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(chǎng)測(cè)定裝置的設(shè)計(jì)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(chǎng)傳感器與運(yùn)動(dòng)傳感器,設(shè)計(jì)了結(jié)合位移變化的磁場(chǎng)測(cè)定裝置,該裝置中添加了自行設(shè)計(jì)的反射板,使該裝置可以在一定距離范圍內(nèi)連續(xù)地實(shí)時(shí)地測(cè)量某一區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)分布情況，并成功將該套裝置應(yīng)用到紅豆生長(zhǎng)的磁場(chǎng)生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中。利用該裝置測(cè)量了紅豆生長(zhǎng)培養(yǎng)槽中的磁場(chǎng)分布情況,并研究了紅豆處于該種特定磁場(chǎng)環(huán)境中,從發(fā)芽到生長(zhǎng)7天的植株生長(zhǎng)情況,研究結(jié)果表明磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)處于1.5~2.5 Gs(約3~5倍地磁場(chǎng)強(qiáng)度)時(shí)，其磁場(chǎng)對(duì)紅豆生長(zhǎng)起到了促進(jìn)的作用。

關(guān)鍵詞：磁場(chǎng)測(cè)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(chǎng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(gè)環(huán)境都具有磁場(chǎng)[1]。雖然其大小各不相同(數(shù)量級(jí)約在10-9T至10-12T間)，但其總體大小均遠(yuǎn)小于地球磁場(chǎng)(地磁場(chǎng)大小約為0.5 Gs，即5*10-5T)。地球固有存在著地磁場(chǎng)，所有生物與生俱來(lái)沁浸在地磁場(chǎng)中，有天然的適應(yīng)性[2]。磁場(chǎng)對(duì)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(chǎng)的強(qiáng)度、分布、頻率有關(guān)，也同樣和生物種類(lèi)等方面有關(guān)；磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用存在一定的作用強(qiáng)度域，時(shí)間域和場(chǎng)放大效應(yīng)；因此，磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)于1.25千奧(1奧=1高斯)的均勻磁場(chǎng)中，燕麥的生長(zhǎng)會(huì)得到促進(jìn)作用[8]。

本文決定研究特定磁場(chǎng)對(duì)于植物紅豆生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)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(cè)紅豆的生長(zhǎng)情況。利用PASCO公司生產(chǎn)的EX-5539地球磁場(chǎng)測(cè)定系統(tǒng)中的磁場(chǎng)傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器能夠測(cè)量地磁場(chǎng)大小和方向,但該套系統(tǒng)沒(méi)有辦法直接應(yīng)用到樣品培養(yǎng)槽中的磁場(chǎng)的測(cè)量中。為了能夠準(zhǔn)確的測(cè)量樣品培養(yǎng)槽中的磁場(chǎng)分布情況，需要借助運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)測(cè)量在特定位置情況下磁場(chǎng)的變化情況，因此，設(shè)計(jì)了一種結(jié)合位移變化的磁場(chǎng)測(cè)定裝置,以達(dá)到可以在一定距離范圍內(nèi)連續(xù)地實(shí)時(shí)地測(cè)量某一區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)分布情況的目的。

1結(jié)合位移變化的磁場(chǎng)測(cè)定裝置的設(shè)計(jì)

PASCO公司生產(chǎn)的磁場(chǎng)傳感器(CI-6520A)(如圖1)，前端有一個(gè)探測(cè)棒，可以探測(cè)平行或垂直于探測(cè)棒兩個(gè)方向磁場(chǎng)強(qiáng)度 。

圖1　磁場(chǎng)傳感器

PASCO公司生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)傳感器(PS-2103A)通過(guò)發(fā)射超聲波信號(hào)并探測(cè)被測(cè)物體反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，進(jìn)而測(cè)出物體的位移、速度和加速度。

利用這兩種儀器配合測(cè)量樣品槽中磁場(chǎng)分布情況時(shí)，遇到了兩個(gè)問(wèn)題：

(1)磁場(chǎng)傳感器前段的探測(cè)棒長(zhǎng)度有限，無(wú)法測(cè)量到樣品槽底部；

(2)運(yùn)動(dòng)傳感器需要物體的反射信號(hào)才能測(cè)量，而磁場(chǎng)傳感器的主體部分太小，人在操作時(shí)的動(dòng)作會(huì)影響到反射超聲信號(hào)，造成一定的干擾。

為解決這些問(wèn)題，該裝置系統(tǒng)中添加了自行設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)傳感器很好的反射超聲波信號(hào)，人工握持區(qū)使得人在操作時(shí)的動(dòng)作不會(huì)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(chǎng)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(zhǎng)的作用，使得磁場(chǎng)傳感器的探測(cè)棒能夠測(cè)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(cè)物體或探測(cè)樣品槽的相對(duì)位置，保證反射板在人工操作時(shí)能夠在平行或垂直于探測(cè)對(duì)象方向移動(dòng)。

結(jié)合位移變化的磁場(chǎng)測(cè)定裝置簡(jiǎn)圖如(圖2)：圖中將運(yùn)動(dòng)傳感器安置在升降平臺(tái)上，方便運(yùn)動(dòng)傳感器對(duì)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(chǎng)傳感器探測(cè)到樣品槽的底部。圖中的樣品槽可以換成其他的待測(cè)磁場(chǎng)區(qū)域，如地磁場(chǎng)，通電螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng)等。

圖2　結(jié)合位移變化的磁場(chǎng)測(cè)定裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

2該裝置磁場(chǎng)的測(cè)定及應(yīng)用

2．1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

本次實(shí)驗(yàn)研究植物體的磁場(chǎng)的生物學(xué)效應(yīng)，選取出紅豆作為研究對(duì)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(shí)驗(yàn)成果。

實(shí)驗(yàn)所需磁場(chǎng)環(huán)境是用強(qiáng)力磁鐵構(gòu)建(場(chǎng)強(qiáng)情況已知),在同一長(zhǎng)方形培養(yǎng)槽的左右兩端分別固定有N級(jí)與S級(jí)向上的強(qiáng)力磁鐵各2塊，中間段部分設(shè)定為正常磁場(chǎng)環(huán)境，將紅豆種子均勻撒于盆底進(jìn)行培養(yǎng)，光照時(shí)長(zhǎng)、養(yǎng)料等外界條件均保持一致，觀察其發(fā)芽生長(zhǎng)情況。圖3為培養(yǎng)槽從左至右的橫向磁場(chǎng)分布情況。圖中培養(yǎng)槽中的磁場(chǎng)由圖2裝置測(cè)出，其中磁場(chǎng)傳感器CI-6520A(放大100倍)，該磁鐵所構(gòu)成的環(huán)境中磁場(chǎng)最大值約為5倍地磁場(chǎng)強(qiáng)度。

圖3　培養(yǎng)槽中磁場(chǎng)分布情況

2．2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

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

圖4　7天后紅豆生長(zhǎng)情況

從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測(cè)量和照片數(shù)據(jù)中能夠直觀的看到，在具有磁場(chǎng)環(huán)境影響的紅豆芽生長(zhǎng)情況要明顯高于在正常環(huán)境中的紅豆生長(zhǎng)情況，對(duì)于不同區(qū)域的豆芽進(jìn)行隨機(jī)取樣(樣本數(shù)取30組)并測(cè)量其生長(zhǎng)長(zhǎng)度，并且計(jì)算得到不同區(qū)域的平均豆芽長(zhǎng)度，如表1。

表1　紅豆芽長(zhǎng)度測(cè)量

經(jīng)過(guò)分析可得出，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)處在1.5~2.5 Gs(約3~5倍地磁場(chǎng)強(qiáng)度)時(shí)，其磁場(chǎng)對(duì)紅豆生長(zhǎng)起到了促進(jìn)的作用。這結(jié)果與資料中促進(jìn)燕麥生長(zhǎng)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(chǎng)傳感器與運(yùn)動(dòng)傳感器,設(shè)計(jì)了結(jié)合位移變化的磁場(chǎng)測(cè)定裝置,該裝置中添加了自行設(shè)計(jì)的反射板,使該裝置可以在一定距離范圍內(nèi)連續(xù)地實(shí)時(shí)地測(cè)量某一區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)分布情況，并成功將該套裝置應(yīng)用到紅豆生長(zhǎng)的磁場(chǎng)生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,研究結(jié)果表明磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)處1.5~2.5 Gs(約3~5倍地磁場(chǎng)強(qiáng)度)時(shí)，其磁場(chǎng)對(duì)紅豆生長(zhǎng)起到了促進(jìn)的作用。

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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(lèi)號(hào)：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(hào)：1007-2934(2016)01-0030-03

基金項(xiàng)目：上海市大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(cs1421004)；上海工程技術(shù)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(cx1421013)

收稿日期：2015-09-24