AC和DC同為速度到底有什么區(qū)別呢？

1、AC和DC定義

在信號(hào)測(cè)試設(shè)置中，輸入模式或耦合方式可以選擇電壓DC，電壓AC或其他方式，如ICP等。如LMS Test.Lab軟件中的設(shè)置如下圖所示，您需要為傳感器選擇合適的耦合方式。

AC和DC是交流和直流耦合的簡稱，在選擇輸入模式時(shí)，可能選擇不同的耦合方式會(huì)影響到數(shù)據(jù)中的頻率成分。

大多數(shù)信號(hào)都有AC成分和DC成分，DC成分是0Hz的部分，對(duì)應(yīng)時(shí)域信號(hào)中的直流分量（或稱為直流偏置），AC成分是信號(hào)中的交變部分，包含信號(hào)中所有的非零頻率成分，如下圖所示。

如上圖所示，交變的AC部分圍繞DC偏置波動(dòng)，有時(shí)稱這個(gè)直流分量DC部分為 基線 ，即信號(hào)圍繞基線波動(dòng)。對(duì)直流偏置進(jìn)行FFT分析，得到0Hz的成分。對(duì)交變部分進(jìn)行FFT分析，則得到信號(hào)中的非零頻率成分。

我們?cè)贔FT頻譜圖中，有時(shí)是不是看到0Hz的幅值很大，而非零頻率成分卻很小。這時(shí)，為了更好地查看非零頻率成分，有時(shí)需要去掉前面幾個(gè)頻率點(diǎn)數(shù)據(jù)或者顯示1或2Hz以上的頻率部分。

2、AC和DC耦合

耦合是指兩個(gè)不同介質(zhì)中通過物理連接時(shí)進(jìn)行的能量傳遞，如傳感器通過金屬導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集儀。

AC耦合只允許信號(hào)中的交變部分通過，將移除信號(hào)中的直流分量（DC部分），通常使用隔直電容器實(shí)現(xiàn)。

AC耦合可有效地阻隔掉信號(hào)中的DC部分，使信號(hào)的平均值為0。如下圖所示的一個(gè)應(yīng)變信號(hào)采用AC耦合時(shí)，得到的測(cè)量值圍繞0με波動(dòng)。

DC耦合同時(shí)允許信號(hào)中的交變部分（AC）和直流分量（DC）通過。DC成分為0Hz的信號(hào)，扮演了偏置的作用，而AC部分則圍繞這個(gè)直流偏置量進(jìn)行波動(dòng)。如下圖所示為一個(gè)應(yīng)變測(cè)量信號(hào)采用DC耦合時(shí)，得到的交變部分圍繞55με波動(dòng)。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)用兩枚應(yīng)變片測(cè)量一根梁的同一位置，但一枚應(yīng)變片采用DC耦合，另一枚采用AC耦合。得到的測(cè)量結(jié)果如下圖所示，設(shè)置成AC耦合的應(yīng)變片測(cè)量值圍繞0波動(dòng)，而設(shè)置成DC耦合的應(yīng)變片測(cè)量值圍繞55με波動(dòng)。

3、怎樣選擇耦合方式

由于選擇不同的耦合方式會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的差異，那么，相對(duì)而言，該如何選擇耦合方式呢？通常而言，需要根據(jù)傳感器類型來選擇。對(duì)于監(jiān)測(cè)緩變信號(hào)，如熱電偶和應(yīng)變信號(hào)，宜用DC耦合。下面是常用的傳感器建議的耦合方式。

AC耦合 ：

· ICP型麥克風(fēng)

· ICP型加速度傳感器

· 應(yīng)變片（當(dāng)只關(guān)心彈性/動(dòng)態(tài)行為時(shí)）

· 所有類型的ICP/IEPE型傳感器

DC耦合 ：

· 熱電偶

· DC型傳感器，如941B型速度傳感器

· 應(yīng)變片（關(guān)心直流偏置，這部分是靜載荷引起的）

· 零頻加速度傳感器，如PCB 3711BXX系列傳感器

AC耦合會(huì)移除信號(hào)中的直流分量DC部分，但是它只移除0Hz嗎？其實(shí)不然，下圖給出了AC耦合的濾波特征。濾波器的高通截止頻率是在信號(hào)幅值的0.707倍處，也就是-3dB點(diǎn)。

當(dāng)然這個(gè)截止頻率是耦合電路的函數(shù)，依賴于您使用的電子元器件。下圖中給出的是在0.5Hz耦合，也就是說截止頻率為0.5Hz。因此，AC耦合會(huì)移除信號(hào)中的直流分量，但同時(shí)也會(huì)衰減額外的低頻段，如0-0.5Hz。

4、趨勢(shì)項(xiàng)

信號(hào)測(cè)試過程中，即使使用DC耦合，也很難保證直流偏量是平行于0線（幅值為0），有時(shí)會(huì)出現(xiàn)直流分量隨時(shí)間變化，忽高忽低或者一直變大。那么，在信號(hào)處理中，我們把這個(gè)直流分量的變化曲線稱為 趨勢(shì)項(xiàng) 。趨勢(shì)項(xiàng)也可認(rèn)為是信號(hào)的平均值，如下圖所示為一個(gè)應(yīng)變信號(hào)，可以看出具有明顯的趨勢(shì)項(xiàng)。

為什么要將趨勢(shì)項(xiàng)放在這里呢，這是因?yàn)橼厔?shì)項(xiàng)對(duì)應(yīng)的是0Hz或者是極低的頻率。在信號(hào)的采集過程中，由于電子元器件有熱輸出，即隨溫度變化產(chǎn)生的電壓輸出造成信號(hào)漂移，傳感器安裝不牢靠或傳感器頻率范圍外低頻性能的不穩(wěn)定，以及測(cè)試環(huán)境的干擾等原因，往往會(huì)導(dǎo)致信號(hào)偏離基線，出現(xiàn)趨勢(shì)項(xiàng)。

當(dāng)信號(hào)存在趨勢(shì)項(xiàng)時(shí)，可以通過高通濾波或者專有的去趨勢(shì)項(xiàng)函數(shù)移除趨勢(shì)項(xiàng)，對(duì)上圖中的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行趨勢(shì)項(xiàng)移除，得到的信號(hào)如下圖所示，上圖為原始信號(hào)，下圖為移除趨勢(shì)項(xiàng)后的信號(hào)。

5、扭振信號(hào)

為了準(zhǔn)確地測(cè)量與分析扭振，要求測(cè)量時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量出轉(zhuǎn)速的波動(dòng)部分。使用的轉(zhuǎn)速傳感器要求測(cè)量的每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（PPR）越多越好，這樣越能精確地測(cè)量到波動(dòng)的轉(zhuǎn)速。

扭振測(cè)量需要考慮兩方面的因素：平均轉(zhuǎn)速和在圍繞平均轉(zhuǎn)速上波動(dòng)的轉(zhuǎn)速，如下圖所示。紅色為平均轉(zhuǎn)速（對(duì)應(yīng)每轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖），綠色為帶有波動(dòng)的轉(zhuǎn)速（每轉(zhuǎn)多個(gè)脈沖）。而扭振分析實(shí)際上就是對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)部分進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)速信號(hào)中紅色對(duì)應(yīng)的信號(hào)中的DC部分，而波動(dòng)的轉(zhuǎn)速則對(duì)應(yīng)信號(hào)中的AC部分。

因此，當(dāng)進(jìn)行扭振測(cè)量時(shí)，要求轉(zhuǎn)速傳感器采用DC耦合方式，因?yàn)檫@樣可以把DC部分也測(cè)量得到。

最后再回到我們最初的問題：車的行駛速度和車體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)速度是同一個(gè)速度嗎？我想，到此，您是不是已明白了：實(shí)質(zhì)行駛速度對(duì)應(yīng)是0Hz的速度，也就是DC部分，而車體振動(dòng)速度是非零頻信號(hào)，即AC部分。

審核編輯：劉清