DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 研究气泡在液体中的运动过程对自然现象和船舶工程、海洋工程、核能工程、生物工程、环境科学以及含气泡水体的水动力特性开展研究有着重要的理论和实际意义。一般气泡在液体中处于静止状态时不会对周围环境造成较大的影响，但气泡在液体中运动或破裂时能够引起压力波动，这会对设备和化学反应过程造成很大的影响[ 1 ] -[ 3 ] ，如船舶螺旋桨水流、水轮机和水泵的空化空蚀、废水处理，气液化学反应等，因此对气泡运动规律的研究也越来越受到国内外学者的关注，而对气泡运动界面的追踪是研究的重点。目前发展较成熟的界面追踪法有边界积分法[ 4 ] -[ 8 ] ，水平集法[ 9 ] [ 10 ] ，格子法[ 11 ] ，VOF法[ 12 ] [ 13 ] 等，在众多方法中VOF (Volume of Fluid)法以易实现、计算量小、模拟精度高等优点被广泛应用于模拟气泡运动方面。Robinson [ 14 ] 采用边界积分法分析了二维气泡在无粘流体中上升运动。焦焱[ 15 ] 采用了格子法对液体中的气泡聚并行为进行了模拟，分析了流体粒子间作用力下气泡聚并的影响因素。张淑君等[ 16 ] 采用VOF模型中的PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation)界面追踪法，模拟了大量气泡在水中上升，变形，碰撞过程。本文选用OpenFOAM软件采用VOF模型中的界面几何重构法模拟了静水中水平放置和竖直放置的两气泡的运动过程，并分析探讨了气泡上升过程中的气泡的形变，周围流场的运动情况，以及流场对气泡运动的影响。
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user: 2. 数学模型 2.1. 模型简介 OpenFOAM (英文Open Source Field Operation and Manipulation的缩写)，意为开源的场运算和处理软件)是对连续介质力学问题进行数值计算的C++自由软件工具包，其代码遵守GNU通用公共许可证。它可进行数据预处理、后处理和自定义求解器，常用于计算流体力学(CFD)领域。它对于处理一个算例由三个部分构成：前处理部分，求解部分，后处理部分。本文在数值模拟过程中使用的是OpenFOAM软件包中的多相流下的层流瞬态求解器interFoam，它是在有限体积法原理的基础上使用有界压缩的VOF法追踪气液两相界面的。 2.2. 控制方程 1) 不可压缩牛顿流体的连续性方程 (1) 式中 表示流体流动的速度， 表示拉普拉斯算子。 2) 考虑表面张力的动量方程 (2) 式中 表示流体的密度， 表示流体的粘滞度， 表示重力加速度， 为应力张量，满足 为表面张力，满足 式中 表示表面张力系数， 为交界面曲率， 为气相体积分数， 为气相密度， 为液相密度。 3) 采用VOF法追踪气泡界面的体积分数输运方程 (3) 式中 为压缩界面的速度场，它只对界面区域产生影响，由于它的引入，OpenFOAM软件可以对交界面进行更为精确的追踪。 为计算区域网格中的流体体积分数，当 时，表示网格区域充满了目标流体；当 时，表示网格区域是空的；当 时，表示网格区域是多相流的交界面。 控制方程(1)中各体积单元的密度和动力粘度由体积分数决定 式中 ， ， ， 分别为两种不同流体的密度和动力粘度。 本文选用的interFoam求解器采用PIMPLE算法求解不可压缩流体的连续性方程和动量方程，时间离散采用Euler格式，拉普拉斯项采用高斯积分的线性修正离散格式(Gauss linear corrected)，压力梯度离散采用高斯积分的线性离散格式(Gauss linear)。体积分数方程中的对流项采用Gauss Vanleer格式，人工压缩项采用Gauss Interface Compression格式。 2.3. 参数设置 本文采用结构化网格，容器大小0.1 m × 0.2 m，相应的网格数为200 × 200个，容器的左右及底面均为无滑移边界，顶面为自由边界，表压为0 Pa，静水压为 Pa时间步长为0.0001 s，气泡初始半径为0.01 m，气泡中心距离容器底部0.01 m。气体和液体两相的物理参数分别采用20℃时的空气及水的物理参数，其中空气密度 ，粘滞度 ，水密度 ，粘滞度 。表面张力系数 ，重力加速度 气泡的初始速度为0，在浮力的作用下气泡在静止的流场中沿竖直方向上升。
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user: 3. 模拟结果与分析 当两个气泡在一起运动时，由于受到彼此的相互影响，所以运动过程要远比单泡在静水中的运动过程复杂的多，尤其是两个气泡相距比较近的时候，不仅其周围的流场结构会发生变化而且两气泡自身的形状和上升轨迹也会随之发生改变，同时气泡之间还可能发生碰撞和融合等现象。 3.1. 水平分布的两气泡在静水中运动的形变和流场变化 图1为水平放置中心间距为0.02 m的两气泡在时间t = 0 - 0.50 s内的形变和流场变化的二维图。图1(a)是t = 0 s时刻两气泡的初始状态图。由图1(b)可以观察到当t = 0.05 s时，在浮力作用下，两气泡同时向上运动，由于在上升过程中气泡上下表面之间存在压力差，底部压力大于顶部，所以底部开始凹陷，气 (a) (t = 0 s) (b) (t = 0.05 s) (c) (t = 0.1 s) (d) (t = 0.15 s) 图1. 水平分布的两气泡在静水中运动的形变及流场变化 泡发生形变。同时，在两气泡的左右侧会各产生形状近似为圆形的漩涡，两漩涡成对称分布，旋转方向相反，左侧气泡的漩涡按逆时针方向旋转，右侧气泡的漩涡则按顺时针方向旋转。另外，两气泡中间流体速度向上且大于气泡凹陷部分周围液体的运动速度，从而有指向两气泡中间的压力梯度，使两气泡向内倾斜，相互吸引，彼此靠近并呈两个对称的“瓢”状分布。当t = 0.10 s时如图1(c)所示，两气泡间流体速度叠加，使气泡底部的射流对气泡的作用点向叠加区域移动，而中间区域的两气泡壁面受到较大的射流推动，上升速度相应的加快。气泡两侧因受力不均衡发生旋转，两气泡向外倾斜，相互排斥，间距增大，气泡尾流部分形成的涡流场增强，两气泡呈“八”字形分布。随着两气泡间距的增大，两者相互影响变小，两气泡间区域内的流场水平分速度相互抵消作用变弱，此时两气泡的作用点会向气泡中心移动。当t = 0.15 s时如图1(d)所示，由于液体上表面的波动，带动整个流场，一段时间后气泡又彼此吸引，相互靠近，呈“鱼”状对称分布。当t = 0.25 s时如图1(e)所示，两气泡朝向左右边界面侧部分的速度大于气泡处于叠加区域的速度，两气泡相互靠近，并在强射流作用下，表面张力无法保持气泡原有的形状而使其破裂，由原来的两个变为四个气泡，大气泡呈倒“八”字形分布，小气泡则尾随其后。由于此时两气泡相距较近，中间区域的流场叠加会更加明显，从而气泡尾部的射流对气泡的作用点会再次向着叠加区域移动。如图1(f)、图1(g)、图1(h)分别是t = 0.30 s、t = 0.40 s、t = 0.50 s时的气泡运动图，靠近两气泡中间的叠加区域的气泡壁面受周围流场的推动作用，其速度逐渐变大，加之液体上表面的摆动作用，气泡周围的流场在增强的同时变得更加复杂，由原来的两个旋涡先变为四个，最后变为六个。水平分布的两气泡在整个上升过程中总是以不同形状对称分布，另外，由于射流的流动分隔作用使两气泡总是在先相互吸引后相互排斥的交替状况下呈摇摆状不断向上运动，直到与自由界面融合。 3.2. 竖直分布的两气泡在静水中运动的形变和流场变化 图2给出了竖直放置中心间距为0.02 m的两气泡在时间t = 0 - 0.45 s内的形变和流场变化的二维图。图2(a)是t = 0 s时刻两气泡的初始状态图。开始阶段，两气泡在浮力作用下缓慢上升，当t = 0.03 s时，气泡在其表面压力差的作用下，两侧界面处产生漩涡，从而开始发生形变，如图2(b)所示，上部气泡呈“球帽状”，下部气泡呈“梨”状。随着气泡的加速上升，当t = 0.04 s时如图2(c)所示，在压力梯度和气泡表面发展形成的涡流的共同作用下产生较强射流，使上部气泡的底部受到较大的冲击作用后呈“月牙”状，而下部气泡在上部气泡的尾流的抽吸作用下逐渐的向上部气泡的底部靠近，并呈“裙边”状。气泡在相互碰撞之前，为了能够有一个比较光滑的接触面，中间都会有一层薄液膜使两泡处于相互分离 的状态，而当两气泡相互接触且薄液膜被拉长时两气泡逐渐融合。当t = 0.05 s时，在粒子间作用力和涡流的作用下，下部气泡的上升速度大于下部气泡的上升速度，随着两气泡的不断靠近逐渐融合为一个气泡，如图2(d)所示。由于融合后的气泡变大，所以气泡表面及周围的流场变得更强，尤其是气泡的正下方会产生更强的射流，使气泡在射流的剧烈冲击下发生更大的形变，呈一环形的“桃”状结构，如图2(e)所示。当t = 0.20 s时，气泡在射流的强烈冲击作用下表面张力因无法维持其原有形状而发生破裂，由融合后的一个大气泡破裂成三个小气泡，其中有两个呈“靴”状对称分布在较大气泡的下方，如图2(f)所 (a) (t = 0 s) (b) (t = 0.03 s) (c) (t = 0.04 s) (d) (t = 0.05 s) 图2. 竖直分布的两气泡在静水中运动的形变和流场变化 示。随着气泡的不断上升，两个小气泡会被涡流向上卷起，由于它们的运动速度大于较大气泡的速度，因此三者再次产生了融合现象，如图2(g)、图2(h)所示。图2(h)中气泡被横向拉伸，变为一个极不规则的大气泡，并缓慢的向上移动直到与自由界面相融合。 3.3. 气泡间距对气泡形变和流场的影响 图3为半径R = 0.01 m，中心间距分别为3R，4R的两气泡以不同的分布方式在t = 0.05 s时的形变和流场变化图。由图1(b)和图3(a)，图3(b)可知，水平放置的两气泡在同一时刻，不同间距下气泡的形变和流场结构均不同，且随着间距的不断增大，两者间的相互作用效果逐渐变弱，两气泡间流体的流场强度减弱，气泡形变及流场结构越来越接近单个气泡在静水中自由上升的特性。由图2(d)与图3(c)，图3(d)可知，竖直放置的两气泡在同一时刻，不同间距下气泡的形变和流场结构也不同，且随着间距的不断增大，两气泡间流体的流场强度不断减弱，导致上部气泡对下部气泡的抽吸作用减小，上部气泡上升速度增大下部气泡上升速度减小，使两气泡发生融合现象的时间变长。 3.4. 容器宽度对气泡形变和流场的影响 图4为水平放置，间距s = 2R的两气泡，在t = 0.25 s时，分别在宽度L为6R，14R的容器中的形变和流场图。由图4(a)和图4(b)可以观察到，在气泡大小和间距一定的情况下，容器越宽，气泡的运动对周围流体的扰动越小，尤其对容器壁处的流体扰动更小。相反，容器壁对气泡的运动状态的影响越小，流场结构越简单。 图5为t = 0.25 s时，水平放置的两气泡在接近容器壁处不同高度上流场水平分速度的曲线图。在图5中，两气泡的半径R = 0.01 m，间距s = 2R。由图5可以观察到，当容器的宽度L = 6R时，气泡的运动对周围流体的扰动作用最大，在0~0.06 m的高度范围内容器壁附近的流场水平分速度出现多个不同的峰值，流场的变化最复杂，气泡间的相互作用和形变受容器壁的影响也最大。当L = 8R时，气泡对流体的扰动作用逐渐减弱，在距离容器底部0.02 m处，流场的水平分速度出现最大值。当L = 10R时，气泡对流体的扰动作用明显减弱，流场的速度会出现较小的峰值，容器宽度对气泡运动的影响越来越小。当L = 12R，14R时，气泡的运动受容器壁的影响非常小，两气泡近似在无限大的流场中自由运动。由此可知，在t = 0.25 s时气泡间距一定的情况下，处在0~0.06 m高度范围内，气泡运动对流体的扰动会随容器 图3. 间距对气泡形变和流场的影响 图4. 容器宽度对流场的影响 宽度的增大而减小，在高度超出0.06 m以后容器宽度不会对气泡运动产生较大的影响。 图5. 流场的水平分速度
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user: 4. 结论 本文基于OpenFOAM软件，采用VOF模型中的界面几何重构法，对静水中气泡的自由上升过程进行了二维的数值模拟，模拟结果符合一般的物理规律，并得到如下结论：1) OpenFOAM软件能较精确的模拟气泡在水中的运动过程。2) 气泡在水中自由上升的过程中，表面张力对气泡的形变过程起重要的作用。3) 压力差是气泡产生射流的主要原因。4) 容器越宽，气泡受容器壁的影响越小，气泡运动对流体的扰动作用越小。5) 在静水中水平分布的两气泡在上升过程中不同时刻总是以不同的形状对称分布，并且在涡流场的影响下，两气泡会先相互吸引后相互排斥呈摇摆状不断上升，不会发生碰撞和融合现象。同时，随着气泡间距的增大，二者间的相互作用效果会减弱，气泡的运动特性会逐渐接近单气泡的运动形式。6) 对于竖直放置的两气泡，由于上部气泡的尾流对下部气泡有抽吸作用所以使下部气泡在上升过程中的速度大于上部气泡，从而发生气泡的融合现象，但是随着气泡射流的加剧，气泡会再次分离然后再融合直到气泡与自由界面结合为止。随着气泡间距的增大，气泡间的速度差会增大导致气泡间发生融合现象的时间会变长，甚至不会出现融合现象。
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user: 摘 要 在生命特征信号处理的研究中，由于人体状态、姿势及位置等的不同，使得其研究结果产生了很大差异。因此，本文设计了一种基于生物雷达监测系统的用于生命特征信号研究的模拟系统。该系统为生命特征信号的处理研究提供了定量稳定的目标信号，并且其信号频率、幅度等参数连续可调。本系统通过模拟人体的心肺运动，实现了非接触式生命探测实验。通过不同条件下对模拟系统的实验测试，实验结果证明了在不同工况下，该系统具有更好的信噪比，且系统是全局稳定的，提高了系统的实用性。 关键词 :生物雷达，生命信号，模拟系统，心肺运动
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user: 1. 引言 生物雷达(bioradar)特指探测生命体的雷达，其融合雷达技术、生物医学工程技术于一体，可穿透非金属介质(砖墙、废墟等)，不需要任何电极或传感器接触生命体，可在较远的距离内探测到生命体的生命信号(呼吸、心率、血流、肠蠕动等) [ 1 ] - [ 3 ] 。与基于红外、光学及超声 [ 4 ] 的探测技术相比，利用生物雷达检测人体的生命体征信号不受环境温度、热物体的影响，具有非接触、穿透力强、能精确定位的特点，而成为目前最具活力和潜力的生命探测技术。由于生物雷达技术可被广泛应用于灾害救援、城市反恐、临床监护、边防海关安检和军事斗争等场合，因此基于生物雷达技术对生命特征信息的处理就显得尤为重要。 通过检测人体生理活动所引起的各种微动，进而获取各类生理信息是非接触检测的一种重要方法 [ 5 ] ，从这些微动中不但能得到呼吸、循环、代谢和精神状态方面的有关信息，而且还可能得到一些其它检测方法所得不到的信息 [ 6 ] [ 7 ] 。对于循环发生的心脏跳动和呼吸，生命雷达信号的频谱中有相关的频谱元素，这些元素的参数取决于呼吸和心跳的频率和强度。对呼吸和心跳的频率和强度进行测量，就可以判断生命体的有无、生命体的健康状况等方面的生命信息 [ 8 ] 。由于生命体的特征信息——呼吸和心跳——是生命体生存状况最直接的表现，所以大多数这方面研究首选呼吸、心率为检测目标，通过生物雷达检测系统探测所得生命特征信号是由呼吸、心跳等引起的人体体表微动信号，进而提取所需参数。然而所得生命特征信号随机性强，并且是非平稳的，容易受到外界强噪声干扰，因此在雷达式非接触生命信息处理的过程中，经常要求被测目标能够提供定量稳定的生命信号。而且在生命体情绪平稳的时候，心跳和呼吸的频率维持在一个稳定的范围，呈周期性的变化。然而以实际人体作为探测目标进行实验会存在以下问题： 1) 由于人与人之间的差异，不同人的生命信号的频率和幅度等参数也是不同的。即便是同一个人，这些参数在不同的时间段也会发生变化。另外，人体对于入射波的位置不同，对于探测所得的信号幅度的大小影响也很大。 2) 每个人在探测时的身体状态和姿势都有显著差异。甚至同一个人在不同时刻也会由于身体不自主的微动和呼吸不规律造成生命信号的差异。这些因素都会影响对系统性能的客观评价和定量检测，而且会制约生命探测中新信号提取算法和目标识别算法的研究。 3) 当需要在废墟压埋等危险环境下进行灾害现场模拟探测实验研究时，考虑到安全因素，不宜用真人作为探测目标。 因此，研制一种定量化、生命参数可调的人体呼吸运动模拟系统，为雷达式非接触生命探测提供定标信号，具有十分重要的作用和意义。
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user: 3. 实验系统仿真及结果分析 试验系统模拟源发送1 Hz，最大振动幅度为4 mm的正弦波。实验采用了发射功率固定的一套雷达模块。根据电路的实际情况，发射功率 = 7.5 dBm，收发天线增 = 7 dBm，目标截面积约为 = 0.3 m 2 。根据理论计算得到此时接收机在距离为0.5 m时，接收功率为 = −30.41 dBm。在接收链路，从射频输入到每一路基带信号的总增益为46 dB，因而在基带得到的信号功率理论上可以达到6 dB。4 mm位移对应的相位偏移为0.972 rad小于2，这时如果所观察的一路信号总相位在最优解调点附近，则基带信号幅度为最大幅度的46.7%，基带信号功率理论值近似为29.38 dBm。 取10 Hz以上的平均功率作为噪声基底，得到基底噪声为−78 dBmV。将实曲线在1 Hz处的峰值功率作为信号功率，在1 Hz处的峰值信号功率为22.99 dBm。将虚线在0.1 Hz到10 Hz带宽内的平均功率作为噪声功率，计算得到噪声功率为−50.28 dBm，定义信噪比为两者的比值，根据这一定义计算得到此时基带信号的信噪比为73.27 dB。需要指出的是，实验测得的这路基带信号近似的处于最优解调点附近。与理论值相比，其信号功率值偏低6.39 dB。进一步改变模拟信号源装置与生物雷达的距离，在每一个距离点上将测得的正交两路信号有用功率相加作为信号功率，将无目标运动时两路信号在0.1 Hz到10 Hz带宽内的平均功率的和作为噪声功率，计算两者的比值得到信噪比，如图9为得到的基带信号信噪比与距离的关系。由图可见，距离较远时，基带信号功率随距离增加而呈单调的下降趋势，随着距离由20 cm至6 m的变化，下降斜率由−20 dB/十倍距离逐渐增加至−40 dB/十倍距离，这表明信噪比随距离的变化规律由平方关系逐渐过渡到四次方关系。当距离小于约20 cm，由于雷达天线的近场效应，信号的功率不再与距离的变化呈单调关系。而当距离大于6 m时，此时信号功率微弱，在有用信号中，叠加在幅度较大的呼吸信号上的心跳振动波形受到噪声的污染严重，解调算法难以恢复出有用信息。 由于实验数据量大，采集过程中的干扰，数据处理结果不很理想，其中测距在45 cm~95 cm出数据有问题，根据分析重新截取有模拟源的数据和声噪的数据，还有就是数据结果整体应该呈下滑趋势，但在500 cm以后的数据下滑太快，不能与整体数据构成很高的相关性，所以雷达测试距离在5.0 m以后的灵敏度下降。经过重新处理后的数据符合预测分析。 当雷达模块的发射功率不同时，收发通路釆用可变增益放大器(VGA)，图10中红、蓝、绿三条曲线分别表示发射天线的输出功率为7.5 dBm、−8 dBm、14.8 dBm时基带信号归一化波形。除归一化前的不 图6. 生命雷达信号的加窗处理 图7. FFT频域仿真图 图8. FFT前后时域仿真对比图 图9. 基带信号信噪比与距离的关系 图10. 基带信号波形 同外，波形与原始信号基本保持一致。当距离小于3 cm时，信号的直流偏移将导致接收通路饱和，釆集到的基带信号出现过载而丢失信息，因而3 cm可认为是雷达模块能正常工作的最近检测距离。当距离为275 cm时，噪声的幅度很大可以和有用信号波形中心跳振动的幅度相比拟，这时心跳波形的恢复困难。计算基带信号的信噪比，得到距离为250 cm以内时信噪比高于为6 dB，信号波形容易恢复，对于心率参数的估计误差在可接受的范围，因而可认为250 cm是该频率下雷达模块能正常工作的最远检测距离。
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user: 4. 结论 实验表明，本系统能够较好地模拟人体的心肺运动，心跳和呼吸的频率、幅度、时间比等参数连续可调，为雷达式非接触生命探测提供了定量、稳定的目标信号。并经过模拟实验系统生命特征信息采集、加工、处理等为开发心跳信号与呼吸信号的分离提取新算法提供了客观的评价和依据。该系统能够代替真人完成废墟压埋等危险环境下的探测实验，为该领域的深入研究提供了方便、有力的工具。
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user: 摘 要 本文提出了一种基于51单片机的室内目标定位并反馈指导电机控制的方案。采用红外线触发，超声波测距，三点定位技术，使用51单片机结合L298N电机驱动芯片来控制步进电机和单相直流电机，实现了电风扇自动跟踪目标和自动调速的功能。 关键词 :单片机，L298N，室内定位，电机控制
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user: 1. 引言 随着物联网等技术的发展和家用电器的日益智能化，对于室内环境下的目标精确定位和跟踪控制，已经成为自动化行业的一个新方向。虽然GPS定位技术已经在导航、测图等方面得到了广泛的应用，但是由于其精度主要针对室外大环境，而无法满足室内环境下的精确定位和跟踪控制，而小型的基于红外线和超声波的定位技术则由于其体积小、电路简单、价格低等优势，在小范围定位方面得到越来越广泛的应用。尤其在室内和一些恶劣的条件下，GPS定位系统无法使用，超声波定位技术就显得更为必要 [ 1 ] - [ 3 ] 。本文介绍了一种使用红外线和超声波的定位技术及其实现方法。并通过这种方法获得目标物体的空间三维坐标数据，从而反馈到控制器用来指导控制步进电机和直流电机。这种技术的应用可以使得系统能够实现电风扇自动跟踪目标，并根据目标位置自动调节转速，达到智能化的目的。
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user: 2. 系统介绍 本系统主要包括两部分：硬件电路部分和软件部分。硬件电路通过超声波红外定位系统获得的定位数据数字信号，并将其通过51单片机特定算法计算出相应的参考量，再以这些量为参考借助L298N电机驱动芯片来控制步进电机的转角和单相直流电机的转速。由此便可以实现风扇自动跟踪目标和自调速的目的。系统硬件框图如图1所示，包括定位系统电路模块、主芯片模块和电机驱动与控制模块。软件部分采用模块程序，主程序控制子程序，各子程序都具有相对独立的功能，易于扩展。
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user: 3. 系统硬件设计 3.1. 定位系统模块电路 3.1.1. 定位原理 首先在某室内空间建立坐标系，选定三个参考点1、2、3，设待定位的目标点为M，他们的空间坐标如图2所示，其中参考点坐标已知，目标点坐标未知。三个参考点选在同一参考平面上，可选室内地面作为参考平面。其中点1为整个室内空间坐标系的原点，分别与点2点3构成X轴、Y轴。确定需要定位的目标点后，使用系统硬件手段和软件程序测出目标点和三个参考点的距离l、m、n，再根据坐标计算公式(1)、(2)、(3)算出目标点的坐标值 [ 4 ] 。 式(1) 图1. 系统硬件模块图 图2. 定位原理示意图 式(2) 式(3) X、Y、Z的数据值需要测距来获得。测距的原理基础是光速与超声波速度在量级上的极大差值。测距射端与接收端的分布如图3所示。 由于光速远远高于超声波速度，所以在室内带定位测距中光速由点1出发到达点2、点3、点M的时间可以忽略不计。因此，红外触发后三个计时器分别开始计时，当点1、2、3的超声波接收器分别收到超声波信号时，三个计时器分别停止计时，由此可以获得超声波从点M到点1、2、3的传播时间，进而可以获得点M到点1、2、3的距离l、m、n，又点1到点2、3的距离为已知，所以由式(1)、(2)、(3)可求得X、Y、Z，从而确定M点坐标。 3.1.2. 定位系统电路设计 整个系统需要四个80C52单片机和一个红外发射管和三个红外接收管，以及一个超声波发射管和三个超声波接收管和相应的外设电路和处理芯片。其中点2和点3处的单片机需要实时地向点1处的主控制芯片传输测距获得的位置数据，因此点2、点3分别与点1进行单向并行数据连接。 由系统定位原理可知，点1处有红外发射与超声波接收装置以及单片机，该硬件电路如图4所示。D为红外发射管，为保证红外发射距离足够，使用直流脉冲电流驱动方式。对单片机编程在P1.0I/O口输出载频为40 K调频为5 K的方波信号通过三极管的基极触发驱动红外发射管，且在红外触发信号发射时，计时器T1开始计时。Speaker为超声波接收管，其收到发射管的超声波信号后，将其解调转换，输出频率为200 Hz的调制信号，经过运算放大器的放大和整形，传给LM567。LM567是音频锁相环译码电路， 图3. 测距定位过程示意图 图4. 红外发射与超声波接收原理图 其输出信号可以触发单片机P1.1I/O口，从而触发计时器T1停止计时。从而得到点1到点M之间声波传播的时间t1。另外，LM567还可以消除外界环境干扰信号，防止控制单元误动作。 点2、3处的硬件电路完全相同，有红外接收与超声波接收装置和单片机，该硬件电路如图5所示。在CX20106A电路接收到点1的发射的红外调制信号后，经过放大、解调和整形以及LM567的译码并传输给P1.1口后，该信号经程序分别触发计时器T2、T3开始计时；随后，超声波接收管接收到点M处发射的超声波信号并加以解调译码传输给单片机的P1.0口，该信号分别触发点2、3处的计时器T2、T3停止计时，由此获得超声波在点1到点2和点1到点3之间传播的时间t2、t3。 点M为待定位目标点，该处有红外接收与超声波发射装置和单片机，该硬件电路如图6所示。采用单片机外界红外接收管D，和超声波发射管Speaker。其中红外遥控专用集成电路CX20106A将D接收到红外光调制信号放大、解调、整形后通过7脚传到LM567，该信号为5K红外解调信号。编程实现该信号由P1.1口向P1.0口传输，作为超声波触发管的触发信号。类似图4中的红外发射管D，超声波发射管也是通过单片机控制三极管的开关触发的，区别是该管的触发还要增加一个变压器来进行阻抗匹配和电磁隔离 [ 5 ] 。 3.2. 主控制芯片与电机驱动模块电路 由定位系统获得的M点空间坐标可以求得待定位点(点M)与风扇中心(点1)正对方向在x-y平面上的偏角α，及与点1相对于x-y平面的倾角β，具体如图1所示，其中，M’为M在x-y平面上的投影。 ， 式(4) ， 式(5) 其中，n转 = k*l，k为舒适度系数， 、β和n转为电机控制参考量。 本系统选择两个步进电机，分别驱动两根相互垂直的转轴，使得扇头中心指向空间中的目标定位点；选择一个直流电机，通过扇头中心和目标点之间的空间直线距离数据来反馈控制电机的转速。而且，有定位原理可知，定位系统获得的位置信息通过点1处控制芯片1计算获得电机控制参考量，因此将电机及其驱动电路置于点1处，并与控制芯片1连接是方便且合理的，即定位系统中点1处的控制芯片与电机控制芯片为同一单片机。 电机控制电路分为一台直流电机调速控制和两台步进电机控制，统一采用电机驱动模块L298N，通过单片机控制电机，以达到预期效果。其中直流电机采用PWM控制对电机转速进行控制，L298N芯片中有专门的PWM输入接口用来控制电机转速，而PWM信号由51单片机结合外界电路通过计时器编程产生，这里就不详细描述该信号产生过程了。步进电机转角控制通过单片机的两个四位数据口传递给L298N的IN1~IN4的值，来控制步进电机转角，具体原理图如图7所示。注意，系统中需要两台步进电机完成定向，图中为方便阅读只画出一台步进电机的驱动与控制电路 [ 6 ] 。
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user: 4. 系统软件设计 软件部分采用C语言编程实现，程序采用模块化设计，方便扩展。程序主要分为主程序，定位系统程序，数据传输程序，电机控制程序。 4.1. 主程序流程图 系统启动后进行初始化，循环调用数据采集处理、定位、数据传输、电机控制几个模块程序，完成 图5. 红外接收与超声波接收原理图 图6. 红外接收与超声波发射原理图 图7. 直流电机与步进电机的控制电路 目标定位与风扇转速控制工作。在工作中，80C52单片机实时采集目标位置坐标(l， m， n)，并对定位数据实时处理，传输给电机驱动模块L298N，控制风扇主电机转速和转向控制电机的转角。主流程图如图8所示。 4.2. 定位子程序流程图 定位子程序被调用后，先由1处的MCU1发出指令，令该处发射红外光触发信号，并同时启动计时器T1。之后2处、3处和M处的外设电路接收到红外触发信号后，MCU2、MCU3、MCUM分别启动计时器T2、T3和超声波发射器。在MCU1、MCU2、MCU3先后接收到超声波信号后分别停止计时器T1、T2、T3，从而获得定位数据。具体流程如图9所示。 图8. 主程序流程图 4.3. 电机控制子程序流程图 电机控制子程序被调用后，处理器先将数据传输子程序传递的定位数据按照前文提到的式(1)~(6)计算得出电机控制参考量α、β和n转。然后检查原存储地址(该地址存放每次定位数据计算后的电机控制参考量，以最近一次数据替换上一次数据)中的参考量α0、β0和n转0是否与参考量α、β和n转相等，若相等说明各电机控制量不变，否则以两次参考量之差来作为控制量控制电机的转速与转角。执行完毕后再对参考量重新赋值。电机控制子程序流程图如图10所示。
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user: 5. 实验 本系统的运行结果和数据主要分为两部分，一部分为定位系统的获得的空间某点相对于参考点的定 图9. 定位子程序流程图 位坐标(x， y， z)；另一部分则为两组步进电机的角位移和直流电机的转速n。系统第一部分数据为定位系统定位数据，定位系统用来定位主要获得数据为系统测量的L1，M1，N1三个距离数据，系统按照待定位点与参考点的距离远近，任意选取了空间中的几个点，得到测量数据，并同时用物理长度尺标测量了这些点的实际L2，M2，N2的值，用以比较，系统测量与尺标测量数据如表1所示。为降低系统的复杂程度，对直流电机转速采用开环控制，且将风扇舒适度与距离和风速的关系暂定为比例关系，即风速为距离l的比例系数时最舒适。系统第二部分数据选取电机转速随目标位置的变化关系，关系曲线如图11所示。 由表1可知，本系统自动定位数据与尺标测量数据基本吻合，最大误差不超过2.5%，定位精度比较高。由图11可知，风扇电机转速能随目标位置的变化而有效变化，为目标提供舒适的风速。 图10. 电机控制子程序流程图 图11. 电机转速随目标位置的变化曲线 Table 1 The data of automatic tracking location and tape measure for the syste 采样点 系统自动定位 尺标测量 L 1 (m) M 1 (m) N 1 (m) L 2 (m) M 2 (m) N 2 (m) 1 0.86 2.60 2.59 0.86 2.61 2.60 2 1.22 2.75 2.13 1.20 2.69 2.17 3 1.51 2.30 2.30 1.50 2.28 2.29 4 1.74 2.45 2.46 1.74 2.44 2.45 5 2.06 2.70 2.07 2.04 2.72 2.05 6 2.36 2.36 2.35 2.35 2.35 2.37 7 2.92 2.91 2.92 2.90 2.92 2.91 8 3.20 2.69 3.21 3.22 2.68 3.21 9 3.46 3.01 3.00 3.46 3.02 3.03 表1. 系统自动定位数据与尺标测量数据
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user: 6. 结论 本文提出了一种基于51单片机的室内目标定位并反馈指导电机控制的方案。通过单片机及其外围电路能很好实现风扇智能跟踪目标和智能调速；软件设计也简单易懂；并通过实验证明本系统在室内环境下的定位功能具有准确性，其指导的电机控制系统也具有可行性。作为风扇、空调等家用电器的跟踪功能实现容易，在更换小功率管脚更少的控制芯片后成本也会更加低廉，真正实现了智能化、自动化。系统还可扩展温湿度检测、液晶显示和按键遥控等模块，前景广阔。另外系统的跟踪功能更可以为众多实际控制问题提供解决办法，如机器人，智能监控和跟踪航拍器等。
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user: 摘 要 脂肪组织科分为褐色脂肪组织(Brown adipose tissue， BAT)和白色脂肪组织(white adipose tissue)。BAT为一种特化的产热组织，是小型哺乳动物非颤抖性产热的主要部位。PRDM16 (PR domain-con- taining 16)锌指蛋白在BAT中特异性表达，可触发BAT细胞中PGC-1α (Peroxisome proliferators-ac- tivated receptor-γcoactivator-1)和解偶联蛋白1基因等的表达，是促进褐色脂肪细胞形成的关键调控因子。BMP7 (Bone morphogenetic proteins 7)也可激活PRDM16和PGC-1α等基因的表达，刺激BAT细胞分化及产热增强。COXII (cyclooxygenase-2)、PPARα (peroxisome proliferator-activated receptor α)、PGC-1α是褐色脂肪细胞分化与代谢中的关键调控因子。在WAT中COXII是肾上腺素信号通路的一个效应分子，对于WAT中诱导形成褐色脂肪细胞是必需的。PPARα在BAT中的表达水平高于WAT，能诱导BAT中的产热相关基因的表达及原代褐色脂肪细胞的生成。PGC-1α也能诱导WAT中褐色脂肪细胞的形成，在褐色脂肪细胞分化的过程中PGC-1α表达量上升。本论文对脂肪转化过程中关键因子进行研究，并且对于小型哺乳动物的脂肪转化研究给出一些展望。 关键词 :褐色脂肪组织，白色脂肪组织，转化
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user: 1. 引言 哺乳动物体内的脂肪组织主要分为白色脂肪组织(white adipose tissue， WAT)和褐色脂肪组织(brown adipose tissue， BAT) [ 1 ] 。白色脂肪细胞脂滴较大，线粒体含量少，褐色脂肪细胞含多个小脂滴，线粒体较为富集。BAT主要以甘油三酯的形式储能，皮下脂肪和内脏脂肪为主要的贮存能量部位，当机体需要能量时输出化学能满足机体对能量的需要。另外，BAT还是一种重要的内分泌器官[ 2 ] [ 3 ] ，能产生许多信号分子，如抗肿瘤坏死因子a、瘦素(leptin)、脂连素(adiponectin)、抵抗素(resistin)等，在生理或病理条件下，这些信号分子主要或完全由WAT细胞合成并释放，它们在调节能量稳态中起着重要的作用[ 4 ] [ 5 ] 。BAT则主要在冷刺激下动员脂滴分解以进行适应性产热维持体温[ 6 ] 。研究表明，重量为50 g的BAT就能消耗人体20%的基础代谢能量 [ 7 ] 。BAT的产热功能受到神经系统的调节。在中枢神经系统中，下丘脑神经能对来自两条不同信号途径进行综合 [ 8 ] 。一条是来自皮肤温度感受器的感觉神经途径，这一途径通过位于下丘脑视前区的中间神经元将产热信号传递到下丘脑背中线处的促进产热神经元，从而驱动BAT的非颤抖性产热 [ 9 ] ；第二条途径是位于大脑内的温度敏感性神经元负反馈调节途径，这些神经元输出抑制BAT的神经冲动，传出的信号经过脑干中的背旁核，激活运动神经元而刺激颤抖性产热 [ 10 ] 。BAT的产热也受到内分泌激素的调节。BAT中的解偶联蛋白UCP1主要受到三碘甲状腺氨酸的调节，其可能是通过甲状腺激素受体中的b-亚单位进行调节的 [ 1 ] ，但是关于BAT细胞产热调节的精确分子机制目前仍然并不完全清楚 [ 11 ] 。 脂肪细胞分化过程中，伴随着细胞结构、功能和多种蛋白表达水平的改变。脂肪细胞分化是一个高度精细的调控过程，多种转录因子、信号通路在其中发挥着重要作用。脂肪细胞分化过程主要分为两个阶段：第一阶段间充质干细胞分化为脂肪母细胞并进一步形成脂肪细胞前体，第二阶段前体脂肪细胞最终分化为成熟的脂肪细胞 [ 12 ] 。褐色脂肪细胞与骨骼肌细胞具有共同的分化来源：Myf5+成肌细胞。PRDM16决定了Myf5+成肌细胞的分化方向。与褐色脂肪细胞不同，白色脂肪组织细胞由脂肪前体细胞分化而来(图1)。另有研究证实，长期的冷刺激会引起WAT中出现能够表达UCP1褐色脂肪细胞，但这些细胞与典型的褐色脂肪细胞不同，并非由Myf5+的细胞分化而来 [ 13 ] ，两者在基因表达与分化调控方式上也不相同。 传统的观念认为成年人体内不存在BAT，阻碍了BAT在人类肥胖防治领域的应用 [ 14 ] 。2009年相继发表在New England Journal of Medicine的几项研究结果表明成年人体内存在具有功能的BAT [ 15 ] [ 16 ] ，BAT再次受到研究者的关注。63 g完全活化的人体BAT燃烧的能量相当于4.1 kg WAT [ 17 ] 。鉴于BAT强大的耗能能力，有研究人员尝试通过激活或移植BAT的方法，提高肥胖患者的能耗水平，最终达到减肥的目的 [ 18 ] 。为了使这些方法得以不断完善，我们需要更加清晰地了解褐色脂肪细胞分化与代谢过程中的调控机制。
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user: 2. 脂肪组织转化 2.1. PRDM16 PRDM16是Spiegelman研究组 [ 7 ] 在筛选小鼠的转录物时发现的相对分子质量为140 kDa的锌指蛋白，分子中包含两个锌指DNA结合结构域、阻遏物结构域、富含脯氨酸结构域及C末端的酸性结构域[ 19 ] ，是一种重要的转录调节因子(图2)。PRDM16主要通过与C末端结合蛋白(C-terminal-binding protein， CtBP) CtBP-1和CtBP-2结合发挥作用。PRDM16与CtBP1/2结合形成的复合物可结合在WAT特异表达的基因的启动子上，抑制其表达；PRDM16结合的CtBP1/2可以被PGC-1置换形成新的复合物，该复合物通过与PPARγ和辅激活因子PGC-1的相互作用，促进线粒体生成，有效的激活褐色脂肪基因的表达 [ 20 ] 。PRDM16具有促褐色脂肪细胞分化和抑制白色脂肪细胞分化的双重生理功能 [ 21 ] 。褐色脂肪细胞与骨骼肌细胞具有共同的分化来源：Myf5+成肌细胞。研究还发现，PRDM16表达量过低时，褐色脂肪细胞特异基因和产热基因(UCP1、Cidea、PGC-1α等)表达下调，而Myod、Myf6等肌细胞特异基因表达上调，褐色脂肪细胞的分化受到抑制，骨骼肌细胞的分化增强。反之，异位表达PRDM16基因时，褐色脂肪细胞分化能力明显增强 [ 13 ] 。PRDM16是决定褐色脂肪细胞形成的关键调控因子。 2.2. BMP7 骨骼形成蛋白BMP是转录生长因子β (transforming growth factor-β， TGF-β)超家族中的成员，具有调控细胞增殖、分化、凋亡等广泛的生物学功能 [ 22 ] - [ 24 ] 。迄今已发现BMP超过20个成员。BMP家族的不同成员在脂肪细胞生成的过程中发挥着不同的作用。BMP蛋白(BMP2、BMP4、BMP6、BMP7和BMP9)可作为配体首先与具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的II型受体结合，再结合同样具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的I型受体使之磷酸化，以启动下游的Smad蛋白信号通路和MAPK (mitogen activated protein kinase，丝裂原活化蛋白激酶)信号通路，进而调控脂肪细胞的发育 [ 25 ] 。在BMP蛋白中众多成员中，仅BMP7能促进褐色脂肪细胞的分化过程中UCP1的表达 [ 26 ] 。BMP7通过p38 MAPK和PGC-1依赖性途径激活 图1. 脂肪组织分化途径(数据引自Birerdinc等，2013) [ 12 ] 图2. PRDM16结构图(数据引自Frühbeck等2009) [ 19 ] UCP1的表达，刺激线粒体生成。BMP7能够促进PRDM16、PGC-1α等基因的表达，激活褐色脂肪细胞形成的程序。研究发现 [ 26 ] ，间充质前细胞经BMP7诱导会向褐色脂肪细胞系分化，生脂基因表达上调，将这些细胞移植到小白鼠体内，导致整个脂肪组织大部分由表达UCP1的褐色脂肪细胞构成。BMP7敲除的小鼠仅含少量不表达UCP1的BAT，而BMP7过表达小鼠的BAT含量明显增加。由此可见，BMP7对于褐色脂肪细胞的分化具有重要意义。 2.3. COX-2 前列腺素是由脂肪酸转化而来的，包含一个五元环的结构，由20个碳原子组成 [ 27 ] 。COX (cyclooxygenase)是前列腺素生成过程中的限速酶，包括COX-1和COX-2两种同工酶。环氧合酶2 (cyclooxygenase-2， COX-2)能调节整体能量稳态和脂肪组织代谢。研究发现，选择性抑制COX-2的表达，可延缓小鼠的体重减轻程度 [ 28 ] ；COX-2部分敲除的小鼠会表现出脂肪积累的现象 [ 29 ] 。内脏WAT COX-2 mRNA表达水平的提高，促进WAT合成前列腺素 [ 30 ] ，促使WAT中具有产热能力的诱导性BAT的形成 [ 31 ] 。Vegiopoulos等人对环氧合酶2的研究结果显示，在WAT中COX-2的过表达能诱导褐色脂肪细胞的分化，增加小鼠的能量消耗 [ 32 ] ；同时他们也发现COX-2对WAT中诱导出现的褐色脂肪细胞中UCP1的表达意义重大，UCP1的表达依赖于COX-2 [ 1 ] 。COX-2是存在于WAT肾上腺素信号通路中的一个效应分子，对于诱导WAT中褐色脂肪细胞的形成具有极为重要的作用。 2.4. PGC-1α PGC-1α是PPARγ的辅激活因子，可共活化其他转录因子，能作用于脑、肝脏、骨骼肌、心脏等器官，对生物体能量平衡的调节具有重要作用 [ 33 ] 。在褐色脂肪细胞分化的过程中，PGC-1α表达上调 [ 34 ] 。冷刺激能诱导褐色脂肪组织中PGC-1α的表达 [ 35 ] ，这一过程由PKA-CREB通路所介导 [ 36 ] 。对转基因鼠的研究发现，PGC-1α过表达时WAT中出现UCP1表达的褐色脂肪细胞，其它产热基因的表达也相应增强 [ 37 ] 。PGC-1α敲除小鼠，褐色脂肪细胞产热基因表达减弱，小鼠冷适应产热能力明显下降 [ 38 ] 。由此可知，PGC-1α对于褐色脂肪细胞的分化和代谢有重要的影响。PGC-1α在褐色脂肪组织和白色脂肪组织中的表达主要依赖于cAMP表达，CCAAT增强子结合蛋白(CCAAT/enhancer binding protein， C/EBP)可与PGC-1α启动子区近端的cAMP反应元件结合，促进PGC-1α表达，最终促使白色脂肪细胞向褐色脂肪细胞转换 [ 39 ] 。 2.5. PPARα PPAR是一类以脂肪酸为配体的核受体，目前认为，PPAR包括PPARα、PPARγ和PPARβ/δ。PPARα主要在肝脏中表达，心脏、肾脏和脂肪组织中也存在，它的功能主要是调控脂肪酸的合成 [ 40 ] 。PPARγ在脂肪组织中大量表达，能促进脂肪细胞的形成。PPARβ/δ在肌肉、肝脏等代谢旺盛的组织中表达量比较高。研究结果显示，PPARα在褐色脂肪组织中的表达水平高于白色脂肪组织，PPARα配体能诱导原代褐色脂肪细胞和BAT中的UCP1表达 [ 41 ] 。PPARα能激活UCP1的启动子，在其辅因子PGC-1的参与下，这一作用能够增加 [ 42 ] 。PPARα是BAT分化与代谢中重要的转录因子。
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user: 3. 展望 成年人体内具有功能活性的BAT的发现之后，关于BAT的研究越来越成为生物学领域的一个热点问题。对于人类而言，可通过借助小分子药物或生长因子来刺激体内BAT的分化以及体外诱导干细胞分化成褐色脂肪细胞，植入肥胖患者体内两条途径增加褐色脂肪组织含量，从而增加能量消耗，已被视为治疗、预防肥胖及其相关疾病的一个重要策略 [ 43 ] 。而对于小型哺乳动物而言，BAT对其能量稳态调节也发挥着至关重要的作用。因此，了解脂肪细胞分化和代谢的调控机制意义重大。 PRDM16和BMP7在褐色脂肪细胞分化过程中具有重要作用[ 44 ] ，PPARα、COXII及PGC-1α也是褐色脂肪细胞分化和代谢过程中的关键因子。脂肪细胞分化及其调控的研究已经引起医学界和生物学界的极大兴趣。目前关于脂肪组织已有的研究资料大多来自于啮齿类动物，对PRDM16和BMP7蛋白等褐色脂肪细胞分化过程中转录及辅助因子的生理作用及分子机制的认识，为了解小型哺乳动物生存适应对策提供了一定的基础资料，但是这些研究资料并不全面，研究治疗肥胖症和相对应药物筛选仍受到很大的限制，急需建立可用的人体模型细胞或找到可用的替代灵长类的医学模式动物。将来，BAT的研究将会不断深入，探索安全有效的诱导褐色脂肪细胞分化和WAT中褐色脂肪细胞形成的方法将成为研究的一个新方向，PRDM16和BMP7诱导褐色脂肪细胞分化以及COXII、PGC-1α、PPARα等因子诱导WAT中褐色脂肪细胞生成的策略，将在治疗肥胖方面具有极为重要的潜在医学价值。希望在不久的将来PRDM16、BMP7以及PPARα、COXII及PGC-1α等其他相关因子能在人类肥胖及其相关疾病的治疗中发挥作用。
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user: 电子静止质量具有不确定性猜想
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user: 摘 要 本文以双波包双原点粒子模型和四元数全时间 、四元数全动量 和四元数全速度 等新概念为基础，对电子进行了分析研究，通过推断粒子存在波–粒二象性的原因，对自由电子形象有了新的理解，因此得出全新的结论：一是不确定范围 是粒子具有波动性质的根本原因；二是象电子存在静止能量 ，它也还存在 参数；三是海森堡不确定性原理存在的原因是 的不确定量 和 的不确定量 。还对电子为什么带电作了定性的猜想。 关键词 :双波包双原点模型，玻尔半径a 0 ，电子静止质量m 0 ，不确定性原理
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user: 1. 引言 经典物理和相对论都认为电子是具有一定速度 运动的质点，而量子物理学认为，电子在三维 空间具有波–粒二象性，它有时表现得像经典的运动质点，有时又表现为德布罗意物质波的特性。虽然理论和实验都证明了它们的正确性，但经典电子形象和波–粒二象性之间的关联，除去尺度方面的因素外，必定还有更深刻的原因。本文以双波包双原点(双弦双原点)微观粒子模型、全时间 、全动量 和微观粒子运动全速度 等一系列新概念[ 1 ] 为基础，通过对电子分别在位形 空间和能量 空间中的两个波函数 和 的研究分析，运用逻辑推理和理论推导的方法以期展现电子性质新的方面，从而使其物理形象更加完整且易于理解。
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user: 2. 波–粒二象性与电子形象 电子具有波–粒二象性已被实验证实，但理论的现状是大多数人们头脑中很难建立起电子波–粒二象性的统一形象。下面依据双波包双原点微观粒子模型，从一个新的角度对电子审视分析，以期对微观粒子波–粒二象性形象有进一步的认识。 2.1. 波–粒二象性的原因分析 德布罗意揭示了自然界有明显的对称性，认为既然光具有波–粒二象性，则实物粒子也应具有波–粒二象性，并建立了德布罗意关系，进而给出在三维 空间自由粒子平面波表达式： (1) 实际上按量子力学现有解释，上面1式所表达的粒子有确定的能量 和动量 ，但在三维 空间没有确定位置。依据双波包双原点微观粒子模型可以理解为：上面1式所表示的粒子一个波包在三维 空间不确定性 为无穷大，另一波包在三维 空间为一点不确定性 为零。现在有个问题须要搞清楚，那就是微观粒子不确定性的原因是什么，也就是说 和 是什么因素造成的？现有量子力学理论没有清楚回答这一问题。本文认为：微观粒子不确定量 和 和粒子运动速度 变化与否没有因果关系， 来自 进而来自参数 的不确定量； 来自粒子的质量参数 的不确定量 。 还有一个问题始终不能很明白，那就是为什么首先展现在人类面前的光子是波的形象，而实物粒子诸如电子是经典微粒形象，一般人们相信造成这一历史顺序的原因是因为精细结构常数 很小的缘故[ 2 ] ，也就是说运动速度 数值很小状态的微观粒子表现象微粒，速度越大其波动性质越明显，实际上这个说法不确切其概念也是模糊的。因此，本文认为：微观粒子在三维 空间一般状态具有四维结构 ，其可能的出现点在时间 维度的不确定范围 是粒子具有波动性质的根本原因。也就是说，微观粒子不确定量 近于零状态某一确定时刻 在三维 空间出现的电子一定是具有确定速度 的缩成一点的点粒子，非被测量状态确定速度 的单个电子不确定范围 越大、在时间维度弥散的越开其 空间波动性越明显。单个电子的 参数的差异仅仅表现为其运动速度 的不同。 在确定的参照系内，组成单个粒子的所有本征值波函数相互叠加形成互为因果的两个波函数 和 ，因为单个粒子的所有本征值都有相同的运动速度，所以自体本征值之间彼此不能发生相互作用。相互作用只能存在于不同粒子之间，例如两粒子相互作用的必要条件是：其一，两粒子运动速度不同有差异，其二，两粒子波函数存在重叠部分有叠加并且在三维 空间同时同一点碰撞出现、或者在三维 空间同能量同动量同一点碰撞出现。 2.2. 自由电子形象的新理解 依据双波包双原点微观粒子模型，非相互作用状态电子在三维 空间是一波函数 ，在三维 空间也是一波函数 ，两个波函数互为因果。这里要特别强调，本文不完全同意现有量子力学关于自由电子的定义，并认为其只是电子一特殊运动状态或是一普通本征值波函数。并进一步认为，与经典物理学中一样，自由电子若不在参与相互作用过程中其波函数运动速度不变化。自由电子波函数应该具有如下特点：其一，单个自由电子波函数在其不参与相互作用的状态，电子能量子在三维 空间可能出现的最大几率点和其它可能几率点一样保持匀速 不变。其二，单个自由电子具有互为因果的双波包 和 形象，在三维 空间叠加成波包 的所有德布罗意本征值波函数，其波前传播速率都为 相等。在三维 空间某一确定点 不可能同时存在两个电子的最大几率点，同样地，在三维 空间某一确定点 也不能同能量同动量出现两个电子的最大几率点。也就是说，在三维 空间确定的参照系里不可能找到具有相同 、 参数的全同电子，这或就是泡利不相容原理。象在三维 空间一样，在三维 空间确定的参照系里两个速度不同电子的(期望点)无限接近地出现也会碰撞，所以，在三维 空间确定的参照系里其最大几率点出现点距离很远的两电子是可以相互作用的，因为它有可能在三维 空间正在碰撞相互作用过程中。 2.3. 玻尔半径a 0 的意义 经典物理学认为氢原子玻尔半径 是绕原子核以一定速度 运动电子的轨道半径，氢原子基态能量 为玻尔半径 上以速度 运动电子的动能，它等于无穷远处静止电子运动到 处场 所做的功。下面从双波包双原点微观粒子模型出发，以期分析发现玻尔半径 和基态能量 物理意义的新侧面。 自由电子参与相互作用或被测量时，电子波包塌缩其四元数参数能量 、全动量 出现在三维 空间波函数 内一点，在某一点出现的几率与该点波函数复振幅的平方成比例；同样地，电子四元数位置参数 、全时间 出现在三维 空间波函数 内一点，在某一点出现的几率与该点复振幅的平方成比例。本文认为：单个电子本征值能量 、全动量 在其波函数 内存在一出现期望点，该点波函数复振幅有最大值电子能量子 出现的几率最大，进一步认为该点就是经典物理学认为的质点电子出现存在点。另一方面，与具有了能量子的 点出现在波函数 内同步，电子四元数位置参数 、全时间 也做为本征值可能出现在三维 空间波函数 内复振幅有最大值的期望点，我们认为该期望点 就是能同步出现在三维 空间的宏观粒子氢原子的圆心。显然，氢原子玻尔半径 就是基态电子双原点 与 在三维 空间的距离；基态能量 就是电子双原点 与 在三维 空间的能量距离。 在三维 空间确定参照系内，运动速度为 的自由电子波函数本征值出现参与相互作用过程完成后，其期望点速度 发生变化，同时电子出现时刻双原点 与 在三维 空间和三维 空间的距离都发生相应变化。因此，两个变化了的波函数重新形成，自由电子从一个运动状态又进入了一新的运动状态。显然，经典物理学和狭义相对论在氢原子内对经典电子的研究，就是对粒子波函数出现期望点——电子质点的研究。
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user: 3. 三维E空间电子“静止”x 0 参数存在 3.1. 全时间、全动量和全速度概念 为下面讨论的方便，有必要回顾一下我在《微观粒子形象模型假说》一文中提出的全时间、全动量、和全速度概念。 全时间 的定义：微观粒子四元数距离 被光速常数 整除等于全时间 。它的四元数结构由实部标量 和虚部矢量 组成，用公式表示如下： (2) 全动量 的定义：微观粒子四元数能量 被光速常数 整除等于全动量 。它的四元数结构由实部标量 和虚部矢量 组成，用公式表示如下： (3) 四元数全时间 和全动量 是新概念，由经典物理学动量 计算公式 得到启示，大胆推断全时间 和全动量 各分量关系如下： (4) (5) (6) (7) 对于单个微观粒子 与 绝对值恒相等； 与 绝对值恒相等。 试想，假如人类不是仅仅能够看到三维 空间世界，而能直接观察四维空间微观粒子的全貌。那么，当波包塌缩粒子出现瞬时，观察者应该能够观察看到 对全时间 的全微分 而不仅仅是偏导数 。我们称全微分 为微观粒子在三维 空间运动全速度。粒子全速度 的“模”为光速常量 。且如下公式： (8) 成立，若将上式中 则关系式， (9) 成立。当粒子为光子时， 可见，粒子质量 、全动量 和全速度 的关系为： 不难看出，通常在三维 空间观察到的“静止状态”粒子仅是其全速度矢量部分 为零的状态，为了叙述的方便后面将 状态粒子称作“经典静止”粒子。 同理，单个微观粒子在在三维 空间的运动全速度 的“模”也为光速常量 ，将全速度 用字母 表示如下公式。 ， (10) 成立，若将上式中， 则关系式 (11) 存在。 同样的，粒子参数 、全时间 和在三维 空间全速度 的关系为： . 3.2. 电子x 0 参数存在的推断 假若，三维 空间氢原子玻尔半径 上 点出现在电子期望点成为其能量子 ，该状态电子能量子运动速度为 ，由爱因斯坦狭义相对论[ 3 ] 知道，电子能量 可表示为： (12) 且 成立，其中 为电子静止质量常数。由12式可以看出，氢原子中电子期望点运动速度 为零时其 为电子静止能量；电子期望点运动速度 为光速常数 时电子能量 ，也就是说一般电子期望点运动速度 不能达到光速常数 。 因为电子两个波函数 和 存在因果对称关系，因此本文认为：在三维 空间电子期望点出现 且具有的参数 也应存在如下关系。 (13) 上式中 与电子静止质量常数 对称对应，速度 其绝对值与三维 空间 相等。 当电子位置参数 等于氢原子玻尔半径 时，参数 可用下式求得： (14) 考虑能量空间电子运动满足关系式 。由三角函数关系 ，所以有 。因此14式变为： 又由于，同一电子 与 绝对值恒相等，所以14式又可变为： 我们知道精细结构常数 的表达式为： 所以电子 参数其值为电子约化康普顿波长 (15) 由关系式 可以看出，三维 空间氢原子中电子出现期望点速度 为零时，静止电子的位置参数 最可能是无穷大，其速度 为光速常数 时参数 最可能为 。 综上所述，可以得出如下结论：在三维 空间电子波函数 期望点(经典位置)出现的 期望点 (经典质量)其运动如下关系式 成立，在三维 空间电子 期望点出现的 期望点 的运动如下关系式 成立。显然，电子两个波函数原点 和 在三维 空间的距离为 ，它应该出现在电子运动速度 状态；两原点在三维 空间的距离为 ，其应出现在电子速度 运动状态。而一般情况或在氢原子内电子的这两运动状态都仅能够发现电子的特殊本征值，因为。在三维 空间速度 状态要求出现的电子本征值静止质量必须为零其动量、能量才可以是有限值，否则电子质量就是无穷大；在三维 空间 状态要求出现的电子本征值 参数必须为零其参数 和参数 才是有限值。有和无其‘误差’可看做无穷大。