CN106526271B - 一种数字波形信号分析显示方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字波形信号分析显示方法及系统，所述的方法包括以下步骤：S1.确定波形样本；S2.将待测数字信号与波形样本进行同步，提取出待测数字信号中与波形样本相似的信号；S3.缓存与波形样本相似的信号，当波形积累到设定组数时，将存储的各组波形进行输出；S4.将各组输出的波形信号与波形样本进行运算比较，根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，并以层层叠加的方式组合成一个波形帧。本发明从大量信号分组中筛选出与波形样本相似的信号进行缓存，并根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，以层层叠加的方式组合成一个波形帧，从而能够对故障信号予以突出显示。

Description

一种数字波形信号分析显示方法及系统

技术领域

本发明涉及一种数字波形信号分析显示方法及系统。

背景技术

数字三维示波器(Digital Three-dimensional Oscilloscope，简称DTO)是指不仅能捕获和显示信号的时间-幅度(事件)信息，而且能够以不同的辉度或颜色等级显示不同事件出现概率的数字存储示波器(Digital Storage Oscilloscope，简称DSO)。数字三维示波器通常具有较高的波形捕获率。

但是，传统的数字三维示波器观测连续复现的周期性信号中可能存在的偶发信号时，由于数字三维示波器通常具有较高的波形捕获率，它捕获到偶发信号的概率远比数字存储示波器高。在将捕获到的偶发信号和重复周期性信号共同显示时，却由于偶发信号出现的概率远远低于周期性信号连续复现的概率，导致在通常的波形强度档位下，用户将很难观察到颜色很浅的偶发信号波形。

现有数字三维示波器中，已经可以同时在一个显示设备上绘制N组信号；通过统计波形在时刻T和幅度A条件下出现的统计次数，通过该统计次数来设置信号在时刻T和幅度A条件下在显示设备中的颜色。不同颜色对应着不同的统计次数，以此来观察偶发信号波形(偶发波形通常是存在错误的波形，通过这种方式来发现错误)。

但是，此方法中显示的结果中，相同颜色的波形不一定是来自同一组信号；观察到的偶发信号波形可能是由不同组的信号的局部信号片段组合而成，而不是真实的错误的波形信号，因此不能准确反应故障信号波形。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数字波形信号分析显示方法及系统，从大量信号分组中筛选出与波形样本相似的信号进行缓存，并根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，以层层叠加的方式组合成一个波形帧，对于故障信号，由于与波形样本相似程度越低从而显示越不透明，因此能够对故障信号予以突出显示。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种数字波形信号分析显示方法，包括以下步骤：

S1.确定波形样本；

S2.将待测数字信号与波形样本进行同步，提取出待测数字信号中与波形样本相似的信号；

S3.缓存与波形样本相似的信号，当波形积累到设定组数时，将存储的各组波形进行输出；

S4.将各组输出的波形信号与波形样本进行运算比较，根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，并以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

进一步地，步骤S1中波形样本的确定方式有两种：

第一，采用设定的波形信号作为波形样本；

第二，取多组相同时间长度的波形进行平均，将平均结果作为波形样本。

进一步地，所述的步骤S4包括以下子步骤：

S41.将输出的各组波形信号分别与波形样本进行比较运算，获取各组波形信号与波形样本之间的相关系数：

式中，R_i表示第i组波形信号与波形样本的相关系数，i＝1,2,3,...,N，N表示设定的波形积累组数；xⁱ _n，n＝1,2,3,...,Q为第i组波形信号；为第i组波形信号的平均值；y_n，n＝1,2,3,...,Q为波形样本，为波形样本的平均值；Q每一组波形的长度；

S42.按照各组波形信号与波形样本之间的相关系数，设置波形的透明度：

T_i＝1-R_i，

式中，T_i表示第i组波形的透明度，T_i的范围在0～1之间，0表示透明，1表示不透明；

S43.将各组设置了透明度的波形信号，以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

进一步地，在步骤S1之前，还包括信号采集步骤，所述信号采集步骤包括以下子步骤：

S01.对各个待测模拟信号进行放大或衰减；

S02.对放大或衰减后的信号进行滤波；

S03.对滤波得到的信号进行模数转换，得到待测数字信号；

S04.将待测数字信号进行存储。

所述的信号分析显示方法，还包括波形信号显示步骤：根据步骤S4中获得波形帧，进行图像绘制和波形显示。

所述的信号分析显示过程中，还包括一个控制步骤，所述的控制步骤包括：

对信号采集过程中的放大/衰减参数、滤波参数、模数转换采样率以及每个待测数字信号的存储长度进行控制；

对波形样本的确定方式、波形同步过程中的相似波形信号判断参数、以及相似波形信号的缓存组数进行控制。

一种数字波形信号分析显示系统，包括信号预处理模块和波形处理模块；

所述的信号预处理模块包括：

波形样本确定单元，用于确定波形样本；

波形同步单元，用于将待测数字信号与波形样本进行同步，提取相似信号；

波形分组单元，用于缓存波形信号，当波形积累到设定组数时，将存储的各组波形进行输出；

所述的波形处理模块包括：

相关运算单元，用于将各组输出的波形信号与波形样本进行运算比较，得到波形信号与波形样本的相关程度；

透明度设置单元，用于根据与波形样本的相关程度，对各组波形信号按照不同的透明度进行设置；

波形叠加单元，用于将各组波形信号以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

进一步地，所述的信号分析显示系统还包括信号采集模块，所述信号采集模块包括：

放大/衰减单元，用于对待测模拟信号进行放大或衰减处理；

滤波单元，用于对放大或衰减后的信号进行滤波；

模数转换单元，用于对滤波得到的信号进行模数转换，得到待测数字信号；

存储单元，用于将待测数字信号进行存储，并提供给信号预处理模块进行信号预处理。

进一步地，所述的信号分析显示系统还包括波形显示模块，所述的波形显示模块包括：

绘制单元，用于根据波形叠加单元获得波形帧，进行图像绘制；

显示单元，用于对绘制的图像进行显示。

进一步地，所述的数字波形信号分析显示系统还包括控制模块，所述的控制模块包括：

采集控制单元，用于对采集控制模块中放大/衰减单元的参数、滤波单元参数、模数转换单元采样率和存储单元对每个待测数字信号的存储长度进行控制；

预处理控制单元，用于对波形样本确定单元的样本确定方式、波形同步单元的相似判断参数以及波形分组单元的波形缓存组数进行控制。

本发明的有益效果是：从大量信号分组中筛选出与波形样本相似的信号进行缓存，并根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，以层层叠加的方式组合成一个波形帧，用户能在一组波形的时间窗内同时看到多组波形，且不同波形有不同的透明度，层次分明；对于故障信号，由于与波形样本相似程度越低从而显示越不透明，因此能够对故障信号予以突出显示。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种数字波形信号分析显示方法，包括以下步骤：

S1.确定波形样本；

S2.将待测数字信号与波形样本进行同步，提取出待测数字信号中与波形样本相似的信号；

S3.缓存与波形样本相似的信号，当波形积累到设定组数时，将存储的各组波形进行输出；

S4.将各组输出的波形信号与波形样本进行运算比较，根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，并以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

步骤S1中波形样本的确定方式有两种：

第一，采用设定的波形信号作为波形样本；

具体地，设定波形信号有两种方式：从待测数字信号中提取一段信号作为波形样本，所提取信号的起始时间、信号长度等参数来自控制模块，这些参数由用户设置。

控制模块直接把波形样本传递给“生产波形样本模块”，该波形样本来自波形显示模块中，为当前用户感兴趣的波形。

第二，取多组相同时间长度的波形进行平均，将平均结果作为波形样本。

信号组数一般在1000组以上，由于在多组波形中，出错的波形很少(一般就1～3组左右)，经过平均后，波形样本能够接近准确的波形。

所述的步骤S4包括以下子步骤：

S41.将输出的各组波形信号分别与波形样本进行比较运算，获取各组波形信号与波形样本之间的相关系数：

式中，R_i表示第i组波形信号与波形样本的相关系数，i＝1,2,3,...,N，N表示设定的波形积累组数；xⁱ _n，n＝1,2,3,...,Q为第i组波形信号；为第i组波形信号的平均值；y_n，n＝1,2,3,...,Q为波形样本，为波形样本的平均值；Q每一组波形的长度；

S42.按照各组波形信号与波形样本之间的相关系数，设置波形的透明度：

T_i＝1-R_i，

式中，T_i表示第i组波形的透明度，T_i的范围在0～1之间，0表示透明，1表示不透明；

S43.将各组设置了透明度的波形信号，以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

在本申请的具体实施中，步骤S1之前，还包括信号采集步骤，所述信号采集步骤包括以下子步骤：

S01.对各个待测模拟信号进行放大或衰减；

S02.对放大或衰减后的信号进行滤波；

S03.对滤波得到的信号进行模数转换，得到待测数字信号；

S04.将待测数字信号进行存储。

在本申请的具体实施例中，还包括波形信号显示步骤：根据步骤S4中获得波形帧，进行图像绘制和波形显示。

所述的信号分析显示过程中，还包括一个控制步骤，所述的控制步骤包括：

对信号采集过程中的放大/衰减参数、滤波参数、模数转换采样率以及每个待测数字信号的存储长度进行控制；

对波形样本的确定方式、波形同步过程中的相似波形信号判断参数、以及相似波形信号的缓存组数进行控制。

如图2所示，一种数字波形信号分析显示系统，包括信号预处理模块和波形处理模块；

所述的信号预处理模块包括：

波形样本确定单元，用于确定波形样本；

波形同步单元，用于将待测数字信号与波形样本进行同步，提取相似信号；

波形分组单元，用于缓存波形信号，当波形积累到设定组数时，将存储的各组波形进行输出；

所述的波形处理模块包括：

相关运算单元，用于将各组输出的波形信号与波形样本进行运算比较，得到波形信号与波形样本的相关程度；

透明度设置单元，用于根据与波形样本的相关程度，对各组波形信号按照不同的透明度进行设置；

波形叠加单元，用于将各组波形信号以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

在本申请的实施例中，所述的信号分析显示系统还包括信号采集模块，所述信号采集模块包括：

放大/衰减单元，用于对待测模拟信号进行放大或衰减处理；

滤波单元，用于对放大或衰减后的信号进行滤波；

模数转换单元，用于对滤波得到的信号进行模数转换，得到待测数字信号；

存储单元，用于将待测数字信号进行存储，并提供给信号预处理模块进行信号预处理。

在本申请的实施例中，所述的信号分析显示系统还包括波形显示模块，所述的波形显示模块包括：

绘制单元，用于根据波形叠加单元获得波形帧，进行图像绘制；

显示单元，用于对绘制的图像进行显示。

在本申请的实施例中，所述的数字波形信号分析显示系统还包括控制模块，所述的控制模块包括：

采集控制单元，用于对采集控制模块中放大/衰减单元的参数、滤波单元参数、模数转换单元采样率和存储单元对每个待测数字信号的存储长度进行控制；

预处理控制单元，用于对波形样本确定单元的样本确定方式、波形同步单元的相似判断参数以及波形分组单元的波形缓存组数进行控制。

本发明能够从大量信号分组中筛选出与波形样本相似的信号进行缓存，并根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，以层层叠加的方式组合成一个波形帧，用户能在一组波形的时间窗内同时看到多组波形，且不同波形有不同的透明度，层次分明；对于故障信号，由于与波形样本相似程度越低从而显示越不透明，因此能够对故障信号予以突出显示。

Claims (10)

1.一种数字波形信号分析显示方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.确定波形样本；

S2.将待测数字信号与波形样本进行同步，提取出待测数字信号中与波形样本相似的信号；

S3.缓存与波形样本相似的信号，当波形积累到设定组数时，将存储的各组波形进行输出；

S4.将各组输出的波形信号与波形样本进行运算比较，根据与波形样本的相关程度对各组波形信号按照不同的透明度进行设置，并以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

2.根据权利要求1所述的一种数字波形信号分析显示方法，其特征在于：步骤S1中波形样本的确定方式有两种：

第一，采用设定的波形信号作为波形样本；

第二，取多组相同时间长度的波形进行平均，将平均结果作为波形样本。

3.根据权利要求1所述的一种数字波形信号分析显示方法，其特征在于：所述的步骤S4包括以下子步骤：

S41.将输出的各组波形信号分别与波形样本进行比较运算，获取各组波形信号与波形样本之间的相关系数：

式中，R_i表示第i组波形信号与波形样本的相关系数，i＝1,2,3,...,N，N表示设定的波形积累组数；xⁱ _n，n＝1,2,3,...,Q为第i组波形信号；为第i组波形信号的平均值；y_n，n＝1,2,3,...,Q为波形样本，为波形样本的平均值；Q每一组波形的长度；

S42.按照各组波形信号与波形样本之间的相关系数，设置波形的透明度：

T_i＝1-R_i，

式中，T_i表示第i组波形的透明度，T_i的范围在0～1之间，0表示透明，1表示不透明；

S43.将各组设置了透明度的波形信号，以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

4.根据权利要求1所述的一种数字波形信号分析显示方法，其特征在于：在步骤S1之前，还包括信号采集步骤，所述信号采集步骤包括以下子步骤：

S01.对各个待测模拟信号进行放大或衰减；

S02.对放大或衰减后的信号进行滤波；

S03.对滤波得到的信号进行模数转换，得到待测数字信号；

S04.将待测数字信号进行存储。

5.根据权利要求1所述的一种数字波形信号分析显示方法，其特征在于：所述的信号分析显示方法，还包括波形信号显示步骤：根据步骤S4中获得波形帧，进行图像绘制和波形显示。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种数字波形信号分析显示方法，其特征在于：所述的信号分析显示过程中，还包括一个控制步骤，所述的控制步骤包括：

对信号采集过程中的放大/衰减参数、滤波参数、模数转换采样率以及每个待测数字信号的存储长度进行控制；

对波形样本的确定方式、波形同步过程中的相似波形信号判断参数、以及相似波形信号的缓存组数进行控制。

7.一种数字波形信号分析显示系统，其特征在于：包括信号预处理模块和波形处理模块；

所述的信号预处理模块包括：

波形样本确定单元，用于确定波形样本；

波形同步单元，用于将待测数字信号与波形样本进行同步，提取相似信号；

波形分组单元，用于缓存波形信号，当波形积累到设定组数时，将存储的各组波形进行输出；

所述的波形处理模块包括：

相关运算单元，用于将各组输出的波形信号与波形样本进行运算比较，得到波形信号与波形样本的相关程度；

透明度设置单元，用于根据与波形样本的相关程度，对各组波形信号按照不同的透明度进行设置；

波形叠加单元，用于将各组波形信号以层层叠加的方式组合成一个波形帧。

8.根据权利要求7所述的一种数字波形信号分析显示系统，其特征在于：所述的信号分析显示系统还包括信号采集模块，所述信号采集模块包括：

放大/衰减单元，用于对待测模拟信号进行放大或衰减处理；

滤波单元，用于对放大或衰减后的信号进行滤波；

模数转换单元，用于对滤波得到的信号进行模数转换，得到待测数字信号；

存储单元，用于将待测数字信号进行存储。

9.根据权利要求7所述的一种数字波形信号分析显示系统，其特征在于：所述的信号分析显示系统还包括波形显示模块，所述的波形显示模块包括：

绘制单元，用于根据波形叠加单元获得波形帧，进行图像绘制；

显示单元，用于对绘制的图像进行显示。

10.根据权利要求7所述的一种数字波形信号分析显示系统，其特征在于：所述的数字波形信号分析显示系统还包括控制模块，所述的控制模块包括：

采集控制单元，用于对采集控制模块中放大/衰减单元的参数、滤波单元参数、模数转换单元采样率和存储单元对每个待测数字信号的存储长度进行控制；

预处理控制单元，用于对波形样本确定单元的样本确定方式、波形同步单元的相似判断参数以及波形分组单元的波形缓存组数进行控制。