CN104777380A - 一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，包括直流离子流发生单元：由上自下依次安装在绝缘支架上的电晕丝网、控制栅网和地电位极板，地电位极板接地；静电场发生单元：地电位极板和安装于绝缘支架上且位于控制栅网和地电位极板之间的若干个通过导线串联的上极板网；电压发生与控制单元：分别连接电晕丝网、控制栅网和上极板网的三个直流电源以及连接并控制三个直流电源的电压控制单元；置于地电位极板上的动物饲养笼具。本发明可同时进行多个电场强度暴露的动物造模，使电场暴露环境尽可能接近实际特高压直流输电线路产生的电场环境，有效开展特高压直流输电线路电场暴露动物实验，为相应的标准制定提供一定的科学参考。

Description

一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置

技术领域

本发明属于生物模型制备领域，具体涉及一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置。

背景技术

随着特高压直流输电工程的建设和居民对自身所处环境要求的不断提高，相关的电磁环境影响备受关注。与交流输电线传输交变电流产生时变电磁场不同，直流输电线传输稳恒电流产生的是0Hz非时变电场(这部分电场通常被称为标称电场)，同时对特高压直流输电线，还存在由导线电晕放电产生的离子流场，两者叠加形成地面合成场强。在某些情况下，地面合成场强甚至可以达到标称电场的3～3.5倍。因此地面合成场强的增加和离子电流的出现是特高压直流输电线路电磁环境区别于交流线路的重要原因之一。

目前针对交流输变电设施产生的时变电磁场和直流输变电设施产生的静磁场生物效应，国内外已有大量研究，并在此基础上制定了相应的暴露限值。在直流电场方面，国内外仅在人体对直流电场和所截获离子流感受方面有较为系统研究，目前国际上尚未给出频率为0Hz的非时变电场(静电场)暴露限值，国内也仅有一行业标准《±800kV特高压直流线路电磁环境参数限值》(DL/T 1088-2008)作为我国直流输电工程电磁环境评价暂行标准。制订电磁环境评价标准必须有充分的科学依据，包括理论依据、动物实验依据、现场调查和人群流行病学依据，从这个角度讲，目前上述标准制定依据特别是动物实验依据等还很不充分，该标准成为国标甚至国际标准，还需进一步深入开展相关动物实验等科学研究。

一般而言，电场环境暴露动物造模既可在现场实际环境中开展，也可在实验室模拟环境中进行。前者虽可以直接利用实际特高压直流输电线路产生的电场环境进行动物造模，但无法排除诸如气象、其它有害气体等不利条件的影响，降低实验结论准确度。后者能较好的控制变量，但需要设计一个能准确模拟特高压直流输电线下实际电场环境的装置。

特高压直流输电线标称电场可通过加有一定电压的上下两块平行平板电极产生。如Cieslar G等即采用了此种装置进行模拟特高压直流输电线电场暴露动物造模(Compel-the International Journal for Computation andMathematics in Electrical and Electronic Engineering,31(4):1212-1223,2012)，但该装置忽略了离子流场，不符合特高压直流输电线下电场实际情况。

另一方面，进行动物造模时需避免动物饲养装置对电场环境的影响。目前实验动物饲养笼具按制作材料主要可分为塑料笼具和金属笼具，此二种笼具直接应用于特高压直流输电线电场环境暴露动物造模，均会对电场环境造成较大影响。具体来说，塑料笼具上不断吸附和累积的带电离子在笼内局部空间会产生很大强度、方向无规的附加的静电场，导致与实际特高压输电线下动物曝露电场(特别是曝露电场方向)的显著不同，且影响笼内动物暴露强度和剂量的确定。同时，带电离子在笼具上的吸附和累积还可能引起实验动物暂态电击，对动物实验产生影响。此外，塑料笼具在电场中还会被极化，产生附加电场，影响实际电场暴露强度。金属笼具则会在电场中产生感应电荷，导致严重的电场畸变。最后，目前动物饮水瓶多以塑料制成，置于其中的动物饮水会被电场极化，动物饮用极化水后可能会对实验结果产生影响。

发明内容

本发明提供一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，解决了现有技术中忽略离子流场而不符合特高压直流输电线下电场实际情况的技术问题。

一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，包括直流离子流发生单元、静电场发生单元、电压发生与控制单元以及动物饲养笼具；

所述直流离子流发生单元包括：由上自下依次安装在绝缘支架上的电晕丝网、控制栅网和地电位极板，所述地电位极板与接地导线相连以接地；

所述静电场发生单元包括：安装于所述绝缘支架上且位于所述控制栅网和地电位极板之间的若干个上极板网以及所述地电位极板，若干个上极板网间通过导线串联；

所述电压发生与控制单元包括：分别连接所述电晕丝网、控制栅网和上极板网的三个直流电源以及连接并控制三个直流电源的电压控制单元；

所述动物饲养笼具设置于地电位极板上。

本发明中，直流离子流发生单元和静电场发生单元共用一个地电位极板。

本发明装置可同时产生离子流场和静电场，为了使本发明装置能同时进行不同电场强度暴露的动物造模，提高造模效率，优选地，所有上极板网及地电位极板可拆卸式安装于绝缘支架上，且所有上极板网及地电位极板的高度均可调。

所有上极板网通过导线串联，当第三直流电源提供给各上极板网相同电压U时，可通过分别调节各上极板网的距地电位极板距离d，从而同时获得不同的标称电场强度同时，由于不同的上极板网下具有不同的电场强度E，故推动离子电荷流向地电位极板的电场力大小也不同，从而可同时获得大小不同的离子流。同时，所述地电位极板高度可调，三个直流电源的电压大小和极性也可通过电压控制单元调节，以控制离子流场和静电场的强度和方向，从而有效模拟正、负极性特高压直流输电线路不同强度的电场环境，满足不同的实验需要。

本发明中所有上极板网及地电位极板可拆卸式安装于绝缘支架上，安装方式可采用本领域中常规的可拆卸安装方式，例如，可以是在安装支架上开设竖向安装导孔，所有上极板网及地电位极板的外侧均设置与安装导孔相配合的连接部件及紧固部件，当沿安装导孔移动至所需高度时，拧紧紧固部件，实现所有上极板网及地电位极板在安装支架上的高度可调。

所有的上极板网设置于控制栅网与地电位极板之间的空间内，优选地，所有上极板网由上至下呈阶梯状排列，且各上极板网的外径由上至下依次缩小。

上极板网数目包括但不限于3个，可根据需同时进行电场暴露动物造模的标称场强数目而设定，一般优选设置为3～10个，例如，当设置三层时，为方便安装，进一步优选地，第一上极板网和第二上极板网为圆环形，第三上极板网为圆形，第二上极板网的外环外径与第一上极板网的内环内径相同，第三上极板网的外径与第二上极板网的内环内径相同。三个上极板网的面积相拼接后与地电位极板的尺寸相同。

为保证电场均匀，且不受外界电场和邻近金属物体的干扰，优选地，所述静电场发生单元还包括与上极板网数量对应的若干组均压环和若干组均压电阻，各组均压环平行设置在对应的上极板网与地电位极板之间，各组均压电阻串联在对应的上极板网、均压环和地电位极板之间。进一步地，各组均压环的外径与对应上极板网的外径相同。

例如，当上极板网设置为三层时，由上至下分别为第一上极板网、第二上极板网和第三上极板网，对应的各组均压环分别为第一均压环、第二均压环和第三均压环，对应的各组均压电阻分别为第一均压电阻、第二均压电阻和第三均压电阻；第一均压环的外径与第一上极板网的外径相同，所有的第一均压环相互平行且间隔一定距离安装于绝缘支架上，位于第一上极板网与地电位极板之间，所有的第一均压电阻对应串联在第一上极板网、第一均压环与地电位极板之间；第二均压环的外径与第二上极板网的外径相同，所有的第二均压环相互平行且间隔一定距离安装于绝缘支架上，位于第二上极板网与地电位极板之间，所有的第二均压电阻对应串联在第二上极板网、第二均压环与地电位极板之间；第三均压环的外径与第三上极板网的外径相同，所有的第三均压环相互平行且间隔一定距离安装于绝缘支架上，位于第三上极板网与地电位极板之间，所有的第三均压电阻对应串联在第三上极板网、第三均压环与地电位极板之间。

因金属电阻会引起显著电场畸变，故本发明中所述均压电阻均优选采用碳电阻。

所述电晕丝网由导电金属丝平行固定在不锈钢圆环上组成；所述控制栅网由导电金属网固定在不锈钢圆环上组成；所有上极板网均由导电金属网固定在不锈钢圆环上组成。

金属丝之间间隔一定的间距，一般为5～10cm；控制栅栏的金属网上的孔面积一般为20～30cm²；上极板网的金属网可采用与控制栅网相同的金属网。

优选地，所述地电位极板固定于绝缘支架上，所述电晕丝网上方还设有外侧带有防晕环的绝缘盖板。

优选地，所述地电位极板为安装高度可调的导电金属板，该导电金属板安装于绝缘支架上；进一步优选地，所述地电位极板上嵌装有离子流采集板，离子流采集板与地电位极板处于同一水平面内，所述离子流采集板连接直流毫微安表；更进一步地，所述离子流采集板为铜板，与地电位极板间通过绝缘材料绝缘连接，直流毫微安表连接于所述离子流采集板的下端面与地电位极板的下端之间，且直流毫微安表与计算机相连。用于实时监测动物造模的离子流密度。

动物饲养笼具置于地电位极板上，用以电场暴露动物造模，放置动物饲养笼具时，先降低地电位极板高度，待放入动物饲养笼具后，再升高地电位极板至适当高度。

本发明的电压发生与控制单元中，第一直流电源、第二直流电源和第三直流电源分别与电晕丝网、控制栅网和上极板网相连，以提供高压直流驱动电源。电压控制单元与3个直流电源相连，以控制3个直流电源的电压大小和正负输出极性，进而控制产生的直流离子流场及静电场的大小和方向(静电场方向为竖直向下或竖直向上)。电压控制单元还可根据需要控制3个直流电源的电压大小和极性随时间变化，进而产生时变电场，以满足多种研究需要。电压控制单元及直流电源本身可以采用本领域常规设置。

本发明中所述离子流发生单元的工作原理为：当第一直流电源提供给电晕丝网的直流激励电压达到起晕电压时，电晕丝网周围空气被游离而出现带电离子。在电场力的推动下，带电离子向地电位极板扩散迁移而形成离子流。随着直流激励电压不断升高，带电离子急剧增加，离子流也随之增大。同时，控制栅网设于电晕丝网与地电位极板之间，由第二直流电源提供一个与激励电压同极性的直流控制电压。升高或降低此控制电压，可控制电晕丝周围的电场梯度，改变推动离子电荷流向地电位极板的电场力，从而有效控制流向地电位极板离子流大小。

所述静电场发生单元的工作原理为：当第三直流电源提供给各上极板网相同电压U时，可通过分别调节各上极板网的距地电位极板距离d，从而同时获得不同的标称电场强度同时，由于不同的上极板网下具有不同的电场强度，故推动离子电荷流向地电位极板的电场力大小也不同，从而可同时获得大小不同的离子流。可见，所述带离子流发生单元的模拟静电场动物暴露平台可同时进行不同电场强度暴露的动物造模，提高造模效率。

本发明解决的另一技术问题是动物饲养笼具引起的电场畸变和带电离子的累积及电场使动物饮水极化对试验结果的影响，由以下方案完成：

所述动物饲养笼具由绝缘材料制成，包括上方敞口且底部接地的箱体；设于箱体外壁上且与箱体内部相连通的水瓶槽和饲料槽；以及置于所述水瓶槽中的饮水瓶。

进一步地，所述箱体竖直侧面的内壁上安装有无线直流电场测量传感器；所述箱体的内外表面、饲料槽及水瓶槽的内外表面以及无线直流电场测量传感器的外表面均涂有半导体膜。半导体膜优选如防静电漆等。

所述动物饲养笼具的箱体优选为长方体，上方敞口，以减小其对电场强度的影响，其尺寸可根据所饲养动物体型等进行调整。动物饲养笼具由绝缘材料制成，以防止金属材料引起显著电场畸变以至电场屏蔽，同时为尽可能减小笼具在电场中的极化强度和引起的电场畸变，绝缘材料的相对介电常数应尽可能接近空气相对介电常数1.0006，如聚四氟乙烯、聚乙烯等。当然，动物饲养笼具的制作材料包括但不限于聚四氟乙烯和聚乙烯等相对介电常数尽可能接近空气、性能良好的绝缘材料，以避免笼具在电场作用下产生感应电荷而导致严重的电场畸变。

所述动物饲养笼具内外表面均涂有半导体膜，同时进行接地处理，以将笼具上吸附的带电离子导入大地。动物饲养笼具侧边装有饲料槽及水瓶槽，用以动物取食及饮水。动物饲养笼具箱体底部铺的刨花等垫料及饲料槽中的饲料需通过喷雾化水等保持一定湿度，以便其上吸附的带电离子能通过笼具导入大地。动物饲养笼具箱体内壁适当高度处(可根据动物正常活动区域的垂直高度确定)安装有具无线通信功能的直流电场测量传感器，用于实时监测动物造模的电场强度。该传感器体积尽可能小，且其外表面也涂有半导体膜，以便其上吸附的带电离子通过笼具导入大地。

优选地，所述饮水瓶包括瓶身和带有饮水导管的瓶塞，所述瓶身、瓶塞及饮水导管的材料由内至外依次为绝缘内层、金属夹层和绝缘外层，所述金属夹层上连有接地引线，所述绝缘外层表面涂有半导体膜。其中，所述金属夹层可为金属壳体也可为一定孔径的金属丝网，用以屏蔽电场从而避免动物饮水极化，同时，为减小金属表面的感应电荷对外部电场的影响，所述金属夹层上连有接地引线用以接地；所述瓶塞的绝缘内层和绝缘外层为具弹性的绝缘材料，优选如橡胶等；所述绝缘外层表面涂有半导体膜用以将吸附在水瓶上的带电离子通过动物饲养笼具导入大地。

本发明的模拟特高压输电线电场暴露的动物造模装置，具体从模拟特高压直流输电线多个不同强度的静电场和离子流场的同时产生、减小动物饲养笼具引起的电场畸变、避免带电离子在笼具表面的累积、避免电场使动物饮水极化等方面出发，以同时进行多个不同电场强度暴露的动物造模，且使实验动物造模的电场暴露环境尽可能接近实际特高压直流输电线路产生的电场环境，以便于高效开展特高压直流输电线路电场暴露动物实验，客观评价其生物效应，为相应的标准制定提供一定的科学参考。

与现有造模装置相比，本发明具有如下有益效果：

(1)所述模拟特高压输电线电场暴露的动物造模装置可产生强度和方向可调的直流离子流场和特高压静电场，可有效模拟正、负极性特高压直流输电线下不同强度的电场环境；

(2)所述静电场发生单元具有多个上极板网，可通过分别调节各上极板网的距地电位极板距离，同时获得不同的标称电场强度E和不同大小的离子流，以便于同时进行多个电场强度暴露的动物造模，极大地提高动物造模效率；

(3)所述电压控制单元还可控制3个直流电源电压大小和极性随时间变化，进而产生时变电场，以满足多种研究需要；

(4)所述地电位极板和动物饲养笼具内壁分别装有离子流密度测量装置和无线直流电场测量传感器，可实时监测动物造模的离子流密度和电场强度；

(5)所述动物饲养笼具上方敞口以减小对直流电场的影响，并通过设置一定高度(可根据动物体型等设定，如成年SD大鼠可为80cm)避免动物逃离；

(6)所述动物饲养笼具由绝缘材料制成，可有效避免笼具在电场作用下产生感应电荷而导致严重的电场畸变，且所述绝缘材料相对介电常数尽可能接近空气，以减小其在电场作用下极化产生附加电场而导致的电场畸变；

(7)所述动物饲养笼具、动物饮水瓶和直流电场测量传感器等部件表面均涂有半导体薄膜(如防静电漆等)并接地，以将各部件上吸附的带电离子导入大地，可有效防止带电离子在各部件表面累积；

(8)所述动物饮水瓶分为三层，中间一层为金属材料，以屏蔽电场从而避免动物饮水极化，可有效避免动物饮用极化水后对实验结果产生影响，且该层连有接地引线，可减小金属材料表面的感应电荷对外界电场的影响。

附图说明

图1为本发明装置的立体结构示意图；

图2为本发明装置的剖面示意图；

图3为电晕丝网俯视图；

图4为动物饲养笼具的结构示意图；

图5为饮水瓶的剖面示意图；

图6是图5所示A部分的局部放大图。

图中所示附图标记如下：

1-电压控制单元       2.1-第一直流电源      2.2-第二直流电源

2.3-第三直流电源     3-防晕环              4-绝缘盖板

5-电晕丝网           6-控制栅网            7.1-第一上级板网

7.2-第二上级板网     7.3-第三上极板网      8.1-第一均压电阻

8.2-第二均压电阻     8.3-第三均压电阻      9.1-第一均压环

9.2-第二均压环       9.3-第三均压环        10-地电位极板

11-离子流采集板      12-绝缘支架           13-动物饲养笼具

14-直流毫微安表      15-导电金属丝         16-不锈钢圆环

13.1-箱体            13.2-无线直流电场测量传感器

13.3-水瓶槽          13.4-饲料槽           13.5-饮水瓶

a-绝缘内层           b-金属夹层            c-绝缘外层

13.51-瓶身           13.52-瓶塞            13.53-饮水导管

13.54-接地引线

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，包括装置主体、电压发生与控制单元和动物饲养笼具13。

装置主体整体呈圆柱体状，其尺寸可根据需造模动物体型及数量而设定，装置主体包括绝缘支架12和安装在绝缘支架上的直流离子流发生单元和静电场发生单元，绝缘支架12置于水平地面或实验平台上，绝缘支架的顶部固定一个绝缘盖板4，绝缘盖板4的外侧带有防晕环3。

直流离子流发生单元包括电晕丝网5、控制栅网6和地电位极板10，电晕丝网5和控制栅网6均安装于绝缘支架上，电晕丝网5位于绝缘盖板4下方，紧挨绝缘盖板4设置，控制栅网6位于电晕丝网5的下方，并与电晕丝网5之间间隔一定的距离。电晕丝网5的结构如图3所示，由导电金属丝15以一定间距平行固定于不锈钢圆环16上制成；控制栅网6由一定孔径的导电金属网固定于不锈钢圆环上制成。

地电位极板10安装于绝缘支架12上的下部，靠近地面处，地电位极板10在绝缘支架上采用可拆卸式安装，且其安装高度可调，地电位极板10与绝缘支架12间的可拆卸连接方式及实现高度可调均可采用本领域常规手段实现，地电位极板10为导电金属板，与接地导线相连以接地。电晕丝网5、控制栅网6及地电位极板10的外径相同。地电位极板10上的适当位置开孔以安装离子流采集板11，使得离子流采集板11与地电位极板10位于同一平面，离子流采集板11可为铜板，并通过绝缘材料与地电位极板10绝缘连接，离子流采集板11下端面与地电位极板10下端面间接有与计算机相连的直流毫微安表14。

静电场发生单元用于特高压静电场的产生与强度调节，包括若干上极板网、若干组均压环、若干组均压电阻及地电位极板，地电位极板即直流离子流发生单元中的地电位极板10，本实施方式中以设置3个上极板网(分别命名为第一上极板网7.1、第二上极板网7.2和第三上极板网7.3)为例，对应设置3组均压电阻(各组分别命名为第一均压电阻8.1、第二均压电阻8.2和第三均压电阻8.3)和3组均压环(每组分别命名为第一均压环9.1、第二均压环9.2和第三均压环9.3)。

3个上极板网均设置于绝缘支架12上，且位于控制栅网与地电位极板10之间的空间内，3个上极板网之间通过导线串联，3个上极板网与绝缘支架12间采用可拆卸式连接，且其安装高度可调，3个上极板网与绝缘支架12间的可拆卸连接方式及实现高度可调均可采用本领域常规手段实现。

3个上极板网之间呈阶梯状分布，即第一上极板网7.1、第二上极板网7.2和第三上极板网7.3外径依次缩小，由上至下依次安装于绝缘支架12上。本实施方式中，第一上极板网7.1和第二上极板网7.2为圆环形，第三上极板网7.3为圆形，第二上极板网7.2的外环外径与第一上极板网7.1的内环内径相同，第三上极板网7.3的外径与第二上极板网7.2的内环内径相同，3个上极板网相拼接后的尺寸与地电位极板10尺寸相同。3个上极板网均由一定孔径的导电金属网固定于不锈钢圆环上制成。

第一均压环9.1的外径与第一上极板网7.1的外径相同，安装于第一上极板网7.1与地电位极板10之间的绝缘支架12上，所有第一均压环9.1之间相互平行且间隔一定的距离，第一均压电阻8.1串联在第一上极板网7.1、所有第一均压环9.1及地电位极板10之间。

第二均压环9.2的外径与第二上极板网7.2的外径相同，安装于第二上极板网7.2与地电位极板10之间的绝缘支架12上，所有第二均压环9.2之间相互平行且间隔一定的距离，第二均压电阻8.2串联在第二上极板网7.2、所有第二均压环9.2及地电位极板10之间。

第三均压环9.3的外径与第三上极板网7.3的外径相同，安装于第三上极板网7.3与地电位极板10之间的绝缘支架12上，所有第三均压环9.3之间相互平行且间隔一定的距离，第三均压电阻8.3串联在第三上极板网7.3、所有第三均压环9.3及地电位极板10之间。

所有均压电阻均采用碳电阻。

绝缘盖板4、电晕丝网5、控制栅网6、所有上极板网、所有均压环及地电位极板10之间相互平行。

电压发生与控制单元包括电压控制单元1和3个直流电源(第一直流电源2.1、第二直流电源2.2和第三直流电源2.3)，电压控制单元1连接并控制3个直流电源，3个直流电源之间相互并联，电压控制单元控制3个直流电源的电压大小和正负输出极性，进而控制产生的直流离子流场及静电场的大小和方向(静电场方向为竖直向下或竖直向上)。电压控制单元1还可根据需要控制3个直流电源的电压大小和极性随时间变化，进而产生时变电场，以满足多种研究需要。

第一直流电源2.1连接电晕丝网5，第二直流电源2.2连接控制栅网6，第三直流电源2.3连接第一上极板网7.1。

离子流发生单元的工作原理为：当第一直流电源2.1提供给电晕丝网5的直流激励电压达到起晕电压时，电晕丝网5周围空气被游离而出现带电离子。在电场力的推动下，带电离子向地电位极板10扩散迁移而形成离子流。随着直流激励电压不断升高，带电离子急剧增加，离子流也随之增大。同时，由第二直流电源2.2提供给控制栅网6一个与激励电压同极性的直流控制电压。升高或降低此控制电压，可控制电晕丝网5周围的电场梯度，改变推动离子电荷流向地电位极板10的电场力，从而有效控制流向地电位极板10的离子流大小。

静电场发生单元的工作原理为：当第三直流电源2.3提供给三个上极板网7.1、7.2和7.3相同电压U时，可通过分别调节各上极板网的距地电位极板10距离d，从而同时获得不同的标称电场强度同时，由于不同的上极板网7下具有不同的电场强度E，故推动离子电荷流向地电位极板10的电场力大小也不同，从而可同时获得大小不同的离子流。可见，所述带离子流发生单元的模拟静电场动物暴露平台可同时进行不同电场强度暴露的动物造模，提高造模效率。此外，上极板网数目包括但不限于3个，可根据需同时进行电场暴露动物造模的标称场强数目而设定；各个上极板网的相对面积可根据各个标称电场强度下需造模的动物数量而设定。

动物饲养笼具13置于地电位极板10上，位于对应上极板网的下方。动物饲养笼具13的结构如图4所示，包括上方敞口且底部接地的箱体13.1、水瓶槽13.3、饲料槽13.4及饮水瓶13.5。箱体13.1的大小根据饲养的动物大小设置，本实施方式中以成年SD大鼠为例，采用长50cm、宽40cm、高80cm的长方体。水瓶槽13.3和饲料槽13.4设于箱体13.1的外壁上且位于靠近箱体底部处，水瓶槽13.3和饲料槽13.4与箱体13.1相连的箱体壁上开有便于动物取食和取水的通孔。

箱体13.1内壁适当高度(可根据动物正常活动区域的垂直高度确定)处安装有具无线通信功能的无线直流电场测量传感器13.2，用于实时监测动物造模的电场强度。该传感器体积尽可能小，且其外表面也涂有半导体膜，以便其上吸附的带电离子通过笼具导入大地。

箱体13.1、水瓶槽13.3、饲料槽13.4均由绝缘材料制成，以防止引起电场屏蔽，同时为了尽可能减小其在电场中的极化强度和电场畸变，绝缘材料的相对介电常数应尽可能接近空气的相对介电常数1.0006，如聚四氟乙烯、聚乙烯等。箱体13.1、水瓶槽13.3、饲料槽13.4内外表面均涂有半导体膜，同时进行接地处理，以将笼具上吸附的带电离子导入大地。箱体13.1底部铺的刨花等垫料及饲料槽13.4中的饲料需通过喷水等保持一定湿度，以便其上吸附的带电离子能通过笼具导入大地。

饮水瓶13.5置于水瓶槽13.3内，饮水瓶13.5的剖面示意图如图5和图6所示，饮水瓶13.5由饮水瓶身13.51和设有饮水导管13.52的瓶塞13.53两部分组成，这两部分结构相似，均由三层组成，即瓶身13.51、饮水导管13.52及瓶塞13.53的材料由内至外均由绝缘内层a、金属夹层b和绝缘外层c组成，金属夹层b连有接地导线13.54，绝缘外层c表面涂有半导体膜。

金属夹层b可为金属壳体也可为一定孔隙的金属丝网，以屏蔽电场从而避免动物饮水极化，有效避免动物饮用极化水后对实验结果产生影响，同时，为避免金属产生的感应电荷影响外部电场，金属夹层b上连有接地引线用以直接接地或与动物饲养笼具13相连；瓶塞13.53的绝缘内层a和绝缘外层c为具弹性的绝缘材料，优选如橡胶等；绝缘外层c表面涂有半导体膜用以将吸附在饮水瓶上13.5的带电离子通过动物饲养笼具13导入大地。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，包括直流离子流发生单元、静电场发生单元、电压发生与控制单元以及动物饲养笼具；

所述直流离子流发生单元包括：由上自下依次安装在绝缘支架上的电晕丝网、控制栅网和地电位极板，所述地电位极板与接地导线相连以接地；

所述静电场发生单元包括：安装于所述绝缘支架上且位于所述控制栅网和地电位极板之间的若干个上极板网以及所述地电位极板，若干个上极板网间通过导线串联；

所述电压发生与控制单元包括：分别连接所述电晕丝网、控制栅网和上极板网的三个直流电源以及连接并控制三个直流电源的电压控制单元；

所述动物饲养笼具设置于地电位极板上。

2.根据权利要求1所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所有上极板网及地电位极板可拆卸式安装于绝缘支架上，且所有上极板网及地电位极板的高度均可调。

3.根据权利要求1所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所有上极板网由上至下呈阶梯状排列，且各上极板网的外径由上至下依次缩小。

4.根据权利要求1所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所述电晕丝网上方还设有外侧带有防晕环的绝缘盖板。

5.根据权利要求1所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所述静电场发生单元还包括与上极板网数量对应的若干组均压环和若干组均压电阻，各组均压环平行设置在对应的上极板网与地电位极板之间，各组均压电阻串联在对应的上极板网、均压环和地电位极板之间。

6.根据权利要求1所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所述地电位极板上嵌装有离子流采集板，离子流采集板与地电位极板处于同一水平面内，所述离子流采集板连接直流毫微安表。

7.根据权利要求4所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所述离子流采集板为铜板，与地电位极板间通过绝缘材料绝缘连接，直流毫微安表连接于所述离子流采集板的下端面与地电位极板的下端之间，且直流毫微安表与计算机相连。

8.根据权利要求1所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所述动物饲养笼具由绝缘材料制成，包括上方敞口且底部接地的箱体；设于箱体外壁上且与箱体内部相连通的水瓶槽和饲料槽；以及置于所述水瓶槽中的饮水瓶。

9.根据权利要求8所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所述箱体竖直侧面的内壁上安装有无线直流电场测量传感器；所述箱体的内外表面、饲料槽及水瓶槽的内外表面以及无线直流电场测量传感器的外表面均涂有半导体膜。

10.根据权利要求8所述模拟特高压直流输电线路电场暴露的动物造模装置，其特征在于，所述饮水瓶包括瓶身和带有饮水导管的瓶塞，所述瓶身、瓶塞及饮水导管的材料由内至外依次为绝缘内层、金属夹层和绝缘外层，所述金属夹层上连有接地引线，所述绝缘外层表面涂有半导体膜。