基于多滤波方式的实时圆度测量系统的研究与应用

    圆度仪是一种测量工件圆度误差的测量工具，圆度误差的精密测量在实际生产中是一项十分重要而繁琐的任务。在圆度测量中，不可避免地会产生各类噪声（如表面粗糙度信号、振动等），为了防止干扰和充分利用有用信号，滤波是十分重要的环节，往往对数据的精确与否起着决定作用。

    滤波是信号处理的重要方法，它可以将干扰信号进行滤除或抑制到最小程度，同时对那些需要的信号成分，则给予分离和保留。根据处理的信号是模拟的还是数字的，滤波器可以分为模拟滤波器和数字滤波器。模拟滤波器要用硬件电路来实现，也就是由模拟电子元件（如电感、电容等）组成的电路来完成滤波的功能。而数字滤波器将输入信号序列通过一定的运算后变换为输出信号序列，从而完成滤波功能。

    1系统工作原理

    旁测式电感传感器利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化，根据输出电压的变化，即可得知位移量。采用该传感器与精密电阻组成测量电桥，当工件误差使传感器产生微小位移时，电桥平衡被改变，从而输出含有被检测工件误差信息的正弦波。由于输出电压是交流量，只能反映位移的大小而不能反映位移的极性，而且交流电压输出存在一定的零点残余电压。为此，传感器的后接电路需要采用既能反映传感器位移方向又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。见图1，当有输入信号时传感器移，动，其输出电压经分档、交流放大、相敏波、滤波后得到直流输出。该输出又经过直流放大、A/D转换后送至MCU（MSP430F149），再由MCU通过USB传输给上位PCPC机对得到的数据进行后续消除异常、滤波、标定、评定等，得到需要的结果，并进行图形显示、打印或储存。

    2模拟滤波电路

    2.1放大滤波电路

    该部分电路以TL074运放为核心。 TL074具有高阻抗J-FET输入、4运放、低噪声（En=15 nV/Hz）、极低功耗（200 μA）、宽共模差分电压范围、输出电流保护、高输入阻抗、内部频率补偿、低失真率（0.01%）等特点,可以充分满足系统精度的要求。感器输出的调制信号经一级放大、二级带通滤波、三级放大完成交流信号的放大，如图2所示，此滤波电路不仅可以使传感器输出的信号得到充分放大，还可以滤除高频和低频干扰信号，带通滤波的通带频率与传感器调制信号频率相等可使干扰信号得到最大的抑制。

    2.2 信号的解调、滤波与整流

    调制的信号在经过放大滤波电路后还要进行还原。该电路采用全波相敏解调器LZX1C为主，实现调制信号的解调，它是以晶体管作为开关元件的集成芯片，具有解调和相位鉴别等功能。 LM747运放模块实现解调后信号的滤波、整流等，该电路具有所元器件少、判别信号、选频、信号还原性好等优点，解调电路原理图如图3所示，其中U1F为原载波输入信号U1E为经过调制放大后的输入信号，经LZX1C检波后完成信号还原功能。