溫變環(huán)境下測試信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性分析.pdf

1、信號(hào)的多變、隨機(jī)及模糊特性是制約信號(hào)特征的識(shí)別與分析準(zhǔn)確性的一個(gè)重要方面。目前，針對(duì)信號(hào)特征的分析多集中于后續(xù)的信號(hào)處理方法的研究，而類似車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的測試信號(hào)傳輸過程中受到的多種干擾因素，尤其是不確定的環(huán)境溫度，對(duì)其特征產(chǎn)生的重要影響仍缺乏系統(tǒng)且深入的探討。因而，深入地研究變化的環(huán)境溫度對(duì)測試信號(hào)造成的多變性為獲取測試系統(tǒng)準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)原始特征具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　 在本文中，針對(duì)測試系統(tǒng)中受干擾因素影響的問題，對(duì)環(huán)境

2、溫度不斷變化最終將由外到內(nèi)的影響信號(hào)特征這一重要內(nèi)容進(jìn)行了深入的研究，研究的主要內(nèi)容歸納如下：
　　 (1）推導(dǎo)并建立了信號(hào)傳輸載體-傳輸導(dǎo)線的熱擴(kuò)散方程，對(duì)導(dǎo)線整體進(jìn)行了熱電耦合受熱分析。針對(duì)車輛測試系統(tǒng)中出現(xiàn)的熱傳遞形式，以同軸電纜為主要研究對(duì)象，根據(jù)結(jié)構(gòu)和材料的不同，分別建立了熱傳遞方程。分析了自然對(duì)流、完全熱傳導(dǎo)及有限空間強(qiáng)制對(duì)流情況下的導(dǎo)線受熱情況，并依據(jù)傳遞的電信號(hào)特征，建立了熱電耦合模型。采用有限元方法模擬計(jì)算了各

3、層的熱傳遞特性，結(jié)果表明這種細(xì)化的熱傳遞形式，有助于提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線在完全熱傳導(dǎo)和有限空間強(qiáng)制對(duì)流換熱環(huán)境中，溫度升高迅速，即在短時(shí)間內(nèi)改變了導(dǎo)線的參數(shù)特性，進(jìn)而對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生很大的影響。
　　 (2）提出了一種有效提取導(dǎo)線傳輸參數(shù)特性的方法，并對(duì)其溫變和頻變特性進(jìn)行了分析。以Maxwell’s方程為基礎(chǔ)，將環(huán)境溫度對(duì)導(dǎo)線的影響轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)其特性參數(shù)的影響，推導(dǎo)出了具有溫度參變量的亥姆霍茨(Helmholtz)方程

4、，由此也確定了信號(hào)傳輸中電磁場隨溫度而變化的特性。結(jié)合測試信號(hào)傳輸電路和信號(hào)完整性傳遞的特點(diǎn)，進(jìn)而給出了一種計(jì)算傳輸參數(shù)的分析方法。該方法避免了以往數(shù)值方法復(fù)雜積分的缺點(diǎn)，減少了計(jì)算工作量，得到了經(jīng)典能量法的驗(yàn)證。導(dǎo)線的RLCG參數(shù)在溫度的影響下，發(fā)生了各自不同的變化，最為突出的是電阻R的變化。而考慮信號(hào)頻率時(shí)，頻率越高，參數(shù)的變化量愈明顯。該方法適用于提取多導(dǎo)線耦合時(shí)的自參數(shù)和互參數(shù)。研究表明信號(hào)頻率對(duì)互參數(shù)產(chǎn)生了重要的影響。多導(dǎo)線的

5、互參數(shù)也加劇了導(dǎo)線間信號(hào)的串?dāng)_，參數(shù)的溫變及頻變特性，成為信號(hào)傳輸響應(yīng)改變的重要參數(shù)依據(jù)。
　　 (3）基于信號(hào)傳輸理論，以有限差分、基爾霍夫定律和FDTD方法為基礎(chǔ)，建立了信號(hào)傳輸?shù)臐u變溫模型并分析了信號(hào)響應(yīng)變化規(guī)律。就導(dǎo)線的溫度與時(shí)空的關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，分別給出了兩種漸變溫模型，即溫度和時(shí)間為離散變量的漸變溫模型Ⅰ；以時(shí)間和空間為離散變量的漸變溫模型Ⅱ。研究表明：信號(hào)響應(yīng)與導(dǎo)線溫度直接相關(guān)聯(lián)，隨著導(dǎo)線溫度的升高，傳輸參數(shù)不斷變化，信

6、號(hào)輸出響應(yīng)幅值逐漸衰減。在中低頻范圍內(nèi)，信號(hào)頻率較低時(shí)，信號(hào)衰減量越大。多導(dǎo)線結(jié)構(gòu)傳遞信號(hào)時(shí)存在串?dāng)_現(xiàn)象，輸出信號(hào)難以復(fù)現(xiàn)初始信號(hào)特征。
　　 (4）提出了信號(hào)響應(yīng)在溫度和頻率影響下的靈敏度評(píng)價(jià)分析方法，建立了相應(yīng)的多參變量靈敏度方程。以直接法為基礎(chǔ)，分別以溫度、溫度及頻率、RLCG參數(shù)為參變量，進(jìn)行二次變換得到參變量的列向量，推導(dǎo)出了相應(yīng)的靈敏度計(jì)算表達(dá)式。研究表明，信號(hào)輸出響應(yīng)變化量的絕對(duì)值隨溫度的升高及頻率的降低而增加，信

7、號(hào)響應(yīng)呈衰減趨勢(shì)。研究還表明，電阻R的變化是造成信號(hào)響應(yīng)改變的主要影響因素。
　　 (5）設(shè)計(jì)并加工了試驗(yàn)構(gòu)件，建立了實(shí)現(xiàn)變溫環(huán)境測試的試驗(yàn)平臺(tái)，并完成了相應(yīng)的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，信號(hào)的自功率譜峰值與時(shí)域平均幅值均隨溫度的升高而逐漸降低，變溫的測試環(huán)境已改變了信號(hào)的原始特征。該試驗(yàn)分析也成功地驗(yàn)證了仿真模型結(jié)果的有效性。
　　 綜上所述，在本文中，較系統(tǒng)地研究了測試信號(hào)傳輸過程中，以環(huán)境溫度為主要干擾因素對(duì)信號(hào)響應(yīng)產(chǎn)生的