传统的故障诊断仪大多专注于信号的幅值随频率的变化情况,通常采用横坐标为频率、纵坐标为幅值的二维波形进行显示,用户观察到的频谱图反映的是测量时间段内所有信号分量在频域上的综合统计特征,无法提供某一频率分量出现和消失的时刻信息。机械故障信号通常是时变信号,时频分析可以很好地描述信号的时变特性。短时傅里叶变换是线性时频变换中最常用的一种,可以有效地对故障信号进行分析。将时频分析结果用三维图形进行显示,可以使用户观察到更丰富、更直观、更准确的频率分量变化情况。本文主要研究便携式故障诊断仪中信号的时频分析算法及其结果的三维图形化显示问题。论文的主要工作如下:(1)针对短时傅立叶变换中长窗和短窗难以折衷的问题,提出了一种根据不同时间段内信号的特征自适应选择窗长的方法,振动信号的特征由短时能量分析进行筛选,STFT谱图的时频聚集性则由信息熵来度量。通过对仿真信号的应用分析,验证了该方法的有效性。(2)根据时频分析结果的特点,结合硬件平台的资源情况,研究三维图形在资源受限的嵌入式系统中的实现方法,提出了一种基于画家算法消隐原理的针对时频谱图显示特点的三维曲面快速生成算法,即谱图网格曲面生成算法(SMSG算法)。实验结果表明,本文提出的SMSG算法的运行时间短、内存占有率小,能够应用于对实时性要求高的嵌入式系统。(3)采用ARM+DSP的嵌入式解决方案,对本文提出的时频分析算法和三维显示算法在硬件平台上具体实现时的程序进行了设计。将信号处理和图形学算法的运算部分交由DSP负责,图形显示部分由STM32驱动TFT液晶屏实现,采用高速SPI通信协议完成了模块间的信息传输设计。(4)将嵌入式三维图形化显示系统应用于实测振动信号的分析与显示中,在搭建的永磁同步电机实验平台上对系统进行了测试,将嵌入式设备分析得到的结果与计算机中MATLAB软件的分析结果进行对比,证明了算法移植到嵌入式设备上的正确性及其处理实测信号的有效性。