双稳系统随机共振的能量输入机理

林敏; 黄咏梅

doi:10.7498/aps.61.220205

摘要

从布朗粒子运动所遵循的Langevin方程出发, 分析了周期性外力提供给布朗粒子的瞬时功率和平均功率, 揭示了双稳系统随机共振的能量输入机理. 理论分析与数值仿真结果表明, 布朗粒子吸收的瞬时功率随时间作周期性变化, 其变化的频率是周期性外力的2倍, 而其幅值和均值的大小都受控于噪声强度. 改变布朗粒子所处热环境的参数, 能有效地控制周期性外力的能量输入形式.

关键词:

According to the Langevin equation that describes the Brownian particle motion, the instantaneous power and average power of Brownian particle provided by periodic external force are analyzed. The mechanism of energy input to a bistable system to generate stochastic resonance is revealed. The theoretical analysis and numerical simulation manifest that the instantaneous power absorbed by Brownian particle changes periodically. The change frequency is twice that of periodical external force, and its amplitude and average are controlled by the noise intensity. The energy input form of periodic external force can be controlled effectively by changing the parameters of thermal environment where Brownian particle is located.

Keywords:

作者及机构信息

林敏,
黄咏梅

1.
中国计量学院计量测试工程学院, 杭州 310018

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10972207)和浙江省自然科学基金(批准号: Y7080111)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Metrology Technology and Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China ( Grant No. 10972207), and the Natural Science Foundation of Zhejiang Province, China (Grant No. Y7080111).

参考文献

[1]	Benzi R, Sutera A, Vulpiana A 1981 Phys. A 14 L453
[2]	Gammaitoni L, Hanggi P, Jung P and Marchesoni F 1998 Rev. Mod. Phys. 70 223
[3]	Hu G 1994 Stochastic Forces and Nonlinear Systems (Shanghai: Shanghai Scientific and Technological Education Publishing House) (in Chinese) [胡岗 1994 随机力与非线性系统 (上海:上海科技教育出版社)]
[4]	Qin G R, Gong D C, Hu G and Wen X D 1992 Acta Phys. Sin. 41 360 (in Chinese) [秦光戎, 龚德纯, 胡岗, 温孝东 1992 41 360]
[5]	Zhu H J, Li R, Wen X D 2003 Acta Phys. Sin.52 2404 (in Chinese) [祝恒江, 李蓉, 温孝东 2003 52 2404]
[6]	Jin G X, Zhang L Y Cao L 2009 Chin. Phys. B 18 952
[7]	Wang C J 2010 Chin. Phys. B 19 030503
[8]	Dong X J 2010 Chin. Phys. B 19 010502
[9]	Leng Y G, Wang T Y, Guo Y, Wang W J, Hu S G 2005 Acta Phys. Sin. 54 1118(in Chinese) [冷永刚, 王太勇, 郭焱, 汪文津, 胡世广2005 54 1118]
[10]	Lin M, Huang Y M 2007 Acta Phys. Sin. 56 6173 (in Chinese) [林敏, 黄咏梅 2007 56 6173]
[11]	Dong X J 2009 Chin. Phys. B 18 0070
[12]	Zhang L, Liu L, Cao L 2010 Acta Phys. Sin. 59 1494 (in Chinese) [张莉, 刘立, 曹力 2010 59 1494]
[13]	Lin L, Yan Y, Mei D C 2010 Acta Phys. Sin. 59 2240 (in Chinese) [林灵, 闫勇, 梅冬成 2010 59 2240]
[14]	Guo Y FXu WWang L 2010 Chin. Phys. B 19 040503
[15]	Zhang L Y, Jin G X, Cao L 2011 Acta Phys. Sin. 60 044207 (in Chinese) [ 张良英, 金国祥, 曹力 2011 60 044207]
[16]	Chen Z S Yang Y M 2011 Acta Phys. Sin. 60 074301 (in Chinese) [ 陈仲生, 杨拥民 2011 60 074301]
[17]	Sekimoto K 1998 Prog. Theor. Phys. Suppl. 130 17
[18]	Iwai T 2001 Phys. A 300 350
[19]	Dan D, Jayannavar A M 2005 Phys. A 345 404
[20]	Saikia S, Roy R, Jayannavar A M 2007 Phys. Lett. A 369 367
[21]	Sekimoto K 2007 Phys. Rev.Ｅ 76 060103(R)
[22]	Seifert U 2008 Eur. Phys. J. B 64 423
[23]	Lin M, Zhang M L 2011 Acta Phys. Sin. 60 020501 (in Chinese) [林敏, 张美丽 2011 60 020501]
[24]	Lin M, Zhang M L, Huang Y M 2011 Acta Phys. Sin. 60 080509(in Chinese) [林敏, 张美丽, 黄咏梅 2011 60 080509]
[25]	Scharton T D, Lyon R H 1968 J. Acoust. Soc. Am. 43 1332
[26]	Xiong Y P, Xing J T, Price W G 2005 Proc. R. Soc. A 461 3381

施引文献

[1]	Benzi R, Sutera A, Vulpiana A 1981 Phys. A 14 L453
[2]	Gammaitoni L, Hanggi P, Jung P and Marchesoni F 1998 Rev. Mod. Phys. 70 223
[3]	Hu G 1994 Stochastic Forces and Nonlinear Systems (Shanghai: Shanghai Scientific and Technological Education Publishing House) (in Chinese) [胡岗 1994 随机力与非线性系统 (上海:上海科技教育出版社)]
[4]	Qin G R, Gong D C, Hu G and Wen X D 1992 Acta Phys. Sin. 41 360 (in Chinese) [秦光戎, 龚德纯, 胡岗, 温孝东 1992 41 360]
[5]	Zhu H J, Li R, Wen X D 2003 Acta Phys. Sin.52 2404 (in Chinese) [祝恒江, 李蓉, 温孝东 2003 52 2404]
[6]	Jin G X, Zhang L Y Cao L 2009 Chin. Phys. B 18 952
[7]	Wang C J 2010 Chin. Phys. B 19 030503
[8]	Dong X J 2010 Chin. Phys. B 19 010502
[9]	Leng Y G, Wang T Y, Guo Y, Wang W J, Hu S G 2005 Acta Phys. Sin. 54 1118(in Chinese) [冷永刚, 王太勇, 郭焱, 汪文津, 胡世广2005 54 1118]
[10]	Lin M, Huang Y M 2007 Acta Phys. Sin. 56 6173 (in Chinese) [林敏, 黄咏梅 2007 56 6173]
[11]	Dong X J 2009 Chin. Phys. B 18 0070
[12]	Zhang L, Liu L, Cao L 2010 Acta Phys. Sin. 59 1494 (in Chinese) [张莉, 刘立, 曹力 2010 59 1494]
[13]	Lin L, Yan Y, Mei D C 2010 Acta Phys. Sin. 59 2240 (in Chinese) [林灵, 闫勇, 梅冬成 2010 59 2240]
[14]	Guo Y FXu WWang L 2010 Chin. Phys. B 19 040503
[15]	Zhang L Y, Jin G X, Cao L 2011 Acta Phys. Sin. 60 044207 (in Chinese) [ 张良英, 金国祥, 曹力 2011 60 044207]
[16]	Chen Z S Yang Y M 2011 Acta Phys. Sin. 60 074301 (in Chinese) [ 陈仲生, 杨拥民 2011 60 074301]
[17]	Sekimoto K 1998 Prog. Theor. Phys. Suppl. 130 17
[18]	Iwai T 2001 Phys. A 300 350
[19]	Dan D, Jayannavar A M 2005 Phys. A 345 404
[20]	Saikia S, Roy R, Jayannavar A M 2007 Phys. Lett. A 369 367
[21]	Sekimoto K 2007 Phys. Rev.Ｅ 76 060103(R)
[22]	Seifert U 2008 Eur. Phys. J. B 64 423
[23]	Lin M, Zhang M L 2011 Acta Phys. Sin. 60 020501 (in Chinese) [林敏, 张美丽 2011 60 020501]
[24]	Lin M, Zhang M L, Huang Y M 2011 Acta Phys. Sin. 60 080509(in Chinese) [林敏, 张美丽, 黄咏梅 2011 60 080509]
[25]	Scharton T D, Lyon R H 1968 J. Acoust. Soc. Am. 43 1332
[26]	Xiong Y P, Xing J T, Price W G 2005 Proc. R. Soc. A 461 3381

[1]	王烨花, 何美娟. 高斯色噪声激励下非对称双稳耦合网络系统的随机共振. , 2022, 71(19): 190501. doi: 10.7498/aps.71.20220909
[2]	谢勇, 刘若男. 过阻尼搓板势系统的随机共振. , 2017, 66(12): 120501. doi: 10.7498/aps.66.120501
[3]	赖志慧, 冷永刚. 三稳系统的动态响应及随机共振. , 2015, 64(20): 200503. doi: 10.7498/aps.64.200503
[4]	焦尚彬, 杨蓉, 张青, 谢国. α稳定噪声驱动的非对称双稳随机共振现象. , 2015, 64(2): 020502. doi: 10.7498/aps.64.020502
[5]	赖志慧, 冷永刚, 范胜波. 级联双稳Duffing系统的随机共振研究. , 2013, 62(7): 070503. doi: 10.7498/aps.62.070503
[6]	杨明, 李香莲, 吴大进. 单模激光系统随机共振的模拟研究. , 2012, 61(16): 160502. doi: 10.7498/aps.61.160502
[7]	高仕龙, 钟苏川, 韦鹍, 马洪. 过阻尼分数阶Langevin方程及其随机共振. , 2012, 61(10): 100502. doi: 10.7498/aps.61.100502
[8]	张静静, 靳艳飞. 非高斯噪声驱动下非对称双稳系统的平均首次穿越时间与随机共振研究. , 2011, 60(12): 120501. doi: 10.7498/aps.60.120501
[9]	林敏, 张美丽, 黄咏梅. 双稳系统的随机能量共振和作功效率. , 2011, 60(8): 080509. doi: 10.7498/aps.60.080509
[10]	林敏, 孟莹. 双稳系统的频率耦合与随机共振机理. , 2010, 59(6): 3627-3632. doi: 10.7498/aps.59.3627
[11]	林敏, 方利民. 双稳系统演化的时间尺度与随机共振的加强. , 2009, 58(4): 2136-2140. doi: 10.7498/aps.58.2136
[12]	林敏, 黄咏梅, 方利民. 耦合双稳系统的随机共振控制. , 2008, 57(4): 2048-2052. doi: 10.7498/aps.57.2048
[13]	周丙常, 徐伟. 关联噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振. , 2008, 57(4): 2035-2040. doi: 10.7498/aps.57.2035
[14]	林敏, 黄咏梅, 方利民. 双稳系统随机共振的反馈控制. , 2008, 57(4): 2041-2047. doi: 10.7498/aps.57.2041
[15]	周丙常, 徐伟. 周期混合信号和噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振. , 2007, 56(10): 5623-5628. doi: 10.7498/aps.56.5623
[16]	冷永刚, 王太勇, 郭焱, 吴振勇. 双稳随机共振参数特性的研究. , 2007, 56(1): 30-35. doi: 10.7498/aps.56.30
[17]	宁丽娟, 徐伟. 光学双稳系统中的随机共振. , 2007, 56(4): 1944-1947. doi: 10.7498/aps.56.1944
[18]	冷永刚, 王太勇, 郭　焱, 汪文津, 胡世广. 级联双稳系统的随机共振特性. , 2005, 54(3): 1118-1125. doi: 10.7498/aps.54.1118
[19]	冷永刚, 王太勇, 秦旭达, 李瑞欣, 郭　焱. 二次采样随机共振频谱研究与应用初探. , 2004, 53(3): 717-723. doi: 10.7498/aps.53.717
[20]	肖方红, 闫桂荣, 韩雨航. 双稳随机动力系统信号调制噪声效应的数值分析. , 2004, 53(2): 396-400. doi: 10.7498/aps.53.396

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