生物电磁辐射实验装置的设计

杨思凡, 庞小峰*，李斌

（电子科技大学 生命科学与技术学院，成都610054）

引言

当前国内外生物电磁效应的研究主要集中在两个方面：流行病学调查和细胞实验研究。其中流行病学研究处于整体和器官的水平上，它基于统计学原理，利用大样本数的统计来排除个体差异，虽然有一定的局限性，但是却可以给后来的研究指出大概思路，为细胞实验指明方向。而细胞实验则可以在细胞水平上较为精确地研究细胞生理变化，提供精确的数据供研究人员分析，从而得出更加精确的结论。然而目前的研究手法、对象以及研究条件各不相同，有很多的研究结果并不完全一致，有较多的不确定因素在里面。本文的研究意义在于建立一个较规范、较合理的电磁辐射实验装置以满足从生物体组织电磁参数测量角度研究电磁场的生物效应[1,2]。

1 系统总体结构

系统的设计主要包括以下几个部分，硬件部分主要工作是构建空间电磁辐射环境。软件部分的功能是在计算机上完成对系统的控制、参数调节和实验数据的处理。系统总体结构图1所示：

2 系统的构成

2.1 硬件部分

其中硬件部分为电磁辐射环境发生装置，作用是产生需要强度的电场、磁场环境。划分含有三个主要模块：一是电场和磁场照射装置模块，二是电磁检测子系统，三是控制子系统。

2.1.1 电场和磁场照射装置模块

该装置主要作用是把实验动物放入其中进行电磁场照射，由电场辐照装置和磁场辐照装置组成：

电场辐照装置的构建：两张2×1m2的镀锌铁板，8根环氧树脂木棒，8个高度调节阀如图2所示构建在一起。根据人和输电线路的高度比和所承受的辐照强度，在实验中将动物的和上板的高度比调节到相当比值来模拟空间电场辐照环境，也可以调节电压加大电场强度来得到更多的电场环境。

磁场辐照装置的构建：方形木制框100×50×20cm，矩形漆包铜线圈800匝，面积50×20cm2，铜线 Φ 1.22 ，可通过的最大电流为2.5A。如图3所示构建在一起。

实验时将实验动物饲养在此环境中，观察动物的行为以及一段时间后测量其活体组织电磁参数的变化来确定不同强度的电场、磁场对生物体的危害程度。

2.1.2 电磁检测子系统

电磁检测子系统包含各种测试仪器，其作用是测试电磁场强度。包含的仪器有H2型全向智能工频场强仪。其测量范围：10~2×105kV/m，测量误差：±5%；频带宽度：30Hz-100kHz。

LBJ-LZT-1160工频磁场测试仪，测试精度：低频0.01μT，高频1μW/cm2；测试频宽：低频5Hz—400KHz 高频 30MHz—2000MHz【3】。

2.1.3 控制子系统

控制子系统完成实验装置和计算机的连接，通过手动调节和计算机控制共同来完成。如手动调节电极板的高度，计算机设置参数来产生指定强度的电场、磁场。

2.1.4 实验安全与屏蔽

因为实验中用到了高压，实验中产生的电磁场辐射如果不采取措施也会对实验人员造成影响。因此需要一个较大的空间来搭建实验装置，装置周围采用铁丝网封闭隔离起来。在实验参数调节好之后，再通过计算机启动继电器通电，实验过程中，人员应该尽量远离实验装置，待照射时间到后将系统放电后才能靠近【4】

3.2 软件部分

软件部分利用VC编程，实现计算机对系统的控制。其中主要包含三个软件模块。系统状态实现主机对系统状态的监控，设置电场、磁场强度参数的，启动辐照系统。数据管理主要作用是实现非纸化实验和数据的永久储存，实验人员可以随时打开已保存的数据或者将新的数据输入计算机中。数据分析部分主要功能是对实验数据进行一些算法分析，这一部分作为系统的扩展，需要根据实际的分析方法来完善。

4 应用及展望

本文比较系统的阐述了一种生物电磁辐射实验装置的设计，从硬件和配套软件两方面说明的实验装置的搭建方法。旨在设计出一种较为规范，较为科学的安全的辐照装置，为研究生物电磁效应提供了一个可控、可以重复的实验平台。

在实际应用中，因为空间电磁环境本身很复杂，在研究过程中，可以通过单一辐照和不同强度的照射来研究电和磁环境的生物效应。在以后的研究过程中，需要增加其他的实验装置，提高空间电磁环境的模拟程度以提供更为准确的实验环境。同时根据实际需求不断完善系统的硬件和软件，逐步形成一个更加广泛更加规范的实验装置。

[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] 李刚，杨英超等“电磁场的生物效应的研究现状与展望”生命科学仪器2008年第6卷：56~58

[3] 杨盛祥“高频和微波场强的计量和测试”计量学报，PP.118.242，1989

[4] 高攸纲，刁庆安“电磁环境对生态的危害及防护”《基础医学与临床》第20卷第1期，2000年2月,20(1):62~65

[5] 谢处方，饶克谨编著 电磁场与电磁波【M】.北京：高等教育出版社，1995:102~156

[6] 高攸纲等“谈电磁环境对人体健康的危害效应”中国电机工程学会电磁干扰委员会三亚学术会议，2004年11月

[7] 王亚楠“电磁生物效应和电磁环境监测系统”北京邮电大学硕士论文，2007

[8] 刘亚宁主编《电磁生物效应》，北京邮电大学出版社，2002年