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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- GSM頻段電磁輻照細(xì)胞效應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 隨著移動(dòng)電話、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線設(shè)備的迅速普及，電磁輻射對(duì)生命健康的影響日益受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。常用頻段，如835～915MHz，1800～1900MHz，2430～2470MHz的電磁輻射對(duì)生物從個(gè)體到細(xì)胞的效應(yīng)是國(guó)際生物電磁學(xué)界的研究重點(diǎn)。 目前，國(guó)際生物電磁學(xué)的研究普遍需要針對(duì)實(shí)驗(yàn)要求研制專用設(shè)備。為推進(jìn)GSM頻段移動(dòng)通訊設(shè)備電磁輻照細(xì)胞效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，為GSM頻段電磁輻照安全標(biāo)準(zhǔn)的制定提供可靠數(shù)據(jù)，我們研制了本系統(tǒng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著現(xiàn)代無(wú)線通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)電話、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線設(shè)備迅速普及。由此帶來(lái)的電磁輻射對(duì)生命健康的影響日益受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。在眾多頻率中，常用頻段，如835～915 MHz，1800～1900 MHz，2430～2470 MHz的電磁輻射對(duì)生物從個(gè)體到細(xì)胞的效應(yīng)是國(guó)際生物電磁學(xué)界的研究重點(diǎn)。目前，國(guó)際生物電磁學(xué)的研究普遍需要針對(duì)實(shí)驗(yàn)要求研制專用設(shè)備。為推進(jìn)GSM頻段移動(dòng)通訊設(shè)備電磁輻照細(xì)胞效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，為GSM頻段電磁輻照安全標(biāo)準(zhǔn)的制定提供可靠數(shù)據(jù)，我們研制了本系統(tǒng)。 系統(tǒng)為培養(yǎng)細(xì)胞在900 MHz電磁輻照下產(chǎn)生的生物效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究提供電磁輻照環(huán)境和溫度環(huán)境。以單片機(jī)控制信號(hào)源和功放模塊實(shí)現(xiàn)了連續(xù)波和脈沖調(diào)制波兩種標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)輻照波形。以標(biāo)準(zhǔn)尺寸的900 MHz矩形波導(dǎo)作為輻照箱，以反相雙源激勵(lì)方式建立均勻的駐波場(chǎng)分布。功率檢測(cè)模塊測(cè)量激勵(lì)源的反射功率，根據(jù)入射功率和反射功率之差得到細(xì)胞的吸收功率，作為劑量分析的基礎(chǔ)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)加溫模塊和測(cè)溫模塊，輔以內(nèi)置空氣循環(huán)系統(tǒng)，為細(xì)胞提供可控和穩(wěn)定的溫度環(huán)境。 本系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備研制的空白，為GSM頻段細(xì)胞層次生物電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)奠定了設(shè)備基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- ★設(shè)計(jì)發(fā)明目的：隨著諸如移動(dòng)電話、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線設(shè)備的迅速普及，電磁輻射對(duì)生命健康的影響日益受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。常用頻段，如835～915MHz，1800～1900MHz，2430～2470MHz的電磁輻射對(duì)生物從個(gè)體到細(xì)胞的效應(yīng)是國(guó)際生物電磁學(xué)界的研究重點(diǎn)。 ★目前，國(guó)際生物電磁學(xué)的研究普遍需要針對(duì)實(shí)驗(yàn)要求研制專用設(shè)備。為推進(jìn)GSM頻段移動(dòng)通訊設(shè)備電磁輻照細(xì)胞效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，為GSM頻段電磁輻照安全標(biāo)準(zhǔn)的制定提供可靠數(shù)據(jù)，我們研制了本系統(tǒng)。 ★基本思路：系統(tǒng)為培養(yǎng)細(xì)胞在900MHz電磁輻照下產(chǎn)生的生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究提供可測(cè)控的輻照劑量和溫度環(huán)境。 ★創(chuàng)新點(diǎn)：1、系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備研制的空白。2、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)記錄。3、輻照箱采用內(nèi)部空氣加熱和循環(huán)方案，取代了傳統(tǒng)的輻照箱外置溫控系統(tǒng)，同時(shí)采用了數(shù)字模糊邏輯算法，極大地提高了加溫速度和溫度控制的準(zhǔn)確性。4、輻照箱實(shí)現(xiàn)了不受電磁波干擾的波導(dǎo)內(nèi)溫度直接測(cè)量，改善了溫度測(cè)量精度，同時(shí)也顯著減小了設(shè)備體積和規(guī)模。5、系統(tǒng)主板采用完全自主設(shè)計(jì)的8位PPI并行總線協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速度是現(xiàn)有SPI總線的8倍以上。 ★技術(shù)關(guān)鍵：數(shù)字化控制技術(shù)、波導(dǎo)輻照腔內(nèi)置空氣加熱循環(huán)技術(shù)、模糊溫控算法、電磁兼容技術(shù)和電磁屏蔽技術(shù)。 ★主要技術(shù)指標(biāo)：1、輻照源頻率調(diào)整范圍880～915MHz，功率調(diào)整范圍0～5000mW；2、溫度調(diào)整范圍環(huán)境溫度～50 ℃，控制精度0.1 ℃，溫度穩(wěn)定度± 0.06 ℃
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性表現(xiàn)在系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中：★我們?cè)趶V泛調(diào)研考察和與實(shí)驗(yàn)人員交流的基礎(chǔ)上，研制了本系統(tǒng)。對(duì)數(shù)字控制電路做了仿真驗(yàn)證，并采用有限元法Ansoft HFSS電磁仿真軟件優(yōu)化射頻電路，合理分配電路板空間并采用電磁屏蔽措施解決了數(shù)字電路和射頻電路的電磁兼容問(wèn)題，對(duì)波導(dǎo)輻照箱的激勵(lì)源采用時(shí)域有限差分法XFDTD仿真優(yōu)化，提高功率傳輸系數(shù)和輻照效率。通過(guò)上述工作，保證了整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性 先進(jìn)性：★系統(tǒng)設(shè)計(jì)了綜合控制平臺(tái)，集中所有控制平臺(tái)于控制箱。系統(tǒng)全數(shù)字化控制，系統(tǒng)界面由液晶顯示，流程合理，操作方便 ★系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多重輻照條件設(shè)定，并提供了系列化的可調(diào)參數(shù)，可以靈活選擇并組合，便于開(kāi)展大規(guī)模系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，研究各種輻照環(huán)境中的細(xì)胞效應(yīng) ★系統(tǒng)預(yù)留有升級(jí)插槽，可根據(jù)用戶的實(shí)際需求添加相應(yīng)的模塊，實(shí)現(xiàn)附加功能，如產(chǎn)生隨機(jī)干擾磁場(chǎng)、電場(chǎng)干擾脈沖等 ★科技查新結(jié)果說(shuō)明，國(guó)內(nèi)外尚未有人研制出包括綜合控制平臺(tái)、多重輻照條件設(shè)定、波導(dǎo)輻照箱內(nèi)空氣加熱和循環(huán)技術(shù)、直接溫度測(cè)量技術(shù)的同類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品在第七屆“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲特等獎(jiǎng)。 通過(guò)科技查新，表明國(guó)內(nèi)尚無(wú)GSM頻段電磁輻照細(xì)胞效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片 錄像 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：★安全性好、精確度高、實(shí)驗(yàn)效率高、易于操作、實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求低和便于根據(jù)用戶的需求進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展 適應(yīng)范圍：★本系統(tǒng)適用于國(guó)內(nèi)外進(jìn)行生物電磁學(xué)系統(tǒng)性研究的機(jī)構(gòu)、制定手機(jī)輻射標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)部門(mén)和相關(guān)醫(yī)療機(jī)構(gòu)和環(huán)保組織。另外系統(tǒng)集成有射頻功率檢測(cè)模塊，可以整合此模塊，對(duì)某一環(huán)境中超過(guò)一定強(qiáng)度的輻射發(fā)出預(yù)警，將此推向民用市場(chǎng)。 推廣前景與效益預(yù)測(cè)：★健康是人們永恒關(guān)注的話題。目前人們對(duì)無(wú)線設(shè)備的使用已經(jīng)作為一種生活方式，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。這些無(wú)線設(shè)備在帶給人們便利的同時(shí)，另一方面產(chǎn)生的電磁輻射卻給人們的健康帶來(lái)巨大隱患。全社會(huì)都迫切期望了解電磁輻射到底會(huì)給人體帶來(lái)怎樣的危害。它關(guān)系到手機(jī)等無(wú)線設(shè)備輻射標(biāo)準(zhǔn)的制定、環(huán)境保護(hù)等重大社會(huì)課題，因而國(guó)內(nèi)外有眾多的科研院所和醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究。所以本系統(tǒng)有著非常廣闊的市場(chǎng)空間。 ★本系統(tǒng)成本在8000元左右，預(yù)計(jì)市場(chǎng)售價(jià)為5萬(wàn)元，相對(duì)于國(guó)外同類系統(tǒng)數(shù)十萬(wàn)元的售價(jià)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
同類課題研究水平概述
- ★目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)在研的GSM頻段電磁輻照細(xì)胞效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 ★關(guān)于同類的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，國(guó)際上一些實(shí)驗(yàn)室的做法是，從不同途徑購(gòu)進(jìn)或研發(fā)各個(gè)模塊，如瑞士聯(lián)邦工學(xué)院2000年研制的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)電磁輻照系統(tǒng)是分別采購(gòu)信號(hào)發(fā)生、功率放大、頻譜分析儀、波導(dǎo)輻照箱和環(huán)境控制箱等設(shè)備進(jìn)行組裝開(kāi)發(fā)，這種方法雖然各個(gè)獨(dú)立模塊性能指標(biāo)優(yōu)良，但是一方面采購(gòu)價(jià)格昂貴，波導(dǎo)輻照腔費(fèi)用為4萬(wàn)歐元，環(huán)境控制箱采購(gòu)和維護(hù)費(fèi)用為60萬(wàn)人民幣。另一方面各獨(dú)立模塊兼容性和聯(lián)試效果不佳，造成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如功率和溫度等參數(shù)的穩(wěn)定性較差，影響了實(shí)驗(yàn)效果，降低了結(jié)果的可信度和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。各個(gè)設(shè)備組合后比較凌亂，信號(hào)產(chǎn)生及控制和測(cè)量設(shè)備分散，平臺(tái)較多，不利于實(shí)驗(yàn)操作，必須有專人職守，不易安排長(zhǎng)期如持續(xù)數(shù)天的實(shí)驗(yàn)，影響了實(shí)驗(yàn)開(kāi)展。 ★在輻照控制和測(cè)量方面，有些設(shè)備采用數(shù)字控制電路和模擬控制電路混用，如美國(guó)馬里蘭州大學(xué)2006年研制的一套900 MHz細(xì)胞實(shí)驗(yàn)電磁輻照系統(tǒng)，這些設(shè)備只能提供點(diǎn)頻或有限幾個(gè)頻率的電磁輻照，輻照功率選擇范圍較小，調(diào)制信號(hào)的頻率和脈寬選擇范圍也不大，而且頻率和功率的調(diào)整互相影響，不利于開(kāi)展各種輻照頻率和功率下的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法獲得規(guī)律性發(fā)現(xiàn)。 ★在細(xì)胞環(huán)境溫度控制方面，目前有些設(shè)備，如瑞士聯(lián)邦工學(xué)院研制的系統(tǒng)，采用波導(dǎo)輻照箱內(nèi)置于恒溫箱的做法，由于環(huán)境控制箱容積有限，輻照箱的外尺寸有嚴(yán)格限制，適用于1800～1900MHz和2430～2470MHz頻段的波導(dǎo)，而900MHz波導(dǎo)輻射箱的長(zhǎng)度最少為450mm，已經(jīng)無(wú)法置于環(huán)境控制箱，而且，為了對(duì)細(xì)胞環(huán)境的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，需要提供波導(dǎo)內(nèi)空氣溫度均勻分布，需要將波導(dǎo)開(kāi)孔吹氣，而開(kāi)孔又影響了波導(dǎo)中的電磁波駐波場(chǎng)分布，從而降低了輻照劑量的評(píng)估結(jié)果。另一些設(shè)備，如美國(guó)馬里蘭州大學(xué)研制的系統(tǒng)，采用波導(dǎo)輻照箱外水循環(huán)加熱的方式下，細(xì)胞環(huán)境升溫很慢，延遲了輻照實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間，而輻照開(kāi)始時(shí)細(xì)胞狀態(tài)容易已經(jīng)改變，影響了作為效應(yīng)基礎(chǔ)的細(xì)胞質(zhì)量，降低了實(shí)驗(yàn)的可信度。 ★在細(xì)胞環(huán)境溫度測(cè)量方面，由于現(xiàn)有的設(shè)備均采用外置的加熱方式，波導(dǎo)輻照箱中電磁波對(duì)溫度傳感器和電路引線有明顯的加熱和干擾作用，所以現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法在箱內(nèi)放置溫度傳感器，只能根據(jù)波導(dǎo)輻照箱外部的溫度對(duì)細(xì)胞環(huán)境溫度進(jìn)行近似測(cè)量，影響了測(cè)量結(jié)果的精確度，對(duì)熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的甄別造成困難。
