汽车试验技术 项目2 试验数据采集与处理.ppt

汽车试验技术汽车试验技术汽车试验技术项目二试验数据采集与处理要获得准确的试验数据，离不开精确的传感器和测试系统。那么什么是传感器呢？传感器是一种检测装置，能感受规定的被测量，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节，有时也可以称为换能器、检测器、探头等。例如，汽车上就布置了形形色色的传感器（见图2.1）。图2.1汽车传感器分布2.3.1模拟信号与数字信号一个完整的测量系统从物理设备角度上讲应包括：被测结构、传感器、导线、信号调理（这个设备也有可能集成在数据采集仪中）、数据采集仪和控制分析软件（见图2.2）。图2.2完整的测试系统被测结构上因受到激励产生的物理量被传感器感知到，从而以模拟量的形式输出给信号调理仪，然后进行抗混叠滤波，滤掉不感兴趣的高频成分，再进行模数转化，最后输出时域数据文件。在模数转化前，数据为模拟信号，经过模数转化后，模拟信号转换成了计算机能处理的数字信号。2.3.1模拟信号与数字信号模拟信号是指在时间和幅值上都是连续变化的信号。表征的物理量是连续变化的，如某个位置的振动加速度、背景噪声、温度等。许多传感器输出的信号都是连续的模拟信号，但是模拟信号不能用于计算机处理。数字信号指时间和幅值的取值都是离散的，用有限个离散的数字来表征连续变化的信号，则称为数字化。通常这些离散的数字用有限位（bit）的二进制数（0和1）来表示，方便计算机处理。2.3.1模拟信号与数字信号如图2.3所示，随时间变化的连续信号为模拟信号，为了方便在计算上处理这个信号，需要将它转化为数字信号，也就是从时间轴上对它进行采样。用图中虚线对模拟信号进行离散，虚线与模拟信号的交点视为离散的采样数据点，这些采样点之间的信息是没有的，因此，采样时会丢失很多信息。图2.3模拟信号与数字信号2.3.1模拟信号与数字信号采集到的信号都是随时间变化的数字信号，如图2.4所示为加速度随时间变化曲线。这个信号横轴为时间（time），也就是说信号的幅值随时间变化，因而，可以说信号是时间的函数，因此，把这个信号称为时域信号。故，时域是指以时间为变量的函数所在的域。图2.4时域信号2.3.2频域信号与时域信号对时域信号进行快速傅里叶变换（FFT），得到的结果是幅值随频（frequency）的变化曲线（见图2.5），也就是以频率为变量的函数，因此，频域是指以频率为变量的函数所在的域。图2.5频域信号2.3.2频域信号与时域信号举个简单的例子，对于对常见的正弦波时域信号（见图2.6中上方曲线），假设它的周期是固定值T，由于周期的倒数是频率，因此它的频率也为固定值f。故，经过FFT变换后，将这个时域信号转变为频域信号，就是近似于在横坐标等于f时的一根垂直的直线，这称为线谱。图2.6正弦波时域信号和频域信号对照2.3.2频域信号与时域信号时间分辨率△t与采样频率对时域信号（见图2.7中曲线）进行采样时，两个采样点（见图2.7中黑点）之间的时间差称为时间间隔或者时间分辨率（△t），用来表征采样快慢的参数称为采样频率，单位为Hz，它表示每秒钟采集多少个样本点（或数据点）。时间分辨率大小等于采样频率的倒数。例如，采样频率为1000Hz，则表示每秒钟采集1000个样本点，采两个样本点的时间间隔为1ms。因此，采样频率越高，时间分辨率越小，采集到的信号越接近真实信号。图2.7时域信号采样的时间分辨率2.3.3试验数据处理常用术语由上面分析可知，采样频率是避免信号失真的重要参数。那么怎么设置采样频率才算合理呢？根据采样定理要求，采样频率至少是关心的最高频率的2倍，假设说关心的最高频率为500Hz，则采样频率至少为1000Hz。这样只是保证信号的频率不失真，但并没有保证信号的幅值不失真，如果按采样定理来设置采样频率，那么，高频信号的幅值肯定会失真，低频信号的幅值可能会也失真。如果关心幅值，采样频率应大于10倍的信号频率才不会引起明显的幅值失真。2.3.3试验数据处理常用术语谱线与频率分辨率△f我们已经明白采集到的时域信号是离散的，两个时域数据点的时间差称为时间分辨率。同理，时域信号经过FFT变换后得到的频域信号（频谱）也是离散的，相邻两条谱线的频率差或频率间隔称为频率分辨率（△f）。FFT计算得到的结果只位于频率分辨率的整数倍处，也就是谱线处，其他地方无结果，如图2.8所示。假设图中的虚线为谱线，各条谱线对应的