CN208155328U - 一种数据序列展示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种数据序列的展示装置。装置包括，数据序列获取单元，数据序列处理单元和数据序列展示单元。数据序列获取单元获取原始数据序列；数据序列处理单元对原始数据序列作时间‑频率域变换以获得对应给定频率的系数数据序列；数据序列展示单元以曲线形式展示原始数据序列和系数数据序列，曲线直接关联。可用于在时间域同步观察信号及其频率分量随时间的变化，对象包括非时间序列信号。

Description

一种数据序列展示装置

技术领域

一种数据序列展示装置。

背景技术

信号的时间-频率域分析近年来得到广泛应用并且收到良好效果。这种分析方法能够将信号从时间域变换到时间-频率域并且形成系数图像，从而揭示出原本在时间域难以察觉的信息。然而，除了上述时间信号，自然界存在许多非时间序列数据，例如，物体表面的粗糙轮廓线，道路的不平轮廓线，地貌的起伏，股票价格的随机波动或者某种物理现象的统计结果等等，没有时间和频率属性，不属于时间-频率域变换方法的应用对象。

并且，计算信号的时间-频率域变换的系数图像比较费时，限制了这种方法在实时数据处理中的应用。

而且，这种对信号的时间-频率域的分析结果需要通过时间轴坐标来建立与被分析信号的关联，不直观并且不方便。

发明内容

本发明的目的在于拓展和改进时间-频率域分析在数据序列处理中的应用。本发明提出一种新的技术方案，将非时间序列数据也纳入时间-频率域的分析范围，并且对原始数据序列作时间-频率域变换以获得给定频率的系数数据序列，将系数数据系列与原始数据序列以一维曲线的形式直接关联并展示，收到了意想不到的有益效果。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现。提出一种数据序列的展示方法：

一种数据序列展示方法，其特征在于，包括下列步骤:

获取原始数据序列；

给定或者预先给定一个频率；

对原始数据序列作时间-频率域变换以获得对应给定频率的系数数据序列；

以曲线形式展示原始数据序列和系数数据序列，曲线相互为邻。

所述的数据序列展示方法，其特征在于所述的原始数据序列包括时间序列和非时间序列，时间序列有时间或者频率属性，非时间序列没有时间或频率属性。

所述的数据序列展示方法，其特征在于所述的原始数据序列曲线和系数数据序列曲线直接关联，互为参照，与坐标系无关。

所述的数据序列展示方法，其特征在于所述的原始数据序列和系数数据序列形成的曲线互不叠加或者全部叠加或者部分叠加。

为实现本发明的上述目的和数据序列的展示方法，提出一种数据序列展示装置：

一种数据序列展示装置，包含有数据序列获取单元(1)，数据序列处理单元(2)和数据序列展示装置(3)，数据序列获取单元(1)获取的原始数据序列经数据序列处理单元(2)处理后送数据序列展示装置(3)展示；其特征在于：数据序列处理单元(2)对来自从数据序列获取单元(1)的原始数据序列作时间-频率域变换以获得对应给定频率的系数数据序列；数据序列展示装置(3)将来自数据序列处理单元(2)的系数数据序列和与原始数据序列以曲线形式展示，曲线相互为邻。

所述的数据序列展示装置，其特征在于所述的原始数据序列包括时间序列和非时间序列，时间序列有时间或者频率属性，非时间序列没有时间或频率属性。

所述的数据序列展示装置，其特征在于所述的原始数据序列曲线和系数数据序列曲线直接关联，互为参照，与坐标系无关。

所述的数据序列展示装置，其特征在于所述的原始数据序列和系数数据序列形成的曲线互不叠加或者全部叠加或者部分叠加。

所说的时间-频率域变换可以采用任何能够将一维数据序列变换到时间-频率域的方法，包括但是不限于短时傅里叶变换，小波变换等等。

上述时间-频率域变换能够产生覆盖一定频率范围的系数矩阵以形成图像；系数矩阵的行代表频率，列代表时间；或者列代表频率，行代表时间。本发明技术方案仅需要计算获取并显示对应给定频率的那一行或者那一列系数构成的系数数据序列。例如，如果系数矩阵包含了M个不同频率点和N个时间点，给定频率Fm对应的系数位于第m行，则只需计算第m行的系数，系数数据序列长度为N, 与被分析的原始数据序列长度相等；因此，相比按照传统方法计算获取并显示整个系数矩阵图像，本发明技术方案数据处理速度更快。

对数据序列的时间-频率域变换的结果很多情况下有明确的物理意义。对于时间系列来说，变换结果对应时间-频率域中某一频率的系数数据序列反映了被分析的时间系列包含的该频率分量的随时间变化；对于非时间系列来说，变换结果对应时间-频率域中某一频率的系数数据序列反映被分析的非时间信号的内在变化规律；因此将时间-频率域中某一频率的系数数据序列与被分析的数据序列进行关联能够有效指出被分析的数据序列哪一部分导致了系数数据序列的峰值，有助于揭示被分析信号的物理特性。例如，当时间-频率域变换结果表明某一频率F的系数数据序列构成的曲线在t0时刻有峰值Fpeak的情况下，传统方法需要在被分析信号的时间轴坐标上找到t0，进而找到被分析信号的t0时刻的曲线部位，从而知道了Fpeak由该部位曲线产生。采用本发明提出的技术方案，由于原始数据序列曲线和系数数据序列曲线直接关联，互为参照，无需借助时间轴坐标就能获知Fpeak对应被分析信号的哪一部位；比起传统方法更加直观并且容易使用。

上述将原始数据序列曲线和系数数据序列曲线直接关联并且展示的方法和装置，能够在时间域同时观察原始数据序列及其频率分量随时间的变化（也即系数数据序列），与按传统方法在时间-频率域分析观察变换结果相比，能够实时测量或者监控被观察对象，而且只需在现有的测量设备上增加计算功能就能实现，有利于推广。

有益效果

与在先技术相比，本发明的方法及装置的有益效果在于：

1. 不仅能够处理时间系列数据，而且能够处理非时间序列数据；

2. 仅需要获取并显示对应给定频率的一行或者一列系数构成的系数数据序列，比起按传统方法获取并显示整个系数矩阵图像，数据处理速度更快；

3. 原始数据序列曲线和系数数据序列曲线直接关联，互为参照，比起按传统方法通过时间轴坐标建立被分析信号与时间-频率域变换结果之间的联系，更加直观并且容易使用。

4. 能够在时间域同时观察原始数据序列及其频率分量随时间的变化，与按传统方法在时间-频率域分析观察相比，能够实时测量或者监控被观察对象，而且只需在现有的测量设备上增加计算功能就能实现，有利于推广。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明装置的原理图；

图3(a) 为本发明具体实施例1 的实施结果图(a)，其中两条曲线上下分离；

图3(b) 为本发明具体实施例1 的实施结果图(b)，其中两条曲线重叠；

图4为本发明具体实施例2的实施结果图；

图5为本发明具体实施例3的实施结果图。

图中：数据序列获取单元1 数据序列处理单元2 数据序列展示单元3

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明数据序列展示方法的流程图。本发明数据序列展示方法，包括以下步骤：

获取原始数据序列；

给定或者预先给定一个频率；

对原始数据序列作时间-频率域变换以获得对应给定频率的系数数据序列；

以曲线形式展示原始数据序列和系数数据序列，曲线相互为邻。

具体实现中，所述原始数据序列包括时间序列和非时间序列，时间序列有时间或者频率属性，非时间序列没有时间或频率属性。本领域普通技术人员都知道有许多类型的时间序列数据和非时间序列数据，以及有多种软件（例如MATLAB等等）能够实现多种不同的时间-频率域变换算法（例如STFT, WAVELET等等），以下实施例给出的仅仅是其中的部分而非全部。

图2是本发明数据序列展示装置的原理图。图2中，数据序列采集单元1可以包含传感器，摄像头，A/D转换器以及采样控制电路，将被测试对象轮廓线或者电信号或者物理量统计结果采集并且转化为数字序列；也可以包括各种数据接口，例如，文件或者数据读取装置，直接读取第三方仪器或设备的测量或者统计结果；还可以包括网络接口，直接接收远程传输过来的数据序列；数据序列处理单元2包含数据序列运算单元和寄存单元，能够从数据序列采集单元1接收原始数据系列并且对原始数据序列作时间-频率域变换以获得对应给定频率的系数数据序列；数据序列展示单元接收来自数据序列处理单元2的原始数据序列和系数数据序列并且以曲线形式展示。

以下结合图3-5描述的实施例进一步说明本发明方法和装置的工作原理。

实施例1

实施例1为本发明在示波器中的应用。一台示波器的“数据序列获取单元”测量产品电压的同时，内含的“数据序列处理单元”对电压信号形成的原始数据序列作时间-频率域变换获得对应给定频率的系数数据序列，系数数据序列与原始数据序列同时在“数据序列展示单元”屏幕上以曲线形式显示，如图3(a)所示，其中曲线301为原始数据序列曲线，也即电压信号，曲线302为系数数据序列曲线。从时间-频率域变换能够将一维的信号转换成为二维的系数矩阵，其系数大小反映不同频率在不同时间的量值大小的公知常识可知；曲线301表征了给定频率的频率分量（电磁干扰，EMI）强度随时间变化。调节示波器面板上的频率旋转旋钮改变给定频率，“数据序列处理单元”输出的系数数据序列曲线随之改变。调节示波器面板按钮可进一步控制原始数据序列曲线或者系数数据序列曲线的上下移动，使得两者互不重叠，部分重叠或者全部重叠。当上下移动原始数据序列曲线或者系数数据序列曲线使得系数数据序列曲线与原始数据序列曲线重叠，如图3(b)所示，由于两曲线长度相等并且头部对齐，两曲线的重叠部分包含的系数数据就是重叠部分包含的原始数据的时间-频率域变换的结果。用这种方法，能够找到系数数据序列曲线302上任意一点在原始数据系列曲线301上的位置，或者找到原始数据系列曲线301上任意一点在系数数据序列曲线302上的位置，两者互为参照，与坐标系无关。而且，由于只计算对应给定频率的系数数据序列，加快了数据处理的速度，使得两条曲线能够动态地同步刷新。

实施例2

实施例2为本发明在电子产品的电磁干扰(EMI)云计算分析中的应用。用A/D数据采集器构成的“数据序列采集单元”测量某一产品电路板上多点电压信号后，连同电路板照片和给定频率上传到“云”，建立起如图4所示的“虚拟工作台”（标号400），虚拟工作台400上的圆点代表电压信号测试点。通过“云计算”对电压信号作小波变换得到对应给定频率的小波变换系数数据序列后，将鼠标移到虚拟工作台400上的某一个测试点，该测试点对应的原始数据序列及其系数数据序列将以曲线形式在显示屏显示，其中401为原始数据序列曲线，402为系数数据系列曲线。由于曲线402反映了曲线401包含的给定频率分量也就是EMI的强度随时间的变化，由此比较不同测试点曲线402幅度大小可以判定不同测试点EMI大小；并且，401和402直接关联，互为参照的结果表明，曲线402峰值所指的401曲线的部位（也就是曲线401与曲线402峰值重叠的部分），产生了较强的EMI，改变401曲线该部位的波形有望改变EMI强度。需要指出，图4中曲线401和402附近出现的电压轴和时间轴与曲线401同402的直接关联和互为参照无关。

实施例3

实施例3为本发明在地面不平度分析中的应用。用如图2所示的装置测量长度为16米的水泥路面。数据序列获取单元1包括激光测距传感器，测量和采集原始数据序列并且传输到数据序列处理单元2；处理单元2对原始数据序列作时间-频率域变换获得对应预先设定的给定频率的系数数据序列后，系数数据序列与原始数据序列同时在数据序列展示单元3屏幕上以曲线形式显示，如图5中501和502所示，其中501为原始数据序列曲线，也即水泥地面的轮廓线，502为系数数据序列曲线。该系统应用的经验表明，曲线502峰值对应的曲线501部分，为地面下凹较快部分，与地基的坚实度变化相关。由于本发明方法和装置无需通过时间轴坐标来建立原始数据序列曲线和系数数据序列的关联，使得本发明方法和装置在类似本实施例的非时间序列对象中的应用成为可能。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种数据序列展示装置，包含有数据序列获取单元，数据序列处理单元和数据序列展示装置，数据序列获取单元获取的原始数据序列经数据序列处理单元处理后送数据序列展示装置展示；其特征在于：数据序列处理单元对来自从数据序列获取单元的原始数据序列作时间-频率域变换以获得对应给定频率的系数数据序列；数据序列展示装置将来自数据序列处理单元的系数数据序列和与原始数据序列以曲线形式展示，曲线相互为邻。

2.根据权利要求1所述的数据序列展示装置，其特征在于所述的原始数据序列包括时间序列和非时间序列，时间序列有时间或者频率属性，非时间序列没有时间或频率属性。

3.根据权利要求1所述的数据序列展示装置，其特征在于所述的原始数据序列曲线和系数数据序列曲线直接关联，互为参照，与坐标系无关。

4.根据权利要求1所述的数据序列展示装置，其特征在于所述的原始数据序列和系数数据序列形成的曲线互不叠加或者全部叠加或者部分叠加。