本發(fā)明屬于生物模型制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種檢測動物對靜電場方向偏好性的實驗裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著我國特高壓直流輸電工程的不斷發(fā)展，高壓線下電磁環(huán)境的影響引起了社會的廣泛關(guān)注。目前針對交流輸變電設(shè)施產(chǎn)生的時變電磁場和直流輸變電設(shè)施產(chǎn)生的靜磁場生物效應(yīng)，國內(nèi)外已有大量研究，但對直流輸變電設(shè)施產(chǎn)生的靜電場生物效應(yīng)的研究還不夠充分。已有的研究表明磁場對于生物的方向感知具有明顯的影響，例如有些有磁性的微生物，它們體內(nèi)有一個或幾個質(zhì)點，幾乎完全是由純磁性物質(zhì)構(gòu)成的立方形磁性小體，使它們沿著與地磁場平行的方向運(yùn)動。然而現(xiàn)有技術(shù)中還沒有對于生物定向感覺和識別方向的自然意識在電場暴露下是否會產(chǎn)生影響的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種操作簡單、安全性高的檢測動物對靜電場方向偏好性的實驗裝置和方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種檢測動物對靜電場方向偏好性的實驗裝置，包括操作顯示面板、信號控制處理單元、圖像獲取處理單元、電壓發(fā)生單元和電場暴露單元，所述信號控制處理單元分別連接操作顯示面板、圖像獲取處理單元和電壓發(fā)生單元，所述電場暴露單元與電壓發(fā)生單元連接，所述圖像獲取處理單元設(shè)置于電場暴露單元上方；

進(jìn)行實驗時，電壓發(fā)生單元根據(jù)操作顯示面板的指令發(fā)出電壓信號加至電場暴露單元上，圖像獲取處理單元獲取位于電場暴露單元內(nèi)動物的運(yùn)動圖像信息反饋給信號控制處理單元，顯示于操作顯示面板中。

所述電場暴露單元包括多個金屬極板、一個絕緣保護(hù)罩和一個絕緣支架，所述多個金屬極板圍設(shè)成供動物自由活動的空間，所述絕緣保護(hù)罩包圍所述多個金屬極板，并設(shè)置于所述絕緣支架上，所述絕緣保護(hù)罩為一透明罩體。

所述金屬極板設(shè)有6個，圍設(shè)形成一正六邊形空間，各金屬極板相互絕緣，其中依次設(shè)置的3個金屬極板分別接地；

所述絕緣保護(hù)罩為包圍所述正門邊形空間的正六棱柱。

所述絕緣保護(hù)罩頂面開設(shè)有一活動移門。

所述絕緣支架上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)件。

所述圖像獲取處理單元包括相連接的攝像機(jī)和圖像自動識別器，所述攝像機(jī)懸設(shè)于電場暴露單元上方，所述圖像自動識別器與信號控制處理單元連接。

所述電壓發(fā)生單元包括整流電路和變壓電路，所述信號控制處理單元、整流電路、變壓電路和電場暴露單元依次連接。

一種利用上述檢測動物對靜電場方向偏好性的實驗裝置進(jìn)行實驗的方法，包括以下步驟：

1)操作與顯示面板接收設(shè)定的電場強(qiáng)度和方向；

2)將帶有染色圖案的動物置于電場暴露單元內(nèi)，所述動物的頭尾具有不同顏色的染色圖案；

3)信號控制處理單元將所述設(shè)定的電場強(qiáng)度和方向轉(zhuǎn)化為設(shè)定電壓信號，傳輸給電壓發(fā)生單元；

4)電壓發(fā)生單元根據(jù)所述設(shè)定電壓信號向電場暴露單元施加電壓；

5)圖像獲取處理單元獲取位于電場暴露單元內(nèi)動物的運(yùn)動圖像信息，并對所述運(yùn)動圖像信息進(jìn)行識別，獲得動物運(yùn)動過程的動物朝向，反饋給信號控制處理單元；

6)信號控制處理單元根據(jù)操作與顯示面板的顯示指令，將動物朝向與電場方向的夾角及所述夾角處于某一范圍內(nèi)的時間百分比發(fā)送給操作與顯示面板，獲得動物對于靜電場方向的偏好性。

所述步驟1)中，操作與顯示面板同時接收實驗時間，所述電壓發(fā)生單元根據(jù)該實驗時間執(zhí)行電壓的施加。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明由操作與顯示面板、信號控制處理單元、圖像獲取處理單元、電壓發(fā)生單元、電場暴露單元組成一檢測動物對靜電場方向偏好性的實驗裝置，設(shè)計合理，操作簡單，安全性高。

(2)本發(fā)明可通過操作與顯示面板接收不同指令，且采用六塊金屬極板圍設(shè)成正六體的運(yùn)動區(qū)域，方便產(chǎn)生不同方向和大小的電場，可進(jìn)行全面的實驗。

(3)本發(fā)明在進(jìn)行實驗時，對動物頭尾采用不同顏色的染色圖案進(jìn)行標(biāo)記，由動物頭尾連線簡化得到動物的朝向，實現(xiàn)動物定位，數(shù)據(jù)詳盡，分析簡便。

(4)本發(fā)明可通操作與顯示面板進(jìn)行實驗結(jié)果顯示，結(jié)果直觀，提高實驗效率。

(5)本發(fā)明絕緣保護(hù)罩頂面開設(shè)有一活動移門，可方便將實驗用動物放入或取出。

(6)本發(fā)明采用可調(diào)節(jié)高度的絕緣支架，方便獲取全面的運(yùn)動圖像信息，以提高實驗精度。

(7)本發(fā)明將攝像機(jī)懸于絕緣保護(hù)罩上方，使得攝影范圍包括動物的整個自由活動區(qū)域，可清晰拍攝到動物頭尾上的染色圖案。

(8)本發(fā)明可通過操作與顯示面板設(shè)定實驗時間，在到達(dá)設(shè)定的實驗時間時自動切斷電源停止供電，安全性高。

(9)實驗完成后取出動物，將絕緣保護(hù)罩底板擦拭干凈，以免留下氣味，對下次的實驗產(chǎn)生干擾，提高實驗精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明裝置電場暴露單元的俯視圖；

圖3為本發(fā)明方法中動物朝向與電場方向夾角的示意圖。

圖中：1、操作與顯示面板；2、信號控制處理單元；3、圖像自動識別系統(tǒng)；4、電壓發(fā)生單元；5、攝像機(jī)；6、絕緣保護(hù)罩；7、絕緣支架；8、活動移門；9、金屬極板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，本實施例提供一種檢測動物對靜電場方向偏好性的實驗裝置，包括操作顯示面板1、信號控制處理單元2、圖像獲取處理單元、電壓發(fā)生單元4和電場暴露單元，信號控制處理單元2分別連接操作顯示面板1、圖像獲取處理單元和電壓發(fā)生單元4，電場暴露單元與電壓發(fā)生單元4連接，圖像獲取處理單元設(shè)置于電場暴露單元上方。

電場暴露單元包括多個金屬極板9、一個絕緣保護(hù)罩6和一個絕緣支架7，多個金屬極板9圍設(shè)成供動物自由活動的空間，絕緣保護(hù)罩6包圍多個金屬極板9，并設(shè)置于絕緣支架6上，絕緣保護(hù)罩6為一透明罩體。本實施例中，金屬極板9設(shè)有6個，圍設(shè)形成一正六邊形空間，各金屬極板9相互絕緣，其中依次設(shè)置的3個金屬極板分別接地，絕緣保護(hù)罩6為包圍正門邊形空間的正六棱柱。絕緣保護(hù)罩6頂面開設(shè)有一活動移門。絕緣支架7上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)件。

圖像獲取處理單元包括相連接的攝像機(jī)5和圖像自動識別器3，攝像機(jī)5懸設(shè)于絕緣保護(hù)罩6上方，圖像自動識別器3與信號控制處理單元2連接。

電壓發(fā)生單元4包括整流電路和變壓電路，信號控制處理單元2、整流電路、變壓電路和電場暴露單元依次連接。

使用上述檢測動物對靜電場方向偏好性的實驗裝置進(jìn)行小鼠對于1000V/m靜電場方向是否具有偏好性的實驗。如圖1、圖2所示，電場暴露單元中金屬極板9為0.5m×0.5m的正方形，六塊金屬極板圍成的俯視圖為正六邊形，a、c、e金屬板接地，定義電場方向由金屬極板b指向金屬極板a為0°，金屬極板b與金屬極板a平行設(shè)置，按順時針方向旋轉(zhuǎn)，電場方向為0°-360°(不包括360°)；絕緣保護(hù)罩6為上下底面邊長略大于0.5m，高度為0.5m的正六棱柱；活動移門8位于絕緣保護(hù)罩上底面中心，完全打開后有一15cm×10cm的孔洞可供放入小鼠，材料與絕緣保護(hù)罩相同；金屬極板固定于絕緣保護(hù)罩內(nèi)；絕緣支架7用于支撐絕緣保護(hù)罩，支架的高度可調(diào)節(jié)。實驗開始前在小鼠頭部標(biāo)記紅色圓點，尾部標(biāo)記黃色圓點，打開活動移門8將小鼠放置于絕緣保護(hù)罩底板中心，關(guān)好移門，在操作與控制面板1中輸入設(shè)定電場強(qiáng)度為1000V/m，方向為0°，實驗時間為1h，點擊“開始實驗”。此信號傳遞至信號控制處理單元2，根據(jù)矢量疊加平行四邊形法則以及電場強(qiáng)度E(E＝U/d)的計算公式得金屬極板b上所加電壓應(yīng)為1000V，其他金屬極板上不加電壓。將此信號傳遞至電壓發(fā)生單元4，經(jīng)整流、升壓后將1000V電壓加于金屬極板b。此時電場暴露單元中產(chǎn)生一1000V/m，方向為0°的勻強(qiáng)電場。實驗開始后小鼠在底板上自由活動，每個時刻攝像機(jī)5將圖像信息傳回圖像自動識別系統(tǒng)3，定位頭、尾的紅、黃標(biāo)記后轉(zhuǎn)換為由尾向頭的小鼠朝向，再傳回信號控制處理單元2處理得到與電場方向的夾角(0°-180°，包括0°和180°)。10min后電壓發(fā)生單元4自動停止供電。在操作與顯示面板1中輸入希望得到的小鼠朝向和電場方向夾角的范圍，如0°-10°，點擊“確認(rèn)”后將顯示實驗過程中夾角處于該范圍內(nèi)的時間百分比。完成對一只小鼠的檢測后應(yīng)立即將底板擦拭干凈，以免留下氣味，對下次的實驗產(chǎn)生干擾。