一种检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置及方法

摘要

本发明公开了一种检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置及方法，其中实验装置包括：电场暴露与对照单元、控制单元以及电源；电场暴露与对照单元包括：由上自下依次安装在绝缘支架上的绝缘盖板、上极板、底板和下极板；电场屏蔽板，悬垂固定于绝缘盖板上，电场屏蔽板将绝缘盖板与底板之间的空间分割为相互对称的电场暴露室和对照室；上极板包括位于电场暴露室内的金属上极板以及位于对照室内的对照上极板，金属上极板连接电源；下极板包括与金属上极板相对的金属下极板以及与对照上极板相对的对照下极板，金属下极板接地；控制单元连接并控制所述的电源。该装置的电场暴露单元与行为实验单元一体化设置，可进行原位电场暴露行为实验。

权利要求

1.一种检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，其特征在于，包括：电场暴露与对照单元、控制单元以及电源；

所述的电场暴露与对照单元包括：

由上自下依次安装在绝缘支架上的绝缘盖板、上极板、底板和下极板；

电场屏蔽板，悬垂固定于绝缘盖板上，所述的电场屏蔽板将绝缘盖板与底板之间的空间分割为相互对称的电场暴露室和对照室；

所述的上极板包括位于电场暴露室内的金属上极板以及位于对照室内的对照上极板，所述的金属上极板连接电源；

所述的下极板包括与金属上极板相对的金属下极板以及与对照上极板相对的对照下极板，所述的金属下极板接地；

所述的控制单元连接并控制所述的电源。

2.根据权利要求1所述的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，其特征在于，所述的上极板以及下极板可拆卸式安装于绝缘支架上，且所述的上极板与下极板之间的距离可调。

3.根据权利要求1所述的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，其特征在于，所述的电场屏蔽板包括两玻璃板及夹在两玻璃板之间的金属网。

4.根据权利要求3所述的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，其特征在于，所述的金属网上的金属丝之间的间隔为3 7cm。

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5.根据权利要求1所述的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，其特征在于，所述的底板为光电传感器阵列板，光电传感器阵列板采集遮光信号并传输给控制单元。

6.根据权利要求5所述的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，其特征在于，所述的光电传感器阵列板上的光电传感器基于覆盖理论和卡尔曼滤波算法进行分布。

7.根据权利要求5所述的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，其特征在于，所述的控制单元包括操作与显示面板、信号控制处理单元和电压控制单元；

所述的操作与显示面板输入所需电场强度值并转化为相应的电压值，并将电压值传输给电压控制单元；

所述的信号控制处理单元接收并处理光电传感器阵列板采集的遮光信号，将处理结果传输给操作与显示面板；

所述的电压控制单元与电源相连，包括整流单元和变压单元。

8.一种利用权利要求1 7任一项所述的实验装置检测动物对电场趋避倾向或偏好的实~验方法，其特征在于，包括：将设定强度的电场加载于电场暴露室内，将测试动物置于底板上自由活动，接受电场暴露，采集电场暴露时测试动物在电场暴露室及对照室的停留时间、运动速度、运动距离及休息时间，判断测试动物对特定强度的电场是否具有趋避倾向或偏好。

说明书

一种检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物模型制备领域，尤其涉及一种检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置及方法。

背景技术

[0002] 随着我国高压输电工程的不断发展，电场对于人类的健康影响引起了社会的广泛关注。

[0003] 目前，有大量研究表明电磁场对健康存在正面影响和负面影响，例如低频脉冲电磁场可治疗骨质疏松症(杨霖，雷中杰，何成奇.低频脉冲电磁场治疗骨质疏松症的临床观察[J].中国骨质疏松杂志，2006(06)：592-593+560)，极低频电磁场可干扰鼠的大脑活动并造成行为和认知障碍(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)，但是目前还没有系统的对电场的生物效应的研究。

[0004] 现有技术中，用于检验电场对动物影响的行为实验模型，如Morris水迷宫模型、高架十字迷宫模型、明暗箱实验等，一般都是先经电场暴露一定时间后再进行行为实验的。例如，公开号为CN104777380A的中国专利文献公开了一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，包括直流离子流发生单元：由上自下依次安装在绝缘支架上的电晕丝网、控制栅网和地电位极板，地电位极板接地；静电场发生单元：地电位极板和安装于绝缘支架上且位于控制栅网和地电位极板之间的若干个通过导线串联的上极板网；电压发生与控制单元：分别连接电晕丝网、控制栅网和上极板网的三个直流电源以及连接并控制三个直流电源的电压控制单元；置于地电位极板上的动物饲养笼具。

[0005] 该类装置的电场暴露装置和行为实验装置分开，无法进行原位电场暴露实验，因此此类设备较为复杂，操作也不简便。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置及方法，该装置的电场暴露单元与行为实验单元一体化设置，可进行原位电场暴露行为实验。

[0007] 一种检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，包括：电场暴露与对照单元、控制单元以及电源；

[0008] 所述的电场暴露与对照单元包括：

[0009] 由上自下依次安装在绝缘支架上的绝缘盖板、上极板、底板和下极板；

[0010] 电场屏蔽板，悬垂固定于绝缘盖板上，所述的电场屏蔽板将绝缘盖板与底板之间的空间分割为相互对称的电场暴露室和对照室；

[0011] 所述的上极板包括位于电场暴露室内的金属上极板以及位于对照室内的对照上极板，所述的金属上极板连接电源；

[0012] 所述的下极板包括与金属上极板相对的金属下极板以及与对照上极板相对的对照下极板，所述的金属下极板接地；

[0013] 所述的控制单元连接并控制所述的电源。

[0014] 本发明的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置中，电场屏蔽板悬垂固定于绝缘盖板上，电场屏蔽板与底板不接触，形成供测试动物通过的通道，使电场暴露室和对照室底部连通，测试动物可自由往返与电场暴露室和对照室，因此，可以通过统计测试动物在电场暴露室及对照室的停留时间、运动速度、运动距离及休息时间，判断测试动物对特定强度的电场是否具有趋避倾向或偏好。

[0015] 为了使本发明的装置能进行检验测试动物对不同电场强度的趋避或偏好，作为优选，所述的上极板以及下极板可拆卸式安装与绝缘支架上，且所述的上极板与下极板之间的距离可调。

[0016] 本发明的电场暴露室和对照室之间通过电场屏蔽板分割屏蔽，实验时，电场暴露室内的金属上极板和金属下极板间产生设定强度的电场，而同时对照室内的对照上极板与对照下极板间无电场。电场屏蔽板对电场的屏蔽效果直接影响实验的准确性。作为优选，所述的电场屏蔽板包括两玻璃板及夹在两玻璃板之间的金属网。

[0017] 进一步优选的，所述的金属网上的金属丝之间的间隔为3～7cm。

[0018] 实验时，测试动物在底板上自由活动，可自由往返于电场暴露室和对照室，作为优选，所述的底板为光电传感器阵列板，光电传感器阵列板采集遮光信号并传输给控制单元。

[0019] 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。光电传感器首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样。光电传感器阵列可以检测测试动物的运动状态，通过光电传感器阵列板采集测试动物的运动状态数据，经控制单元分析处理，可判断测试动物对特定强度的电场是否具有趋避倾向或偏好。

[0020] 为了保证光电传感器阵列的精确度，进一步优选的，所述的光电传感器阵列板上的光电传感器基于覆盖理论和卡尔曼滤波算法进行分布。

[0021] 作为优选，所述的控制单元包括操作与显示面板、信号控制处理单元和电压控制单元；

[0022] 所述的操作与显示面板输入所需电场强度值并转化为相应的电压值，并将电压值传输给电压控制单元；

[0023] 所述的信号控制处理单元接收并处理光电传感器阵列板采集的遮光信号，将处理结果传输给操作与显示面板；

[0024] 所述的电压控制单元与电源相连，包括整流单元和变压单元。

[0025] 信号的输入和输出均由操作与显示面板完成，实验操作简单，数据采集和处理准确，数据详尽直观易于分析。

[0026] 本发明的控制单元不仅接收并处理光电传感器阵列板采集的遮光信号，而且其还控制所述电源的电压。

[0027] 电源为交流电源，通过整流单元和变压单元后施加与金属极板上，产生直流静电场或交流工频电场。

[0028] 直流静电场的发生是通过整流单元将交流电源变为直流电源，再通过变压单元将电压升高至所需的电压后施加与金属上极板上；交流工频电场的发生是交流电直接通过变压单元将电压升高至所需的电压后施加与金属上极板上。

[0029] 在达到设定的实验时间后，控制单元自动切断电源停止供电。

[0030] 本发明还提供了一种利用上述的实验装置检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验方法，包括：将设定强度的电场加载于电场暴露室内，将测试动物置于底板上自由活动，接受电场暴露5～30min，采集电场暴露时测试动物在电场暴露室及对照室的停留时间、运动速度、运动距离及休息时间，判断测试动物对特定强度的电场是否具有趋避倾向或偏好。

[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0032] (1)本发明的实验装置的电场暴露单元与行为实验单元一体化设置，可进行原位电场暴露行为实验，判断测试动物对特定强度的电场是否具有趋避倾向或偏好；

[0033] (2)本发明的实验装置可产生电场强度在一定范围内连续可调的交流工频电场或直流静电场，可有效模拟多种不同强度的电场环境；

[0034] (3)到达设定的实验时间时电压发生单元自动停止供电，安全性好；

[0035] (4)信号输入和输出均由操作与显示面板完成，实验操作简单，数据采集和处理准确，数据详尽直观易于分析。

附图说明

[0036] 图1为本发明的实验装置的结构示意图；

[0037] 图2为本发明的实验装置的剖面结构示意图。

[0038] 附图中：1、绝缘支架；2、绝缘盖板；31、金属上极板；32、对照上极板；4、光电传感器阵列板；51、金属下极板；52、对照下极板；6、电场屏蔽板；71、操作与显示面板；72、信号控制处理单元；73、电压发生单元。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

[0040] 如图1和图2所示，本发明的检测动物对电场趋避倾向或偏好的实验装置，包括：电场暴露与对照单元、控制单元以及电源。

[0041] 电场暴露与对照单元包括：

[0042] 由上自下依次安装在绝缘支架1上的绝缘盖板2、上极板、光电传感器阵列板4和下极板；

[0043] 光电传感器阵列板4为1m×1m的正方形，其中的光电传感器基于覆盖理论和卡尔曼滤波算法分布，覆盖于金属下极板51和对照下极板52上，可采集光电传感器阵列所覆盖区域中的遮光信号，感知测试对象的存在、运动及其运动轨迹。

[0044] 还包括悬垂固定于绝缘盖板2下表面的电场屏蔽板6，电场屏蔽板6将绝缘盖板2与光电传感器阵列板4之间的空间分割为相互对称的电场暴露室和对照室；

[0045] 电场屏蔽板6包括两玻璃板及夹在两玻璃板之间的金属网，金属网为新型合金网，金属丝的间隔为5cm，金属网上的单孔面积为20cm2，该电场屏蔽板6的屏蔽效能为80dB。

[0046] 电场屏蔽板6的下缘距光电传感器阵列板上表面8cm，可让测试动物自由通过。

[0047] 上极板与下极板之间的距离为1m。

[0048] 上极板包括位于电场暴露室内的金属上极板31以及位于对照室内的对照上极板32，金属上极板31与电源连接；

[0049] 下极板包括与金属上极板31相对的金属下极板51以及与对照上极板32相对的对照下极板52，金属下极板52接地。

[0050] 金属上极板31、对照上极板32、金属下极板51及对照下极板52均为50cm×100cm的长方形，对照上极板32及对照下极板52为玻璃板。

[0051] 控制单元包括操作与显示面板71、信号控制处理单元72及电压发生单元73。

[0052] 操作与显示面板71用于输入所需的电场强度并转化为电压值信号传输给信号控制处理单元72；

[0053] 信号控制处理单元72接收并处理光电传感器阵列板4采集的遮光信号，将处理结果传输给操作与显示面板71进行显示；

[0054] 电压发生单元73包括整流单元和变压单元。

[0055] 电源为交流电源，通过整流单元和变压单元后施加与金属上极板上，产生直流静电场或交流工频电场。

[0056] 直流静电场的发生是通过整流单元将交流电源变为直流电源，再通过变压单元将电压升高至所需的电压后施加与金属上极板上；交流工频电场的发生是交流电直接通过变压单元将电压升高至所需的电压后施加与金属上极板上。

[0057] 在达到设定的实验时间后，控制单元自动切断电源停止供电。

[0058] 使用上述实用装置检测小鼠对于强度为80kV/m的直流电场是否具有趋避倾向或偏好。将小鼠放置于光电传感器阵列板4的中央，在操作与显示面板上输入设定电场为直流电场，强度为80kV/m，实验时间为10min，点击“开始实验”。此信号传递至信号控制处理单元2，经整流、升压后将80kV的电压施加到金属上极板上，此时金属上下极板间的电场暴露室产生80kV/m的匀强电场，而对照上下极板间的对照室内无电场。

[0059] 实验开始后，小鼠在光电传感器阵列板上自由活动，每个时刻光电传感器将遮光信号传回信号控制处理单元，转换为位置信号后与实验时间相匹配得到小鼠的运动轨迹，10min后电压发生单元自动停止供电。

[0060] 信号控制处理单元通过分析小鼠的运动位置随时间变化的数据得到小鼠在有电场区及无电场区的停留时间、运动速度、运动距离、休息时间，并将信息传回操作与显示面板。

[0061] 完成对一只小鼠的检测后应立即将光电感应器阵列擦拭干净，以免留下气味，对下次的实验产生干扰。

[0062] 以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。