一种可自由活动动物全身电磁暴露装置与检测方法

本发明涉及动物电磁暴露装备领域，特别涉及一种可自由活动动物全身电磁暴露装置，还涉及一种可自由活动动物全身电磁暴露的检测方法。

背景技术：

1、随着5g与无线通信技术的发展，无线射频技等术相继应用，在便利生活的同时，广播电视发射塔、移动信号基站、通讯站、雷达探测系统、路由器、微波炉、电磁炉等产生的高频电磁辐射愈发增多。电磁辐射超过一定限值就会对机体产生危害，电磁辐射引起电磁生物效应影响人类与动物健康的问题已经引起关注。

2、目前，国内外学者也开发多种电磁暴露装置来研究电磁生物效应。这些装置中大多数将动物固定，对某一特定部位或全身进行研究，动物容易因被束缚而产生应激影响实验结果。电磁生物效应研究采用比吸收率衡量动物吸收电磁辐射的能量，实验通常不能长时间进行，几小时的暴露处理时间过短，达不到准确检测动物真实比吸收率值。电磁辐射频率单一，只能研究某一固定频率电磁生物效应。想要精准测量比吸收率，通过专门设备来测量费用较高，而真实环境下动物比吸收率的测量往往受极化、位置等影响很难精准检测。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种可自由活动动物全身电磁暴露装置与检测方法。

2、为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

3、所述可自由活动动物全身电磁暴露装置包括箱体(1)、辐射源系统和电磁屏蔽系统，所述辐射源系统包括设在箱体(1)顶部且依次连接的射频发射器(2)、射频同轴器(3)、功率放大器(4)，所述功率放大器(4)与设在箱体(1)内腔上部的双脊喇叭天线(5)连接，所述辐射源系统还包括设在箱体(1)顶部的频谱监测仪(6)，所述频谱监测仪(6)与设在箱体(1)内腔的电场探头连接；所述电磁屏蔽系统包括组成箱体(1)各面的塑料板(7)，所述塑料板(7)内侧面设有吸波材料(8)，所述塑料板(7)外侧面设有金属屏蔽层(9)；所述箱体(1)内腔底面上设有至少一组透明材质的动物喂养装置(10)，所述动物喂养装置(10)位于双脊喇叭天线(5)喇叭口的下方，所述箱体(1)内腔上部设有单目相机(11)。

4、优选地，所述可自由活动动物全身电磁暴露装置还包括温湿度控制系统，所述温湿度控制系统包括设在箱体(1)内腔的温度传感器(12)和湿度传感器(13)，所述温度传感器(12)与设在箱体(1)顶部的温度控制器(14)连接，所述温度控制器(14)还与设在箱体(1)内腔的半导体制冷片连接；所述温湿度控制系统还包括小型流风机(16)，所述小型流风机(16)设在箱体(1)侧面上。

5、优选地，所述箱体(1)侧面上设有显示屏(15)，所述温度传感器(12)和湿度传感器(13)均与显示屏(15)连接。

6、优选地，所述箱体(1)顶部设有电源(17)，所述电源(17)与射频发射器(2)、频谱检测仪(6)连接。

7、优选地，所述箱体(1)的一个侧面为开合面，所述开合面上设有把手(18)，所述箱体(1)底部设有万向脚轮(19)，

8、优选地，所述喂养装置(10)包括笼底壳(21)，所述笼底壳(21)内设有饲料放置网(22)，所述笼底壳(21)顶部设有笼上盖(23)，所述笼上盖(23)上设有水嘴(24)。

9、基于上述所述可自由活动动物全身电磁暴露装置来进行可自由活动动物全身电磁暴露的检测方法包括如下步骤：

10、(1)将装有动物的喂养装置(10)分多组分布于双脊喇叭天线(5)下方；将每个喂养装置(10)内部平均划分为多个小区域；

11、(2)用单目相机(11)间隔时间拍照，采集动物所在位置图像；记录动物在每个小区域中的停留频率；利用停留频率作为该小区域动物全身平均比吸收率的加权因子，计算整个实验期间动物全身平均比吸收率统计均值以及全身平均比吸收率统计学特征；利用opencv单目视觉定位系统，对于目标物体的识别，本系统是采用canny边缘检测找出所有可能的边缘信息，然后对边缘信息进行提取和分析，进而识别出目标物体，对上面的canny边缘检测得出的信息运用opencv提供的findcontours函数边缘信息转化为轮廓信息，最后再对轮廓进行分析处理，找出目标物体，最终在坐标轴上进行定位；

12、(3)通过核磁共振三维重构技术建立动物三维模型，通过计算机fdtd仿真软件，查询组织电导率参数导入数据，简化动物活动姿态，选取动物直立进、侧卧、平躺三种状态采取垂直入射与水平入射放置进行模拟动物平均比吸收率值；比吸收率计算公式如式ⅰ所示：

13、

14、  

15、式ⅰ中：σ为电导率(s/m)，ρ代表生物组织的密度(kg/m3)，e是时谐场的振幅(v/m)。

16、优选地，步骤(1)中：将装有动物的喂养装置(10)分6到8组分布于双脊喇叭天线(5)四周；将每个喂养装置(10)内部平均划分为6个区域。

17、优选地，步骤(2)中：用单目相机(11)平均间隔5到10min拍照。

18、下面对本发明作进一步说明：

19、本发明所述的可自由活动动物全身电磁暴露装置由辐射源系统、电磁屏蔽系统、温湿度控制系统、摄像头、箱体框架结构、动物喂养装置等组成。

20、辐射源系统由射频发射器、双脊喇叭天线、功率放大器、射频同轴器、频谱检测仪、电源组成。射频发射器位于装置上方发射可调节频率、强度的电磁波，可发射0.6ghz～10ghz电磁波；射频发射器发射的高频信号通过射频同轴器将信号传输到功率放大器，功率放大器与双脊喇叭天线相连接，经过放大的功率满足需求后由双脊喇叭天线向装置内部发射电磁波，双脊喇叭天线可发射0.6ghz～7ghz高频辐射，根据喇叭天线辐射性能分析，确定喇叭口距离动物喂养装置的距离，双脊喇叭天线在装置中的位置符合远场辐射要求。辐射系统通过上位机软件控制可由计算机实时调节辐射时间、强度与频率。频谱检测仪可实时监测经由双脊喇叭天线发射的电磁波信息，将电场探头与频谱检测仪相连可测量装置内部电场强度分布；频谱检测仪可实时监测射频信号，配备电场探头可检测装置内部电场强度；电源与射频发射器，频谱检测仪相连提供额定电压。

21、电磁屏蔽系统由吸波材料、金属屏蔽层、塑料板组成。最内层室吸波材料，采用聚氨酯泡沫材质，最小单元为角锥状，角锥尖指向装置内部，可有效吸收装置内高频电磁波减少反射更多获得直接辐射；中间层由塑料板构成提供装置结构支撑；最外层采用金属屏蔽层减少外部电磁辐射对装置内部影响。

22、温湿度控制系统，由温度传感器、湿度传感器、小型流风机、温度控制器、半导体制冷片组成。温度传感器与湿度传感器通过塑料型材深入装置内部上端并固定，装置放置于空调环境下保持室温，装置正常工作时温度度传感器实时检测装置内温度信息，通过上位机软件控制，调节温度。当装置内部温度过高时温度控制器发出指令调节半导体制冷片降温，同时4个小型流风机同时工作，保证气流通畅；温度传感器与湿度传感器检测到的环境信息反馈到显示屏上，可在不打开装置的情况下掌握环境信息。

23、箱体为框架结构，由方形管、万向脚轮、塑料板组成。万向脚轮与底部方形管固定，可移动到不同场景进行电磁暴露。

24、喂养装置由笼底壳、笼上盖、饲料放置网、水嘴组成。饲料放置网位于装置中部，水嘴倒放固定于笼上盖上方，水嘴管深入内部，一次放置饲料与水可实现长时间实验；小型动物喂养装置可放置六到八组，提高实验精度。

25、喂养装置设计为透明塑料，将动物分6到8组分布于双脊喇叭天线四周，保证辐射均匀性；将喂养装置平均分为6个区域，放置摄像头，将每个鼠笼内部平均划分为6个区域(a/b/c/d/e/f)，用单目相机平均间隔5到10min拍照，记录动物所在位置频率。动物每个小区域中的停留频率表示在实验期间该区域中全身平均比吸收率的概率。利用停留频率作为该小区域动物全身平均比吸收率的加权因子，可以得到整个实验期间全身平均比吸收率统计均值以及全身平均比吸收率统计学特征。

26、通过核磁共振三维重构技术建立动物三维模型，通过计算机fdtd仿真软件，查询组织电导率参数导入数据，简化动物活动姿态，选取动物直立进、侧卧、平躺三种状态采取垂直入射与水平入射放置进行模拟动物平均比吸收率值。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、1.本装置可实现动物在一定空间内自由活动，解决了因束缚而引起动物应激影响实验结果的问题；装置尺寸适中，可灵活使用多种场景，可更换动物喂养装置，实现不同动物的电磁暴露研究。

29、2.采用可调节频率的射频发射器与双脊喇叭天线，实验动物获得更多频率辐射，有利于电磁生物效应研究；同时吸波材料与金属屏蔽罩有效保证装置内产生辐射的均匀。

30、3.喂养装置满足动物正常生理活动，可实现长时间电磁暴露，极大提高了电磁生物研究的准确性；本装置结构简单，设计合理，有效降低了电磁暴露实验研究成本。

31、综上所述，本发明建立的一种可自由活动动物全身电磁暴露装置设计与检测方法，可有效对装置内自由活动动物进行暴露实验，并检测比吸收率值。