一种检测动物对静电场方向偏好性的实验装置和方法与流程

本发明属于生物模型制备领域，尤其是涉及一种检测动物对静电场方向偏好性的实验装置和方法。

背景技术：

随着我国特高压直流输电工程的不断发展，高压线下电磁环境的影响引起了社会的广泛关注。目前针对交流输变电设施产生的时变电磁场和直流输变电设施产生的静磁场生物效应，国内外已有大量研究，但对直流输变电设施产生的静电场生物效应的研究还不够充分。已有的研究表明磁场对于生物的方向感知具有明显的影响，例如有些有磁性的微生物，它们体内有一个或几个质点，几乎完全是由纯磁性物质构成的立方形磁性小体，使它们沿着与地磁场平行的方向运动。然而现有技术中还没有对于生物定向感觉和识别方向的自然意识在电场暴露下是否会产生影响的研究。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简单、安全性高的检测动物对静电场方向偏好性的实验装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种检测动物对静电场方向偏好性的实验装置，包括操作显示面板、信号控制处理单元、图像获取处理单元、电压发生单元和电场暴露单元，所述信号控制处理单元分别连接操作显示面板、图像获取处理单元和电压发生单元，所述电场暴露单元与电压发生单元连接，所述图像获取处理单元设置于电场暴露单元上方；

进行实验时，电压发生单元根据操作显示面板的指令发出电压信号加至电场暴露单元上，图像获取处理单元获取位于电场暴露单元内动物的运动图像信息反馈给信号控制处理单元，显示于操作显示面板中。

所述电场暴露单元包括多个金属极板、一个绝缘保护罩和一个绝缘支架，所述多个金属极板围设成供动物自由活动的空间，所述绝缘保护罩包围所述多个金属极板，并设置于所述绝缘支架上，所述绝缘保护罩为一透明罩体。

所述金属极板设有6个，围设形成一正六边形空间，各金属极板相互绝缘，其中依次设置的3个金属极板分别接地；

所述绝缘保护罩为包围所述正门边形空间的正六棱柱。

所述绝缘保护罩顶面开设有一活动移门。

所述绝缘支架上设置有高度调节件。

所述图像获取处理单元包括相连接的摄像机和图像自动识别器，所述摄像机悬设于电场暴露单元上方，所述图像自动识别器与信号控制处理单元连接。

所述电压发生单元包括整流电路和变压电路，所述信号控制处理单元、整流电路、变压电路和电场暴露单元依次连接。

一种利用上述检测动物对静电场方向偏好性的实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：

1)操作与显示面板接收设定的电场强度和方向；

2)将带有染色图案的动物置于电场暴露单元内，所述动物的头尾具有不同颜色的染色图案；

3)信号控制处理单元将所述设定的电场强度和方向转化为设定电压信号，传输给电压发生单元；

4)电压发生单元根据所述设定电压信号向电场暴露单元施加电压；

5)图像获取处理单元获取位于电场暴露单元内动物的运动图像信息，并对所述运动图像信息进行识别，获得动物运动过程的动物朝向，反馈给信号控制处理单元；

6)信号控制处理单元根据操作与显示面板的显示指令，将动物朝向与电场方向的夹角及所述夹角处于某一范围内的时间百分比发送给操作与显示面板，获得动物对于静电场方向的偏好性。

所述步骤1)中，操作与显示面板同时接收实验时间，所述电压发生单元根据该实验时间执行电压的施加。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明由操作与显示面板、信号控制处理单元、图像获取处理单元、电压发生单元、电场暴露单元组成一检测动物对静电场方向偏好性的实验装置，设计合理，操作简单，安全性高。

(2)本发明可通过操作与显示面板接收不同指令，且采用六块金属极板围设成正六体的运动区域，方便产生不同方向和大小的电场，可进行全面的实验。

(3)本发明在进行实验时，对动物头尾采用不同颜色的染色图案进行标记，由动物头尾连线简化得到动物的朝向，实现动物定位，数据详尽，分析简便。

(4)本发明可通操作与显示面板进行实验结果显示，结果直观，提高实验效率。

(5)本发明绝缘保护罩顶面开设有一活动移门，可方便将实验用动物放入或取出。

(6)本发明采用可调节高度的绝缘支架，方便获取全面的运动图像信息，以提高实验精度。

(7)本发明将摄像机悬于绝缘保护罩上方，使得摄影范围包括动物的整个自由活动区域，可清晰拍摄到动物头尾上的染色图案。

(8)本发明可通过操作与显示面板设定实验时间，在到达设定的实验时间时自动切断电源停止供电，安全性高。

(9)实验完成后取出动物，将绝缘保护罩底板擦拭干净，以免留下气味，对下次的实验产生干扰，提高实验精度。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置电场暴露单元的俯视图；

图3为本发明方法中动物朝向与电场方向夹角的示意图。

图中：1、操作与显示面板；2、信号控制处理单元；3、图像自动识别系统；4、电压发生单元；5、摄像机；6、绝缘保护罩；7、绝缘支架；8、活动移门；9、金属极板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种检测动物对静电场方向偏好性的实验装置，包括操作显示面板1、信号控制处理单元2、图像获取处理单元、电压发生单元4和电场暴露单元，信号控制处理单元2分别连接操作显示面板1、图像获取处理单元和电压发生单元4，电场暴露单元与电压发生单元4连接，图像获取处理单元设置于电场暴露单元上方。

电场暴露单元包括多个金属极板9、一个绝缘保护罩6和一个绝缘支架7，多个金属极板9围设成供动物自由活动的空间，绝缘保护罩6包围多个金属极板9，并设置于绝缘支架6上，绝缘保护罩6为一透明罩体。本实施例中，金属极板9设有6个，围设形成一正六边形空间，各金属极板9相互绝缘，其中依次设置的3个金属极板分别接地，绝缘保护罩6为包围正门边形空间的正六棱柱。绝缘保护罩6顶面开设有一活动移门。绝缘支架7上设置有高度调节件。

图像获取处理单元包括相连接的摄像机5和图像自动识别器3，摄像机5悬设于绝缘保护罩6上方，图像自动识别器3与信号控制处理单元2连接。

电压发生单元4包括整流电路和变压电路，信号控制处理单元2、整流电路、变压电路和电场暴露单元依次连接。

使用上述检测动物对静电场方向偏好性的实验装置进行小鼠对于1000V/m静电场方向是否具有偏好性的实验。如图1、图2所示，电场暴露单元中金属极板9为0.5m×0.5m的正方形，六块金属极板围成的俯视图为正六边形，a、c、e金属板接地，定义电场方向由金属极板b指向金属极板a为0°，金属极板b与金属极板a平行设置，按顺时针方向旋转，电场方向为0°-360°(不包括360°)；绝缘保护罩6为上下底面边长略大于0.5m，高度为0.5m的正六棱柱；活动移门8位于绝缘保护罩上底面中心，完全打开后有一15cm×10cm的孔洞可供放入小鼠，材料与绝缘保护罩相同；金属极板固定于绝缘保护罩内；绝缘支架7用于支撑绝缘保护罩，支架的高度可调节。实验开始前在小鼠头部标记红色圆点，尾部标记黄色圆点，打开活动移门8将小鼠放置于绝缘保护罩底板中心，关好移门，在操作与控制面板1中输入设定电场强度为1000V/m，方向为0°，实验时间为1h，点击“开始实验”。此信号传递至信号控制处理单元2，根据矢量叠加平行四边形法则以及电场强度E(E＝U/d)的计算公式得金属极板b上所加电压应为1000V，其他金属极板上不加电压。将此信号传递至电压发生单元4，经整流、升压后将1000V电压加于金属极板b。此时电场暴露单元中产生一1000V/m，方向为0°的匀强电场。实验开始后小鼠在底板上自由活动，每个时刻摄像机5将图像信息传回图像自动识别系统3，定位头、尾的红、黄标记后转换为由尾向头的小鼠朝向，再传回信号控制处理单元2处理得到与电场方向的夹角(0°-180°，包括0°和180°)。10min后电压发生单元4自动停止供电。在操作与显示面板1中输入希望得到的小鼠朝向和电场方向夹角的范围，如0°-10°，点击“确认”后将显示实验过程中夹角处于该范围内的时间百分比。完成对一只小鼠的检测后应立即将底板擦拭干净，以免留下气味，对下次的实验产生干扰。