[发明专利]一种振动信号时频分析结果的嵌入式三维显示方法及装置

说明书

本发明公开了一种振动信号时频分析结果的嵌入式三维显示方法及装置，能够对振动信号进行时‑频分析，并将时‑频分析结果在嵌入式设备中用三维图形显示出来。显示装置由数据采集与存取模块、信号分析与处理模块、图形显示模块、系统参数设置模块、数据通信模块、电源管理模块共六个模块组成。显示方法首先采用时‑频分析方法对机械设备的振动信号进行时‑频分析，得到振动信号的时间‑频率联合分布结果；然后采用观察坐标系下的平行投影算法将时频分析结果的三维观察系坐标转换成二维屏幕坐标；将屏幕设置成背景色，设置观察点坐标；将场景中的曲面按照其距离观察点的远近进行排序，排序结果放在一张线性表中；设置画笔颜色，按照距观察点由远至近的顺序逐个取出多边形，投影到屏幕上，再重新设置不同的画笔颜色，填充最近取出的多边形所包含的实心区域，先显示图形与后显示图形相交的部分都用后显示图形的填充曲面，以此消除隐藏面，直到所有的多边形都绘制和填充完。

技术领域

本发明涉及机械设备振动信号的时-频分析结果在嵌入式设备中的三维图形显示技术。

背景技术

机械设备存在故障时，在工作过程中常常伴随异常的振动，振动信号的频率往往是时变的。利用振动信号的特征来分析判断机械设备是否存在故障是一种常用手段。目前对于振动信号的分析大多采用时域指标、频谱分析、倒谱分析等方法，分析所得到的时域波形图或频谱图多是二维曲线，只能反映信号幅值随时间的变化情况，或者反映信号幅值随频率的变化情况。当需要了解信号的幅值如何同时随着时间和频率的变化而变化时，就需要采用时-频分析的方法。时-频分析结果可以描述信号的幅值在时间和频率联合二维平面上的分布情况，反映信号各频率成分如何随时间的变化而变化。由于时-频分析运算量比较大，其计算和结果的显示通常都在通用计算机上完成。随着嵌入式系统技术的发展，时-频分析在嵌入式设备上的实现已越来越成为可能，尤其是一些计算量较小的算法，如应用较广的短时傅里叶变换，算法复杂度和运算量都相对较小，比较适合于在嵌入式设备中实现。时-频分析结果在便携的嵌入式设置中进行三维显示，可以让人更加直观地理解分析结果，具有较大的应用价值。

发明内容

本发明公开了一种在嵌入式设备中对振动信号进行时-频分析并将分析结果用三维图形显示于液晶屏的方法，本发明所采用的技术方案如下：

1.本发明公开了一种振动信号时-频分析结果的嵌入式三维显示方法及装置，其特征在于，所述嵌入式显示装置由数据采集与存取模块、信号分析与处理模块、图形显示模块、系统参数设置模块、数据通信模块、电源管理模块共六个模块组成，将时-频分析结果在嵌入式设备中用三维图形显示出来的方法包括以下步骤：

步骤一，信号分析与处理模块读取存储于数据存储模块中的振动信号数据，采用时-频分析方法对机械设备的振动信号进行时-频分析，得到振动信号的时间-频率联合分布结果，该分析结果反映振动信号各频率分量的幅值与频率随时间变化而变化的情况，时-频分析结果的数据用二维数组表示，行、列分别表示时间和频率，每一个点的数据表示对应时间-频率点附近信号分量幅值的大小；

步骤二，图形显示模块采用观察坐标系下的平行投影算法，将时频分析结果的三维观察系坐标转换成二维屏幕坐标；

步骤三，将屏幕设置成背景色，设置观察点坐标；

步骤四，将场景中的曲面按照其距离观察点的远近进行排序，排序结果放在一张线性表中；

步骤五，设置画笔颜色，按照距离观察点从远到近的顺序逐个取出多边形，投影到屏幕上；

步骤六，重新设置画笔颜色，新画笔颜色要求不同于步骤五中的旧画笔颜色，填充最近取出的多边形所包含的实心区域，形成填充曲面，先显示图形与后显示图形相交的部分都用后显示图形的填充曲面，以此消除隐藏面；

步骤七，重复步骤五与步骤六，直到所有的多边形都绘制和填充完毕。

2.本发明公开了一种振动信号时频分析结果的嵌入式三维显示方法及装置，其中所述的嵌入式显示装置的特征在于：