基本信息
- 項目名稱：
- GSM頻段電磁輻照細胞效應(yīng)實驗設(shè)備
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 隨著移動電話、無線網(wǎng)絡(luò)等無線設(shè)備的迅速普及，電磁輻射對生命健康的影響日益受到社會的廣泛關(guān)注。常用頻段，如835～915MHz，1800～1900MHz，2430～2470MHz的電磁輻射對生物從個體到細胞的效應(yīng)是國際生物電磁學(xué)界的研究重點。 目前，國際生物電磁學(xué)的研究普遍需要針對實驗要求研制專用設(shè)備。為推進GSM頻段移動通訊設(shè)備電磁輻照細胞效應(yīng)的實驗研究，為GSM頻段電磁輻照安全標準的制定提供可靠數(shù)據(jù)，我們研制了本系統(tǒng)。
- 詳細介紹：
- 隨著現(xiàn)代無線通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，移動電話、無線網(wǎng)絡(luò)等無線設(shè)備迅速普及。由此帶來的電磁輻射對生命健康的影響日益受到社會的廣泛關(guān)注。在眾多頻率中，常用頻段，如835～915 MHz，1800～1900 MHz，2430～2470 MHz的電磁輻射對生物從個體到細胞的效應(yīng)是國際生物電磁學(xué)界的研究重點。目前，國際生物電磁學(xué)的研究普遍需要針對實驗要求研制專用設(shè)備。為推進GSM頻段移動通訊設(shè)備電磁輻照細胞效應(yīng)的實驗研究，為GSM頻段電磁輻照安全標準的制定提供可靠數(shù)據(jù)，我們研制了本系統(tǒng)。 系統(tǒng)為培養(yǎng)細胞在900 MHz電磁輻照下產(chǎn)生的生物效應(yīng)的實驗研究提供電磁輻照環(huán)境和溫度環(huán)境。以單片機控制信號源和功放模塊實現(xiàn)了連續(xù)波和脈沖調(diào)制波兩種標準的實驗輻照波形。以標準尺寸的900 MHz矩形波導(dǎo)作為輻照箱，以反相雙源激勵方式建立均勻的駐波場分布。功率檢測模塊測量激勵源的反射功率，根據(jù)入射功率和反射功率之差得到細胞的吸收功率，作為劑量分析的基礎(chǔ)。該實驗系統(tǒng)通過加溫模塊和測溫模塊，輔以內(nèi)置空氣循環(huán)系統(tǒng)，為細胞提供可控和穩(wěn)定的溫度環(huán)境。 本系統(tǒng)填補了國內(nèi)相關(guān)設(shè)備研制的空白，為GSM頻段細胞層次生物電磁學(xué)實驗奠定了設(shè)備基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- ★設(shè)計發(fā)明目的：隨著諸如移動電話、無線網(wǎng)絡(luò)等無線設(shè)備的迅速普及，電磁輻射對生命健康的影響日益受到社會的廣泛關(guān)注。常用頻段，如835～915MHz，1800～1900MHz，2430～2470MHz的電磁輻射對生物從個體到細胞的效應(yīng)是國際生物電磁學(xué)界的研究重點。 ★目前，國際生物電磁學(xué)的研究普遍需要針對實驗要求研制專用設(shè)備。為推進GSM頻段移動通訊設(shè)備電磁輻照細胞效應(yīng)的實驗研究，為GSM頻段電磁輻照安全標準的制定提供可靠數(shù)據(jù)，我們研制了本系統(tǒng)。 ★基本思路：系統(tǒng)為培養(yǎng)細胞在900MHz電磁輻照下產(chǎn)生的生物效應(yīng)實驗研究提供可測控的輻照劑量和溫度環(huán)境。 ★創(chuàng)新點：1、系統(tǒng)填補了國內(nèi)相關(guān)設(shè)備研制的空白。2、系統(tǒng)實現(xiàn)了無人值守的實驗過程和數(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確性。4、輻照箱實現(xiàn)了不受電磁波干擾的波導(dǎo)內(nèi)溫度直接測量，改善了溫度測量精度，同時也顯著減小了設(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：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、先進性
- 作品的科學(xué)性表現(xiàn)在系統(tǒng)的研發(fā)過程中：★我們在廣泛調(diào)研考察和與實驗人員交流的基礎(chǔ)上，研制了本系統(tǒng)。對數(shù)字控制電路做了仿真驗證，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題，對波導(dǎo)輻照箱的激勵源采用時域有限差分法XFDTD仿真優(yōu)化，提高功率傳輸系數(shù)和輻照效率。通過上述工作，保證了整個系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性 先進性：★系統(tǒng)設(shè)計了綜合控制平臺，集中所有控制平臺于控制箱。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，便于開展大規(guī)模系統(tǒng)性實驗，研究各種輻照環(huán)境中的細胞效應(yīng) ★系統(tǒng)預(yù)留有升級插槽，可根據(jù)用戶的實際需求添加相應(yīng)的模塊，實現(xiàn)附加功能，如產(chǎn)生隨機干擾磁場、電場干擾脈沖等 ★科技查新結(jié)果說明，國內(nèi)外尚未有人研制出包括綜合控制平臺、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)、直接溫度測量技術(shù)的同類實驗系統(tǒng)
獲獎情況及鑒定結(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)科技作品競賽中獲特等獎。 通過科技查新，表明國內(nèi)尚無GSM頻段電磁輻照細胞效應(yīng)實驗系統(tǒng)設(shè)計的的公開文獻報道。
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)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢：★安全性好、精確度高、實驗效率高、易于操作、實驗環(huán)境要求低和便于根據(jù)用戶的需求進行升級擴展 適應(yīng)范圍：★本系統(tǒng)適用于國內(nèi)外進行生物電磁學(xué)系統(tǒng)性研究的機構(gòu)、制定手機輻射標準的相關(guān)部門和相關(guān)醫(yī)療機構(gòu)和環(huán)保組織。另外系統(tǒng)集成有射頻功率檢測模塊，可以整合此模塊，對某一環(huán)境中超過一定強度的輻射發(fā)出預(yù)警，將此推向民用市場。 推廣前景與效益預(yù)測：★健康是人們永恒關(guān)注的話題。目前人們對無線設(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?。這些無線設(shè)備在帶給人們便利的同時，另一方面產(chǎn)生的電磁輻射卻給人們的健康帶來巨大隱患。全社會都迫切期望了解電磁輻射到底會給人體帶來怎樣的危害。它關(guān)系到手機等無線設(shè)備輻射標準的制定、環(huán)境保護等重大社會課題，因而國內(nèi)外有眾多的科研院所和醫(yī)療機構(gòu)進行大量的實驗研究。所以本系統(tǒng)有著非常廣闊的市場空間。 ★本系統(tǒng)成本在8000元左右，預(yù)計市場售價為5萬元，相對于國外同類系統(tǒng)數(shù)十萬元的售價，具有很強的市場競爭力。
同類課題研究水平概述
- ★目前國內(nèi)尚無在研的GSM頻段電磁輻照細胞效應(yīng)實驗系統(tǒng)。 ★關(guān)于同類的實驗系統(tǒng)，國際上一些實驗室的做法是，從不同途徑購進或研發(fā)各個模塊，如瑞士聯(lián)邦工學(xué)院2000年研制的細胞實驗電磁輻照系統(tǒng)是分別采購信號發(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)備進行組裝開發(fā)，這種方法雖然各個獨立模塊性能指標優(yōu)良，但是一方面采購價格昂貴，波導(dǎo)輻照腔費用為4萬歐元，環(huán)境控制箱采購和維護費用為60萬人民幣。另一方面各獨立模塊兼容性和聯(lián)試效果不佳，造成實驗過程中如功率和溫度等參數(shù)的穩(wěn)定性較差，影響了實驗效果，降低了結(jié)果的可信度和實驗質(zhì)量。各個設(shè)備組合后比較凌亂，信號產(chǎn)生及控制和測量設(shè)備分散，平臺較多，不利于實驗操作，必須有專人職守，不易安排長期如持續(xù)數(shù)天的實驗，影響了實驗開展。 ★在輻照控制和測量方面，有些設(shè)備采用數(shù)字控制電路和模擬控制電路混用，如美國馬里蘭州大學(xué)2006年研制的一套900 MHz細胞實驗電磁輻照系統(tǒng)，這些設(shè)備只能提供點頻或有限幾個頻率的電磁輻照，輻照功率選擇范圍較小，調(diào)制信號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，不利于開展各種輻照頻率和功率下的系統(tǒng)性實驗，無法獲得規(guī)律性發(fā)現(xiàn)。 ★在細胞環(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)輻射箱的長度最少為450mm，已經(jīng)無法置于環(huán)境控制箱，而且，為了對細胞環(huán)境的溫度進行準確計算，需要提供波導(dǎo)內(nèi)空氣溫度均勻分布，需要將波導(dǎo)開孔吹氣，而開孔又影響了波導(dǎo)中的電磁波駐波場分布，從而降低了輻照劑量的評估結(jié)果。另一些設(shè)備，如美國馬里蘭州大學(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，細胞環(huán)境升溫很慢，延遲了輻照實驗開始時間，而輻照開始時細胞狀態(tài)容易已經(jīng)改變，影響了作為效應(yīng)基礎(chǔ)的細胞質(zhì)量，降低了實驗的可信度。 ★在細胞環(huán)境溫度測量方面，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細胞環(huán)境溫度進行近似測量，影響了測量結(jié)果的精確度，對熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的甄別造成困難。
