梁俊卿，王　珊

(上海工程技術(shù)大學(xué)，上?！?01620)

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*通訊聯(lián)系人

結(jié)合位移變化的磁場測定裝置的設(shè)計及應(yīng)用

梁俊卿，王珊*

(上海工程技術(shù)大學(xué)，上海201620)

摘 要：利用PASCO公司生產(chǎn)的磁場傳感器與運動傳感器,設(shè)計了結(jié)合位移變化的磁場測定裝置,該裝置中添加了自行設(shè)計的反射板,使該裝置可以在一定距離范圍內(nèi)連續(xù)地實時地測量某一區(qū)域內(nèi)的磁場分布情況，并成功將該套裝置應(yīng)用到紅豆生長的磁場生物效應(yīng)實驗中。利用該裝置測量了紅豆生長培養(yǎng)槽中的磁場分布情況,并研究了紅豆處于該種特定磁場環(huán)境中,從發(fā)芽到生長7天的植株生長情況,研究結(jié)果表明磁場場強處于1.5~2.5 Gs(約3~5倍地磁場強度)時，其磁場對紅豆生長起到了促進(jìn)的作用。

關(guān)鍵詞：磁場測定；生物效應(yīng)；紅豆

現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)表明，一切物質(zhì)都具有一定磁性，并且任何空間中都存在著大小、方向不定的磁場。簡單來說就是，生活中所接觸到的每一樣物品都具有磁性，生物體所處的每一個環(huán)境都具有磁場[1]。雖然其大小各不相同(數(shù)量級約在10-9T至10-12T間)，但其總體大小均遠(yuǎn)小于地球磁場(地磁場大小約為0.5 Gs，即5*10-5T)。地球固有存在著地磁場，所有生物與生俱來沁浸在地磁場中，有天然的適應(yīng)性[2]。磁場對于生物體生物學(xué)方面的影響是多種多樣的，其具體的生物效應(yīng)不僅和磁場的強度、分布、頻率有關(guān)，也同樣和生物種類等方面有關(guān)；磁場對生物體的作用存在一定的作用強度域，時間域和場放大效應(yīng)；因此，磁場的生物體效應(yīng)的研究在生物學(xué)方面和醫(yī)學(xué)方面都有很好地應(yīng)用前景[1-7]。例如，在磁場強度強于1.25千奧(1奧=1高斯)的均勻磁場中，燕麥的生長會得到促進(jìn)作用[8]。

本文決定研究特定磁場對于植物紅豆生長的影響。實驗紅豆放置在特定的樣品培養(yǎng)槽中，培養(yǎng)槽下安置磁鐵，觀測紅豆的生長情況。利用PASCO公司生產(chǎn)的EX-5539地球磁場測定系統(tǒng)中的磁場傳感器與轉(zhuǎn)動傳感器能夠測量地磁場大小和方向,但該套系統(tǒng)沒有辦法直接應(yīng)用到樣品培養(yǎng)槽中的磁場的測量中。為了能夠準(zhǔn)確的測量樣品培養(yǎng)槽中的磁場分布情況，需要借助運動傳感器來測量在特定位置情況下磁場的變化情況，因此，設(shè)計了一種結(jié)合位移變化的磁場測定裝置,以達(dá)到可以在一定距離范圍內(nèi)連續(xù)地實時地測量某一區(qū)域內(nèi)的磁場分布情況的目的。

1結(jié)合位移變化的磁場測定裝置的設(shè)計

PASCO公司生產(chǎn)的磁場傳感器(CI-6520A)(如圖1)，前端有一個探測棒，可以探測平行或垂直于探測棒兩個方向磁場強度 。

圖1　磁場傳感器

PASCO公司生產(chǎn)的運動傳感器(PS-2103A)通過發(fā)射超聲波信號并探測被測物體反射回來的超聲波信號，進(jìn)而測出物體的位移、速度和加速度。

利用這兩種儀器配合測量樣品槽中磁場分布情況時，遇到了兩個問題：

(1)磁場傳感器前段的探測棒長度有限，無法測量到樣品槽底部；

(2)運動傳感器需要物體的反射信號才能測量，而磁場傳感器的主體部分太小，人在操作時的動作會影響到反射超聲信號，造成一定的干擾。

為解決這些問題，該裝置系統(tǒng)中添加了自行設(shè)計的反射板，反射板由a,b,c三部分組成：

a部分為反射板主體部分由反射區(qū)域和人工握持區(qū)域組成，反射區(qū)域面積較大，能配合運動傳感器很好的反射超聲波信號，人工握持區(qū)使得人在操作時的動作不會影響反射區(qū)域的超聲波反射，避免了人為操作造成的干擾；

b部分為磁場傳感器固定部分，該部分可以固定在反射區(qū)域背后，位置可以調(diào)節(jié)，起到延長的作用，使得磁場傳感器的探測棒能夠測量到比較深的凹槽中；

c部分為反射板固定部分，固定反射板與探測物體或探測樣品槽的相對位置，保證反射板在人工操作時能夠在平行或垂直于探測對象方向移動。

結(jié)合位移變化的磁場測定裝置簡圖如(圖2)：圖中將運動傳感器安置在升降平臺上，方便運動傳感器對準(zhǔn)反射板的反射區(qū)。反射板的b部分可以延伸使得固定在其上面的磁場傳感器探測到樣品槽的底部。圖中的樣品槽可以換成其他的待測磁場區(qū)域，如地磁場，通電螺線管產(chǎn)生磁場等。

圖2　結(jié)合位移變化的磁場測定裝置設(shè)計簡圖

2該裝置磁場的測定及應(yīng)用

2．1 實驗材料與方法

本次實驗研究植物體的磁場的生物學(xué)效應(yīng)，選取出紅豆作為研究對象，因其易于養(yǎng)殖并且能夠在短期內(nèi)迅速成熟，較易獲得實驗成果。

實驗所需磁場環(huán)境是用強力磁鐵構(gòu)建(場強情況已知),在同一長方形培養(yǎng)槽的左右兩端分別固定有N級與S級向上的強力磁鐵各2塊，中間段部分設(shè)定為正常磁場環(huán)境，將紅豆種子均勻撒于盆底進(jìn)行培養(yǎng)，光照時長、養(yǎng)料等外界條件均保持一致，觀察其發(fā)芽生長情況。圖3為培養(yǎng)槽從左至右的橫向磁場分布情況。圖中培養(yǎng)槽中的磁場由圖2裝置測出，其中磁場傳感器CI-6520A(放大100倍)，該磁鐵所構(gòu)成的環(huán)境中磁場最大值約為5倍地磁場強度。

圖3　培養(yǎng)槽中磁場分布情況

2．2實驗數(shù)據(jù)與分析

因溫度較為適宜，紅豆從發(fā)芽到生長，經(jīng)過7天已經(jīng)得到了明顯的植物生長情況差異。以7天后紅豆芽生長的平均長度作為衡量。

圖4　7天后紅豆生長情況

從實驗的數(shù)據(jù)測量和照片數(shù)據(jù)中能夠直觀的看到，在具有磁場環(huán)境影響的紅豆芽生長情況要明顯高于在正常環(huán)境中的紅豆生長情況，對于不同區(qū)域的豆芽進(jìn)行隨機取樣(樣本數(shù)取30組)并測量其生長長度，并且計算得到不同區(qū)域的平均豆芽長度，如表1。

表1　紅豆芽長度測量

經(jīng)過分析可得出，當(dāng)場強處在1.5~2.5 Gs(約3~5倍地磁場強度)時，其磁場對紅豆生長起到了促進(jìn)的作用。這結(jié)果與資料中促進(jìn)燕麥生長的結(jié)論[4]也是相一致。

3結(jié)論

利用PASCO公司生產(chǎn)的磁場傳感器與運動傳感器,設(shè)計了結(jié)合位移變化的磁場測定裝置,該裝置中添加了自行設(shè)計的反射板,使該裝置可以在一定距離范圍內(nèi)連續(xù)地實時地測量某一區(qū)域內(nèi)的磁場分布情況，并成功將該套裝置應(yīng)用到紅豆生長的磁場生物效應(yīng)實驗中,研究結(jié)果表明磁場場強處1.5~2.5 Gs(約3~5倍地磁場強度)時，其磁場對紅豆生長起到了促進(jìn)的作用。

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[3]朱杰.不同類型磁場對細(xì)胞作用的生物學(xué)研究[J].生物磁學(xué)，2004,4(4):28-30.

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Design and Application of Magnetic Field Measurement Experiment Apparatus Based on Relative Displacement Change

LIANG Jun-qing,WANG Shan

(Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620)

Abstract：A kind of Magnetic Field Measurement experiment apparatus based on relative displacement change was designed.PASCO’s magnetic field sensor,PASCO’s motion sensor and the reflecting plate of our own design were used in this system.This experiment apparatus which could precisely measure the distribution of magnetic field were applied to the study on the biological effects of Magnetic Fields in red bean experiment.The study suggests that the specific magnetic field intensity(1.5~2.5 Gs，about 3~5 times the strength of the earth's magnetic field) may correspond to growth of Red bean.

Key words：magnetic field measurement；biological effects；red bean

中圖分類號：O 4-33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.008

文章編號：1007-2934(2016)01-0030-03

基金項目：上海市大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目(cs1421004)；上海工程技術(shù)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目(cx1421013)

收稿日期：2015-09-24