AC和DC同为速度到底有什么区别呢？

1、AC和DC定义

在信号测试设置中，输入模式或耦合方式可以选择电压DC，电压AC或其他方式，如ICP等。如LMS Test.Lab软件中的设置如下图所示，您需要为传感器选择合适的耦合方式。

AC和DC是交流和直流耦合的简称，在选择输入模式时，可能选择不同的耦合方式会影响到数据中的频率成分。

大多数信号都有AC成分和DC成分，DC成分是0Hz的部分，对应时域信号中的直流分量（或称为直流偏置），AC成分是信号中的交变部分，包含信号中所有的非零频率成分，如下图所示。

如上图所示，交变的AC部分围绕DC偏置波动，有时称这个直流分量DC部分为 基线 ，即信号围绕基线波动。对直流偏置进行FFT分析，得到0Hz的成分。对交变部分进行FFT分析，则得到信号中的非零频率成分。

我们在FFT频谱图中，有时是不是看到0Hz的幅值很大，而非零频率成分却很小。这时，为了更好地查看非零频率成分，有时需要去掉前面几个频率点数据或者显示1或2Hz以上的频率部分。

2、AC和DC耦合

耦合是指两个不同介质中通过物理连接时进行的能量传递，如传感器通过金属导线连接到数据采集仪。

AC耦合只允许信号中的交变部分通过，将移除信号中的直流分量（DC部分），通常使用隔直电容器实现。

AC耦合可有效地阻隔掉信号中的DC部分，使信号的平均值为0。如下图所示的一个应变信号采用AC耦合时，得到的测量值围绕0με波动。

DC耦合同时允许信号中的交变部分（AC）和直流分量（DC）通过。DC成分为0Hz的信号，扮演了偏置的作用，而AC部分则围绕这个直流偏置量进行波动。如下图所示为一个应变测量信号采用DC耦合时，得到的交变部分围绕55με波动。

在这个实验中，同时用两枚应变片测量一根梁的同一位置，但一枚应变片采用DC耦合，另一枚采用AC耦合。得到的测量结果如下图所示，设置成AC耦合的应变片测量值围绕0波动，而设置成DC耦合的应变片测量值围绕55με波动。

3、怎样选择耦合方式

由于选择不同的耦合方式会导致信号的差异，那么，相对而言，该如何选择耦合方式呢？通常而言，需要根据传感器类型来选择。对于监测缓变信号，如热电偶和应变信号，宜用DC耦合。下面是常用的传感器建议的耦合方式。

AC耦合 ：

· ICP型麦克风

· ICP型加速度传感器

· 应变片（当只关心弹性/动态行为时）

· 所有类型的ICP/IEPE型传感器

DC耦合 ：

· 热电偶

· DC型传感器，如941B型速度传感器

· 应变片（关心直流偏置，这部分是静载荷引起的）

· 零频加速度传感器，如PCB 3711BXX系列传感器

AC耦合会移除信号中的直流分量DC部分，但是它只移除0Hz吗？其实不然，下图给出了AC耦合的滤波特征。滤波器的高通截止频率是在信号幅值的0.707倍处，也就是-3dB点。

当然这个截止频率是耦合电路的函数，依赖于您使用的电子元器件。下图中给出的是在0.5Hz耦合，也就是说截止频率为0.5Hz。因此，AC耦合会移除信号中的直流分量，但同时也会衰减额外的低频段，如0-0.5Hz。

4、趋势项

信号测试过程中，即使使用DC耦合，也很难保证直流偏量是平行于0线（幅值为0），有时会出现直流分量随时间变化，忽高忽低或者一直变大。那么，在信号处理中，我们把这个直流分量的变化曲线称为 趋势项 。趋势项也可认为是信号的平均值，如下图所示为一个应变信号，可以看出具有明显的趋势项。

为什么要将趋势项放在这里呢，这是因为趋势项对应的是0Hz或者是极低的频率。在信号的采集过程中，由于电子元器件有热输出，即随温度变化产生的电压输出造成信号漂移，传感器安装不牢靠或传感器频率范围外低频性能的不稳定，以及测试环境的干扰等原因，往往会导致信号偏离基线，出现趋势项。

当信号存在趋势项时，可以通过高通滤波或者专有的去趋势项函数移除趋势项，对上图中的应变信号进行趋势项移除，得到的信号如下图所示，上图为原始信号，下图为移除趋势项后的信号。

5、扭振信号

为了准确地测量与分析扭振，要求测量时准确地测量出转速的波动部分。使用的转速传感器要求测量的每转的脉冲数（PPR）越多越好，这样越能精确地测量到波动的转速。

扭振测量需要考虑两方面的因素：平均转速和在围绕平均转速上波动的转速，如下图所示。红色为平均转速（对应每转1个脉冲），绿色为带有波动的转速（每转多个脉冲）。而扭振分析实际上就是对转速波动部分进行分析。转速信号中红色对应的信号中的DC部分，而波动的转速则对应信号中的AC部分。

因此，当进行扭振测量时，要求转速传感器采用DC耦合方式，因为这样可以把DC部分也测量得到。

最后再回到我们最初的问题：车的行驶速度和车体结构的振动速度是同一个速度吗？我想，到此，您是不是已明白了：实质行驶速度对应是0Hz的速度，也就是DC部分，而车体振动速度是非零频信号，即AC部分。

审核编辑：刘清