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實驗名稱：高壓放大器交變電場作用下骨表面溫升的實驗研究

實驗?zāi)康模汗堑奈⒂^結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,到目前為止對骨的力電性質(zhì)尚未完全了解﹐這是利用電信號影響骨生長的研究進展相對緩慢的主要原因。要解決此問題,唯有從多方面研究骨的力電性質(zhì),直至完全了解,因此本文意在從骨在交變電場作用下,自身溫度的變化方面進行探索。

實驗設(shè)備：新鮮牛脛骨骨干，波形發(fā)生器，ATA-2081高壓放大器，數(shù)字式視頻顯微鏡，紅外測溫儀。

實驗過程：本實驗共取5個干骨試樣在同一牛脛骨上沿厚度方向平行取出兩個試樣(4號、5號試樣)，其余3個試樣取自不同牛脛骨(沿厚度方向的取樣位置隨機)。

實驗過程中 ,將骨試樣底端固定在夾具上,頂端自由,形成懸臂梁。通過電極對試樣施加交變電場。波形發(fā)生器輸出頻率可調(diào)的正弦交變電壓,高壓放大器將輸出電壓的幅值放大至設(shè)定的值。數(shù)字式視頻顯微鏡的鏡頭聚焦于試樣上表一個區(qū)域。基于數(shù)字圖像相關(guān)方法(DIC)測量試樣自由端截面的彎曲撓度。采用紅外測溫儀測量骨試樣在加載時間內(nèi)表面溫度隨時間的變化,溫度測量的分辨率為0.1℃,誤差范圍是0.5℃。整個實驗裝置放置在光學(xué)防震平臺上。

實驗裝置實驗圖

實驗結(jié)果：

（1）電壓70V、不同頻率下骨試樣溫度變化；

（2）對比經(jīng)典電介質(zhì)的溫度變化和變形可知,經(jīng)典電介質(zhì)在交變電場作用下,溫升很低,在測溫儀的測量誤差之內(nèi),雖然外加電場既引起骨的溫升又引起彎曲變形,但是﹐所引起的相對高溫升是其特有的性質(zhì)。與直流電場下的骨試樣對比可知,在相同電壓值下,骨在直流電場下的溫升與變形明顯小于交流電場﹐所以骨材料的溫升反映的主要是其交流性質(zhì)﹐而并非是簡單的電阻性發(fā)熱,并且骨的溫升源于有機成分膠原纖維。擬合實驗數(shù)據(jù)可知,骨試樣在交變電場下,表面溫升與加載電壓的平方成正比,這是電介質(zhì)的經(jīng)典性質(zhì)。

實驗中用到的高壓放大器參數(shù)指標：

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編輯：fqj