随机激励的非线性Markov跳变系统的稳态响应

大量实际工程问题需要用同时包含连续和离散变量的Markov跳变系统来描述.本文介绍了一类随机激励的单自由度(强)非线性Markov跳变系统的稳态响应的研究方法.首先,基于随机平均法导出具有Markov跳变参数的平均It随机微分方程,原系统方程的维数得到降低.接着,根据跳变过程原理,建立Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程组,方程组中的方程与系统的结构状态一一对应且互相耦合.求解该FPK方程组,得到Markov跳变系统的稳态随机响应及其统计量.最后,以一个高斯白噪声激励的Markov跳变Duffing振子为例,计算得到不同跳变规律下系统的稳态响应.研究结果表明,Markov跳变系统的稳态响应可以看作是各结构状态子系统稳态响应的加权和,加权值由跳变规律决定.     

具有空间连续行为的微型压力传感器系统级建模

大多数MEMS器件(如梁、膜等)的动态特性方程为偏微分方程,因此建立对应组件的可重用参数化行为模型是一个难题.本文通过有限差分法把偏微分方程转化为常微分方程组,然后采用混合信号硬件描述语言进行描述,解决了该问题.针对电容式微型压力传感器,专门考虑膜片的空间连续行为以及结构、静电力的耦合作用,建立了包含接口电路在内的系统模型,据此进行了动态行为仿真.通过结果对比,验证了方法的实用性.相对于通用的参数化组件模型,当前MEMS商业化软件多采用逐个器件进行宏模型抽取的方式实现系统级建模和仿真.     

河流水质模型求解的Chebyshev正交多项式方法

提出一种考虑弥散时Streeter—Phelps一维稳态河流水质模型Chebyshev正交多项式的近似解法．通过对稳态河流水质模型的非线性高阶微分方程式分析,采用Chebyshev正交多项式对各阶微分和弥散系数D进行近似描述,得到稳态河流水质模型的近似表达式．针对近似模型给出了误差指标,并采用最小二乘对近似式中的未知参数进行估计;同时,对算法的总精度进行了讨论．仿真结果表明,该方法的精度高于多种微分方程数值计算方法(如龙格一库塔),不仅可以提高生化需氧量的计算精度,而且能够大大提高溶解氧浓度计算结果的准确性．     

硅谐振式压力微传感器模型与开环特性测试

基于谐振式硅微结构压力传感器幅、相频率特性的分析,利用北京航空航天大学微传感器实验室研制的谐振式硅微结构传感器开环测试系统的测试实验结果和Matlab实验数据处理与拟和分析计算,建立了微传感器的二阶模型.该模型排除了未知相位延迟的影响,从幅值和相位混合的测试数据中精确计算出谐振频率、品质因数以及相位特性,为闭环测试系统的研制提供了依据.     

基于二阶矢量位的线圈横向移动三维涡流理论建模

针对电涡流传感器探头线圈相对导体横向移动时阻抗变化的涡流问题,以二阶矢量位电磁理论为基础,在直角坐标系下,推导出线圈相对导体横向移动时的阻抗及阻抗变化量公式,建立其电磁场三维涡流理论模型,且通过试验验证了模型的正确性.使用Mathematice软件建立模型计算分析线圈几何尺寸(内径、厚度、线宽、线间距)对传感器灵敏度的影响,为合理选择线圈参数和优化传感器性能提供参考.     

基于45N度旋转梯度等模算子偏微分方程去噪模型

传统的二阶中值曲率扩散模型(MCM)在去噪时虽然能有效地保持图像的边缘,但是在平滑区域却产生阶梯效应,以及过度扩散的现象.四阶偏微分方程模型(LLT)在去噪的同时虽能有效地抑制二阶偏微分方程产生的阶梯效应,能很好地保持图像的纹理信息,但却过多地损失了边缘信息.为了避免以上去噪过程中存在的问题,利用归一化的45N度旋转梯度等模算子作为权重,提出了传统的二阶中值曲率扩散模型(MCM)和四阶偏微分方程去噪模型(LLT)自适应的混合模型,使得它们在有效去除图像中噪声的同时,也能很好地保持图像的边缘和纹理细节信息.实验结果证实了所提出的模型的有效性.     

一个流体欧拉网格格式

1.在欧拉流体力学方程组数值解法的研究中存在两种建立计算格式的途径:一种是直接对欧拉流体力学方程组构造格式,例如[1,2]。另一种是分两步来完成,首先建立逼近忽略输运项的方程组的格式,然后将第一步的结果回映到原来的欧拉网格上,这种方法起源质点网格法[8],后来相继有[4-7]。我们称其为流体欧拉网格方法。这种方法对处理多种流体系统的计算是非常有用的。[4]和[5]的格式是按第二途径建立的二阶格式,其结果有较清楚的分辨率,他们的第一步格式属于Godunov型。计算量较大。     

基于扩展传染病模型的异质传感网恶意程序传播建模与分析

为揭示异质传感网恶意程序传播规律,提出一种基于扩展传染病理论的异质传感网恶意程序传播建模与分析方法。依据异质传感器节点状态的分析,扩展传统SIR(Susceptible-Infected-Removed)传染病模型,得到异质传感器节点状态转换关系模型。以一个异质传感器节点与其通信的节点数反映其异质特性,使用微分方程形式建立能反映异质传感网恶意程序传播过程中具有不同度的异质传感器节点状态动态变化的HSIORD(Heterogeneous Susceptible-Infected-isOlated-Removed-Deceased)模型。依据稳定点的数学特性,计算该模型的稳定点。采用下一代矩阵法计算该模型的基本再生数,并证明该模型稳定点的稳定性。通过实验仿真,验证了异质传感网恶意程序消亡的理论依据,为管理员有效抑制异质传感网恶意程序传播提供理论指导。     

轮-带驱动系统稳态周期响应谐波平衡分析

研究含有单向离合器、两滑轮及附件的轮-带驱动系统稳定稳态周期响应.通过单向离合器连接从动轮与附属系统,并计入传送带的横向振动的影响,导出了由偏微分-积分方程与分段常微分方程组成的连续-离散型非线性耦合方程组.利用Galerkin方法将连续非线性方程组截断为一组非线性常微分方程组,再运用谐波平衡法得到轮-带驱动系统耦合非线性振动的稳态响应.通过比较有无单向离合器装置的系统稳定稳态幅频响应曲线,研究了单向离合器对驱动系统以及轮-带系统非线性动态特性的影响.并首次研究了高频激励下轮-带系统的稳态响应.最后,运用Runge-Kutta方法对比验证了基于谐波平衡法得到的稳态响应.     

压电加速度传感器的建模方法研究

介绍了压电加速度传感器固有频率的计算方法,根据中心压缩型和平面剪切型压电传感器的物理模型,建立其力学模型。通过计算和实验结果对比,引入接触刚度对计算模型进行修正,结果表明本文的计算方法是正确的。     

有机磷水解酶传感器及其应用研究进展

介绍了有机磷水解酶传感器的基本原理、组成和分类,分析了各个类型传感器的特点,重点介绍了近年来国外有机磷水解酶的固定化技术和有机磷水解酶传感器的进展情况,并分析了未来有机磷水解酶传感器的发展趋势.     

光寻址电位式传感器在有机磷检测上的应用

通过将乙酰胆碱酯酶用戊二醛交联法固定在光寻址电位式传感器的H+敏Si3N4膜上,即可用于检测有机磷农药。介绍了该传感器的工作原理及制作方法,并且分析探讨了缓冲溶液和乙酰胆碱底液的影响,还给出了在不同抑制时间和不同有机磷浓度下的响应特性。实验表明这是一种简捷灵敏、高效实用的有机磷农药检测新方法。     

苯丙氨酸检测酶电极的理论研究

研究了用于临床检测苯丙酮尿症的一种新方法 ,即采用共价交联的方法将苯丙氨酸裂解酶固定化在氨气敏电极上 ,制成酶电极来检测血液中苯丙氨酸的质量浓度。给出了酶电极响应的Nernst方程和测试装置 ,并采取预处理措施来提高电极的活性和寿命。     

压电生物传感器响应机制的声阻抗模型理论分析

基于声阻抗概念, 建立起压电传感器响应机制的声阻抗模型, 并引入与传感器负载剪切模量相关的声学校正因子, 以表明传感器响应中的非质量效应. 由此模型在一定近似条件下, 对黏性液体, 气/液相刚性和黏弹性薄膜等不同负载, 分别导出相应的传感器响应方程, 阐明了各种传感器响应机制的物理意义. 另外在实际应用中可能存在摩擦, 非均匀性和界面现象等干扰, 但利用该声阻抗模型可望获取新信息、开拓新的应用.     

一种用于有机磷农药检测的微流控传感器

成功制作出一种用于检测有机磷农药的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控传感器,该传感器集成了光纤和用于固定有机磷水解酶的SU-8圆柱.检测原理基于反应产物对光的吸收,不同浓度有机磷农药的实验结果显示:该传感器的线性相关系数为0.9934.实验结果展示了一种将酶固定在微流沟道的简单方法.简单的制备工艺和便携式的器件为集成化的...     

基于二氧化锆纳米粒子固定乙酰胆碱酯酶的甲基对硫磷传感器

先在金电极表面电沉积二氧化锆纳米粒子并固定乙酰胆碱酯酶(AChE),将此电极浸入含有不同浓度的有机磷溶液中,根据电极在底物氯化乙酰巯基胆碱中电化学信号强度的大小来实现溶液中有机磷的定量检测.以甲基对硫磷为分析目标物,研究了传感器的主要响应特性、选择性及再生性能,考察了底物浓度、工作电位及溶液pH值对分析性能的影响.结果表明,该有机磷传感器在5.0×10-7～5.0×10-4 g/L浓度范围内对目标分析物有线性响应,检出限为1.0×10-7 g/L.该传感器灵敏度高,非特异性吸附小,再生性好,所用的二氧化锆纳米粒子层制备简单、操作方便,具有较大的应用潜力.     

Development of an amperometric sulfite biosensor based on sulfite oxidase with cytochrome c,as electron acceptor,and a screen-printed transducer

An amperometric biosensor for sulfite has been developed. The enzyme sulfite oxidase (SOD) and electron acceptor cytochrome c are mixed into the carbon ink that is deposited onto the working electrode of a screen-printed strip. A silver–silver chloride electrode is printed alongside the working electrode and serves as reference/counter electrode. The electrochemical behaviour of the biosensor surface in plain buffer has been investigated by cyclic voltammetry. In the voltage range −0.5 to +0.5 V, a well-defined anodic peak appeared at −0.15 V and a less well-defined anodic peak at about +0.2 V. In the presence of SO₃²⁻, the cyclic voltammogram obtained with the biosensor exhibited an increase in magnitude of the more positive peak; this was considered to result from the electrocatalytic oxidation of SO₃²⁻ involving SOD and the heme (Fe²⁺/Fe³⁺) centre of cytochrome c. Amperometry in stirred solution was used to construct a hydrodynamic voltammogram for SO₃²⁻ using the biosensor; this exhibited a single wave with a plateau beginning at +0.3 V. This wave corresponds to the electrocatalytic response observed by cyclic voltammetry. The pH and concentration of buffer components have been optimised for the determination of SO₃²⁻ by amperometry in stirred solution. Using these conditions, a detection limit of 4 ppm was obtained. The stability of the biosensors was examined after storage in 0.05 M phosphate buffer pH 7.4 at 4°C; it was found that the initial response was retained for at least 45 days. The proposed biosensors were evaluated on samples of unspiked and spiked estuarine, river and tap waters. The recovery and precision data indicated that the devices could be expected to give reliable data in these waters.     

基于纳米金修饰丝网印刷电极的乙醇生物传感器

在丝网印刷电极上利用吸附法固定乙醇脱氢酶,并用纳米金进行修饰,以铁氰化钾为介体制作了用于酒精检测的一次性乙醇脱氢酶电极试纸.纳米金颗粒修饰酶电极,极大地改善了电极电流响应,提高了传感器的灵敏度.此乙醇传感器的响应时间仅为25 s,灵敏度为0.06 μA(mmol/L)~(-1),线性浓度测量范围为1.0 mmol/L至10 mmol/L.     

Glycerol biosensor based on glycerol dehydrogenase incorporated into polyaniline modified aluminum electrode using hexacyanoferrate as mediator

Enzyme-modified electrodes were fabricated by the immobilization of glycerol dehyrogenase into the polyaniline film and were used as glycerol biosensors. Two different electrodes were prepared by forming monolayer and bilayer electroactive films on the electrode surface and were compared. Potassium ferrocyanide was used as mediator of the biosensing reaction. The biosensors exhibit amperometric response to the glycerol in the range 5×10⁻⁶ to 2×10⁻³ M with detection limit of 1×10⁻⁶ M. The Michaelis–Menten constants, K_m′, of the electrodes were calculated, their values indicates that the enzyme has not chemically modified with the electrode materials and has its original enzymatic activity. The electrode has a good stability and selectivity due to the enhanced stability of the deposited polyaniline film on Al substrate.     

Potentiometric urea biosensor based on BSA embedded surface modified polypyrrole film

A potentiometric biosensor based on bovine serum albumin (BSA) embedded surface modified polypyrrole has been developed for the quantitative estimation of urea in aqueous solution. The enzyme, urease (Urs), was covalently linked to free amino groups present over the BSA embedded modified surface of the conducting polypyrrole film electrochemically deposited onto an indium–tin-oxide (ITO) coated glass plate. The biosensor has been characterized by UV–visible, infrared spectroscopy and SEM. Potentiometric and spectrophotometric response of the enzyme electrode (Urs/BSA-PPy/ITO) were measured as a function of urea concentration in Tris–HCl buffer (pH 7.0). It has been found that the electrode responds to low urea concentration with wider range of detection. The electrode showed a linear response range of 6.6 × 10⁻⁶ to 7.5 × 10⁻⁴ M urea. The response time is about 70–90 s reaching to a 95% steady-state potential value and 75% of the enzyme activity is retained for about 2 months. These results indicate an efficient covalent linkage of enzyme to free amino groups of the BSA molecules over the surface of polypyrrole film, which leads to high enzyme loading, an increased lifetime stability of the electrode and an improved wide range of detection of low urea concentration in aqueous solution.