新能源汽车试验学（第2版）课件：信号的调理与传输

新能源汽车试验学（第2版）信号的调理与传输信号的调制与解调信号的滤波信号的传输信号的干扰抑制

信号的调理与传输测试过程是将经传感器感知并转换的被测量送到处理或显示设备，对其进行分析处理并输出测试结果。传感器输出的信号有些无法直接显示出来；有些信号过于微弱，不易采集和处理；有些信号本身伴随着干扰信息。传感器直接输出的信号需要经过一定的变换处理，包括将非电压信号转换为电压信号、将微弱的电压信号放大、抑制信号中的干扰，这样才能将其不失真地实时记录并存储下来，供观察研究和后续的数据处理，这个过程称为信号的调理。

信号的调理与传输一、信号的调制与解调1.低频信号的放大当被测信号是某种静态或低频信号时，通常会先将低频信号转变为高频信号，再对信号进行高频放大，最后将信号还原为低频。其中，将低频信号转变为高频的过程称为调制；而将高频信号转变为低频的过程称为解调。低频信号的放大处理方式

信号的调理与传输2.调制的特点与原理调制过程不仅要改变信号的频率，还要确保信号的原始信息不能丢失。一般称原始低频信号为调制信号，载送低频信号的高频振荡波为载波，经调制后得到的高频信号为已调波。调制的过程，就是用载波来搭载调制信号的原始信息，或者说是利用调制信号控制载波，将载波转变成已调波的过程。已调波保留了载波的部分特征，同时包含调制信号的信息。

信号的调理与传输2.调制的特点与原理如果调制信号控制的是载波的幅值，这个调制过程就称为幅值调制，简称调幅（AM）；如果控制的是载波的频率和相位，则分别称为频率调制和相位调制，简称调频（FM）和调相（PM）。如图所示，载波是一个纯净的高频等幅振荡。调幅的过程，就是用调制信号的幅值去控制载波的幅值，得到的已调波就称为调幅波，调制信号强的地方对应的调幅波幅值就大；调频的过程，则是用调制信号的幅值去控制载波的频率，调制信号强的地方，对应的调频波频率就高。调幅和调频的基本原理

信号的调理与传输二、信号的滤波在测试过程中，不可避免地会混入一些干扰信号，在处理试验数据之前，需将干扰信号从测试信号中分离出来，或对频率进行筛选，这种信号的分离与筛选称为滤波。测试信号的滤波可以通过电路和数值计算两种不同的方法来实现，分别称为模拟滤波和数字滤波。

信号的调理与传输1.模拟滤波滤波器是处理滤波的专门设备，可以根据信号的频率高低对信号作取舍，将不需要的频率成分大幅衰减。根据其选频方式的不同，可分为低通、高通、带通和带阻四类。用幅频特性A(f)来评价滤波器的工作特性：幅频特性反映输出信号与输入信号的幅值比，A(f)值越大、越接近1，说明信号通过越容易；反之，A(f)值越小，说明滤波器对输入信号衰减得越严重、“阻”得越厉害。下图中,f2称为上截止频率，f1称为下截止频率。滤波器的幅频特性

信号的调理与传输2.数字滤波模拟滤波器只能处理模拟信号，且存在特性误差较大和性能不稳定的缺点。数字滤波是对传感器采集的离散信号进行运算处理，以消除噪声、保留目标频段信号的技术，其核心是通过算法对数字信号进行加权、求和等运算，实现对信号频谱的调整。数字滤波的理论基础是Z变换和离散傅里叶变换。由于数字滤波技术具有灵活、性能稳定、精度可控，且可用计算机编程来实现，因此比模拟滤波应用的更加广泛，在雷达、通信、语音处理、图像传输及工程测试领域正发挥十分重要的作用。两类：无限长脉冲响应（IIR）滤波器和有限长脉冲响应（FIR）滤波器IIR滤波器通过反馈结构实现，具有较低的计算复杂度，但可能引入相位失真，适用于实时性要求高但对相位敏感度较低的场景，如电机转速信号的初步滤波。FIR滤波器无反馈结构，具有严格的线性相位特性，能保持信号波形的时间一致性，适用于需要高保真度的场合，如电池电压、电流等关键信号的处理。

信号的调理与传输三、信号的传输1.信号的传输（1）导线传输优点：抗外界干扰能力强。缺点：当有线传输介质较长时，分布在介质上的电阻、电容和电感会引入额外的负载，导致负载效应。在汽车试验中应尽量缩短导线的长度。若必须长距离导线传输，则需通过相应的测试系统设计或电路配置来减小干扰。导线传输方式有双绞线传输、同轴电缆传输和光纤传输等多种。测试系统由多个装置组成，这些装置之间有信号的输入和输出，也就是信号的传输。信号传输包括接触传输和非接触（无线）传输。接触传输又包括导线传输和集流环传输。

信号的调理与传输（2）集流环在一些试验中，传感元件随试件旋转，而信号处理设备需固定布置。此时就需要集流环实现旋转试件和固定设备之间的信号传输。例如，测量转轴上的载荷时，应变片粘贴在转轴上组成电桥，随轴一同旋转，需通过集流环向固定放置的应变仪输出信号。集流环分为接触式和非接触式两类，其中滑环式应用最为广泛。滑环式集流环经常与应变片配合使用，使用时需注意接触电阻变化对信号的影响。（3）无线传输优点：没有传输介质带来的负载效应问题，部署灵活。缺点：信号易受电磁干扰和环境障碍影响，需通过技术手段提升抗干扰能力。主要类型有无线模块传输、无线网桥传输、无线局域网传输和GPRS传输等。

信号的调理与传输四、信号的干扰抑制在新能源汽车试验中易受多种干扰源影响，这些干扰会降低信号质量，甚至引发误判或系统故障。因此，合理的干扰抑制措施是确保试验数据可靠性的关键，为确保测试系统的可靠运行，必须采用干扰抑制技术。1.屏蔽技术屏蔽技术是利用金属材料对电磁波的吸收和反射能力来实现干扰抑制。可分为三类：（1）静电屏蔽：采用低电阻材料（如铜、铝或镀银铜板）制成屏蔽盒或套，通过接地形成闭合回路，将电场干扰导入大地。（2）电磁屏蔽：针对高频电磁场干扰，利用导电材料（如铜、铝）在高频电磁场作用下产生的涡流效应。涡流产生的反向磁场可抵消原干扰场，实现屏蔽。典型应用例如同轴电缆的外层导体设计。（3）磁屏蔽：主要用于抑制低频磁场。通过高导磁材料（如坡莫合金）构建磁路，将磁通限制在屏蔽层内部，减少对敏感电路的耦合。例如电机外壳的铁质材料可有效隔绝其产生的低频磁场。

信号的调理与传输2.接地技术接地是抑制干扰的基础，通过提供公共参考电位降低噪声耦合。需根据功能需求选择以下接地方式：（1）安全接地：设备外壳、机架等必须与大地连接，防止漏电或静电积累，保障人员与设备安全。（2）信号接地：为模拟、数字电路提供低阻抗参考点，避免因共用阻抗导致的干扰。（3）屏蔽层接地：屏蔽层需就近接地，以降低接地线阻抗，确保屏蔽效能。需注意若接地电阻过大，屏蔽层可能成为新的干扰源。

信号的调理与传输3.隔离技术通过切断干扰信号的耦合路径，可有效抑制共模干扰、接地回路干扰、电磁干扰等。常用方法有：（1）光电隔离：也称光耦隔离，即利用光耦合器将信号转换为光信号传输，完全切断电气连接。例如，在数字电路与传感器接口间使用光耦隔离，可有效抑制共