自适应随机共振算法用于微弱信号检测

我们[1] 曾将随机共振方法应用于化学弱信号的检测 ,并提出了一种只利用测量信号本身所包含噪声的协作效应来检测化学弱信号的新方法 [2 ] ,即通过连续变化系统自身的稳态参数来实现共振 .在以往工作中 ,对输出结果的表征也只是将输出与已知结果进行比较 ,通过对输出的随时监控来判断是否得到最优结果 ,因而不能实现微弱信号的自适应检测 .这无疑也限制了此方法的实际应用 .本文在以上工作的基础上 ,研究了双稳系统的输出特性 ,提出了一种自适应随机共振算法 ,即基于双稳系统的系统输出可以通过调节系统自身的稳态参数达到共振 ,从而在连续…     

化学体系随机共振现象的理论研究

化学体系中随机共振现象的特性、机理、本质和应用的研究是非常重要的前沿课题。综述中国科学技术大学非线性化学实验室,在化学体系随机共振现象的理论研究中,所取得的主要成果,并阐述化学体系随机共振现象研究中所提出来的若干重要问题：非均相化学体系中随机共振;化学体系中内信号随机共振;化学体系中多重随机共振;化学体系中随机共振的调制;化学体系中色噪声作用下的随机共振;化学体系中时空随机共振;耦合化学体系中随机共振;化学体系中双参量随机共振。     

基于周期调节的随机共振算法对化学弱信号的检测研究

提出了一种新的随机共振算法,通过对系统的周期进行调节以实现系统的共振.讨论了实现共振的系统参数,并对模拟信号和拉曼光谱实验信号进行了处理.结果表明,该方法不仅可方便地用于弱化学信号的处理,克服检出信号的滞后现象,而且对不同噪声水平的信号均有良好的适用性.     

IO3--AsO33-化学反应中的随机共振

通过计算机模拟,在IO3--AsO33-化学双稳体系中,对反应控制参量加入周期信号和高斯噪声,体系由于信号和噪声的作用发生上下态之间相互跃迁.计算输出时间序列的功率谱,发现信号在噪声的作用下被放大,在某一最佳噪声强度下,存在一个最大的信噪比输出,表现出随机共振的特征.     

钙离子体系中隐式和显式内随机共振

近年来, 细胞内钙离子信号及其产生机理已成为研究热点之一, 这是因为钙离子信号能控制细胞的生死、 传递细胞间的信息、 提高基因表达的有效性和特殊性[^1~3]. 在钙离子信号传递过程中, 受环境扰动是不可避免的. Shuai等^[4]发现噪音能够控制钙离子通道中钙离子的释放. 在过去的十年中, 无论是物理、 化学还是生物体系^[5~10]的噪音效应已被广泛研究, 其中包括对随机共振(SR)的研究^[5], 经典SR是环境噪音能够放大弱的外加信号. 但随着研究的深入, 发现有无噪音SR^[11]和内SR(ISR) ^[6]. ISR的内信号来自噪音诱导的内信号, 这种SR现象叫隐式内SR(IISR). 而我们则发现了另外一种内SR, 即显式内SR(EISR) ^[12], 它的内信号是体系固有的内信号, 而不是由噪音诱导的. 本文主要研究加入外信号将对IISR和EISR产生的影响.     

纳米尺度钯粒子表面一氧化碳氧化反应内噪声随机共振

在随机模型的基础上, 运用化学Langevin 方程、Poisson近似和精确随机模拟方法, 研究了内噪声对纳米(nm)尺度钯(Pd)粒子表面上一氧化碳(CO)催化氧化反应的影响. 在这类介观体系中, 由于显著内噪声的存在, 化学反应速率振荡具有随机性. 研究发现, 对于给定的CO偏压, 随着内噪声强度的改变, 随机振荡强度经过一个极大值, 从而证明了内噪声随机共振的存在. 这一现象表明, 合适的内噪声有利于反应速率振荡. 这种内噪声随机共振行为对外界参数(如CO偏压)具有稳定性(robust).     

介观振荡化学反应体系的内噪声随机共振

用化学Langevin方程研究了内噪声对介观振荡化学反应体系的影响.研究发现,在确定性体系处于定态条件下,内噪声可以导致体系振荡:随着内噪声强度的变化,诱导振荡信号的信噪比通过一个极大值,表明内噪声随机共振的出现;由于内噪声强度随着系统体积的变化而改变,因此,这一现象也证明了系统尺度共振,即最佳尺度效应的存在.     

一氧化碳催化氧化过程中噪声和信号的协同效应

在合适的条件下 ,噪声和信号同时输入非线性体系统 ,其响应规律可以表现出协同效应 ,这就是所谓的随机共振 ,其中噪声起到积极作用 :提高信噪比 ,增加弱信号可测性 .以一氧化碳催化氧化表面反应为例 ,通过线性稳定性分析方法 ,研究了系统的稳定性问题 ,以及体系对外加噪声和信号的调制响应 ;通过数值模拟发现 ,当体系处于狭窄的双稳态区 ,或化学振荡区边缘时 ,噪声可以诱发态 态转变 ,发生随机共振现象 ,表现出比一维体系更丰富的动力学特征 .     

阳极溶解电化学振荡体系中白噪声诱导随机共振的模拟

通过对电化学阳极溶解振荡模型加白噪声后引发的随机共振现象的模拟研究发现,在该体系的周期二振荡态时呈现显性内信号随机共振现象。当白噪声加在该电化学体系的周期二振荡态时,内信号的信噪比随着噪声的增大达到了最大值。同样噪声强度情况下,强信号的信噪比增加比弱信号的增加更加迅速。如果同时改变噪声强度,体系的信号频率也维持不变。研究表明,噪声对内信号的优化具有选择性,而体系的内信号也具有抵抗噪声和维持内在机制不变的性质。     

随机共振与仪器分析中弱信号的检测

样品分析过程中，往往得到背景噪声很强的信号，尤其在微量和痕量水平；当信号的信噪比很小时，通常的方法不能满足检测要求，该文基于随机共振理论提出了一种新的弱信号的检测方法并对相关参数进行了讲座主；方法是通过噪声的协调作用，获得系统的“共振”，从而实现弱信号的检测，应用于模拟和实验信号的处理结果证明了方法的可行性。     

Stochastic resonance is applied to quantitative analysis for weak chromatographic signal of glyburide in plasma

Based on the theory of stochastic resonance, a new method carried on the quantitive analysis to weak chromatographic signal of glyburide in plasma, which was embedded in the noise background and the signal-to-noise ratio (SNR) of HPLC-UV is enhanced remarkably. This method enhances the quantification limit to 1 ng ml⁻¹, which is the same as HPLC-MS, and makes it possible to detect the weak signal accurately by HPLC-UV, which was not suitable before. The results showed good recovery and linear range from 1 to 50 ng ml⁻¹ of glyburide in plasma and the method can be used for quantitative analysis of glyburide.     

内噪声作用下的随机共振算法对弱信号的检测

基于随机共振理论提出了一种简便、有效地检测弱信号的方法。在内噪声协同作用下，通过调节输入噪声信号的大小能较好地提高系统输出信号的信噪比，从而实现检测背景噪声很强的弱信号的目的。应用于模拟信号和实验信号的结果证明了方法是可行的。     

强噪声背景中微弱信号检测的初步研究

为了提高信噪比,以往大都设法滤除噪声。根据随机共振理论,本文对用添加噪声来提高测量信号信噪比的方法进行了初步的尝试,并将此方法应用于强噪声背景中微弱信号的检测,得出了一些有意义的初步结构。     

A new single-well potential stochastic resonance algorithm to detect the weak signal

Based on the stochastic resonance theory, a new single-well potential stochastic resonance algorithm (SSR) to improve the signal-to-noise ratio (SNR) is presented. In the new algorithm, stochastic resonance takes place in a single-well potential driven only by the noise. The effect on the proposed algorithm is discussed. By using simulated and experimental data sets, it is proven that the signal-to-noise ratio (SNR) of the weak signal can be greatly enhanced by this method. The new single-well potential stochastic resonance algorithm (SSR) may be a promising tool to extend instrumental linear range and to improve the accuracy of trace analysis. The research enlarges the application scope of single-well potential to nonlinear signal processing.     

Improved stochastic resonance algorithm for enhancement of signal-to-noise ratio of high-performance liquid chromatographic signal

Based on the theory of stochastic resonance, an improved stochastic resonance algorithm with a new criterion for optimizing system parameters to enhance signal-to-noise ratio (SNR) of HPLC/UV chromatographic signal for trace analysis was presented in this study. Compared with the conventional criterion in stochastic resonance, the proposed one can ensure satisfactory SNR as well as good peak shape of chromatographic peak in output signal. Application of the criterion to experimental weak signals of HPLC/UV was investigated and the results showed an excellent quantitative relationship between different concentrations and responses.     

A method based on stochastic resonance for the detection of weak analytical signal

An effective method for detection of weak analytical signals with strong noise background is proposed based on the theory of stochastic resonance (SR). Compared with the conventional SR-based algorithms, the proposed algorithm is simplified by changing only one parameter to realize the weak signal detection. Simulation studies revealed that the method performs well in detection of analytical signals in very high level of noise background and is suitable for detecting signals with the different noise level by changing the parameter. Applications of the method to experimental weak signals of X-ray diffraction and Raman spectrum are also investigated. It is found that reliable results can be obtained.     

类超晶格结构:有序性传质赋予燃料电池高品质输出性能（英文）

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种强耦合、复杂非线性、动态的、多输入多输出的能量转换装置,不容易达到或保持理想的工作状态。在动态的PEMFC的工作状态下,其输出的电流和电压是振动的、不稳定的,会对负载的使用和寿命造成很大的影响,严重时亦可损坏负载。该波动的电流或电压输出不仅直接决定着发电系统的成本,而且影响着有效的能量转换效率及电子原件和设备的寿命。基于此,本工作针对燃料电池动态特性及动态排水空间受限导致其电流不规则波动,进而影响输出电能品质和燃料电池系统及其他电子元件的寿命和维护成本等问题,开发了一种外延生长的方法制备排水空间可调控的抗溺水电极,通过调控载体的成核位点密度,形成一种具有不同排水空间的类超晶体结构微米级铂基催化剂。该催化剂制备的电极不仅表现出极佳的抗溺水性,在极低的电流振幅(25 mA·cm^-2)下持续稳定的输出高品质电能,同时提高了铂的利用率,使其组成的MEA比功率密度达到11.69 W·mg_Pt^-1,表现出极高的应用潜力。