一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量的确定方法
一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁场的生物效应研宄领域，尤其涉及一种用于特高压直流输电线下 动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量的确定方法。
【背景技术】
[0002] 为实现全国电力资源的优化配置，我国特高压电网的建设正如火如荼地推进。随 着我国率先自主研发成功世界上电压等级最高的±800kV直流输电技术，特高压直流输电 线产生的电磁场及其影响备受公众关注，关于特高压直流输电技术的相关标准制定也日益 迫切。与交流输电线传输交变电流产生时变电场不同，直流输电线传输稳恒电流产生的是 OHz的非时变电场（静电场）。此外，直流输电线路与交流输电线路电晕产生的离子分布也 存在很大不同。交流线路由于导线电压的极性发生周期性变化，上半周期因电晕放电空气 电离产生的离子，在下半周期由于电压极性的改变几乎全部被拉回导线，使得带电离子只 在导线周围较小的区域内做往返运动，导线与大地之间的广阔空间内不存在带电离子。对 于直流线路而言，由于电压极性固定，其电晕产生的带电离子在电场力的作用下不断向空 间运动，导致导线与大地之间的广阔空间内充满带电离子，而这些带电离子本身又会产生 电场（称为离子流场），与直流输电线路导线上的电荷产生的静电场（又称标称电场）叠加 形成合成电场，该电场最大可能达到标称电场的3~3. 5倍。
[0003] 由于直流输电线路相对于交流输电线路而言产生的电场强度较高，且伴随有离子 流的出现，因此用同一标准来衡量二者的电磁环境影响显然不是很合理。目前，国际上尚未 给出频率为OHz的非时变电场（静电场）暴露限值。在我国，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。一般而言，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，该行业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，需进一步深入开展相关动物实 验研宄。
[0004] 由于直流输变电线路电磁环境的特殊性，在进行相关动物实验研宄时的造模方法 显得尤为关键。一般而言，实验动物饲养笼具多由聚丙烯等材料制成，若直接将其应用于特 高压直流输电线路下动物实验的造模，可能会由于带电离子在笼具上的吸附及累积产生附 加电场，从而影响实际的暴露场强大小。另一方面，带电离子在笼具上的吸附及累积可能对 实验动物造成暂态电击，从而对实验产生影响。若以导电材料（如金属）替代聚丙烯等材 料制作动物饲养笼具，尽管可以避免笼具对带电离子的累积，但金属材料会产生感应电荷， 导致严重的电场畸变，同样不适合用于特高压直流输电线下动物实验的造模。目前为止，尚 无文献或专利给出特高压直流输电线下的动物实验造模方法，这给特高压直流输电线电磁 环境效应动物实验研宄造成了一定的困难。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量 的确定方法，解决了现有技术中饲养笼具对动物造模试验结果的影响的问题。
[0006] -种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，包括：
[0007] 箱体，该箱体的顶部开放，底板上开设若干排水孔；
[0008] 支撑脚，设于所述箱体底部；
[0009] 饲料槽和水瓶槽，均设于所述箱体外壁上，且与箱体内部相通；
[0010] 饮水瓶，置于所述水瓶槽内；
[0011] 所述箱体、支撑脚、饲料槽及水瓶槽均采用绝缘材料，所述箱体、饲料槽与水瓶槽 的内外表面及支撑脚的表面均涂有半导体膜。
[0012] 本发明主要从动物饲养笼具及其配套用具的设计、电场暴露剂量的确定等角度 出发，具体包括减小动物饲养笼具对特高压直流输电线电场的屏蔽、防止带电离子在笼具 表面的吸附和累积、防止特高压直流输电线路电场和磁场对动物的饮水产生极化和磁化作 用、准确计量特高压直流输电线下实验动物实际的电场曝露剂量等，使实验动物饲养的电 磁场环境等于或接近于特高压直流输电线路产生的实际电磁场环境。本发明为在实际特高 压直流输电线路下开展动物实验、客观评价其生物效应提供了强有力的技术支持。
[0013] 本发明的饲养笼具通过支撑脚与地面的接触，可将饲养笼具上吸附的带电离子导 入大地。箱体底部开有若干直径Icm的圆排水孔，以防止笼具内雨水或动物尿液的积聚。动 物饲养时，饲养笼具底部需铺设刨花填料，为避免带电离子在填料上的吸附和累积，在新更 换填料后需喷洒少量的水使填料保持一定的湿度。
[0014] 本发明的饲养笼具由绝缘材料制成，内外表面均涂有半导体膜，以将吸附在笼具 表面的带电离子导入大地。饲养笼具的设计需达到减小对特高压直流输电线电场的屏蔽、 防止带电离子在笼具表面的累积这两个目的，当饲养笼具采用上述方式设计时，适用于饲 养笼具处电场E与地面垂直时使用。
[0015] 当动物饲养笼具处电场E与地面不垂直时，对饲养笼具进一步改进，优选地，还设 有用于将所述箱体的顶部开放口封闭的网格状盖板，箱体的侧壁上开设若干穿透孔；网格 状盖板采用绝缘材料、且内外表面涂有半导体膜；进一步优选，所述穿透孔为矩形开口；更 进一步优选，所述矩形开口为横向开口，且在箱体的侧壁上均匀开设。
[0016] 所述网格状盖板由绝缘材料制成，盖板上网格大小以实验动物不能逃脱为宜，且 开口率尽可能大；网格状盖板内外表面涂有半导体膜，以将吸附在表面的带电离子导入大 地；动物饲养笼具四周的矩形开口大小以实验动物不能逃脱为宜，用以减少笼具侧面对电 场的屏蔽。
[0017] 饮水瓶的设计主要为避免特高压直流输电线电场、磁场对水瓶内的水产生极化、 磁化作用，从而避免动物饮用极化、磁化后的水对实验结果产生影响。
[0018] 所述饮水瓶包括瓶身和带有饮水导管的瓶塞。所述饮水导管贯通入箱体内部，便 于实验动物取水。
[0019] 进一步地，所述瓶身由内至外依次为绝缘内胆、磁场屏蔽层、电场屏蔽层和绝缘外 壳，绝缘外壳表面涂有半导体膜；所述饮水导管由内至外依次为绝缘内壁、磁场屏蔽层、电 场屏蔽层和绝缘外壁，绝缘外壁表面涂有半导体膜；所述瓶塞为弹性绝缘材料制成的实体， 内嵌磁场屏蔽层和电场屏蔽层，瓶塞外层表面涂有半导体膜；所述瓶身、饮水导管及瓶塞的 电场屏蔽层均连接接地导线，所述接地导线的外层绝缘并涂有半导体膜。
[0020] 以上所述磁场屏蔽层可采用高磁导率材料，电场屏蔽层可采用金属丝网，瓶塞可 采用橡胶材料制造。
[0021] 本发明的饲养笼具优选地，还包括可拆卸式安装于箱体上方的防雨盖板。可拆卸 防雨盖板用以在降水等气象条件下对实验动物进行保护，而平日里不加设盖板，在动物实 验过程中，需严格记录加设防雨盖板和不加防雨盖板的时间，并且实地测量加设防雨盖板 和不加防雨盖板情况下动物饲养区域的场强大小。
[0022] 进一步优选地，所述防雨盖板上设有定位孔，箱体顶部对应位置处设有固定套筒， 防雨盖板的定位孔与对应的固定套筒间用支撑杆连接，每根支撑杆均配备有用以固定和调 节支撑杆高度的调节环，所述支撑杆与调节环均采用绝缘材料，且外表面涂有半导体膜。
[0023] 进一步地，所述防雨盖板为平板或人字板。当然不仅限于这两种方式，还可以是其 他任意具有挡雨作用的形状。
[0024] 本发明还提供 一种特高压直流输电线下动物造模的电场暴露剂量的确定方法，包 括如下步骤：
[0025] 在动物体内植入三维微型电场探头，将处理后的动物饲养于本发明所述的饲养笼 具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用无线传输的方式实时记录实验 动物体内的电场暴露强度E，通过计算机数据处理准确计量动物在实验过程中的实际电场 曝露剂量；
[0026] 电场暴露剂量计算公式如下：
[0027] D= / 〇tEdt
[0028] 式中，D表示电场暴露剂量；E表示电场暴露强度；T表示电场暴露时间。
[0029] 所述三维微型电场探头通过微创手续置于动物体内。
[0030] 为研宄特高压直流输电线电磁场环境对动物体内不同器官的影响，所述三维微型 电场探头可相应植入到动物体内不同的器官，从而获得特定器官的电场暴露剂量一一效应 关系。为获得不同的电场暴露强度，可通过控制动物饲养笼具与特高压直流输电线的水平 及垂直距离实现，在控制垂直距离时，注意架设动物饲养笼具支架的设计，同样应采用绝缘 材料且表面涂上半导体膜，并保证其接地良好。
[0031] 与现有的饲养笼具相比，本发明饲养笼具具有如下有益效果：
[0032] (1)当动物饲养笼具处电场E与地面垂直时，所述动物饲养笼具上方敞开以减小 对电场的屏蔽，通过高度的设置以防止实验动物逃脱（该高度以实验动物无法出逃的最小 高度为宜）；当特高压直流输电线产生的电场E与地面不垂直时，所述动物饲养笼具四周设 置一系列矩形开口以减小对电场的屏蔽，且上方设置网格状盖板以防止实验动物逃脱，盖 板上网格大小以实验动物不能逃脱为宜，且开口率尽可能大以减小对电场的屏蔽。
[0033] (2)所述动物饲养笼具等部件均由绝缘材料制成，可有效避免动物饲养笼具在特 高压直流输电线的电场作用下产生感应电荷导致严重的电场畸变。所述动物饲养笼具等部 件表面均涂有半导体膜，可将吸附在其表面的带电离子导入大地，有效防止带电离子在笼 具表面的吸附和累积。
[0034] (3)所述动物饮水瓶多层结构的设计，可有效避免特高压直流输电线电场、磁场 对水瓶内的水产生极化、磁化作用，从而避免动物饮用极化、磁化后的水对实验结果产生影 响。
[0035] (4)所述特高压直流输电线路下的动物实验造模在实际特高压直流输电线路下进 行，处于室外环境，本发明为每个笼具配备高度可调的可拆卸防雨盖板，以在降水等气象条 件下对实验动物进行保护，而平日里不加设防雨盖板。
[0036] (5)本发明能够准确计量动物在实验过程中的实际电场曝露剂量，具体实现方法 为：在动物体内通过微创手术植入三维微型电场探头，利用无线传输的方式实时记录实验 动物体内的场强大小，通过计算机数据处理准确计量动物在实验过程中的实际电场曝露剂 量。
【附图说明】
[0037] 图1为电场E与地面垂直时动物饲养笼具结构示意图（不设防雨盖板）；
[0038] 图2为电场E与地面垂直时动物饲养笼具结构示意图（加设防雨盖板）；
[0039] 图3和图4为电场E与地面不垂直时动物饲养笼具结构不意图（不设防雨盖板）；
[0040] 图5为电场E与地面不垂直时动物饲养笼具结构不意图（加设防雨盖板）；
[0041 ] 图6为饮水瓶结构示意图；
[0042] 图7为图6中A部分所示的局部放大图；
[0043] 图8为电场暴露剂量测定流程框图。
[0044] 图中所示附图标记如下：
[0045] 1-支撑脚 2-排水孔 3-饲料槽
[0046] 4-水瓶槽 5-箱体 6-固定套筒
[0047] 7-调节环 8-支撑杆 9-防雨盖板
[0048] 10-穿透孔 11-网格状盖板12-饮水瓶
[0049] 13-瓶身 14-瓶塞 15-饮水导管
[0050]16-接地导线 a-绝缘内胆 b-磁场屏蔽层
[0051]C-电场屏蔽层 d-绝缘外壳 e-绝缘内壁
[0052] f-绝缘外壁。
【具体实施方式】
[0053] 实施例1
[0054] 如图1、图2、图6和图7所不的饲养笼具适用于动物饲养笼具处电场E与地面垂 直的情况。图1为不设防雨盖板时饲养笼具结构示意图，图2为图1加设防雨盖板后的结 构示意图。
[0055] 饲养笼具包括箱体5、支撑脚1、饲料槽3、水瓶槽4、饮水瓶12和防雨盖板9。本实 施方式中，箱体5呈长方体状，顶部敞口，其尺寸根据所饲养的动物大小设置，本实施方式 中设置为长60cm、宽50cm、高80cm规格，箱体5的底部设置4个支撑脚1，本实施方式中支 撑脚1的高度为l〇cm，箱体的底板上开设若干排水孔2,用以防止笼具内雨水或动物尿液的 积聚，排水孔可以为圆形，本实施方式中直径为I cm，
[0056] 箱体5的一侧外壁上设置饲料槽3和水瓶槽4,用于动物饲养时饲料和水的供给， 饲料槽3和水瓶槽4的设置高度靠近箱体底板处，饲料槽3与水瓶槽4处的箱体壁上均开 设有便于动物取食及饮水的通孔。
[0057] 箱体5、支撑脚1、饲料槽3及水瓶槽4均采用绝缘材料制成，且表面均涂有半导体 膜，用以将吸附在笼具表面的带电离子导入大地。
[0058] 由于特高压直流输电线路下的动物实验造模在实际特高压直流输电线路下进行， 处于室外环境，饲养笼具配备有高度可调的可拆卸防雨盖板9。防雨盖板9同样由绝缘材 料制成，呈长方形，长90cm，宽80cm，且表面涂有半导体膜。防雨盖板9四个角上设有定位 孔，箱体5四个角上设有固定套筒6,两者通过支撑杆8连接，支撑杆8同样由绝缘材料制 成，且表面涂有半导体膜，支撑杆8均配备有调节环7,用于固定和调节防雨盖板9的高度， 调节环7由绝缘材料制成，且表面涂有半导体材料。
[0059] 防雨盖板9只有在降水等气象条件下加设以保护实验动物，而平日里不加设，在 进行动物实验过程中，需严格记录加设防雨盖板9和不加防雨盖板9的时间，并且实地测量 加设防雨盖板9和不加防雨盖板9情况下动物饲养区域的场强大小。此外，动物饲养时需 在所述动物饲养笼具底部铺设刨花填料，为避免带电离子在填料上的吸附和累积，在新更 换填料后需喷洒少量的水使填料保持一定的湿度。
[0060] 饮水瓶12置于水瓶槽4中，饮水瓶的结构示意图如图6和图7所示，饮水瓶的设 计主要为避免特高压直流输电线电场、磁场对水瓶内的水产生极化、磁化作用，从而避免动 物饮用极化、磁化后的水对实验结果产生影响。
[0061] 饮水瓶12包括瓶身13和瓶塞14,瓶塞14带有饮水导管15,实验动物通过饮水导 管15取水，瓶身13设计为四层，由内到外依次为绝缘内胆a、磁场屏蔽层b、电场屏蔽层c 和绝缘外壳d，其中磁场屏蔽层b可采用高磁导率材料制作，电场屏蔽层c可采用金属丝网 制作且设有接地导线16,绝缘外壳d表面均涂有半导体膜，接地导线16外层绝缘并涂有半 导体膜，以将吸附在其表面的带电离子通过动物饲养笼具导入大地。
[0062] 饮水瓶12开口处采用配备有饮水导管15的瓶塞14,且表面均涂有半导体膜。饮 水导管15和瓶塞14的设计与饮水瓶12类似，采用多层结构，含磁场屏蔽层b和电场屏蔽 层c，以避免水在导管中被磁化或极化。本实施方式中，饮水导管15设计四层，由内至外依 次为绝缘内壁e、磁场屏蔽层b、电场屏蔽层c和绝缘外壁f，绝缘外壁e 表面涂有半导体膜， 电场屏蔽层c连有接地导线；瓶塞14为弹性绝缘材料制成的实体，内嵌磁场屏蔽层b和电 场屏蔽层c，瓶塞14外层表面涂有半导体膜，电场屏蔽层c连有接地导线。
[0063] 饮水瓶12置于箱体5侧面的水瓶槽4内，通过与水瓶槽4的接触将吸附在饮水瓶 上的带电离子导入大地。
[0064] 实施例2
[0065] 如图3~7所不的饲养笼具适用于动物饲养笼具处电场E与地面不垂直的情况。
[0066] 饲养笼具包括箱体5、支撑脚1、饲养槽3、水瓶槽4、饮水瓶12和防雨盖板9。本实 施方式中，箱体5呈长方体状，其尺寸根据所饲养的动物大小设置，本实施方式中设置为长 60cm、宽50cm、高30cm规格，顶部配置网格状盖板11，盖板上网格大小以实验动物不能逃脱 为宜，。
[0067] 箱体5的底部设置4个支撑脚1，本实施方式中支撑脚1的高度为10cm，箱体5的 底板上开设若干排水孔2,用以防止笼具内雨水或动物尿液的积聚，排水孔可以为圆形，本 实施方式中直径为lcm。箱体5四周（即4个侧壁）均设有一系列穿透孔10,开口大小以 实验动物不能逃脱为宜，且开口率尽可能大，用以减少笼具侧面对电场的屏蔽，本实施方式 中，穿透孔10为矩形开口，矩形开口横向开设，每个矩形开口的开口面积相同，相邻矩形开 口之间的间距相同。
[0068] 箱体5的一侧外壁上设置饲料槽3和水瓶槽4,用于动物饲养时饲料和水的供给， 饲料槽3和水瓶槽4的设置高度靠近箱体底板处，饲料槽3与水瓶槽4处的箱体壁上均开 设有便于动物取食及饮水的通孔。
[0069] 箱体5、网格状盖板11、支撑脚1、饲料槽3及水瓶槽4均采用绝缘材料制成，且表 面均涂有半导体膜，用以将吸附在笼具表面的带电离子导入大地。
[0070] 由于特高压直流输电线路下的动物实验造模在实际特高压直流输电线路下进行， 处于室外环境，饲养笼具配备有高度可调的可拆卸防雨盖板9,防雨盖板材质、其配件的设 置及测量时使用方法均同实施例1。
[0071] 此外，动物饲养时需在所述动物饲养笼具底部铺设刨花填料，为避免带电离子在 填料上的吸附和累积，在新更换填料后需喷洒少量的水使填料保持一定的湿度。
[0072] 饮水瓶12置于水瓶槽4中，饮水瓶的结构示意图如图6和图7所示，结构及材质 设计同实施例1。
[0073] 实施例3
[0074] 图8为电场暴露剂量测定流程框图，在实验动物体内植入三维微型电场探头，对 电场数据进行采样及信号转换，然后无线传输给计算机，计算机对采集到的数据进行数据 处理并显示。
[0075]实验中，通过微创手术在动物体内植入三维微型电场探头，处理后的动物饲养于 实施例1或实施例2中的饲养笼具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用 无线传输的方式实时记录实验动物体内的场强E，通过计算机数据处理准确计量动物在实 验过程中的实际电场曝露剂量。
[0076] 电场暴露剂量计算公式如下：
[0077] D= / 〇tEdt
[0078] 式中，D表示电场暴露剂量；E表示电场暴露强度；T表示电场暴露时间。
[0079]为研宄特高压直流输电线电场环境对动物体内不同器官的影响，三维微型电场探 头可相应植入到动物体内不同的器官，从而获得特定器官的电场暴露剂量一一效应关系。
[0080] 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。
【主权项】
1. 一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于，包括： 箱体，该箱体的顶部开放，底板上开设若干排水孔； 支撑脚，设于所述箱体底部； 饲料槽和水瓶槽，均设于所述箱体外壁上，且与箱体内部相通； 饮水瓶，置于所述水瓶槽内； 所述箱体、支撑脚、饲料槽及水瓶槽均采用绝缘材料，所述箱体、饲料槽与水瓶槽的内 外表面及支撑脚的表面均涂有半导体膜。
2. 根据权利要求1所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 还设有用于将所述箱体的顶部开放口封闭的网格状盖板，箱体的侧壁上开设若干穿透孔； 网格状盖板采用绝缘材料、且内外表面涂有半导体膜。
3. 根据权利要求2所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述穿透孔为矩形开口。
4. 根据权利要求3所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述矩形开口为横向开口，且在箱体的侧壁上均匀开设。
5. 根据权利要求1所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述饮水瓶包括瓶身和带有饮水导管的瓶塞。
6. 根据权利要求5所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述瓶身由内至外依次为绝缘内胆、磁场屏蔽层、电场屏蔽层和绝缘外壳，绝缘外壳表面涂 有半导体膜；所述饮水导管由内至外依次为绝缘内壁、磁场屏蔽层、电场屏蔽层和绝缘外 壁，绝缘外壁表面涂有半导体膜；所述瓶塞为弹性绝缘材料制成的实体，内嵌磁场屏蔽层和 电场屏蔽层，瓶塞外层表面涂有半导体膜；所述瓶身、饮水导管及瓶塞的电场屏蔽层均连接 接地导线，所述接地导线的外层绝缘并涂有半导体膜。
7. 根据权利要求1~6任意权利要求所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼 具，其特征在于，还包括可拆卸式安装于箱体上方的防雨盖板。
8. 根据权利要求7所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述防雨盖板上设有定位孔，箱体顶部对应位置处设有固定套筒，防雨盖板的定位孔与对 应的固定套筒间用支撑杆连接，每根支撑杆均配备有用以固定和调节支撑杆高度的调节 环，所述支撑杆与调节环均采用绝缘材料、且外表面涂有半导体膜。
9. 一种特高压直流输电线下动物造模的电场暴露剂量的确定方法，其特征在于，包括 如下步骤： 在动物体内植入三维微型电场探头，将处理后的动物饲养于如权利要求1~8任一权 利要求所述的饲养笼具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用无线传输 的方式实时记录实验动物体内的电场暴露强度E，通过计算机数据处理准确计量动物在实 验过程中的实际电场曝露剂量； 电场暴露剂量计算公式如下：
式中，D表示电场暴露剂量；E表示电场暴露强度；T表示电场暴露时间。
【专利摘要】本发明公开了一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量的确定方法，饲养笼具包括：箱体，该箱体的顶部开放，底板上开设若干排水孔；支撑脚，设于箱体底部；饲料槽和水瓶槽，均设于箱体外壁上且与箱体内部相通；饮水瓶，置于水瓶槽内；箱体、支撑脚、饲料槽及水瓶槽均采用绝缘材料，箱体、饲料槽与水瓶槽的内外表面及支撑脚的表面均涂有半导体膜。通过微创手术在动物体内植入三维微型电场探头，将处理后的动物饲养于本发明所述的饲养笼具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用无线传输的方式实时记录实验动物体内的电场暴露强度E，通过计算机数据处理准确计量动物在实验过程中的实际电场曝露剂量。
【IPC分类】A61D1-00
【公开号】CN104814805
【申请号】CN201510176112
【发明人】翟国庆, 伍思霞, 范梦池
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月15日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁场的生物效应研宄领域，尤其涉及一种用于特高压直流输电线下 动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量的确定方法。
【背景技术】
[0002] 为实现全国电力资源的优化配置，我国特高压电网的建设正如火如荼地推进。随 着我国率先自主研发成功世界上电压等级最高的±800kV直流输电技术，特高压直流输电 线产生的电磁场及其影响备受公众关注，关于特高压直流输电技术的相关标准制定也日益 迫切。与交流输电线传输交变电流产生时变电场不同，直流输电线传输稳恒电流产生的是 OHz的非时变电场（静电场）。此外，直流输电线路与交流输电线路电晕产生的离子分布也 存在很大不同。交流线路由于导线电压的极性发生周期性变化，上半周期因电晕放电空气 电离产生的离子，在下半周期由于电压极性的改变几乎全部被拉回导线，使得带电离子只 在导线周围较小的区域内做往返运动，导线与大地之间的广阔空间内不存在带电离子。对 于直流线路而言，由于电压极性固定，其电晕产生的带电离子在电场力的作用下不断向空 间运动，导致导线与大地之间的广阔空间内充满带电离子，而这些带电离子本身又会产生 电场（称为离子流场），与直流输电线路导线上的电荷产生的静电场（又称标称电场）叠加 形成合成电场，该电场最大可能达到标称电场的3~3. 5倍。
[0003] 由于直流输电线路相对于交流输电线路而言产生的电场强度较高，且伴随有离子 流的出现，因此用同一标准来衡量二者的电磁环境影响显然不是很合理。目前，国际上尚未 给出频率为OHz的非时变电场（静电场）暴露限值。在我国，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。一般而言，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，该行业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，需进一步深入开展相关动物实 验研宄。
[0004] 由于直流输变电线路电磁环境的特殊性，在进行相关动物实验研宄时的造模方法 显得尤为关键。一般而言，实验动物饲养笼具多由聚丙烯等材料制成，若直接将其应用于特 高压直流输电线路下动物实验的造模，可能会由于带电离子在笼具上的吸附及累积产生附 加电场，从而影响实际的暴露场强大小。另一方面，带电离子在笼具上的吸附及累积可能对 实验动物造成暂态电击，从而对实验产生影响。若以导电材料（如金属）替代聚丙烯等材 料制作动物饲养笼具，尽管可以避免笼具对带电离子的累积，但金属材料会产生感应电荷， 导致严重的电场畸变，同样不适合用于特高压直流输电线下动物实验的造模。目前为止，尚 无文献或专利给出特高压直流输电线下的动物实验造模方法，这给特高压直流输电线电磁 环境效应动物实验研宄造成了一定的困难。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量 的确定方法，解决了现有技术中饲养笼具对动物造模试验结果的影响的问题。
[0006] -种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，包括：
[0007] 箱体，该箱体的顶部开放，底板上开设若干排水孔；
[0008] 支撑脚，设于所述箱体底部；
[0009] 饲料槽和水瓶槽，均设于所述箱体外壁上，且与箱体内部相通；
[0010] 饮水瓶，置于所述水瓶槽内；
[0011] 所述箱体、支撑脚、饲料槽及水瓶槽均采用绝缘材料，所述箱体、饲料槽与水瓶槽 的内外表面及支撑脚的表面均涂有半导体膜。
[0012] 本发明主要从动物饲养笼具及其配套用具的设计、电场暴露剂量的确定等角度 出发，具体包括减小动物饲养笼具对特高压直流输电线电场的屏蔽、防止带电离子在笼具 表面的吸附和累积、防止特高压直流输电线路电场和磁场对动物的饮水产生极化和磁化作 用、准确计量特高压直流输电线下实验动物实际的电场曝露剂量等，使实验动物饲养的电 磁场环境等于或接近于特高压直流输电线路产生的实际电磁场环境。本发明为在实际特高 压直流输电线路下开展动物实验、客观评价其生物效应提供了强有力的技术支持。
[0013] 本发明的饲养笼具通过支撑脚与地面的接触，可将饲养笼具上吸附的带电离子导 入大地。箱体底部开有若干直径Icm的圆排水孔，以防止笼具内雨水或动物尿液的积聚。动 物饲养时，饲养笼具底部需铺设刨花填料，为避免带电离子在填料上的吸附和累积，在新更 换填料后需喷洒少量的水使填料保持一定的湿度。
[0014] 本发明的饲养笼具由绝缘材料制成，内外表面均涂有半导体膜，以将吸附在笼具 表面的带电离子导入大地。饲养笼具的设计需达到减小对特高压直流输电线电场的屏蔽、 防止带电离子在笼具表面的累积这两个目的，当饲养笼具采用上述方式设计时，适用于饲 养笼具处电场E与地面垂直时使用。
[0015] 当动物饲养笼具处电场E与地面不垂直时，对饲养笼具进一步改进，优选地，还设 有用于将所述箱体的顶部开放口封闭的网格状盖板，箱体的侧壁上开设若干穿透孔；网格 状盖板采用绝缘材料、且内外表面涂有半导体膜；进一步优选，所述穿透孔为矩形开口；更 进一步优选，所述矩形开口为横向开口，且在箱体的侧壁上均匀开设。
[0016] 所述网格状盖板由绝缘材料制成，盖板上网格大小以实验动物不能逃脱为宜，且 开口率尽可能大；网格状盖板内外表面涂有半导体膜，以将吸附在表面的带电离子导入大 地；动物饲养笼具四周的矩形开口大小以实验动物不能逃脱为宜，用以减少笼具侧面对电 场的屏蔽。
[0017] 饮水瓶的设计主要为避免特高压直流输电线电场、磁场对水瓶内的水产生极化、 磁化作用，从而避免动物饮用极化、磁化后的水对实验结果产生影响。
[0018] 所述饮水瓶包括瓶身和带有饮水导管的瓶塞。所述饮水导管贯通入箱体内部，便 于实验动物取水。
[0019] 进一步地，所述瓶身由内至外依次为绝缘内胆、磁场屏蔽层、电场屏蔽层和绝缘外 壳，绝缘外壳表面涂有半导体膜；所述饮水导管由内至外依次为绝缘内壁、磁场屏蔽层、电 场屏蔽层和绝缘外壁，绝缘外壁表面涂有半导体膜；所述瓶塞为弹性绝缘材料制成的实体， 内嵌磁场屏蔽层和电场屏蔽层，瓶塞外层表面涂有半导体膜；所述瓶身、饮水导管及瓶塞的 电场屏蔽层均连接接地导线，所述接地导线的外层绝缘并涂有半导体膜。
[0020] 以上所述磁场屏蔽层可采用高磁导率材料，电场屏蔽层可采用金属丝网，瓶塞可 采用橡胶材料制造。
[0021] 本发明的饲养笼具优选地，还包括可拆卸式安装于箱体上方的防雨盖板。可拆卸 防雨盖板用以在降水等气象条件下对实验动物进行保护，而平日里不加设盖板，在动物实 验过程中，需严格记录加设防雨盖板和不加防雨盖板的时间，并且实地测量加设防雨盖板 和不加防雨盖板情况下动物饲养区域的场强大小。
[0022] 进一步优选地，所述防雨盖板上设有定位孔，箱体顶部对应位置处设有固定套筒， 防雨盖板的定位孔与对应的固定套筒间用支撑杆连接，每根支撑杆均配备有用以固定和调 节支撑杆高度的调节环，所述支撑杆与调节环均采用绝缘材料，且外表面涂有半导体膜。
[0023] 进一步地，所述防雨盖板为平板或人字板。当然不仅限于这两种方式，还可以是其 他任意具有挡雨作用的形状。
[0024] 本发明还提供 一种特高压直流输电线下动物造模的电场暴露剂量的确定方法，包 括如下步骤：
[0025] 在动物体内植入三维微型电场探头，将处理后的动物饲养于本发明所述的饲养笼 具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用无线传输的方式实时记录实验 动物体内的电场暴露强度E，通过计算机数据处理准确计量动物在实验过程中的实际电场 曝露剂量；
[0026] 电场暴露剂量计算公式如下：
[0027] D= / 〇tEdt
[0028] 式中，D表示电场暴露剂量；E表示电场暴露强度；T表示电场暴露时间。
[0029] 所述三维微型电场探头通过微创手续置于动物体内。
[0030] 为研宄特高压直流输电线电磁场环境对动物体内不同器官的影响，所述三维微型 电场探头可相应植入到动物体内不同的器官，从而获得特定器官的电场暴露剂量一一效应 关系。为获得不同的电场暴露强度，可通过控制动物饲养笼具与特高压直流输电线的水平 及垂直距离实现，在控制垂直距离时，注意架设动物饲养笼具支架的设计，同样应采用绝缘 材料且表面涂上半导体膜，并保证其接地良好。
[0031] 与现有的饲养笼具相比，本发明饲养笼具具有如下有益效果：
[0032] (1)当动物饲养笼具处电场E与地面垂直时，所述动物饲养笼具上方敞开以减小 对电场的屏蔽，通过高度的设置以防止实验动物逃脱（该高度以实验动物无法出逃的最小 高度为宜）；当特高压直流输电线产生的电场E与地面不垂直时，所述动物饲养笼具四周设 置一系列矩形开口以减小对电场的屏蔽，且上方设置网格状盖板以防止实验动物逃脱，盖 板上网格大小以实验动物不能逃脱为宜，且开口率尽可能大以减小对电场的屏蔽。
[0033] (2)所述动物饲养笼具等部件均由绝缘材料制成，可有效避免动物饲养笼具在特 高压直流输电线的电场作用下产生感应电荷导致严重的电场畸变。所述动物饲养笼具等部 件表面均涂有半导体膜，可将吸附在其表面的带电离子导入大地，有效防止带电离子在笼 具表面的吸附和累积。
[0034] (3)所述动物饮水瓶多层结构的设计，可有效避免特高压直流输电线电场、磁场 对水瓶内的水产生极化、磁化作用，从而避免动物饮用极化、磁化后的水对实验结果产生影 响。
[0035] (4)所述特高压直流输电线路下的动物实验造模在实际特高压直流输电线路下进 行，处于室外环境，本发明为每个笼具配备高度可调的可拆卸防雨盖板，以在降水等气象条 件下对实验动物进行保护，而平日里不加设防雨盖板。
[0036] (5)本发明能够准确计量动物在实验过程中的实际电场曝露剂量，具体实现方法 为：在动物体内通过微创手术植入三维微型电场探头，利用无线传输的方式实时记录实验 动物体内的场强大小，通过计算机数据处理准确计量动物在实验过程中的实际电场曝露剂 量。
【附图说明】
[0037] 图1为电场E与地面垂直时动物饲养笼具结构示意图（不设防雨盖板）；
[0038] 图2为电场E与地面垂直时动物饲养笼具结构示意图（加设防雨盖板）；
[0039] 图3和图4为电场E与地面不垂直时动物饲养笼具结构不意图（不设防雨盖板）；
[0040] 图5为电场E与地面不垂直时动物饲养笼具结构不意图（加设防雨盖板）；
[0041 ] 图6为饮水瓶结构示意图；
[0042] 图7为图6中A部分所示的局部放大图；
[0043] 图8为电场暴露剂量测定流程框图。
[0044] 图中所示附图标记如下：
[0045] 1-支撑脚 2-排水孔 3-饲料槽
[0046] 4-水瓶槽 5-箱体 6-固定套筒
[0047] 7-调节环 8-支撑杆 9-防雨盖板
[0048] 10-穿透孔 11-网格状盖板12-饮水瓶
[0049] 13-瓶身 14-瓶塞 15-饮水导管
[0050]16-接地导线 a-绝缘内胆 b-磁场屏蔽层
[0051]C-电场屏蔽层 d-绝缘外壳 e-绝缘内壁
[0052] f-绝缘外壁。
【具体实施方式】
[0053] 实施例1
[0054] 如图1、图2、图6和图7所不的饲养笼具适用于动物饲养笼具处电场E与地面垂 直的情况。图1为不设防雨盖板时饲养笼具结构示意图，图2为图1加设防雨盖板后的结 构示意图。
[0055] 饲养笼具包括箱体5、支撑脚1、饲料槽3、水瓶槽4、饮水瓶12和防雨盖板9。本实 施方式中，箱体5呈长方体状，顶部敞口，其尺寸根据所饲养的动物大小设置，本实施方式 中设置为长60cm、宽50cm、高80cm规格，箱体5的底部设置4个支撑脚1，本实施方式中支 撑脚1的高度为l〇cm，箱体的底板上开设若干排水孔2,用以防止笼具内雨水或动物尿液的 积聚，排水孔可以为圆形，本实施方式中直径为I cm，
[0056] 箱体5的一侧外壁上设置饲料槽3和水瓶槽4,用于动物饲养时饲料和水的供给， 饲料槽3和水瓶槽4的设置高度靠近箱体底板处，饲料槽3与水瓶槽4处的箱体壁上均开 设有便于动物取食及饮水的通孔。
[0057] 箱体5、支撑脚1、饲料槽3及水瓶槽4均采用绝缘材料制成，且表面均涂有半导体 膜，用以将吸附在笼具表面的带电离子导入大地。
[0058] 由于特高压直流输电线路下的动物实验造模在实际特高压直流输电线路下进行， 处于室外环境，饲养笼具配备有高度可调的可拆卸防雨盖板9。防雨盖板9同样由绝缘材 料制成，呈长方形，长90cm，宽80cm，且表面涂有半导体膜。防雨盖板9四个角上设有定位 孔，箱体5四个角上设有固定套筒6,两者通过支撑杆8连接，支撑杆8同样由绝缘材料制 成，且表面涂有半导体膜，支撑杆8均配备有调节环7,用于固定和调节防雨盖板9的高度， 调节环7由绝缘材料制成，且表面涂有半导体材料。
[0059] 防雨盖板9只有在降水等气象条件下加设以保护实验动物，而平日里不加设，在 进行动物实验过程中，需严格记录加设防雨盖板9和不加防雨盖板9的时间，并且实地测量 加设防雨盖板9和不加防雨盖板9情况下动物饲养区域的场强大小。此外，动物饲养时需 在所述动物饲养笼具底部铺设刨花填料，为避免带电离子在填料上的吸附和累积，在新更 换填料后需喷洒少量的水使填料保持一定的湿度。
[0060] 饮水瓶12置于水瓶槽4中，饮水瓶的结构示意图如图6和图7所示，饮水瓶的设 计主要为避免特高压直流输电线电场、磁场对水瓶内的水产生极化、磁化作用，从而避免动 物饮用极化、磁化后的水对实验结果产生影响。
[0061] 饮水瓶12包括瓶身13和瓶塞14,瓶塞14带有饮水导管15,实验动物通过饮水导 管15取水，瓶身13设计为四层，由内到外依次为绝缘内胆a、磁场屏蔽层b、电场屏蔽层c 和绝缘外壳d，其中磁场屏蔽层b可采用高磁导率材料制作，电场屏蔽层c可采用金属丝网 制作且设有接地导线16,绝缘外壳d表面均涂有半导体膜，接地导线16外层绝缘并涂有半 导体膜，以将吸附在其表面的带电离子通过动物饲养笼具导入大地。
[0062] 饮水瓶12开口处采用配备有饮水导管15的瓶塞14,且表面均涂有半导体膜。饮 水导管15和瓶塞14的设计与饮水瓶12类似，采用多层结构，含磁场屏蔽层b和电场屏蔽 层c，以避免水在导管中被磁化或极化。本实施方式中，饮水导管15设计四层，由内至外依 次为绝缘内壁e、磁场屏蔽层b、电场屏蔽层c和绝缘外壁f，绝缘外壁e 表面涂有半导体膜， 电场屏蔽层c连有接地导线；瓶塞14为弹性绝缘材料制成的实体，内嵌磁场屏蔽层b和电 场屏蔽层c，瓶塞14外层表面涂有半导体膜，电场屏蔽层c连有接地导线。
[0063] 饮水瓶12置于箱体5侧面的水瓶槽4内，通过与水瓶槽4的接触将吸附在饮水瓶 上的带电离子导入大地。
[0064] 实施例2
[0065] 如图3~7所不的饲养笼具适用于动物饲养笼具处电场E与地面不垂直的情况。
[0066] 饲养笼具包括箱体5、支撑脚1、饲养槽3、水瓶槽4、饮水瓶12和防雨盖板9。本实 施方式中，箱体5呈长方体状，其尺寸根据所饲养的动物大小设置，本实施方式中设置为长 60cm、宽50cm、高30cm规格，顶部配置网格状盖板11，盖板上网格大小以实验动物不能逃脱 为宜，。
[0067] 箱体5的底部设置4个支撑脚1，本实施方式中支撑脚1的高度为10cm，箱体5的 底板上开设若干排水孔2,用以防止笼具内雨水或动物尿液的积聚，排水孔可以为圆形，本 实施方式中直径为lcm。箱体5四周（即4个侧壁）均设有一系列穿透孔10,开口大小以 实验动物不能逃脱为宜，且开口率尽可能大，用以减少笼具侧面对电场的屏蔽，本实施方式 中，穿透孔10为矩形开口，矩形开口横向开设，每个矩形开口的开口面积相同，相邻矩形开 口之间的间距相同。
[0068] 箱体5的一侧外壁上设置饲料槽3和水瓶槽4,用于动物饲养时饲料和水的供给， 饲料槽3和水瓶槽4的设置高度靠近箱体底板处，饲料槽3与水瓶槽4处的箱体壁上均开 设有便于动物取食及饮水的通孔。
[0069] 箱体5、网格状盖板11、支撑脚1、饲料槽3及水瓶槽4均采用绝缘材料制成，且表 面均涂有半导体膜，用以将吸附在笼具表面的带电离子导入大地。
[0070] 由于特高压直流输电线路下的动物实验造模在实际特高压直流输电线路下进行， 处于室外环境，饲养笼具配备有高度可调的可拆卸防雨盖板9,防雨盖板材质、其配件的设 置及测量时使用方法均同实施例1。
[0071] 此外，动物饲养时需在所述动物饲养笼具底部铺设刨花填料，为避免带电离子在 填料上的吸附和累积，在新更换填料后需喷洒少量的水使填料保持一定的湿度。
[0072] 饮水瓶12置于水瓶槽4中，饮水瓶的结构示意图如图6和图7所示，结构及材质 设计同实施例1。
[0073] 实施例3
[0074] 图8为电场暴露剂量测定流程框图，在实验动物体内植入三维微型电场探头，对 电场数据进行采样及信号转换，然后无线传输给计算机，计算机对采集到的数据进行数据 处理并显示。
[0075]实验中，通过微创手术在动物体内植入三维微型电场探头，处理后的动物饲养于 实施例1或实施例2中的饲养笼具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用 无线传输的方式实时记录实验动物体内的场强E，通过计算机数据处理准确计量动物在实 验过程中的实际电场曝露剂量。
[0076] 电场暴露剂量计算公式如下：
[0077] D= / 〇tEdt
[0078] 式中，D表示电场暴露剂量；E表示电场暴露强度；T表示电场暴露时间。
[0079]为研宄特高压直流输电线电场环境对动物体内不同器官的影响，三维微型电场探 头可相应植入到动物体内不同的器官，从而获得特定器官的电场暴露剂量一一效应关系。
[0080] 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。
【主权项】
1. 一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于，包括： 箱体，该箱体的顶部开放，底板上开设若干排水孔； 支撑脚，设于所述箱体底部； 饲料槽和水瓶槽，均设于所述箱体外壁上，且与箱体内部相通； 饮水瓶，置于所述水瓶槽内； 所述箱体、支撑脚、饲料槽及水瓶槽均采用绝缘材料，所述箱体、饲料槽与水瓶槽的内 外表面及支撑脚的表面均涂有半导体膜。
2. 根据权利要求1所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 还设有用于将所述箱体的顶部开放口封闭的网格状盖板，箱体的侧壁上开设若干穿透孔； 网格状盖板采用绝缘材料、且内外表面涂有半导体膜。
3. 根据权利要求2所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述穿透孔为矩形开口。
4. 根据权利要求3所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述矩形开口为横向开口，且在箱体的侧壁上均匀开设。
5. 根据权利要求1所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述饮水瓶包括瓶身和带有饮水导管的瓶塞。
6. 根据权利要求5所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述瓶身由内至外依次为绝缘内胆、磁场屏蔽层、电场屏蔽层和绝缘外壳，绝缘外壳表面涂 有半导体膜；所述饮水导管由内至外依次为绝缘内壁、磁场屏蔽层、电场屏蔽层和绝缘外 壁，绝缘外壁表面涂有半导体膜；所述瓶塞为弹性绝缘材料制成的实体，内嵌磁场屏蔽层和 电场屏蔽层，瓶塞外层表面涂有半导体膜；所述瓶身、饮水导管及瓶塞的电场屏蔽层均连接 接地导线，所述接地导线的外层绝缘并涂有半导体膜。
7. 根据权利要求1~6任意权利要求所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼 具，其特征在于，还包括可拆卸式安装于箱体上方的防雨盖板。
8. 根据权利要求7所述用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具，其特征在于， 所述防雨盖板上设有定位孔，箱体顶部对应位置处设有固定套筒，防雨盖板的定位孔与对 应的固定套筒间用支撑杆连接，每根支撑杆均配备有用以固定和调节支撑杆高度的调节 环，所述支撑杆与调节环均采用绝缘材料、且外表面涂有半导体膜。
9. 一种特高压直流输电线下动物造模的电场暴露剂量的确定方法，其特征在于，包括 如下步骤： 在动物体内植入三维微型电场探头，将处理后的动物饲养于如权利要求1~8任一权 利要求所述的饲养笼具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用无线传输 的方式实时记录实验动物体内的电场暴露强度E，通过计算机数据处理准确计量动物在实 验过程中的实际电场曝露剂量； 电场暴露剂量计算公式如下：
式中，D表示电场暴露剂量；E表示电场暴露强度；T表示电场暴露时间。
【专利摘要】本发明公开了一种用于特高压直流输电线下动物造模的饲养笼具及电场暴露剂量的确定方法，饲养笼具包括：箱体，该箱体的顶部开放，底板上开设若干排水孔；支撑脚，设于箱体底部；饲料槽和水瓶槽，均设于箱体外壁上且与箱体内部相通；饮水瓶，置于水瓶槽内；箱体、支撑脚、饲料槽及水瓶槽均采用绝缘材料，箱体、饲料槽与水瓶槽的内外表面及支撑脚的表面均涂有半导体膜。通过微创手术在动物体内植入三维微型电场探头，将处理后的动物饲养于本发明所述的饲养笼具中，饲养笼具置于特高压直流输电线产生的电场中，利用无线传输的方式实时记录实验动物体内的电场暴露强度E，通过计算机数据处理准确计量动物在实验过程中的实际电场曝露剂量。
【IPC分类】A61D1-00
【公开号】CN104814805
【申请号】CN201510176112
【发明人】翟国庆, 伍思霞, 范梦池
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月15日
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