border=0

It fenomeen fan stochastyske resonânsje yn netlineare systemen

<== foarige artikel | Folgjende artikel ==>

It begryp "stochastysk proses" ferwiist nei it fjild fan chaos, nei disorderlik gedrach, nei in proses dat syn dynamyk willekeurich is en net foar tefoaren. In bekend foarbyld fan sa'n proses is de Brownyske moasje.

It wurd "resonance" yn 'e algemienste betsjutting betsjuttet in sterk antwurd fan in systeem nei in lyts eksterne ynfloed. It is be>

Mei-elkoar betsjutte dizze twa wurden in tige ynteressant en, op 'e eagen, tsjinoer it gewisse fan' e gefoelens, dy't yn in protte folslein ferskillende systemen plakfynt en sels, as it oanjout, al sûnt natuer brûkt wurdt.

Dit ferskynsel waard ûntdutsen yn 'e jierren '80. De essinsje fan stochastyske resonânsje is dat de oanfolling fan lûd nei it systeem, d. chaotyk beweging net fermindert, mar oarsom, fersterket it antwurd fan it systeem oant in swakke periodike effekt. Tagelyk wurdt it lûd net allinich it sinjaal ûnderdrukke, mar, yn 't tsjinste, helpt it om te ferskinen. De sterkste effekt komt mei in pear goed definiearre, optimale yntensiteit fan lûd.

Wa't it probleem opnommen hat om in nuttige sinjaal út it lûd te heljen liket in ferkearde ferklearring te wêzen dat de earste stap yn dit proses is om de lûdsintensiteit safolle mooglik te ferleegjen. Sûnt de tiid by it begjin fan 'e radiomesysteem, doe't de yngenieurs earst it hert fan' e sprekkers hearden, sykje sy op sykten om lûd te ûntbinen dat ûnweigerlik foarkomt yn elektryske circus- en kommunikaasjemooglikheden. It wurdt beskôge as it needsaaklik is om allinich lûden yn sitewaasjes te generearjen as it nedich is om gjinien te leverjen oan in nuttige sinjaal te leverjen.

It idee om lûd te brûken om de kwaliteit fan it sinjaal te ferbetterjen liket absurd, om't gjin normale persoan tinke soe, bygelyks om in CD te skrassen, sadat de ynformaasje better lêzen wurde kin. Learingen fan 'e lêste jierren liede ta de konklúzje dat yn in beskate gefallen in loft kin in rolstoel rol spylje yn' e wittenskip fan swakke sinjalen fanwege in effekt neamd as "stochastyske resonânsje". It ferskynsel wie lykwols sa ûngewoan dat earst nei syn ûntdek it it omtinken fan in tige beheinde sirkel fan wittenskippers lutsen, benammen dy't it ûntdekte.

De term "stochastyske resonante" waard yn 1981 ynfierd yn it artikel fan R. Benzi, A. Sutera, A. Valulpiani, J. Phys. A14 L453 (1981), wêryn't de auteurs de periodykheid fan 'e begjin fan' e glazialen perioaden ûndersykje en in swakke sinjalte winne doe't lûd opnommen waard. Yn 1983 waard dit ferskynsel yn detail yn it Schmitt-trigger studearre en waard letter ûntdutsen yn in protte fysike, gemysk- en biologyske systemen.

Stochastyske resonânsje is de ferplichting fan in periodike sinjaal ûnder de aksje fan wyt lûd fan in bepaalde krêft. It is in universele fenomeen dy't in protte netlineare systemen binne dy't ûnder eksterne ynfloed binne tagelyk chaotyske en swakke periodike effekten.

Om dit ferskynsel te ferklearjen, beskôgje wy in oantal bistige systeem mei dissipaasje, friksje. Under ynfloed fan genôch eksterne ynfloed kin sa'n systeem feroarjen nei in oare steat. As in genôch eksterne ynfloed is regelmjittich, dan sil it systeem dan ek periodysk beweging fan ien steat nei de oare. Net genôch (subliminele) ynfloed sil net ferwachtsje fan it antwurd fan sa'n systeem. As de eksterne ynfloed in willekeurich (lûd) is, dan wurdt it systeem wolst "wanders", en nei in ûnfinindere tiid, de gemiddelde lingte fan hinget ôf fan 'e lûdkrêft, kin fanôf ien posysje nei de oare springe. De dynamyk fan sokke sprongen wurdt ûnrjochtlik.

Wy sjogge no it totale effekt fan subliminele periodike en chaotyske effekten. Yn himsels sil in subliminalisearjende perioade-perturbaasje net it stjoeren fan it systeem nei in oare steat helpe, lykwols de lûd helpt dit troch de ynfloed te meitsjen nei in "krityske" state. As gefolch dat it antwurd fan it systeem it periodykstik hat, wurdt bepaald troch in swakke periodike effekt.

De optimale (liedend oant it maksimum fan sinjaal-to-rûze-ratio) is in soarte fan lûds-macht, wêryn de karakteristyske leeftiid fan it systeem yn ien steat is lyk oan de helte fan 'e perioade fan' e periodyk tebek. Too folle of te min lûd liedt ta minder sensibiliteit fan it systeem oant swakke periodike effekten.

De betingst foar it opkommen fan stochastyske resonânsje is dat it systeem net-linear wêze moat, oars is it antwurd fan it systeem oant it totale effekt allinich de sum fan 'e antwurden en net liede ta nije effekten.

It systeem moat op syn minst twa stabile of metastabele steaten hawwe. Dit kin wêze as in bistabele systeem of in systeem mei in >

Systemen dy't stochastyske resonânsje bewize, binne bygelyks: de dynamyk fan glazialen perioaden op ierde; de dynamyk fan it Noard-Atlantyske klimaat; pompje yn in ringlaser; Oare tastellen yn in oantal dieren.

Konsiderje, bygelyks, in bistabele systeem. De wurden "bistige systeem" is in systeem mei twa posysjes fan stabile lykwicht. In ienfâldige meganyske foarbyld is de beweging fan in materiaal punt yn in potensjeel mei twa minima (sjoch figuer 1a). As in koartskrift op in partikel docht, dan is it dúdlik dat elke begjinstikken dy't wy kieze, de oscillaasjes úteinlik útlizze, it partikel sil "falle" yn ien fan 'e potensjele wellen en sil dêr ûnbefêstigje.

Fig. 14.6 In foarbyld fan it gedrach fan in bistige systeem wannear't it oanbe>

Om in partikel om in oare potensjele goed te fallen, moat in eksterne krêft tapast wurde. As dizze krêft grut genôch is, dan sil it "dieltsje fan 'e earste pit út" útlûke "en it oerjaan nei de twadde. As it potinsjele wurd (yn dizze tekst potinsjeel brûkt wurdt as synonym foar potinsjele enerzjy) betsjut "eksterne krêft" betsjutte dat in linear groeiende potensje is, lykas yn fig. 14b. As V (x) in bistabele potensjele is, dan moat de eksterne krêft de wearde grutter wêze = | V '(x) |, nommen op' e ynfalleitspunkt, d. wêr't de herstelde krêft fan 'e potensjele grutste is. Dan wurdt it totale potensje feroare yn 'e sifer, en it dieltsje sil yn' t twadde boarne rôlje. As de eksterne krêft periodyk yn 'e tiid is, dan sil it dieltsje "springen" fan ien kree nei in oare en werom. As gefolch dêrfan sil in bistige systeem antwurdzje op in sterke eksterne krêft. De frekwinsje wêrby't it systeem fan ien steady state nei de oare springt, tsjinnet mei de frekwinsje fan eksterne ynfloed. As de eksterne effekt tige sterk is, sil it systeem alle feroaringen en fluktuaasjes fan dizze krêft opnij fertelle. As de eksterne impact is net sa sterk, d. < , it partikel sil de pit net kinne ferlitte en bliuwt yn har, nettsjinsteande de eksterne effekt.

Sa kin in bistige systeem in geweldig sensitiviteit drie: mei eksterne krêft > It systeem begjint út ien steat nei de oare te begjinnen mei de frekwinsje fan in eksterne krêft, en wannear < It systeem fielt gjin eksterne ynfloed. Dat is, in bistabele systeem hat in bepaalde drompel fan sensibiliteit foar eksterne ynfloeden. Te swak, d. Subliminele ynfloeden bliuwe troch it systeem net bewarre bleaun, mar mei in ekstra ynfloed op sa'n systeem, sels in stochastysk sinjaal kin de superweak-sinjalen ferheegje.

a) b)

Fig. 14.7 Seldsjes a) en har Fourier-ôfbyldings b).

It stochastike sinjaal hat de natuer fan willekeurige lûd. Mei de Fourier-transformaasje kinne jo it periodike sinjaal fan 'e lûd ôfsûnderje.
Yn it bistabele systeem wurde ûnder oaren in willekeurige oscillaasjes opnommen ûnder de aksje fan in willekeurige krêft. Yn dit gefal kin it wêze dat it dieltsje, oer ien potensjewetter, wagt, yn 't twadde hommel springt. Fansels is de sterker de lûd, de koartere spuittiid, d. hoe it faker it partikel sprong fan ien kree nei de oare. As wy de ôfwikseling fan 'e dielenkoördinaat op' e tiid ôfbyldzje, dan krije wy in sawat deselde ôfbylding as yn Fig. 14.8.

Fig. 14.8 Systeem antwurd op in willekeurige eksterne effekt.

As in swak, subliminalisearre periodike sinjaal wurdt oan it ekstern lûd tafoege, dan sil it partikul noch ien fan 'e boarne nei it oare springe, mar de natuer fan dit proses feroaret: in periodyk komponint mei in perioade lykas de perioade fan it eksterne swakke sinjaal sil dêrmei ferskine. Dat is, sprongen wurde op kosten fan willekeurige krêft útfierd, en de periodike oanfolling allinich "modulearret" it effekt (dat is, it tafoege in eigen periodykheid).

Lûd, as it wist, in eardere ûnferbidlike potensjele barriêre wiskje en it systeem oan te reitsjen op in subliminale sinjalearje.

Dit is de essinsje fan stochastyske resonante ( fersteuring ). De eigensinnigens fan 'e stochastyske resonânsje is dat der in pear optimale lûdsintensiteit is wêrby't it antwurd fan it systeem oant in periodike sinjaal de sterkste is. Om te bepalen hoe grut dit antwurd is, moatte jo de ôfhinklikheid fan 'e partikulêre koördinaat op' e tiid bouwe en de Fourier-transformaasje brûke om it periodyk komponint fan it sinjaal te selektearjen. Dêrnei sil de amplitude fan 'e oanfoljende' hump 'fan' e Fourier-transformaasje (figuer 14.7) as kwantitative karakteristyk fan 'e sensibiliteit fan it systeem betsjinje. De hegere de hoop, hoe mear it útsûnderde periodike sinjaal yn 'e moasje fan' e partikel útsprutsen.

t (c)

Fig. 14.9 It antwurd fan in bistige systeem by ferskate lûdsintensiteit.

It figuer lit de ôfhinging fan 'e dielenkoördinearren op' e tiid sjen op itselde swakke periodike sinjaal, mar by ferskate lûd-yntinsjes. It kin sjoen wurde dat as de lûdsintensiteit leech is, bleau de dieltsje yn ien potinsjeel goed foar in >

In typyske ôfhanneling fan it systeempresint op 'e yntensiteit fan eksterne lûd is yn' e ôfbylding werjûn. 14.10. It kin sjoen wurde dat by in bepaalde lûdsintensiteit it antwurd fan it systeem nei it brûkbere sinjaal maksimaal makket.

Fig. 14.10 De ôfhanneling fan 'e lûdsintensiteit fan' e amplituden fan 'e sinjalen fan' e periodike komponint.

In frij spesifike gemiddelde hopping tiid fan ien krij nei in oar komt oerien mei in bepaalde lûdsintensiteit. De betingst foar de optimale lûdynfstânsje: it is needsaaklik dat de sprongdoer feroarsake is troch dit lûd lykas de helte fan 'e perioade fan in swakke periodyk systeem. As de sprongperioade en de perioade fan 'e eksterne krêft syngronisearje, komt it sterkste reaksje fan it systeem nei in eksterne periodike ferwidering (resonance). As dizze twa prosessen net syngronisearje, fermindere de gefoelens foar in swakke periodike krêft.

Stochastyske resonânsje wurdt brûkt yn technyk, ek wurdt bepaald yn it funksjonearjen fan libbene organismen. Bygelyks wurdt stochastyske resonânsje yn optyske systemen brûkt en komt as der nerve-ympuls ûntstiet.

In foarbyld fan it optyske systeem wêryn't stochastyske resonânsje beoardield is is de saneamde ringlaser (fig.), Wêrby't laserljocht yn in resonator mei trije of mear spegelingen oppompe. Yn dit systeem binne der twa stabile moden fan pompearjende laserljocht, as it ljocht yn 'e rjochting fan klok yn' It wie ien fan 'e earste eksperiminten (1988), doe't stochastyske resonânsje yn' t laboratorium observearre waard.

Yn it begjin fan 'e jierren '90 waard it realisearre dat stochastyske resonânsje in wichtige rol spielje koe yn neurophysiologyske prosessen, nammentlik yn' e funksje fan neuronale netwurken, by it oerdriuw fan ympuls fan ien groep neuroanen nei in oar.

Bygelyks, yn 'e eksperiminten fan 1991-1993, waard it fûn dat it ferskinen fan in nervimpuls yn' e mechanoreceptor-sellen fan krapoan just basearre is op it ferskynsel fan stochastyske resonânsje. Hjirmei kin kanker mei antennen in swakke synchronous oscillaasje fan wetter om himsels ûntdekke, nettsjinsteande it oanwêzigens fan ferskate soarten fan "lûd", en sa learje yn 'e foargeande oer de oanpak fan gefaar. Nei dizze klassike eksperiminten is in hiele stream fan wurken oan 'e rol fan' e stochastyske resonânsje yn 'e ûntjouwing en fersprieding fan' e nervimpuls. No is dit in breed akseptearre paradigm yn 'e biologyske en neurophysiologyske wittenskippen.

Mear as lêste yn 'e twadde helte fan' e jierren '90 ûntstie de fraach fan 'e mooglikheid fan it bestean fan in stochastyske resonânsje op it quantumnivo. It is ferwachte dat quantum "partikeljitter", dy't altyd bestiet, sels op absolute nultemperatuer, en dy't de funksje fan lûd spilet, bydrage ta it fekken fan in quantum-sinjale, de fersprieding fan ynformaasje, ensfh.

Stochastyske resonânsje kin foarkomme yn oare systemen as bistabele. De wichtichste easken is de oanwêzichheid fan in drompel. In foarbyld fan sa'n systeem is in systeem dêr't hops net tusken twa stabile lykwichtigingen opkomt, mar tusken de "grûn" en "oanfrege" steaten fan it systeem.

In fenomeen neamd de "dûbele stochastyske resonânsje" is koartlyn beskreaun. Hjir dogge twa soarten lûden op in frije dielen: de earste skepket wat as in bistabele potensjele, en de twadde feroarsaket it partikel om yn dit pseudopotential te springen. It ferskynsel is tige nijsgjirrich, om't it as in poerbêste yllustraasje fan it feit dat tsjintwurdich net allinnich subtile, korrelearre prosessen, mar ek oarsom - it libben leverje kin.

Sinnige, yn 'e takomst, as subminiature elektroanysk komt út wittenskiplike laboratoaren en wurdt beskikber foar de massa user, stochastyske resonânsje kin in wichtich part fan wêze.

Bygelyks, yn 2003 waard dit ferskynsel ûntdutsen yn 'e meast be>nanoelektronika en de takomst - yn carbononatotubes (>

In oar foarbyld is fersoarge troch njoggentich netwurken - elektroanyske apparaten dy't effisjint effisjint in soad ynformaasje te ferwurkjen. Yn sokke netwurken sil de stochastyske resonânsje himsels yn 'e foarm fan ferbettere konduktiviteit fan rûzige ynformaasje en synchronisaasje fan prozesses yn simultan yn ferskate dielen fan it netwurk manifestearje.

Yn 'e lêste jierren ferskynden in tal rapporten oer it suksesfolle brûken fan stochastyske resonânsje yn sinjalearjen en kompjûterôfbyldingskenning.

<== foarige artikel | Folgjende artikel ==>





Sjoch ek:

It begryp "sêfte mjittingen"

Fergelykbere eigenskippen fan 'e analytyske mooglikheden fan ferskate soarten immunosensors

Fysike basis fan nanotechnology, it krijen fan nanomaterialen

Physysk aard fan 'e tunnel-effekt

Principias fan bou, struktuer en modus fan operaasje fan oszillatorsysteem mei reguliere dynamyk

Physical Basics of SQUID - mikroskopy

Fuzzy logika en de teory fan fuzzy sets

Helium-ionmikroskoop

Elektron-diffraasje-metoade

Applikaasje fan probe-mikroskoopmethoden foar analytyske mjittingen

Moden fan operaasje fan scanning probe-mikroskoop

Sensoren en mikroaktuators basearre op MEMS-technology

Gebrûk fan it scannen fan SQUID-mikroskoop

Werom nei ynhâldsopjefte: Moderne fûnemintele en tapastlike ûndersyk yn ynstruminten

Views: 3462

11.45.9.33 © edudocs.fun is net de auteur fan de materialen dy't ynbrocht binne. Mar leveret de mooglikheid fan fergees gebrûk. Is der in fertsjinwurdiging fan 'e autoriteit? Skriuw ús | Feedback .