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备，常采用中心频率固定的滤波器；而当转速变化范围较大时，如重型车辆传动轴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^[3]。
    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，如采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除干扰，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，底层端口处理部分采用C语言编写，数据处理部分及界面采用VB编写。
    结合仪器对某电厂一台机组进行的在线监测及数据处理，其某时间段扭振振幅和频谱图如图8所示。扭振最大振幅处，一倍频约为24.66Hz，与理论值基本相符。