生物電磁輻射實驗裝置的設計

楊思凡, 龐小峰*，李斌

（電子科技大學 生命科學與技術學院，成都610054）

引言

當前國內外生物電磁效應的研究主要集中在兩個方面：流行病學調查和細胞實驗研究。其中流行病學研究處于整體和器官的水平上，它基于統計學原理，利用大樣本數的統計來排除個體差異，雖然有一定的局限性，但是卻可以給后來的研究指出大概思路，為細胞實驗指明方向。而細胞實驗則可以在細胞水平上較為精確地研究細胞生理變化，提供精確的數據供研究人員分析，從而得出更加精確的結論。然而目前的研究手法、對象以及研究條件各不相同，有很多的研究結果并不完全一致，有較多的不確定因素在里面。本文的研究意義在于建立一個較規范、較合理的電磁輻射實驗裝置以滿足從生物體組織電磁參數測量角度研究電磁場的生物效應[1,2]。

1 系統總體結構

系統的設計主要包括以下幾個部分，硬件部分主要工作是構建空間電磁輻射環境。軟件部分的功能是在計算機上完成對系統的控制、參數調節和實驗數據的處理。系統總體結構圖1所示：

2 系統的構成

2.1 硬件部分

其中硬件部分為電磁輻射環境發生裝置，作用是產生需要強度的電場、磁場環境。劃分含有三個主要模塊：一是電場和磁場照射裝置模塊，二是電磁檢測子系統，三是控制子系統。

2.1.1 電場和磁場照射裝置模塊

該裝置主要作用是把實驗動物放入其中進行電磁場照射，由電場輻照裝置和磁場輻照裝置組成：

電場輻照裝置的構建：兩張2×1m2的鍍鋅鐵板，8根環氧樹脂木棒，8個高度調節閥如圖2所示構建在一起。根據人和輸電線路的高度比和所承受的輻照強度，在實驗中將動物的和上板的高度比調節到相當比值來模擬空間電場輻照環境，也可以調節電壓加大電場強度來得到更多的電場環境。

磁場輻照裝置的構建：方形木制框100×50×20cm，矩形漆包銅線圈800匝，面積50×20cm2，銅線 Φ 1.22 ，可通過的最大電流為2.5A。如圖3所示構建在一起。

實驗時將實驗動物飼養在此環境中，觀察動物的行為以及一段時間后測量其活體組織電磁參數的變化來確定不同強度的電場、磁場對生物體的危害程度。

2.1.2 電磁檢測子系統

電磁檢測子系統包含各種測試儀器，其作用是測試電磁場強度。包含的儀器有H2型全向智能工頻場強儀。其測量范圍：10~2×105kV/m，測量誤差：±5%；頻帶寬度：30Hz-100kHz。

LBJ-LZT-1160工頻磁場測試儀，測試精度：低頻0.01μT，高頻1μW/cm2；測試頻寬：低頻5Hz—400KHz 高頻 30MHz—2000MHz【3】。

2.1.3 控制子系統

控制子系統完成實驗裝置和計算機的連接，通過手動調節和計算機控制共同來完成。如手動調節電極板的高度，計算機設置參數來產生指定強度的電場、磁場。

2.1.4 實驗安全與屏蔽

因為實驗中用到了高壓，實驗中產生的電磁場輻射如果不采取措施也會對實驗人員造成影響。因此需要一個較大的空間來搭建實驗裝置，裝置周圍采用鐵絲網封閉隔離起來。在實驗參數調節好之后，再通過計算機啟動繼電器通電，實驗過程中，人員應該盡量遠離實驗裝置，待照射時間到后將系統放電后才能靠近【4】

3.2 軟件部分

軟件部分利用VC編程，實現計算機對系統的控制。其中主要包含三個軟件模塊。系統狀態實現主機對系統狀態的監控，設置電場、磁場強度參數的，啟動輻照系統。數據管理主要作用是實現非紙化實驗和數據的永久儲存，實驗人員可以隨時打開已保存的數據或者將新的數據輸入計算機中。數據分析部分主要功能是對實驗數據進行一些算法分析，這一部分作為系統的擴展，需要根據實際的分析方法來完善。

4 應用及展望

本文比較系統的闡述了一種生物電磁輻射實驗裝置的設計，從硬件和配套軟件兩方面說明的實驗裝置的搭建方法。旨在設計出一種較為規范，較為科學的安全的輻照裝置，為研究生物電磁效應提供了一個可控、可以重復的實驗平臺。

在實際應用中，因為空間電磁環境本身很復雜，在研究過程中，可以通過單一輻照和不同強度的照射來研究電和磁環境的生物效應。在以后的研究過程中，需要增加其他的實驗裝置，提高空間電磁環境的模擬程度以提供更為準確的實驗環境。同時根據實際需求不斷完善系統的硬件和軟件，逐步形成一個更加廣泛更加規范的實驗裝置。

[1] Quirino Balzano et al，“Electromagnetic Energy Exposure of Simulated Users of Portable Cellular Telephones,”IEEE Trans.On Vehicular Technology，V01.4，No.3，August.1995:22~24

[2] 李剛，楊英超等“電磁場的生物效應的研究現狀與展望”生命科學儀器2008年第6卷：56~58

[3] 楊盛祥“高頻和微波場強的計量和測試”計量學報，PP.118.242，1989

[4] 高攸綱，刁慶安“電磁環境對生態的危害及防護”《基礎醫學與臨床》第20卷第1期，2000年2月,20(1):62~65

[5] 謝處方，饒克謹編著 電磁場與電磁波【M】.北京：高等教育出版社，1995:102~156

[6] 高攸綱等“談電磁環境對人體健康的危害效應”中國電機工程學會電磁干擾委員會三亞學術會議，2004年11月

[7] 王亞楠“電磁生物效應和電磁環境監測系統”北京郵電大學碩士論文，2007

[8] 劉亞寧主編《電磁生物效應》，北京郵電大學出版社，2002年