记忆效应（精选7篇）
记忆效应 篇1
0引言
NiTi基形状记忆合金作为功能材料中的一类,具有优秀的超弹性、形状记忆效应、耐蚀性、耐磨性、生物相容性以及良好的力学性能等,已经在医疗、电子、工程等诸多领域获得了广泛的应用[1,2]。形状记忆 效应作为 记忆合金 的内在性 能,包括单程、双程、全程(可认为是一种特殊的双程)等3种记忆效应。 其中双程 记忆效应 (Two-way shape memory effect,TW-SME)是指在加热/冷却过程中,记忆合金可以在无外力的作用下自发地“记住”高温奥氏体态和低温马氏体态下的两种不同形状,这一特性已引起不同领域中很多研究人员的广泛关注。但与单程记忆效应相比,获得双程记忆效应的方式复杂、应变量小,稳定性差。双程记忆效应并非是记忆合金的本能特性,需要经过适当的“训练”处理才能实现该功能,目前研究焦点主要是如何诱发双程效应以及阐述其机理,并未在实际中得到很好的应用。“训练”处理是通过在基体中产生一定取向的内应力场,从而在冷却过程中诱发有利位向的马氏体或R相变体的形成,最终造成宏观上的形状变化。“训练”从方式上分为热机械训练(Thermomechanical training)和约束时效(Constraint aging),前者是通过变形来引入一定取向的位错内应力场,后者是通过约束变形时效析出共格相形成一定取向的共格内应力场。大量的研究都集中到热机械训练的不同方式上,包括在纯马氏体态或纯奥氏体态或混合态下的大塑性变形(Plastic deformation)、机械热循环 (Thermal cycling)和约束恢 复 (Constraint recovery)。 文献报道训练温度、变形量、退火制度等因素对获得最大双程记忆应变均有很大的影响[3,4,5,6,7,8]。约束时效最早由Nishida等提出并获得了全程记忆效应[9],有研究表明通过该方式(文中称Reheat training)能够获得良好的双程记忆效应[10]。
文献研究对象大都局限于圆环形式,产生的双程应变量小。本工作为了克服这一局限,将研究对象定位于能够输出较大行程的弹簧 形式。尽管也有 文献将弹 簧作为研 究对象[6,8],但其弹簧的双程记忆训练方式比较复杂,记忆效应的稳定性较差,而且弹簧尺寸的定量设计性差,无法实现批量制作。本实验旨在克服上述缺点,通过变形约束时效的方式制作了一批双程记忆弹簧。通过分析双程记忆的动力学曲线,研究不同相变对双程记忆效应的影响,阐明双程记忆效应产生的机理以及考察弹簧的双程记忆稳定性和设计性。
1实验
本实验选用商业用普通富Ni的镍钛形状记忆合金作为研究对象,名义成分为Ti-50.8%Ni(原子分数,下同),同时选用近等原子比的Ti-50.1%Ni合金进行比较分析。合金经过真空感应熔炼、锻造、轧制等工 序,最后热拉 拔成直径 为0.8mm的丝材。将丝材缠绕在预制弹簧尺寸的工装夹具上进行定型处理,两端固定后,将工装夹具置于650 ℃的箱式炉中保温30min后水冷(650 ℃+30min/WQ)。取下定型后的弹簧,其长度L1为27.5 mm,螺距约为1.8 mm,内径D0为8mm,有效圈数N为10。随后将得到的弹簧伸长或压缩到所需要的长度L2,再次固定在工装夹具上进行定型, 处理制度为500℃保温120min随炉冷却(500℃+120min/ FC),即获得所需要的双程记忆弹簧,此种制作方法在本工作中称作变形约束时效法。
从弹簧端部切取未变形的丝材,采用示差扫描量热仪 (DSC,TA Instruments)对丝材进行相变行为分析,其加热和冷却速率均 为10 ℃/min。 使用自制 的温度-位移记录 仪 (Temperature-displacement recorder,TDR)测试弹簧的双程记忆行为,该装置主要由加热/冷却水浴循环系统、热电偶和位移传感器等组成,能够记录0~100 ℃温度范围内弹簧的长度变化。装置温度 误差为 ±0.5 ℃,位移误差 为 ±0.1 mm。弹簧双程记忆效应的稳定性在0 ℃、37 ℃和100 ℃之间进行测试,分别是纯马氏体、纯R相、纯奥氏体下的弹簧长度,每隔10次或20次或50次进行数据记录,总循环次数为500次。
2实验结果
2.1NiTi合金在不同热处理制度下的相变行为
图1为Ti-50.8%Ni合金在不同热处理制度下的DSC曲线。当合金经650℃+30min/WQ的热处理制度后,在冷却过程中合金从B2结构的奥氏体(A)母相转变为B19′结构的单斜马氏体相(M),即马氏体相变;同时在升温曲线上出现对应的逆马氏体相变,即M→A。NiTi基记忆合金在600 ℃以上会发生固溶和再结晶作用,导致合金只出现单次相变过程[11]。因此,Ti-50.8%Ni合金经此热处理后不会出现第二相。当此固溶态合金在500 ℃时效120min炉冷后,合金在冷却过程中出现了两阶段A→R→M相变,其中R相变是时效过程中Ti3Ni4共格析出相诱发的结果[11];但升温过程却只呈现出M→A的单相变过程,整个相变过程是典型的时效态相变行为。合金在时效后马氏体开始(Ms)和结束(Mf) 相变温度、R相开始(Rs)和结束(Rf)相变温度以及逆马氏体开始(As)和结束(Af)相变温度均得到了大幅度提高,这是Ti3Ni4相不断析出导致基体Ni含量不断降低的结果。
图2是近等原子比Ti-50.1%Ni合金经过不同热处理的DSC曲线。由图2可见,该合金在2次热处理后,相变行为没有发生变化,都只是MA单相变过程,对各相变温度的影响也甚微,这主要是因为近等原子比Ti-50.1%Ni合金在时效温度下不会析出第二相。
2.2弹簧的形状记忆效应
为了表征弹簧的形状记忆效应行为,采用TDR记录了不同温度(T)下弹簧长度LT的变化,形状记忆应变恢复率利用式(1)计算:
式中:LM为弹簧在纯马氏体状态下的长度,LA为弹簧在纯奥氏体状态下的长度。
图3给出了Ti-50.8%Ni合金弹簧形状记忆行为的动力学曲线,可见弹簧表现出了完美的双程记忆效应,本实验中LM=17mm,LA=32.5mm,即弹簧的行程达到了15.5mm。 在升温过程中弹簧长度约在59 ℃发生骤变,对应于M→A相变,相比之下,冷却曲线上出现了2个平台,分别对应于R相变和马氏体相变。进一步观察发现,R相变对双程记忆应变贡献了56.8%的应变量,大于马氏体相变43.2%的贡献量,表明R相变也能够实现优异的双程记忆效应。
此外,注意到弹簧在奥氏体态的长度等于预设长度,即LA=L2;随着温度的降低,弹簧长度开始朝预期的L1方向收缩,然而,弹簧的最终长度却不明确。这表明弹簧经过变形约束时效后能够很好地“记住”高温奥氏体态形状,但对低温形状只有趋势化的记忆。尽管如此,对各状态的双程记忆进行对比性分析后,发现R相变过程的双程记忆应变率(ηR= 56.8%)远大于预 设形状L1的双程记 忆应变率 (η1= 32.3%)。因此,只要在设计中满足ηR≤η1或L1≤LR(LR为R相状态下的弹簧长度),就能让弹簧完全按预设的形状进行双程记忆回复。为此,根据上述条件特意设计了一弹簧以验证所述推论的可行性。弹簧的设计参数为L1=9.5mm, 螺距为0mm,L2=22.5mm,螺距为1.3mm,其双程记忆行为的动力学曲线见图4。由图4可见,弹簧的双程记忆回复完全达到了预设形状,TW-SME表现出了窄滞后的特点,这与R相变的特点一致,表明双程记忆效应完全由R相变提供。与图3比较发现,弹簧在回复到L1时,R相变并未进行完全,只是因为弹簧结构的特殊性抑制 了其尺寸 的不稳定 性,同时也表明R相变具有很大的应变量。
用近等原子比Ti-50.1%Ni合金绕制的弹簧在无外力的作用下没有任何形状记忆的变化,为了表征该弹簧的形状记忆行为,在0 ℃的水中将弹簧进行压缩变形,弹簧经弹性回复后稳定在变形马氏体状态的形状,图5为该弹簧形状记忆行为的动力学曲线,弹簧只在升温过程中出现形状变化,是变形再取向马氏体向奥氏体转变的结果,表明该弹簧在本工作所述工艺下只有单程记忆效应。这与该合金没有获得析出相的共格内应力场有关,与DSC结果相一致。
2.3双程记忆效应的稳定性
图6为双程记忆弹簧在不同状态下的稳定 性。在500次热循环中,弹簧表现出了良好的稳定性,其中马氏体、R相和奥氏体在热循环后的变化值分别为 ΔLM=0.5mm,ΔLR= 0.3mm,ΔLA=0.2mm,即马氏体态的稳定性稍差于R相态和奥氏体态的稳定性,这可能是由各 相的强度 不同所造 成的。特制弹簧的低温形状没有发生任何变化,这与弹簧在低温下已无螺距有关,说明结构上的设计也是获得高稳定性的一种方式。
3分析讨论
3.1变形约束时效获得双程记忆效应的微观机理
从实验结果中可以发现只有由Ti-50.8%Ni合金制作的弹簧经过650 ℃+30min/WQ+500 ℃+120min/FC的双重变形约束退火才能获得良好的双程记忆效应。在绕制弹簧时,丝材产生的应变可由公式ε=d0/D0计算,其中d0为丝材直径(本实验d0=0.8mm),D0为弹簧内径(本实验D0= 8mm),因此,ε=10%。根据近等原子比NiTi合金的应力应变曲线[12],发现10%的应变量已经使丝材发生应力诱发马氏体相变和部分塑性变形,此时丝材的微观结构处于择优取向的变形马氏体态以及混乱的位错组态。当丝材在650 ℃保温30min时,一方面,变形马氏体在高温下必须转变为奥氏体,但外部约束力阻碍其晶体结构的自由回复,因此只有通过引入新位错或基体中已存在的混乱位错重新发生滑移、攀移排列成具有一定位向的新位错组态,才能使晶体结构从B19′向B2完成转变;另一方面,镍钛合金的再结晶温度在600 ℃以上[11],因此丝材会发生再结晶,存在于基体中的混乱缺陷将相互合并,最终在基体中形成有序的微观结构。 这样便获得了具有结构稳定而有序的定型弹簧。
将上述获得的弹簧进行拉伸或压缩变形时,由于应变量小,在弹簧中只产生了 轴向弹性 应力场。随后在500 ℃ + 120min/FC的时效过程中,弹簧内部将析出大量透镜状的Ti3Ni4共格粒子[13],产生较强的共格内应力场,但在弹簧内部已存在一定方向的应力场,因此,共格相将在此内应力场的作用下择优析出长大,即沿着螺旋方向析出特定取向的共格相粒子,其产生的共格应力场恰好能释放不稳定的弹性内应力场,从而形成了特定取向的稳定共格内应力场,弹簧得到定型并“记住”了其高温形状。在冷却过程中,处于有利取向的R相变体或马氏体变体在共格内应力场作用下优先形核长大,导致了宏观上的形状变化。在升温过程中,有利取向变体发生逆马氏体相变回到奥氏体态,共格内应力场重新建立起来。弹簧在冷热循环中就是通过这种有利取向变体和特定位向共格内应力场的交互作用表现出良好的双程记忆效应。
值得注意的是,双程记忆弹簧对高温奥氏体状态的形状有非常好的记忆力,但对低温马氏体或R相的形状记忆并不明朗,在内应力场的作用下只有方向上的变化,其尺寸变化却不精确,这种低温尺寸变化的不确定性可能与形成变体的数量有关。
对于由Ti-50.1%Ni合金制作的弹簧,相同的处理制度却只表现单程记忆效应,其本质原因在于时效过程中未建立稳定的内部应力场。因此,本工作提出的制作方法所使用的材料局限于能够时效析出共格相的富Ni镍钛基记忆合金, 在设计双程记忆弹簧时,这是一个需要注意的地方。
3.2相变温度与双程记忆效应
双程记忆动力学曲线已表明升温过程的形状变化与M/ R→A相变有关,冷却过程的形状变化与A→R→M相变有关。表1列出了各相变的具体温度值,这些值是在DSC曲线 (图1)和动力学曲线上(图3)通过切线法取得的。由表1可见,通过动力学曲线获得的R→M相变开始温度和M→A相变开始温度明显高于DSC测量值。这是因为DSC测试的是未变形的丝材,材料内部没有应力场的作用;而动力学曲线所测试的弹簧具有稳定取向的内应力场。相变温度与应力之间是近似于正比例的线性关系,其线性系数可由Clapeyron-Clausius方程决定[2]。因此,内应力场的存在提高了Ms温度,使基体中的有利取向的马氏体变体趋于稳定,进而提高了As温度。文献[2]报道马氏体相变时发生体积变化所产生的应变能量是R相变的10倍,因而内应力场的存在对R相变温度的影响不大。
另外,从表1中还发现相变起止温度间隔Ms-Mf和AsAf在应力场的作用下均变得很窄,这可能由以下2个原因造成:其一,弹簧基体是各向异性的有序结构,相变过程均与有利取向的马氏体变体或R相变体有关,因此,这类变体在相变时所需要的吉布斯自由能相近,一旦第一片变体形核或发生逆转变,将诱发其它类似变体的协同转变,从而表现出很窄的相变温度区间;其二,弹簧宏观尺寸的变化是各向异性结构基体中有利位向变体不断长大的整体效果,但在弹簧中局部区域必然存在不同于各向异性结构的微观结构,这些区域发生的马氏体相变由于自适应协调作用无法表现出宏观形状的变化,因此,动力学曲线上得出的马氏体或逆马氏体相变结束温度只能是各向异性结构部分相变结束的温度,是特殊的动态Mf和Af点。
3.3双程记忆效应的稳定性分析
热机械训练通过引入位错内应力场也能获得双程记忆效应,但在随后的热循环中双程记忆效应不断退化,尤其在前几十个循环中呈指数形式降低[3,8]。这主要是因为在热循环中不断引入新位错,位错之间发生缠结,从而破坏了记忆效应,直到位错密度达到饱和而抑制新位错的再引入,其双程记忆效应才趋于稳定,但此时的应变量降低了许多。也就是说,这种方式获得的双程记忆效应的稳定性较差。
在本工作中,弹簧的双程记忆效应表现出非常出色的稳定性,尤其是奥氏体和R相的稳定性。对于NiTi基记忆合金,不同相的强度大小顺序依次为:奥氏体、R相和马氏体。 基体相强度越高,其稳定性越好。通过本工作所述方法制作的弹簧不需要经过任何机械训练就能获得稳定的双程记忆效应,笔者认为造成这种结果的原因有3方面:首先,在约束时效后弹簧内部就已得到稳定的有利取向共格内应力场,这样自第一次循环起就表现出了稳定的双程记忆效应;其次, 基体中并没有混乱的位错组态,即已存在的位错具有一定的位向结构组态,因而在热循环中很难发生位错的塞积缠结; 第三,时效析出的第二相粒子有沉淀强化基体的作用,在随后的热循环中会阻碍新位错的引入,因此难以发生位错退化记忆效应的现象,这与文献[3]所报道的沉淀相能够稳定双程记忆效应的结果一致。
马氏体相变和R相变都能实现双程记忆效应,但后者具有相变温度滞后窄、循环稳定性高的特点[2,14],非常有利于制作双程记忆器件。因此,在设计中可以只利用R相变获得高灵敏的双程记忆器件,如本工作所讨论的弹簧器件,通过结构设计上的变化,当弹簧尺寸设计满足条件L1≤LR时,那么弹簧就能极好地“记住”高温尺寸L2(即LA)和低温尺寸L1(即LR/M)。也就是说,通过本工作所述方法制作双程记忆器件具有很强的尺寸设计性。同时,还能通过改变热处理制度来调控器件的动作温度,经过大量实验表明,本工作所讨论的Ti-50.8%Ni记忆合金能够在15~65 ℃的温度区间内实现动作的可控性。
4结论
(1)变形约束时效制作双程记忆器件只适用于富Ni的镍钛基记忆合金。
(2)马氏体相变和R相变都能实现双程记忆效应,其中R相变对双程记忆应变量的贡献大于马氏体相变,并且具有更窄的相变温度滞后和更高的循环稳定性。
(3)双程记忆效应是有利取向变体和稳定的特定位向共格内应力场交互作用的结果。
(4)通过此方法获得的双程记忆弹簧,具有很高的循环稳定性和很强的尺寸设计性以及动作温度可控性。
摘要：利用变形约束时效的方法制作了双程记忆弹簧,采用DSC和温度-位移记录仪表征了弹簧的相变行为和双程记忆效应。DSC和双程记忆动力学曲线均表明弹簧在升温过程的形状变化由马氏体逆相变M/R→A控制,而冷却过程受A→R→M两阶段相变控制,并且R相变对双程记忆应变量的贡献比马氏体相变的贡献大。与马氏体相变相比,R相变诱发的双程记忆效应具有较窄的动作滞后温度以及很高的记忆稳定性,这与变形约束时效时所获得的一定取向的Ti3Ni4相共格内应力场有关。结果表明:变形约束时效是获得双程记忆弹簧的良好途径,制作方法相对简单,获得的双程记忆应变量大,且稳定性高,尺寸制作具有很强的可设计性以及动作温度的可控性。
关键词：双程记忆效应,NiTi合金弹簧,约束时效,形状记忆合金,马氏体相变
记忆效应 篇2
花生磷脂酶D的pH值记忆效应
研究了花生磷脂酶D(PLD)的`pH值记忆效应,结果表明,花生PLD在冻干过程中具有pH值记忆效应.冻干PLD分散于有机溶剂中对pH值记忆效应的保持与溶剂种类有关.在所研究的有机溶剂范围内,冻干PLD分散于氯仿、二氯甲烷、乙醚、甲苯和正己烷中仍然能保持这种pH值记忆效应.但在苯中PLD氨基pKa变化较大,增加了0.738,说明PLD在苯中保持pH值记忆效应的能力较差.
作 者：曹栋 ZHANG Yong-gang 史苏佳 MAO Xiao-bing 袁凯 CAO Dong ZHANG Yong-gang SHI Su-jia MAO Xiao-bing YUAN Kai 作者单位：江南大学食品学院,江苏,无锡,214122 刊 名：生物学杂志 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF BIOLOGY 年，卷(期)： 25(4) 分类号：Q55 关键词：磷脂酶D pH值记忆 FTIR记忆效应 篇3
美国研究人员发表论文称，Google搜索模式可能会损害人的大脑记忆力，从而再次引发人们对于搜索引擎之利弊的争论。科学家分析，当网络搜索成为“交换记忆”的一种主要形式，人脑的记忆信息方式也因之改变。熟练掌握网络搜索技术的人，渐渐习惯了凭借关键词上网搜索信息，而对于每次搜索出来的信息内容反而不再努力记忆。在这种“Google效应”里，电脑就相当于是人脑的“移动硬盘”或称为“第二大脑”，起到了随时存储信息的作用。
始祖鸟或非鸟类始祖
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染白你黑发的看不见的手
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“化学卡路里”致人发胖
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谁给了地球一颗炽热的心
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透明锂离子电池
美国科学家研发出了一种透明的锂离子电池，其柔韧性非常好，而且成本与常规电池相当。该电池的电极为网格状架构，网格中每条线的宽度约为35微米。因为人眼的分辨能力介于50～100微米之间，如果材料小于50微米，在人眼看来它就是透明的。研究人员选用透明而有弹性的化合物聚二甲硅氧烷替代铜或铝等常规材料，然后把它倒进硅模型中制造出了网格状的沟槽，再让金属薄膜产生的蒸汽飘在沟槽上方，制造出了一个导电层。两极之间的电解液也是透明的。这样就造出了一块透明锂离子电池，它有望在消费电子领域大展拳脚。
癌细胞干细胞本是一家
人们一般认为，致癌基因是一些在变异时将健康基因变成癌细胞的基因，然而美国科学家的研究却表明，致癌基因也能将健康的细胞变成类似于干细胞的细胞。科学家通过抑制被致癌基因所编码的p53蛋白的表达，成功地将人体的皮肤细胞变成为脑细胞。p53的变异有助于确定细胞的命运——让细胞成为好细胞还是坏细胞。细胞就好比一个失业的人，他可能铤而走险变成一名罪犯，也可能找到另一份工作并为社会作出新贡献，只是人们还不知道是哪种决定因素将他推向不同的道路。
新发现化石印证恐龙末日
关于恐龙灭绝之谜，许多科学家认为发生在6500万年前的小行星撞击是“凶手”，不久前的一项发现为这一观点提供了新证据。美国科学家在蒙大拿州一地质层的白垩纪－第三纪界线，即K-T界线以下12.7厘米处挖掘出一个植食类恐龙的角化石。该化石年代约为小行星撞击前的数千年至数万年。化石发现表明，至少某些恐龙在小行星撞击前生存良好，并未濒临灭绝。也就是说，恐龙灭绝是一个迅速的而非缓慢的过程。
眼睛或可提示痴呆风险
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【文稿】彭 文
记忆效应 篇4
金属磁记忆检测技术的关键点在于拾取铁磁构件应力集中区的微弱“纯天然”磁信号[1], 而磁信号的拾取又在于探头的灵敏度, 因此探头的研制成为该技术的重点之一。非晶态合金组织结构独特, 具有低矫顽力、高电阻率、高磁导率及高机械强度等, 尤其是钴基非晶态磁性合金材料, 其磁致伸缩系数极小, 是一种优良的磁敏材料, 用此材料可以设计出各种不同用途的磁场传感器[2,3,4]。1992年Mohri等人在Co基非晶合金丝中发现巨磁阻抗效应, 为研制高灵敏度磁传感器开辟了新的途径[5,6,7,8,9]。非晶合金的巨磁阻抗效应是指当非晶材料通以高频电流时材料两端的阻抗随外磁场变化而发生非常灵敏的变化现象。这里就是利用非晶合金巨磁阻抗效应来研制探头。
1 巨磁阻抗效应
巨磁阻抗 (GMI) 效应[6,7]就是当软磁性材料 (多为Co基非晶和Fe基纳米晶) 的丝或条带通以高频交流电流i时, 材料两端感生的交流电压UW随丝纵向所加外磁场Hex的变化而灵敏变化的现象, 如图1所示。
磁阻抗在外磁场作用下的变化率 (Magneto Impedance Ratio, MIR) 定义为:
式中:Z (Hex) 表示外加磁场Hex时材料的阻抗;Z (0) 表示未加外磁场Hex时的阻抗。当磁场不大时, 阻抗变化率随磁场增高而迅速增大, 阻抗变化率最大为15%, 该设计就利用了此特性。
2 探头结构及电路设计
根据GMI效应的产生条件, 选择脉冲方波激励供电, 设计一脉冲信号产生电路, 输出到非晶薄带两端, 实现高频激励。在高频激励下, 非晶薄带阻抗随外界磁场的变化而发生非常灵敏的变化, 即实现由阻抗的大小反应外界磁场的强弱;非晶薄带外面绕有线圈, 构成敏感元件, 其本身具有阻抗, 在脉冲激励的作用下便产生相应频率的高频电流, 根据电磁感应原理, 外部线圈产生相应频率的感生电动势, 大小与非晶薄带阻抗变化率成正比。由于GMI效应, 非晶薄带阻抗发生明显的变化, 线圈两端的感生电动势便随之改变, 在阻抗变化率达到最大值之前, 感生电动势与磁场成正比。接下来利用峰值检波的方法检出信号的峰值, 峰值的强弱反映了磁场强度大小, 实现了对磁场的测量。
2.1 探头结构
探头结构如图2所示, 用CMOS非门电路产生高频脉冲对非晶带进行激励.当外加磁场作用在非晶带时, 通过改变非晶带阻抗Z, 从而改变非晶带两端的电压。通过峰值检波电路检测出其峰值的大小, 再经低通滤波和比较放大路得到随外加磁场变化的电压值。
2.2 敏感元件的制作
敏感元件的制作[4,8,9]如图3所示, 将非晶合金薄带用胶水固定在一起, 外面绕漆包铜导电线圈。其中, 非晶合金厚0.04 mm, 叠10片;长度为10 mm, 宽为1.78 mm;漆包铜导线直径为0.1 mm, 匝数为100匝。非晶薄带两端加上脉冲激励, 由于非晶丝的GMI效应, 在外磁场不大时, 其阻抗随外磁场的变化而发生非常灵敏的变化。图3为敏感元件的制作示意图;图4为实物图。它实现了敏感元件在磁场下的线性输出。
2.3 脉冲电流电路
非晶磁芯只有在高频电流激励下, 才能显现GMI效应, 阻抗随磁场增加而急剧增大。用脉冲电流激励磁芯可以提高阻抗变化率, 即提高传感器的灵敏度。
脉冲电流发生电路[8,10,11]如图5所示, 选用SN74HCT04N非门芯片构成多谐振荡电路产生高频方波, 经RC微分后得到脉冲电流, 通过非门Q3滤去负脉冲, 得到与方波同频率的正脉冲电流。电路的振荡周期T=2.2 R2C1, 电阻R1是反向器输入端补偿电阻, 可以改善由于电源电压的变化而引起振荡频率不稳性, 但应保证R1≫R2。实验使用脉冲电流频率f=1 MHz, 脉冲宽度约为20 ns, 峰值为20 mA。
2.4 信号处理电路
探头信号处理电路[10,11]由峰值检波保持、低通滤波比较放大和射极跟随电路构成, 电路图如图6所示。
A1与C1构成峰值检波和保持电路。在峰值期间, D1导通, 使C1充电达到峰值, 峰值过后由于R2的限流作用, C1放电微乎其微, 到下一次峰值再度充电, 维持峰值电压输出。C1上串接R3⧋2 Ω的电阻, 用于防止过冲, 有利于电路稳定。C2, C3组成输入低通滤波, 滤掉高次谐波和噪声的干扰, A2, A3, W1和W2构成比较放大电路。由于给非晶带加了一个高频激励, 所以在没有外磁场的情况下, 感应线圈也有一个较高的输出电压。为了抵消这个零场电压, 采用两级比较电路来实现调零, 通过滑动电阻W1, W2来进行调零校正, 使其在零磁场下输出为零。C4为输出滤波;A4为射极跟随器, 方便后续信号的进一步处理。
3 实验结果及分析
用研制的探头对刻有1 mm, 2 mm, 3 mm深的人工裂纹铁磁构件试块进行了检测。由此发现该探头有明显的检出能力, 达到了金属磁记忆检测技术对应力集中区微弱“纯天然”磁场的拾取效果, 实验结果如图7～图9所示。
从示波器图上明显看出1 mm, 2 mm, 3 mm深的裂纹有着不同的峰值, 峰值大小随裂纹深度的增加而增加, 同时也验证了金属磁记忆检测技术的发明人杜波夫提出的理论和相关的研究结论, 即铁磁构件在地磁场作用下, 能记忆其力对它的作用历史。
4 结 语
简单地介绍了GMI效应的基本原理。利用非晶合金的巨磁阻抗设计并制作了磁记忆探头。该探头灵敏度高, 性能稳定, 为金属磁记忆检测技术的发展提供了广阔的前景, 但信号处理不够理想, 就实际应用来说还有待进一步的研究。
参考文献
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记忆效应 篇5
关键词：形状记忆合金,冷变形,不完全马氏体相变,温度记忆效应
0 Introduction
Shape memory alloys (SMAs) are known for the ability of memorizing their shape in the parent phase. This shape memory effect has been extensively studied in the past deca-des[1,2]. Besides the shape memory effect, some researches have also shown that SMAs have the ability of memorizing their thermal history [3,4,5,6]. That is, if the reverse transformation of a SMA is interrupted, a kinetic stop will appear in the next complete reverse transformation. The kinetic stop temperature always falls in a position a little higher than the previous interruption temperature, so it is reasonable to call this kinetic stop temperature a “memory” of the previous interruption temperature.
This temperature memory effect (TME) , however, has not received intensive attention. One main reason is that TME was once believed to be willing to appear just in a temperature range between As and Af (reverse transformation starting temperature and finishing temperature, respectively) . Usually the temperature interval between As and Af is less than 30K, which is too narrow for application.
However, our previous investigations have shown that a pre-strained NiTi alloy embedded in a composite has a much wider transformation temperature range than an alloy in a free state, due to the presence of the recovery stress. Therefore, a moderate heating of the composite results in an in-complete transformation cycling of the embedded NiTi alloy wire. But, the interfacial bond cannot postpone the finishing temperature of prestrained wire in a composite without limit, due to the interface fails or plastic deforms. This upper temperature limits restricted the application of TME.
In the present work, our aim is to study the TME of an in-situ composite with macroscopic heterogeneous structure formed by cold rolling, and it is shown that the temperature memory effect can be expanded to be operational in a wider temperature range by cold rolling a curved surface NiTi alloy.
1 Experiment
A Ti50Ni50 alloy rod was obtained from the Generous Research Institute for Non-ferrous Metals, China. The rod was vacuum annealed at 873K for 1h, and then spark cut into sheets with sinusoidal surface and a maximum thickness of 2mm. One sample was designed with amplitudes of the surface sinusoidal wave of 0.1mm. By deformation to a thickness of 1.6mm, the sample had a nominal minimum deformation of 0%, and maximum deformation levels of 20% (named Wave-20%) . Fig.1 schematically shows the macroscopic heterogeneous structure formed by cold rolling.
An SMA sheet with wavelike surface has different thickness in different parts. Therefore, a cold rolling causes different deformation levels in different parts. Fig.1 shows the internal structure of the sheet after cold rolling, where (a) represents the region with relatively large deformation level (and therefore with weak shape recovery ability) , and (b) represents the region with relatively small deformation level (and therefore with strong shape recovery ability) . One can see that the heterogeneous in a SMA is magnified in such a way that macroscopic distinct domains are aligned regularly, and then the SMA has a structure similar to those of composites. The best advantage of the composite shown in Fig.1 over conventional SMA composites is that the in-situ composite has a graded interface between different domains, whereas conventional SMA composites has a distinct interface between different phases and are more susceptible to interfacial debonding than any other composites[7,8]. The DSC and the thermal expansion measurements were conducted using a Netzsch DSC 2004 Phoenix and a WRP-1 compu-terized dilatometer.
2 Results and discussion
Fig.2 shows the temperature memory effect of the NiTi wire without any deformation. The global reverse transformation curve is reproducible by complete thermal cycling between Mf and Af. If the global reverse transformation is interrupted at a certain temperature Ts, for example, at 337.1K, as shown in Fig.2, only part of the martensite transforms into the parent phase, with the rest of the martensite remaining. The remaining martensite is called M1. Decreasing the temperature below Mf transforms the parent phase back into martensite. This newly formed martensite is called M2. One can see in Fig.2 that, during heating, M2 and M1 transform into the parent phase sequentially, with a kinetic stop between them. It is known that the kinetic stop tempera-ture is always about 3K higher than Ts. Therefore, without knowing Ts, one can still find it, with a maximum error of 3K, by examining this kinetic stop.
Fig.3 shows the temperature memory effect of the Wave-20% sample. The heating process was respectively interrupted at 426K three times, a temperature much higher than the reverse transformation temperature (Af) of the alloy. In the fourth heating, an endothermic peak appeared right at the position of Ts, indicating that the Wave-type sample had “remembered” the arrested temperature. It is worthwhile to note that the transformation temperatures are significantly enlarged by the severe cold deformation, as can be seen in Fig.3. By using the method shown in Fig.1, one can have the advantages of both a much-pronounced endothermic peak on the DSC curve, and a wide transformation temperature range. This kinetic stop can be regarded as a “memory” of the previous arrest temperature[9]. Our previous research[7,8] has shown that by embedding a prestrained SMA wire into composites, one can have a much wider transformation temperature window and therefore the ability to remember the arrested temperature in the previous heating process over a wide temperature window. However, the interface of a SMA composite is usually very vulnerable to thermal shock. For samples prepared by the method shown in Fig.1, no such vulnerable interface is presented. Therefore, samples prepared by the method shown in Fig.1 can demonstrate the temperature memory effect over a much wider temperature range than an ordinary SMA composite.
Fig.4 shows the expansion curves of the samples Wave-20% in the third and fourth heating cycles, which can be regarded as a proof of the above description. One can also see from Fig.4 that by an intended design, Wave-type sample can overlap a desirable (also adjustable) strong negative strain over a moderate negative strain, indicating the existence of the ongoing reverse transformation. Due to the partial reverse transformation, thermal expansion curves of the samples Wave-20% shows a strain plat (cd) in the fourth thermal cycle.
It is well known that the constrained heating of a prestrained SMA will result in a gradual buildup of recovery stress, and therefore a significantly enlarged reverse transformation temperature range, according to the Clausius-Clapeyron equation. Obviously, the recovery stress plays an important role in NiTi composites. The heavily cold rolled NiTi alloy gained a great spatial inhomogeneity in strains, which resulted in a wild reverse transformation temperature range, whose temperature is defferent from one place to the other. During the partial reverse transformation, the martensite to austenite transformation is stopped at a certain temperature between As and Af, and only part of the martensite transforms into the parent phase, with the rest of the martensite remaining. Here the remaining martensite is called M1. With further decreasing the temperature below Mf, the pa-rent phase transforms back to martensite, and the newly formed martensite is called M2. Upon heating part of the martensite transforms to parent phase with M1 martensite phase remains. M2 martensite phase forms upon cooling, domain walls appear between the M1 and M2 martensite phase. The newly formed M2 martensite at the M1-M2 interface will accommodate itself to decrease the elastic strain energy level. This leads to the release of the stored elastic strain energy in M1 at the M1-M2 interface. As the first formed martensite plate is the last to revert to the parent phase and the last formed plate is the first to revert[10], and much more work to overcome the domain walls motion. So the release of the elastic strain energy and more work to overcome the motion of domain walls lead to the transformation of M1 shift to higher temperature and a kinetic stop appears upon heating.
3 Conclusions
In summary, by controlling the ratio of the cold deformation, the density of dislocations can be managed, and therefore the reverse transformation expands over a large tempera-ture window. This is quite useful to output strains in a large temperature window comprising to conventional SMA composites interface which will be failure in the same temperature. As a example of applications in the so-called temperature memory effect, one does not have to embed SMAs into composites; instead, one just has to cold roll a curved surface NiTi alloy above its recoverable limit to obtain a material with the ability of temperature memory in a wide temperature range, and the temperature memory effect was also confirmed to be operational in this wide temperature range.
参考文献
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记忆效应 篇6
关键词：组块效应,信息加工,英语阅读
一、记忆的组块及组块效应
(一) 记忆的组块效应概说
1956年, 米勒 (Miller) 在他《神奇的数字7:我们记忆的某些局限性》一文中指出, 人类能够清楚知觉并即时回忆和加工的不关联的刺激项目数只是7+/-2。他还提出了组块 (chunk) 这个概念作为刺激项目的计量单位。这个组块是个变量, 它随个体对信息的理解程度、加工深度及知识经验的丰富程度而变化。所以, 如果单位信息所含信息量小, 则短时记忆加工的信息总量就小, 加工效率也低;反之, 如果单位组块所含信息量大, 则短时记忆加工的信息总量就大, 加工效率也高。这种信息总量大小和信息加工效率的高低取决于单个组块所含信息量大小的效应就叫组块效应[1]。
(二) 记忆组块效应在语言信息加工过程中的作用
人的记忆按照记忆保持时间长短分为瞬时记忆、工作记忆和永久记忆。在加工信息时, 不同类型的记忆参与不同的信息加工操作[2]。第一阶段, 个体受外界环境刺激时, 瞬间记忆开始工作, 它将各种刺激信息进行筛选, 然后把筛选出的信息以非常简洁、概括的形式保存起来, 送入工作记忆进行进一步加工。进入工作记忆加工的信息项目数即组块数就为7+/-2个。使用第二语言加工的数量会更少。第二阶段, 进入工作记忆的输入信息接着又不断以高度概括的形式从工作记忆中消失, 与永久记忆中被调出的信息一起参与信息更深层次的加工。整个流程中每一步的加工过程都受个体的计划、策略所调控。
研究信息加工过程可以发现, 信息最后加工效率的高低程度与受到个体注意的瞬时记忆信息的内容、进入工作记忆加工的信息容量以及个体永久记忆中的信息量有密切关系。要促进信息加工的深度和效率, 扩大进入工作记忆的信息容量很重要。工作记忆的容量越大, 工作记忆和永久记忆的信息融合速度越快, 信息加工效率就越高。而扩大工作记忆容量的有效途径就是扩大单位组块的容量, 也就是利用组块效应来扩大工作记忆容量。个体在加工听觉语言刺激和视觉语言刺激时都遵循这个规律。阅读属于视觉语言刺激, 完全可以利用组块记忆效应提高阅读效率。
二、目前大学生英语阅读存在的问题及原因分析
阅读速度慢、效率低仍然是困扰很多大学生学习外语、应用外语的难题, 原因之一便是没有利用好组块效应。
(一) 对词汇、固定结构、句型等语言知识熟悉程度不够
首先, 词语是最基础的信息组块。词语的发展包括自动识别词意、识别词的前后缀及词干、辨别词类、辨别词类与词意关系的能力及利用上下文中的线索推断词意的能力。其次, 固定短语、成语、套话等“固定结构”虽包含多个词语, 但其形式固定、意义固定、内部结构和其意义相互制约, 也可以作为较大的信息组块来进行加工。最后, 句型是抽象的组块形式。它为个体既提供辨识语言信息的心理模具, 也提供帮助记忆的框架。阅读时, 个体通过语境和联想来对这个框架进行填充。因此, 句型是特殊的组块。如果学生对词汇、固定表达、句型等语言知识熟悉程度不够, 阅读时便需要为认知系统腾出空间先加工语言的字面意义, 而不是快速自动地组合其意义, 这样势必会减少单位组块信息含量以至于影响信息加工效率。
(二) 背景知识贫乏
学生若缺少英美国家的文化知识或者与阅读内容相关的其他背景知识, 也很可能造成意义上的误解或者完全理解不了。这些背景知识也是一种信息组块, 它以潜在模块的形式存在于个体经验当中。当个体遇到阅读任务时, 就在已有的认知结构中寻找并检索与需处理的信息有关的模块, 加以分析、对照、推理, 达成知识的沟通与运用, 从而完成阅读。因此, 即便学生拥有足够的语言知识, 但如果其背景知识掌握不够, 信息检索与处理时就会碰到困难, 无法达到流畅、快速阅读。
(三) 口语不流畅
说话速度快的人加工信息速度也快[3]。运用外语的各种能力是相辅相成的, 语音能力在阅读中也起到非常重要的作用。如果一个人不能很快地说某种语言, 那么他的工作记忆容量就会受到限制, 从而在阅读时用该语言加工信息时就会碰到困难。调查显示, 中国大学生英语口语的学习情况不容乐观[4]。由于受中小学教育方式的影响, 学生口语训练较少, 即使有, 也多侧重于单个语音的准确性, 而忽略口语的速度和流畅性, 多侧重于日常生活程式化的表达, 而忽略了训练学生如何用英语流畅表达自己的思想;同时, 这种专门的口语训练将语言的口头表达能力和阅读能力割裂, 不注重各种能力互相促进。因此, 口语速度和流畅性的欠缺也成为阅读效率低的因素之一。
(四) 不能有效提取、组合信息
阅读效率高的学生能快速定位自己需要的信息, 而不是每一个词都要读, 并且对文中语言信息能够迅速组合以获得所读意义, 也就是说他们在加工语言信息时会自动从高于书面单个词汇的角度建立组块信息, 而忽略或者用很少的认知空间去加工无用信息。他们工作记忆单位组块信息量大, 阅读效率自然很高。阅读效率低的学生在阅读时恰恰相反, 他们总是在每个词上花费同样的时间, 只是形成单词层面的信息组块, 遇到不懂的词不敢跳过且不会或者很少利用上下文去理解其意义, 其工作记忆中单位组块信息量小, 阅读效率必然有所制约。
三、如何利用组块效应提高大学生英语阅读效率
(一) 自动识别语言符号及其组合方式
要达到自动识别语言符号及其组合方式的水平, 学生就需要掌握丰富的词汇、固定结构, 并熟悉它们的组合方式, 也就是句型结构, 要注意积累词汇在不同语境中的相关意义, 熟悉和掌握词项的典型搭配以及词项的可能搭配。这样, 学生在读到某一话题或某一词项时, 就会自然而然地期待与该话题或该词项有关的词项出现, 从而达到自动识别语言符号并进行高层次加工该符号所传递的信息的水平, 而不是停留在辨认和处理单个词语的低层次的阅读水平上。
(二) 拓展背景知识, 构建思维组块
阅读理解过程是一个读者已有的知识与背景共同参与的过程。对背景知识的掌握能促进学生理解文章内容, 并且背景知识越接近阅读材料的背景, 那么阅读理解得越准确, 阅读效率越高。因此, 学生要在课外广泛阅读, 涉猎不同题材、不同体裁的阅读材料, 广闻博志, 才能扩展自己的背景知识, 构建背景知识的思维组块, 促进高效阅读。教师应在课堂外引导学生多阅读有关英语国家的历史、经济、政治及文化等知识的书籍, 扩大其知识面, 促进其阅读英语文章的速度及理解力。
(三) 快速大声朗读, 提高口语流畅度
要达到这样一个水平, 需要坚持不断的练习。学生可以每天都进行朗读训练, 这对增加语料输入量、促进语料储备、培养语感、形成用意群加工语言信息的习惯都很有裨益。须注意的是, 读的时候要特别注意先做到大声和慢速两点。大声, 是为了培养开口说英语的自信和勇气;慢速, 是为了确保每个单词的每个音节都发音到位, 做到不增删音节。在做到口音纯正之后, 就要在此基础上加快朗读的速度, 并且努力达到自己最快的速度, 而且最好是能大声快速背诵, 而不只是停留在朗读的层面, 这样有助于提高口语的流畅性。
(四) 用意群加工信息, 有效提取信息
意群, 顾名思义即个体能感知到的能表达某一逻辑意义的一组语言符号, 它不是专业术语, 但是在教学实践中经常提及。意群是个变量, 可以是单个词语, 可以是某个固定结构, 也可以是个句子, 其大小随学生对语言知识的熟悉程度变化。一个意群便可看做是一个组块。比如:If we cannot expand our working memory span, our efficiency of processing information will be limited and consequently we will face difficulties with the processing of language.阅读这句话时, 如果每个词都被看做一个意群即一个组块加工, 那么就需要加工25个组块;如果按照意义将其进行如下意群切分, 就只需加工六七个信息组块:If we cannot/expand our working memory span/, our efficiency of processing information/will be limited/and consequently/we will face difficulties/with the processing of language. (斜线表示意群的切分) 如此, 单位组块的信息含量加大, 效率会明显提高。同时, 采用意群阅读时, 由于加工组块信息量大, 学生容易把握重要信息, 所以有助于学生有效运用略读、跳读、竖读等方法快速定位获取有效信息。因此, 学生可以刻意训练自己用意群加工信息, 加大组块信息含量, 有效提取信息, 从而提高阅读效率。
参考文献
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记忆效应 篇7
在股市不断发展的进程中,股市之间的信息传导机制对投资者的投资策略、宏观金融政策的制定与实施、市场监管者的有效调控有着重要的实践参考价值。放松管制、交叉经营和经济全球化使得不同股票市场间的信息传导更为便捷,而且几次大的金融危机也提醒投资者和监管者要重视市场间的相关性。一个金融市场的风险会由于市场间的信息传导或溢出效应而引起金融市场的连锁反应,使得个别机构的市场风险引发大规模的金融危机。由此可以看出,孤立地研究单个股票市场的波动会造成信息的损失,全面完整地分析不同市场间的相互影响,对于我国股市的健康发展具有重要的理论和实践意义。对溢出效应的研究,不仅有助于对金融市场的相关性和一体化程度的评价,有利于分析与研究股市的结构和判断股市的走势及风险传递[1],也有助于为相关金融政策制定提供参考,还能为跨市场投资者们有效地进行资产组合配置、防范金融风险等提供重要的参考。
股市间的溢出效应分为两种:均值溢出效应和波动溢出效应。所谓“均值溢出效应”是指一个市场的收益不仅受到自身前期收益的影响,还可能受到其他市场前期收益的影响,即收益率条件一阶矩的Granger因果关系。“波动溢出效应”是指一个市场的波动程度不仅受自身过去波动程度的影响,还可能受到其他市场波动程度的影响,即收益率二阶矩的Granger因果关系。
已有文献对国外成熟证券市场国家[2,3]或地区[4,5]之间的溢出效应和动态相关性的分析较多,对同一地区内部的新兴证券市场之间的溢出效应和动态相关性的研究较少[6]。Engle和Susmel(1993)指出在同一地区的市场具有相似的时变方差[7],在理论上,不同地区的市场由于经济运行的密切联系而存在溢出效应,而同一地区的股市也会因地理位置的接近、密切的经济关系和政治的相似性而被紧密地联系在一起,因此共同的信息因素会影响到同一地区股票市场的收益和波动。因此,对同一国家或地区内部的股市间的溢出效应和动态相关性的研究是有必要的。另外,在已有国内外文献中,对股市波动溢出效应的研究较多[8],能同时兼顾条件均值溢出效应和波动溢出效应的研究较少[9,10]。已有文献在考虑均值溢出效应时均没有考虑价格或收益率序列自身的长记忆性对溢出效应的影响,而股市之间的相关性或溢出效应可能是由于市场之间的信息传导机制所引起,也可能是由单个市场自身的惯性(即长记忆性)所引起的伪相关。由于单个股市是受到多种随机因素影响的复杂动态系统[11],股市间的相关性以及相关程度可能表现出时变性。而且以往相关研究表明,我国股市设立时间虽然不长,但其间却经历了几个阶段性的变化[12],说明我国沪深股市间的溢出效应和相关性可能是一个动态变化过程。
在实证模型方面, 单变量GARCH模型尽管能够充分刻画单个金融市场波动的时变特征, 但在考察两个或者多个市场二阶矩间的相互作用时效率却较差, 所以在利用Harmo等(1990)的波动溢出效应模型来考察市场间的溢出效应时, 不得不将两个市场分割开来考察各自的条件波动性, 这样就损失了两个市场相关性中所包含的有效信息。而向量GARCH(multivariate GARCH,简称MVGARCH)可解决此问题。1983年,Kraft和Engle最早提出向量ARCH模型,Bollerslev等(1988)在此基础上提出了向量GARCH模型,且此类模型近年来发展迅速,如Bollerslev(1990)的常相关MGARCH(CCC)、Endle和Kroner(1995)的BEKK模型、Kroner、Engle和Sheppard(2001)的动态条件相关MGARCH模型(DCC)等[13]。由于传统的Bollerslev等提出的向量GARCH模型不能保证协方差矩阵正定,而且参数数目过多[14]来测量沪深股市波动的溢出效应和信息传导机制,利用DCC-MVGARCH模型[15]来计算沪深股市间的动态相关系数[16],采用长记忆VAR模型中的回归残差作为非预期收益率。另外,为了分析沪深股市溢出效应的动态变化过程,本文把1991年5月6日至2006年4月20日间的收益率数据,按上面三个政策实施时间分为4个子样本[17],因此在第II阶段我国的股市收益率仍不具有Granger因果关系。随着涨跌幅限制政策的效果的体现,在一定程度上减少股市投机现象,使股市收益率被人为地限制在一个狭小的范围内波动。另外,由于2000年10月深圳开始实施A股停止IPO政策,使投资者投资选择空间受到挤压,导致在2000～2005的熊市期间投资者不得不重视股市的信息传递,通过对两市的市场信息进行充分分析,谨慎投资而套利。表2中第III子样本区间上沪深股市收益率之间的Wald检验的卡方统计量的值分别为12.80943和6.517392,它们在5%的显著性水平下均拒绝原假设,即在此期间,沪深股市收益率间存在双向的均值溢出效应。本文认为这主要使由于:深市停发新股政策虽然在一定程度上使得沪市在上市公司数量、交易额等方面大幅领先于深市,但由于上市公司质量不高以及投资者的持续的熊市心理预期作用,使得沪市虽然在信息先导作用上有所增强,但这政策并没能使沪市对深市的信息先导作用得到绝对的提高,也不可能使沪市大盘收益率独立于深市而大幅提高。然而,由表2可知,2005年5月实施的沪深股市IPO申请暂停政策并没有改变沪深股市收益率间的均值溢出效应的存在性和方向性。这可能与IPO申请暂停与IPO真正停止的时间差有关,在IPO暂停申请之前已获得批准的拟上市股票仍继续按时发行,从而使沪深股市大盘指数保持着原来的惯性,继续维持先前的收益率均值溢出效应。
总之,我国股市实施的一些重大政策对沪深股市收益率间的均值溢出效应是有影响的,不同政策对沪深股市收益率间的均值溢出效应的影响程度也不同。而且,在1996年之后,原假设“r1t不是r2t的Granger原因”的卡方统计量的值均大于原假设“r2t不是r1t的Granger原因”的卡方统计量的值,这表明上海股市收益率对深圳股市收益率的均值溢出的传导作用要强于深圳股市收益率对上海股市收益率的影响。这反映了我国股市自1996年实施涨跌幅限制政策后“沪强深弱”的现象。
2.2 动态波动溢出效应分析
对不同样本区间上的收益率序列,根据收益率序列间均值溢出效应的存在性,分别建立不同阶的VAR模型,第I、II、III和IV子样本区间的收益率条件均值模型分别为长记忆VAR(0)、VAR(0)、VAR(1)和VAR(0)模型,对它们的残差序列(即非预期收益率序列)建立BEKK-MVGARCH(1,1)模型和对角BEKK-MVGARCH(1,1)模型,LR统计量对沪深股市的波动溢出效应进行检验,结果见表3。
注: 数字右上角的符号“u”表示此时的模型估计在最小化似然函数时所使用的拟牛顿法在线 性搜索时未能找到极值点,此时表中给出的对数似然函数值为线性搜索所能达到的对数 似然函数相对最小值;* **表示在1%的显著性水平下对应统计量的值显著。
由表3可知,在1%显著性水平下,沪深股市非预期收益率所对应的波动率序列的LR统计量在第II、III和IV子样本区间上均可拒绝原假设,而在第I个子区间上不能拒绝原假设,表明沪深股市波动序列在此三个子样本区间上均存在波动溢出效应,但在第一个子区间上不存在波动溢出效应。
表3的检验结果仅能证明沪深股市波动溢出效应的存在,而不能给出波动溢出效应的传导方向,因此,下面利用基于BEKK模型的假设检验和VAR模型的Granger因果检验分别对这四个子样本区间上的沪深股市非预期收益率所对应的波动率序列进行检验,以探究沪深股市非预期收益率序列Engle和Sheppard(2001)的DCC检验方法,检验沪深股市波动的相关性是常相关还是动态相关。零假设和备选假设分别为
令
在常相关的零假设条件下,所有滞后项的系数γi(i=1,2,…,p)应该均为0。因此,具体检验统计量可构造为
这里,
对1991年5月6日至2006年4月20日的整个样本区间上的沪深股市收益率进行滞后1阶的DCC检验,得到零假设H0成立的检验统计量SQDCC的χ2值为2.7534,其对应的P值为0.2524,即沪深股市收益率的相关系数仅有约25%的概率稳定不变。
基于DCC(1,1)-MVGARCH(1,1)模型,得到的沪深股市收益率的动态异方差关系式为
由式(9)可知,α+β<1符合约束条件;
3.2 动态相关系数图
由于股市收益率方差的时变性, 基于DCC(1,1)-MVGARCH(1,1)模型得到沪深股市的动态相关系数图如图1所示。
由图1可知,沪深股市收益率之间并不支持不变正相关的结论, 它们之间绝大多数情况下存在正相关, 但在股市刚开始的两年间(1991～1992年底)沪深股市的收益率间存在负相关, 沪深股市收益率动态相关系数最小值为-0.30852,均值为0.74997,最大值为0.98804,标准差为0.29084,表明相关系数的波动性较大,中位数为0.89178表示相关系数聚集于0.89178附近。在1996年之前,沪深股市收益率的动态相关系数在振荡中呈稳步增加趋势,在1994年底到1995年初有一个下移的极值跳跃点,1996年到1997年间有一年左右的相关系数下降的振荡期,1997年下半年之后,动态相关系数相对较平稳,集中在0.8～0.9,表现出较强的动态持续性,这验证了式(9)的结论。
沪深股市收益率的动态相关系数趋势图说明,总体而言,我国股市存在较明显的正向相关性,且它们的相关程度正逐步提高。我国股市设立之初的几年中,沪深股市相对独立,不过这种独立性正随着股市发展变得越来越弱。这是因为:一般而言,每个市场都更多地吸纳本地股,即上海及其周围公司倾向于在沪市上市,深圳及其周围公司倾向于在深市上市,从而使得两市上市公司具有不同的地域特征,不同地域的经济形势分别影响了沪深两市各自的收益率波动;而随着我国股市以及信息技术的发展,越来越多的其他地区公司在两个市场同时上市,尤其是1997～2000年沪深轮流上市的不成文规定,使得这种地域特征越来越明显,表现在相关系数上,即是后期相关系数较前期相关系数大,而且更为稳定。
4 结论
由上述实证分析,本文可得到以下结论:
①在2000年之前,我国沪深股市收益率(非预期收益率)不具有均值溢出效应。但2000年以后我国沪深股市收益率的均值溢出效应和波动溢出效应均比较显著,而且表现为双向的传导关系,表明我国股市间的相互影响逐渐增强。
②在整个1991～2006年样本区间上,我国沪深股市收益率间表现出一定的动态相关性,总体表现为正相关,仅在股市发展初期出现过负相关。在股市发展初期,沪深股市独立性较强,表现出区域化特征,但随着我国股市的发展以及信息技术手段的进步,沪深股市的相关性逐步提高,近年来稳定在0.8～0.9。
③我国股市的均值溢出效应、波动溢出效应和相关性均表现出一定程度的动态变化过程,主要是我国股市不同的重大政策对各种效应或相关性的影响程度是不同的。1996年12月16日实施的股市涨跌幅限制政策和2000年10月实施的深市A股停止IPO政策对沪深股市收益率间的均值溢出效应和波动溢出效应均具有增强作用,而2005年的股市停止IPO申请政策虽对沪深股市收益率的波动溢出效应具有增强作用,但对均值溢出效应却具有抑止作用。1996年之后我国沪深股市之间具有明显的“沪强深弱”现象。
④长记忆特征对沪深股市收益率间的均值溢出效益的影响不大,但对波动溢出效应却可能产生重要的影响。另外,沪深股市长记忆特征的存在表明我国股市仅仅是弱有效市场。
本文结论表明:通过一系列重大股市宏观调控政策的实施,我国沪深股市的一体化趋势正逐步增强,证券投资者可利用沪深两个市场的证券进行有效跨市场资产组合配置,以达到减少投资风险的目的;由于我国股市政策对资本市场具有显著的影响,因此,在目前沪深股市存在双向均值和波动溢出效应的情况下,要使我国资本市场成为真正的有效市场,充分利用市场间的信息传递机制,减少政策干预,应是一种理性选择;金融调控政策的制定要具有前瞻性和统筹性,因为任何针对个别特定市场的政策均可能由于市场间的信息传递机制而影响另一资本市场。