[发明专利]一种双稳态系统随机共振的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量双稳态系统随机共振的方法。

背景技术

随机共振(Stochastic resonance)现象是双稳态系统中一种重要的非线性效应。利用随机共振，可以在噪声作用下放大微弱的周期信号或优化系统的性能。随机共振颠覆了传统观念中噪声总是会抑制信号、破坏信号测量的概念，在Benzi等人发现这一现象后，随机共振就受到了各领域的广泛关注。目前已经在诸如思密特触发器、双稳态激光器、超导干涉仪等众多系统中观测到了随机共振效应。随机共振需要满足三个条件：(1)一个门限阈值，(2)一个微弱的周期信号，(3)合适强度的噪声。随机共振效应中的一个重要问题,就是引入一些参量来表征这种效应。现在，人们已经找到了功率谱密度、信噪比、布居时间和输入输出同步等特征量来表征随机共振。由于噪声和正弦信号共同作用下的双稳态系统的输出信号是一个随机过程，上述提到的用来表征随机共振的特征量，均需在获得大量的输出信号的轨迹，并经过数据的后处理才能获得。这通常是一个比较困难的工作。另一方面，上述提到的各种特征量均对所加正弦信号的周期数很敏感，需要较长时间的测量才能得出正确的结果，并且无法分辨出所加正弦信号的初始相位。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种避免复杂的数据后处理，同时对输入信号长度不敏感，并且可区分出所加正弦信号相位的测量随机共振效应的方法。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

一种双稳态系统随机共振的测量方法，该方法通过向双稳态系统输入正弦信号和噪音信号后测量该双稳态系统所处状态的概率，从而取得状态概率和噪音信号强度的关系表，然后从状态概率和噪音信号强度的关系表中提取状态概率随噪音信号强度变化的极值，将该极值作为该双稳态系统随机共振的关键特征；其中，所述双稳态系统对称性可调，所输入的正弦信号强度不足以使所述双稳态系统发生状态变迁。

进一步，该方法包括以下步骤：

(1)将所述双稳态系统调节至其中一个稳定态；

(2)将所述双稳态系统调节至对称的状态；

(3)将正弦信号和噪音信号输入至所述双稳态系统作用一段时间；

(4)测量所述双稳态系统所处的状态；

(5)在保持输入的正弦信号和噪音信号不变的前提下，重复步骤(1)至(4)若干次后计算该双稳态系统处于新状态的概率；

(6)调整噪音信号的强度后重复步骤(1)至(5)多次，得到状态概率和噪音信号强度的关系表；

(7)根据状态概率和噪音信号强度的关系表绘制状态概率和噪音信号强度的关系图，然后根据状态概率和噪音信号强度的关系图获得状态概率随噪音信号强度变化的极值。

进一步，所述步骤(3)中将正弦信号和噪音信号输入至所述双稳态系统的作用时间为1至30个所述正弦信号的周期。

进一步，所述步骤(5)中若干次的次数为不少于1000次。

进一步，所述步骤(7)为根据状态概率和噪音信号强度的关系表采用函数拟合的方法计算状态概率和噪音信号强度之间的拟合函数，然后计算该拟合函数的极值。

进一步，还包括调整所述正弦信号的相位后重复步骤(1)至(7)。

本发明的技术效果如下：本发明的方法，可以大幅地降低数据处理的复杂度，可以区分输入正弦信号的初始相位，并且对输入的正弦信号的周期数不敏感。

附图说明

图1是rf-SQUID系统的结构示意图。

图2是rf-SQUID的势能曲线图。其中，横坐标为穿过rf-SQUID环的总磁通，纵坐标为rf-SQUID的势能大小。

图3是rf-SQUID的势能曲线与加载的磁场偏置的强度变化关系图。

图4是rf-SQUID的势能曲线与正弦信号的变化关系图。

图5和图6是绘制得到的状态概率和噪音信号强度的关系的点图。其中图5中输入正弦信号的相位为0，图6中输入的正弦信号相位180度。

图7是图5中作用30个正弦信号周期得到的状态概率和噪音信号强度的关系数据进行函数拟合后得到的拟合函数曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。