并將電壓值傳輸給電壓控制單元；

所述的信號(hào)控制處理單元接收并處理光電傳感器陣列板采集的遮光信號(hào)，將處理結(jié)果傳輸給操作與顯示面板；

所述的電壓控制單元與電源相連，包括整流單元和變壓單元。

信號(hào)的輸入和輸出均由操作與顯示面板完成，實(shí)驗(yàn)操作簡單，數(shù)據(jù)采集和處理準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)詳盡直觀易于分析。

本發(fā)明的控制單元不僅接收并處理光電傳感器陣列板采集的遮光信號(hào)，而且其還控制所述電源的電壓。

電源為交流電源，通過整流單元和變壓單元后施加與金屬極板上，產(chǎn)生直流靜電場或交流工頻電場。

直流靜電場的發(fā)生是通過整流單元將交流電源變?yōu)橹绷麟娫矗偻ㄟ^變壓單元將電壓升高至所需的電壓后施加與金屬上極板上；交流工頻電場的發(fā)生是交流電直接通過變壓單元將電壓升高至所需的電壓后施加與金屬上極板上。

在達(dá)到設(shè)定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間后，控制單元自動(dòng)切斷電源停止供電。

本發(fā)明還提供了一種利用上述的實(shí)驗(yàn)裝置檢測動(dòng)物對(duì)電場趨避傾向或偏好的實(shí)驗(yàn)方法，包括：將設(shè)定強(qiáng)度的電場加載于電場暴露室內(nèi)，將測試動(dòng)物置于底板上自由活動(dòng)，接受電場暴露5～30min，采集電場暴露時(shí)測試動(dòng)物在電場暴露室及對(duì)照室的停留時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離及休息時(shí)間，判斷測試動(dòng)物對(duì)特定強(qiáng)度的電場是否具有趨避傾向或偏好。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置的電場暴露單元與行為實(shí)驗(yàn)單元一體化設(shè)置，可進(jìn)行原位電場暴露行為實(shí)驗(yàn)，判斷測試動(dòng)物對(duì)特定強(qiáng)度的電場是否具有趨避傾向或偏好；

(2)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可產(chǎn)生電場強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的交流工頻電場或直流靜電場，可有效模擬多種不同強(qiáng)度的電場環(huán)境；

(3)到達(dá)設(shè)定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間時(shí)電壓發(fā)生單元自動(dòng)停止供電，安全性好；

(4)信號(hào)輸入和輸出均由操作與顯示面板完成，實(shí)驗(yàn)操作簡單，數(shù)據(jù)采集和處理準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)詳盡直觀易于分析。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：1、絕緣支架；2、絕緣蓋板；31、金屬上極板；32、對(duì)照上極板；4、光電傳感器陣列板；51、金屬下極板；52、對(duì)照下極板；6、電場屏蔽板；71、操作與顯示面板；72、信號(hào)控制處理單元；73、電壓發(fā)生單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的檢測動(dòng)物對(duì)電場趨避傾向或偏好的實(shí)驗(yàn)裝置，包括：電場暴露與對(duì)照單元、控制單元以及電源。

電場暴露與對(duì)照單元包括：

由上自下依次安裝在絕緣支架1上的絕緣蓋板2、上極板、光電傳感器陣列板4和下極板；

光電傳感器陣列板4為1m×1m的正方形，其中的光電傳感器基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法分布，覆蓋于金屬下極板51和對(duì)照下極板52上，可采集光電傳感器陣列所覆蓋區(qū)域中的遮光信號(hào)，感知測試對(duì)象的存在、運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)軌跡。

還包括懸垂固定于絕緣蓋板2下表面的電場屏蔽板6，電場屏蔽板6將絕緣蓋板2與光電傳感器陣列板4之間的空間分割為相互對(duì)稱的電場暴露室和對(duì)照室；

電場屏蔽板6包括兩玻璃板及夾在兩玻璃板之間的金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)為新型合金網(wǎng)，金屬絲的間隔為5cm，金屬網(wǎng)上的單孔面積為20cm²，該電場屏蔽板6的屏蔽效能為80dB。

電場屏蔽板6的下緣距光電傳感器陣列板上表面8cm，可讓測試動(dòng)物自由通過。

上極板與下極板之間的距離為1m。

上極板包括位于電場暴露室內(nèi)的金屬上極板31以及位于對(duì)照室內(nèi)的對(duì)照上極板32，金屬上極板31與電源連接；

下極板包括與金屬上極板31相對(duì)的金屬下極板51以及與對(duì)照上極板32相對(duì)的對(duì)照下極板52，金屬下極板52接地。

金屬上極板31、對(duì)照上極板32、金屬下極板51及對(duì)照下極板52均為50cm×100cm的長方形，對(duì)照上極板32及對(duì)照下極板52為玻璃板。

控制單元包括操作與顯示面板71、信號(hào)控制處理單元72及電壓發(fā)生單元73。

操作與顯示面板71用于輸入所需的電場強(qiáng)度并轉(zhuǎn)化為電壓值信號(hào)傳輸給信號(hào)控制處理單元72；

信號(hào)控制處理單元72接收并處理光電傳感器陣列板4采集的遮光信號(hào)，將處理結(jié)果傳輸給操作與顯示面板71進(jìn)行顯示；

電壓發(fā)生單元73包括整流單元和變壓單元。

電源為交流電源，通過整流單元和變壓單元后施加與金屬上極板上，產(chǎn)生直流靜電場或交流工頻電場。

直流靜電場的發(fā)生是通過整流單元將交流電源變?yōu)橹绷麟娫矗偻ㄟ^變壓單元將電壓升高至所需的電壓后施加與金屬上極板上；交流工頻電場的發(fā)生是交流電直接通過變壓單元將電壓升高至所需的電壓后施加與金屬上極板上。

在達(dá)到設(shè)定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間后，控制單元自動(dòng)切斷電源停止供電。

使用上述實(shí)用裝置檢測小鼠對(duì)于強(qiáng)度為80kV/m的直流電場是否具有趨避傾向或偏好。將小鼠放置于光電傳感器陣列板4的中央，在操作與顯示面板上輸入設(shè)定電場為直流電場，強(qiáng)度為80kV/m，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10min，點(diǎn)擊“開始實(shí)驗(yàn)”。此信號(hào)傳遞至信號(hào)控制處理單元2，經(jīng)整流、升壓后將80kV的電壓施加到金屬上極板上，此時(shí)金屬上下極板間的電場暴露室產(chǎn)生80kV/m的勻強(qiáng)電場，而對(duì)照上下極板間的對(duì)照室內(nèi)無電場。

實(shí)驗(yàn)開始后，小鼠在光電傳感器陣列板上自由活動(dòng)，每個(gè)時(shí)刻光電傳感器將遮光信號(hào)傳回信號(hào)控制處理單元，轉(zhuǎn)換為位置信號(hào)后與實(shí)驗(yàn)時(shí)間相匹配得到小鼠的運(yùn)動(dòng)軌跡，10min后電壓發(fā)生單元自動(dòng)停止供電。

信號(hào)控制處理單元通過分析小鼠的運(yùn)動(dòng)位置隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)得到小鼠在有電場區(qū)及無電場區(qū)的停留時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離、休息時(shí)間，并將信息傳回操作與顯示面板。

完成對(duì)一只小鼠的檢測后應(yīng)立即將光電感應(yīng)器陣列擦拭干凈，以免留下氣味，對(duì)下次的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾。

以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。