1、AC和DC定義

在信號測試設置中，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，可能選擇不同的耦合方式會影響到數據中的頻率成分。

大多數信號都有AC成分和DC成分，DC成分是0Hz的部分，對應時域信號中的直流分量（或稱為直流偏置），AC成分是信號中的交變部分，包含信號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，有時稱這個直流分量DC部分為 基線 ，即信號圍繞基線波動。對直流偏置進行FFT分析，得到0Hz的成分。對交變部分進行FFT分析，則得到信號中的非零頻率成分。

我們在FFT頻譜圖中，有時是不是看到0Hz的幅值很大，而非零頻率成分卻很小。這時，為了更好地查看非零頻率成分，有時需要去掉前面幾個頻率點數據或者顯示1或2Hz以上的頻率部分。

2、AC和DC耦合

耦合是指兩個不同介質中通過物理連接時進行的能量傳遞，如傳感器通過金屬導線連接到數據采集儀。

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

AC耦合可有效地阻隔掉信號中的DC部分，使信號的平均值為0。如下圖所示的一個應變信號采用AC耦合時，得到的測量值圍繞0με波動。

DC耦合同時允許信號中的交變部分（AC）和直流分量（DC）通過。DC成分為0Hz的信號，扮演了偏置的作用，而AC部分則圍繞這個直流偏置量進行波動。如下圖所示為一個應變測量信號采用DC耦合時，得到的交變部分圍繞55με波動。

在這個實驗中，同時用兩枚應變片測量一根梁的同一位置，但一枚應變片采用DC耦合，另一枚采用AC耦合。得到的測量結果如下圖所示，設置成AC耦合的應變片測量值圍繞0波動，而設置成DC耦合的應變片測量值圍繞55με波動。

3、怎樣選擇耦合方式

由于選擇不同的耦合方式會導致信號的差異，那么，相對而言，該如何選擇耦合方式呢？通常而言，需要根據傳感器類型來選擇。對于監測緩變信號，如熱電偶和應變信號，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

· ICP型加速度傳感器

· 應變片（當只關心彈性/動態行為時）

· 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

· 應變片（關心直流偏置，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耦合會移除信號中的直流分量DC部分，但是它只移除0Hz嗎？其實不然，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幅值的0.707倍處，也就是-3dB點。

當然這個截止頻率是耦合電路的函數，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耦合會移除信號中的直流分量，但同時也會衰減額外的低頻段，如0-0.5Hz。

4、趨勢項

信號測試過程中，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），有時會出現直流分量隨時間變化，忽高忽低或者一直變大。那么，在信號處理中，我們把這個直流分量的變化曲線稱為 趨勢項 。趨勢項也可認為是信號的平均值，如下圖所示為一個應變信號，可以看出具有明顯的趨勢項。

為什么要將趨勢項放在這里呢，這是因為趨勢項對應的是0Hz或者是極低的頻率。在信號的采集過程中，由于電子元器件有熱輸出，即隨溫度變化產生的電壓輸出造成信號漂移，傳感器安裝不牢靠或傳感器頻率范圍外低頻性能的不穩定，以及測試環境的干擾等原因，往往會導致信號偏離基線，出現趨勢項。

當信號存在趨勢項時，可以通過高通濾波或者專有的去趨勢項函數移除趨勢項，對上圖中的應變信號進行趨勢項移除，得到的信號如下圖所示，上圖為原始信號，下圖為移除趨勢項后的信號。

5、扭振信號

為了準確地測量與分析扭振，要求測量時準確地測量出轉速的波動部分。使用的轉速傳感器要求測量的每轉的脈沖數（PPR）越多越好，這樣越能精確地測量到波動的轉速。

扭振測量需要考慮兩方面的因素：平均轉速和在圍繞平均轉速上波動的轉速，如下圖所示。紅色為平均轉速（對應每轉1個脈沖），綠色為帶有波動的轉速（每轉多個脈沖）。而扭振分析實際上就是對轉速波動部分進行分析。轉速信號中紅色對應的信號中的DC部分，而波動的轉速則對應信號中的AC部分。

因此，當進行扭振測量時，要求轉速傳感器采用DC耦合方式，因為這樣可以把DC部分也測量得到。

最后再回到我們最初的問題：車的行駛速度和車體結構的振動速度是同一個速度嗎？我想，到此，您是不是已明白了：實質行駛速度對應是0Hz的速度，也就是DC部分，而車體振動速度是非零頻信號，即AC部分。

審核編輯：劉清