梁俊卿，王　珊

(上海工程技术大学，上海　201620)



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结合位移变化的磁场测定装置的设计及应用

梁俊卿，王珊*

(上海工程技术大学，上海201620)

摘 要：利用PASCO公司生产的磁场传感器与运动传感器,设计了结合位移变化的磁场测定装置,该装置中添加了自行设计的反射板,使该装置可以在一定距离范围内连续地实时地测量某一区域内的磁场分布情况，并成功将该套装置应用到红豆生长的磁场生物效应实验中。利用该装置测量了红豆生长培养槽中的磁场分布情况,并研究了红豆处于该种特定磁场环境中,从发芽到生长7天的植株生长情况,研究结果表明磁场场强处于1.5~2.5 Gs(约3~5倍地磁场强度)时，其磁场对红豆生长起到了促进的作用。

关键词：磁场测定；生物效应；红豆

现代科学的发展已经表明，一切物质都具有一定磁性，并且任何空间中都存在着大小、方向不定的磁场。简单来说就是，生活中所接触到的每一样物品都具有磁性，生物体所处的每一个环境都具有磁场[1]。虽然其大小各不相同(数量级约在10-9T至10-12T间)，但其总体大小均远小于地球磁场(地磁场大小约为0.5 Gs，即5*10-5T)。地球固有存在着地磁场，所有生物与生俱来沁浸在地磁场中，有天然的适应性[2]。磁场对于生物体生物学方面的影响是多种多样的，其具体的生物效应不仅和磁场的强度、分布、频率有关，也同样和生物种类等方面有关；磁场对生物体的作用存在一定的作用强度域，时间域和场放大效应；因此，磁场的生物体效应的研究在生物学方面和医学方面都有很好地应用前景[1-7]。例如，在磁场强度强于1.25千奥(1奥=1高斯)的均匀磁场中，燕麦的生长会得到促进作用[8]。

本文决定研究特定磁场对于植物红豆生长的影响。实验红豆放置在特定的样品培养槽中，培养槽下安置磁铁，观测红豆的生长情况。利用PASCO公司生产的EX-5539地球磁场测定系统中的磁场传感器与转动传感器能够测量地磁场大小和方向,但该套系统没有办法直接应用到样品培养槽中的磁场的测量中。为了能够准确的测量样品培养槽中的磁场分布情况，需要借助运动传感器来测量在特定位置情况下磁场的变化情况，因此，设计了一种结合位移变化的磁场测定装置,以达到可以在一定距离范围内连续地实时地测量某一区域内的磁场分布情况的目的。

1结合位移变化的磁场测定装置的设计

PASCO公司生产的磁场传感器(CI-6520A)(如图1)，前端有一个探测棒，可以探测平行或垂直于探测棒两个方向磁场强度 。

图1　磁场传感器

PASCO公司生产的运动传感器(PS-2103A)通过发射超声波信号并探测被测物体反射回来的超声波信号，进而测出物体的位移、速度和加速度。

利用这两种仪器配合测量样品槽中磁场分布情况时，遇到了两个问题：

(1)磁场传感器前段的探测棒长度有限，无法测量到样品槽底部；

(2)运动传感器需要物体的反射信号才能测量，而磁场传感器的主体部分太小，人在操作时的动作会影响到反射超声信号，造成一定的干扰。

为解决这些问题，该装置系统中添加了自行设计的反射板，反射板由a,b,c三部分组成：

a部分为反射板主体部分由反射区域和人工握持区域组成，反射区域面积较大，能配合运动传感器很好的反射超声波信号，人工握持区使得人在操作时的动作不会影响反射区域的超声波反射，避免了人为操作造成的干扰；

b部分为磁场传感器固定部分，该部分可以固定在反射区域背后，位置可以调节，起到延长的作用，使得磁场传感器的探测棒能够测量到比较深的凹槽中；

c部分为反射板固定部分，固定反射板与探测物体或探测样品槽的相对位置，保证反射板在人工操作时能够在平行或垂直于探测对象方向移动。

结合位移变化的磁场测定装置简图如(图2)：图中将运动传感器安置在升降平台上，方便运动传感器对准反射板的反射区。反射板的b部分可以延伸使得固定在其上面的磁场传感器探测到样品槽的底部。图中的样品槽可以换成其他的待测磁场区域，如地磁场，通电螺线管产生磁场等。

图2　结合位移变化的磁场测定装置设计简图

2该装置磁场的测定及应用

2．1 实验材料与方法

本次实验研究植物体的磁场的生物学效应，选取出红豆作为研究对象，因其易于养殖并且能够在短期内迅速成熟，较易获得实验成果。

实验所需磁场环境是用强力磁铁构建(场强情况已知),在同一长方形培养槽的左右两端分别固定有N级与S级向上的强力磁铁各2块，中间段部分设定为正常磁场环境，将红豆种子均匀撒于盆底进行培养，光照时长、养料等外界条件均保持一致，观察其发芽生长情况。图3为培养槽从左至右的横向磁场分布情况。图中培养槽中的磁场由图2装置测出，其中磁场传感器CI-6520A(放大100倍)，该磁铁所构成的环境中磁场最大值约为5倍地磁场强度。

图3　培养槽中磁场分布情况

2．2实验数据与分析

因温度较为适宜，红豆从发芽到生长，经过7天已经得到了明显的植物生长情况差异。以7天后红豆芽生长的平均长度作为衡量。

图4　7天后红豆生长情况

从实验的数据测量和照片数据中能够直观的看到，在具有磁场环境影响的红豆芽生长情况要明显高于在正常环境中的红豆生长情况，对于不同区域的豆芽进行随机取样(样本数取30组)并测量其生长长度，并且计算得到不同区域的平均豆芽长度，如表1。

表1　红豆芽长度测量

经过分析可得出，当场强处在1.5~2.5 Gs(约3~5倍地磁场强度)时，其磁场对红豆生长起到了促进的作用。这结果与资料中促进燕麦生长的结论[4]也是相一致。

3结论

利用PASCO公司生产的磁场传感器与运动传感器,设计了结合位移变化的磁场测定装置,该装置中添加了自行设计的反射板,使该装置可以在一定距离范围内连续地实时地测量某一区域内的磁场分布情况，并成功将该套装置应用到红豆生长的磁场生物效应实验中,研究结果表明磁场场强处1.5~2.5 Gs(约3~5倍地磁场强度)时，其磁场对红豆生长起到了促进的作用。

参考文献：

[1]张爱国.浅谈磁场及其生物效应[J].考试周刊,2012(20):170-171.

[2]贺潇蒙.磁场对生物体作用的实验设计研究[J].实验室科学,2010,13(6):99-100.

[3]朱杰.不同类型磁场对细胞作用的生物学研究[J].生物磁学，2004,4(4):28-30.

[4]朱杰.磁场的生物学效应及其机理的研究[J].生物磁学,2005,5(1):26-29.

[5]周田华,等.电磁场促进周围神经再生作用机体探讨[J].中华理疗杂志,2001,24(6):209.

[6]黄清松,李红枝.磁场处理离体小肠对葡萄糖吸收功能的影响[J].生物磁学,2004,4(2):13-15.

[7]郭红梅,彭燕华,陈秋霞,等.磁场作用对小鼠抗应激能力的影响[J].生物磁学,2004,4(2):10-12.

[8]李国栋 生物磁学及其应用[J].北京：科学出版社,1983,1(1).

[9]黄军.用传感器探究影响向心力大小因素的实验装置研究[J].大学物理实验，2015，28(2)：31-34.

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

中图分类号：O 4-33

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.008

文章编号：1007-2934(2016)01-0030-03

基金项目：上海市大学生创新实验项目(cs1421004)；上海工程技术大学大学生创新实验项目(cx1421013)

收稿日期：2015-09-24