信号的分离与滤波：抑制噪声、选取有用信号

在传感器获得的测量信号中，往往包含有许多与被测量无关的信号，这时可用信号分离电路抑制噪声，取出有用的信号。此信号中含有三种成分：代表零件表面微观几何形状误差的表面粗糙度信号、代表零件表面周期性几何形状误差的表面波度信号和电气噪声干扰信号。

为了求得代表零件表面的粗糙度信号，需用信号分离电路进行信号分离，如图4-3所示。由传感器经放大器输出的信号U1包含表面粗糙信号、波度信号与电气噪声。经低通滤波器滤去高频成分，即电气噪声与干扰后，得到的U2中含有表面粗糙度与波度信号，再用高通滤波器把频率很低的表面波度信号滤除，最后输出的U3便是代表被测件表面粗糙度的电信号。信号分离电路主要是为了抑制无用信号，而提取有用信号的电路，在电子电路中应用十分普遍。

图4-3　信号分离电路示意图

（一）噪声与干扰

从广义上讲，噪声是干扰有用信号的某种不希望的扰动。干扰和噪声本质上没有区别。通常，把外部来的称为干扰，而把内部产生的称为噪声。噪声又可分为白噪声和色噪声两种。白噪声指波形是随机的噪声，幅值、频率和相位都是随机的，瞬时值无法预测，但从统计观点看，每赫兹带宽内包含的噪声功率是一个常数。色噪声是指噪声的频率是固定可以预测的，而幅值和相位有可能是随机的。

在信号的采集过程中，降低模拟信号的噪声与干扰，提高采集信号的真实性是整个系统准确性的关键。处理外部干扰常见的方法是采取隔离措施来抑制干扰，提高系统的可靠性，这是比较理想的解决措施。另外，可以通过在信号输入前端加有源滤波电路，能够有效地滤除额外频率信号的干扰。

处理常见的内部噪声的方法有：根据不同工作频率合理选择噪声低的半导体元器件；根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路等。(www.xing528.com)

（二）滤波与滤波器

在对信号进行提取、分析和处理过程中，信号中经常伴有噪声。滤波就是根据有用信号和噪声之间的不同特征，消除或削弱干扰噪声，从而提取有用信号的过程。实现滤波功能的系统称为滤波器。

对不同频率的信号，滤波器有3种不同的选择作用：①在通带内使信号受到很小的衰减而通过；②在带阻内使信号受到很大的衰减而抑制；③在通带与带阻之间的一段过渡带内，使信号受到不同程度的衰减。

为了实现对不同频率信号的选择，可将滤波器的3种频带在全频带中分布在不同位置，形成4种不同类型的滤波器，即低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。

按照所处理信号的形式不同，滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器。两者虽然在功能特性方面有许多相似之处，但在结构组成方面又有很大的差别。模拟滤波器处理的对象是连续的模拟信号，数字滤波器处理的信号为离散的数字信号。

除此之外，根据滤波器中采用的元器件类型可分为LC无源滤波器、RC无源滤波器、RC有源滤波器、特殊元件构成的滤波器等。根据滤波器的输入、输出的微分方程的阶数可分为一阶、二阶和高阶滤波器。