摘要：介绍了新型旋转机械扭振监测仪的总体设计方案。该监测仪基于脉冲时序计数的方法，利用大规模可编程器件，结合跟踪滤波和峰值检测技术进行设计，并通过pc机并口完成数据通信。此方案与采用a/d数据采集卡的监测方式相比，性价比和精度均较高。　　关键词：扭振监测 脉冲时序计数 可编程器件 跟踪滤波 峰值监测1 总体设计　　监测仪总体结构如图1中虚线框部分所示。图中的转子轴属机械装置，一端开有键相槽，另一端安装齿盘。计数器、锁存器、管理逻辑、写fifo接口及数据转换接口采用xilinx公司的cpld xc95288实现。　　仪器的输入设计为四通道电涡流传感器信号输入。计数器为24位，外加8位四通道状态信息，形成32位数据线。fifo采用四片idt7206接收32位数据。数据转换接口完成32位数据读入并将其转成8位逐次输出及完成相应控制逻辑。pc机通过并口采用epp模式读入数据，并作相应计算处理。　　前端信号处理应用跟踪滤波和峰值监测技术，可抑制干扰，并能有效地跟踪复杂环境下齿信号的时序。1．1 跟踪滤波　　实际环境中常存在电气干扰等信号，使得传感器输出信号发生畸变及存在毛刺等，从而影响齿信号脉冲到来时刻的计数值。所以对信号作前端处理时，需采用滤波器除掉高频杂波等干扰信号。在传统扭振测量中，对于转速相对稳定的动力设置，常应用中心频率固定的滤波器；而当转速变化范围较大时，如重型车辆传动抽系扭振的监测分析中，就需要滤波器的中心频率能跟踪转速的变化。考虑到干扰信号主要是高频噪声，所以在信号前端处理部分采用低通滤波器，芯片为maxim公司的max297，如图2所示。　　max297是8阶低通椭圆开关电容滤波器，其滚降速度快，从通频带到阻带的过渡带可以做得很窄。其时钟可调拐角频率范围为0.1hz～50khz；时钟与拐角频率比为50：1；可外接时钟或使用内部时钟；可单、双电源工作。此外，max297还有一个独立的运算放大器（反相输入端已接地），用于后置滤波、反混叠滤波等连续时间低通滤波器中。　　齿信号分为两路，一路进入max297，另一路经比较器整形后，输入由cd4046等组成的倍频器进行倍频。考虑到信号波动问题，倍频系数选作60，锁相环分频器部分由xc95288提供。倍频输出提供给max297作为时钟信号。1．2 峰值检测　　理论上齿盘随轴旋转时，传感器输出近似正弦波信号，但实际运行中，因存在齿盘磁化不均及环境介质的影响，使得信号幅值不断变化。当把前端输入的负极性信号整形为脉冲信号时，如果用传统的比较器固定阈值整形的方法，就会造成脉冲沿到来时刻的延迟或提前，如图3所示，这样即使没有扭振发生，也会使得计数值相对基准数据发生变化，从而检出虚假的扭振信号来。　　经试验分析，多数情况下虽振动信号幅值发生变化，但其峰值时刻的位置基本不变，这样如果使得脉冲沿发生在峰值时刻，就能避免其延迟或提前，从而获得正确的脉冲信号。峰值检测部分设计如图4所示。1．3 计数部分主体设计　　xc95288内主体设计部分为一个24位计数器，一个32位×4的锁存器，一个32位×4的数据选择器及触发与管理、接口逻辑等，如图5所示。　　外部四片fifo组成一个32位存储区，各通道计数值分别按触发时序并行写入，不同通道的计数值按通道编码加以区别。当各齿脉冲触发时刻相同时，管理逻辑将按通道顺序号依次查询写入的计数值。本设计中，计数时钟频率为10mhz，同时它也是cpld的工作时钟频率。假设测速齿盘为60齿，转速为50hz，则每个通道触发脉冲为3khz，四个通道之和远小于工作时钟。另外，四个通道的触发与锁存并行工作，因此计数值能有效记录各通道触发脉冲的到来时刻。　　管理逻辑可根据fifo的fof信息判断是否进行写操作。若有脉冲触发而fifo又写满，则fof信息将被保留并编入下一次计数值，作为出错信息标识。 1．4 数据转换接口部分设计　　数据转换接口部分主要完成读四片fifo内的数据并根据并口给出的地址逐次送到8位输出口线上，如图6所示。　　软件通过pc机并口查询fifo的状态信息，当写入数据超过一半容量时，将发指令读入32位fifo数据并锁存，其后将数据转为8×4格式，给出地址逐次读入并口。当管理逻辑检测到fifo的eof（空）信息不一致时，将通过/rst信号复位存储器。 2 性能测试　　对于一个齿轮传动系统，现场测试环境是比较复杂的，由传感器输出的信号发生畸变并有毛刺。将此信号分为两路，一路接入数字示波器通道1，另一路接入仪器前端信号处理部分，进行跟踪滤波和峰值检测后，接入示波器通道2。其波形如图7所示。　　仪器检测的是输入信号波形的负峰值。由图中波形对比可知，前端信号处理部分能够排队干扰，有效地检测出负峰值位置，这也正是对应的齿形位置。　　pc机通过并行接口与仪器连接，底层接口处理部分采用c语言编