摘要：介紹了新型旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振監(jiān)測(cè)儀的總體設(shè)計(jì)方案。該監(jiān)測(cè)儀基于脈沖時(shí)序計(jì)數(shù)的方法，利用大規(guī)�？删幊唐骷Y(jié)合跟蹤濾波和峰值檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)pc機(jī)并口完成數(shù)據(jù)通信。此方案與采用a/d數(shù)據(jù)采集卡的監(jiān)測(cè)方式相比，性價(jià)比和精度均較高�！　￡P(guān)鍵詞：扭振監(jiān)測(cè) 脈沖時(shí)序計(jì)數(shù) 可編程器件 跟蹤濾波 峰值監(jiān)測(cè)1 總體設(shè)計(jì)　　監(jiān)測(cè)儀總體結(jié)構(gòu)如圖1中虛線框部分所示。圖中的轉(zhuǎn)子軸屬機(jī)械裝置，一端開有鍵相槽，另一端安裝齒盤。計(jì)數(shù)器、鎖存器、管理邏輯、寫fifo接口及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口采用xilinx公司的cpld xc95288實(shí)現(xiàn)。　　儀器的輸入設(shè)計(jì)為四通道電渦流傳感器信號(hào)輸入。計(jì)數(shù)器為24位，外加8位四通道狀態(tài)信息，形成32位數(shù)據(jù)線。fifo采用四片idt7206接收32位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口完成32位數(shù)據(jù)讀入并將其轉(zhuǎn)成8位逐次輸出及完成相應(yīng)控制邏輯。pc機(jī)通過(guò)并口采用epp模式讀入數(shù)據(jù)，并作相應(yīng)計(jì)算處理�！　∏岸诵盘�(hào)處理應(yīng)用跟蹤濾波和峰值監(jiān)測(cè)技術(shù)，可抑制干擾，并能有效地跟蹤復(fù)雜環(huán)境下齒信號(hào)的時(shí)序。1．1 跟蹤濾波　　實(shí)際環(huán)境中常存在電氣干擾等信號(hào)，使得傳感器輸出信號(hào)發(fā)生畸變及存在毛刺等，從而影響齒信號(hào)脈沖到來(lái)時(shí)刻的計(jì)數(shù)值。所以對(duì)信號(hào)作前端處理時(shí)，需采用濾波器除掉高頻雜波等干擾信號(hào)。在傳統(tǒng)扭振測(cè)量中，對(duì)于轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)力設(shè)置，常應(yīng)用中心頻率固定的濾波器；而當(dāng)轉(zhuǎn)速變化范圍較大時(shí)，如重型車輛傳動(dòng)抽系扭振的監(jiān)測(cè)分析中，就需要濾波器的中心頻率能跟蹤轉(zhuǎn)速的變化�？紤]到干擾信號(hào)主要是高頻噪聲，所以在信號(hào)前端處理部分采用低通濾波器，芯片為maxim公司的max297，如圖2所示�！　ax297是8階低通橢圓開關(guān)電容濾波器，其滾降速度快，從通頻帶到阻帶的過(guò)渡帶可以做得很窄。其時(shí)鐘可調(diào)拐角頻率范圍為0.1hz～50khz；時(shí)鐘與拐角頻率比為50：1；可外接時(shí)鐘或使用內(nèi)部時(shí)鐘；可單、雙電源工作。此外，max297還有一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器（反相輸入端已接地），用于后置濾波、反混疊濾波等連續(xù)時(shí)間低通濾波器中�！　↓X信號(hào)分為兩路，一路進(jìn)入max297，另一路經(jīng)比較器整形后，輸入由cd4046等組成的倍頻器進(jìn)行倍頻�？紤]到信號(hào)波動(dòng)問(wèn)題，倍頻系數(shù)選作60，鎖相環(huán)分頻器部分由xc95288提供。倍頻輸出提供給max297作為時(shí)鐘信號(hào)。1．2 峰值檢測(cè)　　理論上齒盤隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器輸出近似正弦波信號(hào)，但實(shí)際運(yùn)行中，因存在齒盤磁化不均及環(huán)境介質(zhì)的影響，使得信號(hào)幅值不斷變化。當(dāng)把前端輸入的負(fù)極性信號(hào)整形為脈沖信號(hào)時(shí)，如果用傳統(tǒng)的比較器固定閾值整形的方法，就會(huì)造成脈沖沿到來(lái)時(shí)刻的延遲或提前，如圖3所示，這樣即使沒(méi)有扭振發(fā)生，也會(huì)使得計(jì)數(shù)值相對(duì)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，從而檢出虛假的扭振信號(hào)來(lái)�！　〗�(jīng)試驗(yàn)分析，多數(shù)情況下雖振動(dòng)信號(hào)幅值發(fā)生變化，但其峰值時(shí)刻的位置基本不變，這樣如果使得脈沖沿發(fā)生在峰值時(shí)刻，就能避免其延遲或提前，從而獲得正確的脈沖信號(hào)。峰值檢測(cè)部分設(shè)計(jì)如圖4所示。1．3 計(jì)數(shù)部分主體設(shè)計(jì)　　xc95288內(nèi)主體設(shè)計(jì)部分為一個(gè)24位計(jì)數(shù)器，一個(gè)32位×4的鎖存器，一個(gè)32位×4的數(shù)據(jù)選擇器及觸發(fā)與管理、接口邏輯等，如圖5所示�！　⊥獠克钠琭ifo組成一個(gè)32位存儲(chǔ)區(qū)，各通道計(jì)數(shù)值分別按觸發(fā)時(shí)序并行寫入，不同通道的計(jì)數(shù)值按通道編碼加以區(qū)別。當(dāng)各齒脈沖觸發(fā)時(shí)刻相同時(shí)，管理邏輯將按通道順序號(hào)依次查詢寫入的計(jì)數(shù)值。本設(shè)計(jì)中，計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率為10mhz，同時(shí)它也是cpld的工作時(shí)鐘頻率。假設(shè)測(cè)速齒盤為60齒，轉(zhuǎn)速為50hz，則每個(gè)通道觸發(fā)脈沖為3khz，四個(gè)通道之和遠(yuǎn)小于工作時(shí)鐘。另外，四個(gè)通道的觸發(fā)與鎖存并行工作，因此計(jì)數(shù)值能有效記錄各通道觸發(fā)脈沖的到來(lái)時(shí)刻�！　」芾磉壿嬁筛鶕�(jù)fifo的fof信息判斷是否進(jìn)行寫操作。若有脈沖觸發(fā)而fifo又寫滿，則fof信息將被保留并編入下一次計(jì)數(shù)值，作為出錯(cuò)信息標(biāo)識(shí)。 1．4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口部分設(shè)計(jì)　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口部分主要完成讀四片fifo內(nèi)的數(shù)據(jù)并根據(jù)并口給出的地址逐次送到8位輸出口線上，如圖6所示�！　≤浖ㄟ^(guò)pc機(jī)并口查詢fifo的狀態(tài)信息，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)超過(guò)一半容量時(shí)，將發(fā)指令讀入32位fifo數(shù)據(jù)并鎖存，其后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為8×4格式，給出地址逐次讀入并口。當(dāng)管理邏輯檢測(cè)到fifo的eof（空）信息不一致時(shí)，將通過(guò)/rst信號(hào)復(fù)位存儲(chǔ)器。 2 性能測(cè)試　　對(duì)于一個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境是比較復(fù)雜的，由傳感器輸出的信號(hào)發(fā)生畸變并有毛刺。將此信號(hào)分為兩路，一路接入數(shù)字示波器通道1，另一路接入儀器前端信號(hào)處理部分，進(jìn)行跟蹤濾波和峰值檢測(cè)后，接入示波器通道2。其波形如圖7所示�！　x器檢測(cè)的是輸入信號(hào)波形的負(fù)峰值。由圖中波形對(duì)比可知，前端信號(hào)處理部分能夠排隊(duì)干擾，有效地檢測(cè)出負(fù)峰值位置，這也正是對(duì)應(yīng)的齒形位置。　　pc機(jī)通過(guò)并行接口與儀器連接，底層接口處理部分采用c語(yǔ)言編