融合CNN和ViT的声信号轴承故障诊断方法

针对轴承故障诊断任务数据量少、故障信号非平稳等特点,提出一种短时傅里叶变换、卷积神经网络和视觉转换器相结合的轴承故障诊断方法。首先,利用短时傅里叶变换将原始声信号转换为包含时序信息和频率信息的时频图像。其次,将时频图像作为卷积神经网络的输入,用于隐式提取图像的深层特征,其输出作为视觉转换器的输入。视觉转换器用于提取信号的时间序列信息。并在输出层利用Softmax函数实现故障模式的识别。试验结果表明,该方法对于轴承故障诊断准确率较高。为了更好解释和优化提出的轴承故障诊断方法,利用t-分布领域嵌入算法对分类特征进行了可视化展示。     

基于振动图像纹理特征识别的轴承故障程度诊断方法研究

针对轴承故障诊断中故障分类研究多,故障程度研究少,振动图像信息丰富得不到充分利用问题,提出利用振动图像纹理特征识别技术进行轴承故障程度诊断方法。该方法先对轴承振动响应信号进行EMD-形态差值滤波处理,后将滤波后信号转换为双谱等高线图,利用灰度三角共生矩阵得到双谱图形纹理特征,应用主成份分析法从纹理特征参数中提取轴承故障程度特征参量,用支持向量机进行模式识别。实验结果表明该方法能有效区别轴承外圈、内圈及内外圈的故障严重程度,可为旋转机械故障程度诊断提供新方法。     

基于深度卷积神经网络与WPT-PWVD的轴承故障智能诊断

针对轴承故障诊断中人工提取特征依赖经验,且泛化性和自适应能力弱等问题,提出一种基于深度卷积神经网络(DCNN)与WPT-PWVD的智能故障诊断新方法。①利用小波包变换(WPT)将轴承故障信号进行自适应分解以提取有效高频成分并进行重构;②利用希尔伯特算法对重构信号做包络解调并进行伪魏格纳分布(PWVD)以得到能揭示轴承主要故障信息的时频图;③构建DCNN网络对轴承故障时频图自动学习提取故障特征,并通过在DCNN特征输出层后添加的Softmax多分类器进行网络参数微调,将特征自动学习提取与故障分类融为一体,实现轴承故障智能诊断。使用所提方法对不同工况、不同故障程度及不同故障类型的轴承进行诊断,结果证明了所提方法诊断精度高,且泛化能力强。     

基于三维声场空间特征的故障诊断方法研究

基于机械表面声压幅值分布变化的声像故障诊断方法改善了传统的采用单点测试的声诊断鲁棒性,但由于忽略空间相位信息,在弱故障工况下存在识别率低和诊断困难等问题。针对上述问题,运用信息映射和融合的思想,提出了一种基于三维声场物理空间特征的声诊断方法。首先利用近场声全息技术构建弱故障工况的辐射声场,将声源的相位信息映射到空间域,得到三维场点声压分布;然后在一个波长范围内序列拾取13个辐射声场空间断层,对每个断层面提取Gabor小波特征,并构建声场空间特征模型进行诊断识别。仿真和实验研究结果表明基于三维空间声场的故障诊断方法能有效改善弱故障工况的诊断鲁棒性,进一步拓展了声成像技术的工程应用,并为声学故障诊断提供了新思路。     

基于共振解调与神经网络的滚动轴承故障智能诊断

介绍了一种基于共振解调与神经网络技术的滚动轴承故障诊断方法。对采集系统所拾取的滚动轴承振动信号进行共振解调处理，依据故障包络频谱中必然存在谐波谱线的规律，在共振解调后的包络信号中提取所需的轴承故障谱线特征信息，并将其作为神经网络输入，利用神经网络进行轴承各种故障状态的识别，实现滚动轴承故障的智能诊断。实验表明，该方法能准确而有效地识别出滚动轴承的不同磨损状态，诊断便捷。     

基于声成像与卷积神经网络的轴承故障诊断方法及其可解释性研究EI北大核心CSCD

常用的振动诊断技术一般采用接触式测量,在测量受限的场合具有一定的局限性。该研究提出一种具有非接触测量优势的基于声成像与卷积神经网络的滚动轴承声学故障诊断方法。首先,利用传声器阵列获取滚动轴承辐射的空间声场;然后,用波叠加法进行声成像,重建后的声像能够描述声场的空间分布信息;最后,建立卷积神经网络(convolutional neural network,CNN),使用不同轴承运行状态下的声像样本对CNN模型进行训练用于故障诊断。同时,针对深度学习模型的诊断结果缺乏可解释性的问题,采用梯度加权类激活图(gradient-weighted class activation map,Grad-CAM)算法对卷积神经网络在基于声像的轴承故障诊断中的可解释性进行了研究。轴承试验台的声阵列数据验证了所提方法的有效性及优越性。     

多头注意力驱动的航空高速轴承故障诊断方法EI北大核心CSCD

航空发动机运行速度高、工况变化大、结构复杂且干扰噪声大,导致微弱故障特征往往存在于多子空间中,目前基于数据驱动的诊断模型尚不足以可靠捕捉不同子空间中丰富的特征信息。针对上述问题,提出一种基于信号特征的多头注意力诊断方法(multi-head attention diagnosis method,MADM),可实现高速非平稳工况下航空轴承故障状态的识别和诊断。该方法首先通过卷积模块和双向GRU模块对原始振动信号进行特征提取;然后引入多头注意力模块,使网络同时注意并融合不同表示子空间的信息以提高故障特征的显著性水平;最后利用全连接模块和Softmax分类器对提取的特征进行高速轴承故障诊断。试验结果表明,提出的MADM该诊断方法可实现转速为12000 r/min以上、剥落面积最小为0.5 mm^(2)的航空轴承高精度可靠诊断,且优于目前主流的深度诊断方法。     

基于同步平均与倒频谱编辑的齿轮箱滚动轴承故障特征量提取

在齿轮箱振动信号中,由于滚动轴承早期故障信号相对较弱,传统的齿轮箱滚动轴承故障诊断方法通常难以有效地提取轴承故障信息。为实现滚动轴承故障特征的准确提取,本文提出了一种基于同步平均和倒频谱编辑的齿轮箱滚动轴承故障分离诊断方法。所提方法首先利用时域同步平均实现齿轮成分增强,并通过倒频谱获得齿轮成分对应的倒频谱线准确位置,然后对原信号的倒频谱进行编辑实现对其中齿轮成分的或削弱以突出信号中的滚动轴承故障特征,提高齿轮箱滚动轴承故障诊断的准确性。仿真和试验结果验证了该方法的有效性。     

基于深度置信网络和对称点模式电机轴承故障诊断研究

电机轴承的健康状态直接影响电机安全、稳定运行。针对电机轴承故障诊断问题,以故障信号可视化和特征自提取为目标,将深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)与对称点模式(Symmetrized Dot Pattern,SDP)变换相结合,提出了一种轴承故障可视化及智能诊断方法。首先基于SDP变换将原始轴承振动信号进行可视化表示,基于最大面积函数选择最佳的SDP参数以通过高分辨率图像清晰区分不同轴承状态,并生成相应的轴承故障SDP图像库;然后采用深度置信网络作为数据训练模型以实现故障特征自提取;最后由位于DBN算法模型后的分类器实现轴承故障的有效诊断。实验结果表明,该方法不仅分类率达到98 %以上,而且具有较好的泛化能力和稳定性。该方法为电机轴承故障可视化和智能诊断提供了一种新思路。     

经验小波变换-同步提取及其在滚动轴承故障诊断中的应用

为了准确诊断轴承故障并探究故障信号的时变特性,提出了一种基于同步提取变换（Synchroextracting Transform,SET）和经验小波变换（Empirical Wavelet Transform,EWT）的轴承故障诊断方法。对故障信号进行经验小波变换分解,把分解得到的若干个经验模态进行同步提取变换,将所有模态的SET 结果叠加即可得到EWT?SET的时频结果。仿真表明,提出的方法比传统的SET 方法有优势,能够有效解决传统SET 方法在处理瞬时频率较近的模态信号时易出现瞬时频率特征模糊的问题。把所提出的方法应用到不同损伤程度的轴承故障诊断中,实验验证了提出的方法能有效地诊断出轴承故障与损伤程度,能清晰地表示故障信号的时变特征。     

一种基于样本熵的轴承故障诊断方法

运用非线性动力学参数样本熵作为特征,对轴承正常、内圈故障、滚动体故障、外圈故障四种工况的振动信号进行分析识别。针对利用原始振动信号的样本熵只能在一个尺度域进行分析,无法准确区分轴承运行状况的问题,提出一种基于集成经验模式分解与样本熵的轴承故障诊断方法。首先利用集成经验模式分解方法将原始振动信号分解为有限个内蕴模式分量,从中选取包含故障主要信息的前几个内蕴模式分量的样本熵作为特征,然后利用支持向量机进行轴承故障诊断,这样可以在多个尺度对轴承信号进行分析,提高了轴承故障诊断的准确率。通过轴承故障实测信号的诊断实验,证明了该方法的可行性和有效性。     

基于EMD与神经网络的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障振动信号的非平稳特征，提出了一种基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，简称EMD)和神经网络的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对原始信号进行了经验模态分解，将其分解为多个平稳的固有模态函数(Intrinsic Mode function，简称IMF)之和，再选取若干个包含主要故障信息的IMF分量进行进一步分析，由于滚动轴承发生故障时，加速度振动信号各频带的能量会发生变化，因而可从各IMF分量中提取能量特征参数作为神经网络的输入参数来识别滚动轴承的故障类型。对滚动轴承的正常状态、内圈故障和外圈故障信号的分析结果表明，以EMD为预处理器提取各频带能量作为特征参数的神经网络诊断方法比以小波包分析为预处理器的神经网络诊断方法有更高的故障识别率，可以准确、有效地识别滚动轴承的工作状态和故障类型。     

尺度-小波能量谱在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承故障振动信号的特点，构造脉冲响应小波，采用连续小波变换的方法来提取滚动轴承故障振动信号的特征，在此基础上提出了一种滚动轴承故障诊断方法：尺度-小波能量谱比较法。通过对具有外圈缺陷、内圈缺陷的滚动轴承振动信号的分析，说明尺度-小波能量谱比较法不仅能检测到滚动轴承故障的存在，而且能有效地识别滚动轴承的故障模式。     

基于小波系数11／2维谱的滚动轴承故障诊断

提出了基于小波系数11／2维谱的滚动轴承故障诊断的新方法。小波分析能有效地提取滚动轴承故障引起的突变振动信号,11／2维谱保留了滚动轴承故障振动信号的相位信息且能够有效地抑制噪声。利用正交小波基将滚动轴承故障振动信号变换到时间－尺度域,对高频段尺度域的小波系数进行11／2维谱分析,不仅能检测到滚动轴承的存在,而且能有效地识别滚动轴承的故障模式。     

时间-小波能量谱在滚动轴承故障诊断中的应用

为滚动轴承故障诊断提供了一种新途径，针对滚动轴承故障振动信号的特点，构造脉冲响应小波，采用连续小波变换的方法来提取滚动轴承故障振动信号的特征，在此基础上提出了一种滚动轴承故障诊断方法：时间-小波能量谱自相关分析法。通过对滚动轴承具有外圈缺陷、内圈缺陷的情况下振动信号的分析，说明时间-小波能量谱自相关分析法不仅能检测到滚动轴承故障的存在，而且能有效地识别滚动轴承的故障模式。     

基于MOMEDA和增强倒频谱的风电机组齿轮箱多故障诊断方法

风电机组齿轮箱结构复杂,当齿轮、轴承存在多故障时,由于各故障强弱不同、故障间相互耦合及噪声干扰,造成故障诊断准确率低及漏诊问题。提出了一种基于多点最优最小熵解卷积(multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted,MOMEDA)和增强倒频谱的风电机组齿轮箱多故障诊断方法。依据齿轮和轴承不同部位的故障特征频率设置合理的解卷积周期,利用MOMEDA对原始信号进行预处理;再通过增强倒频谱进一步抑制噪声干扰和增强故障特征;将增强倒频谱中的突出成分与齿轮箱故障特征频率对比,判断故障类型。实际风电机组齿轮箱多故障振动试验数据分析结果表明,该方法可以有效地提取出齿轮箱多故障特征信息。     

基于LMD自适应多尺度形态学和Teager能量算子方法在轴承故障诊断中的应用

为了从故障轴承信号中提取包含故障信号的特征频率,提出了基于LMD自适应多尺度形态学和Teager能量算子解调的方法。首先,采用LMD将目标信号分解成有限个PF（Product function,PF）分量,分别对其进行多尺度形态学滤波,利用峭度准则优化形态学结构元素尺度,自适应寻求最优解,最后用Teager能量算子计算各PF分量的瞬时幅值,通过瞬时Teager能量的Fourier频谱识别轴承的故障特征频率。为了验证理论的正确性,进行了数字仿真实验和轴承故障模拟实验,并与EMD形态学和包络解调方法进行了比较,结果表明该算法明显优于其他两种方法,对滚动轴承外圈、内圈和滚子故障的检测精度更高,能够清晰地提取出故障信号的频率特征。     

滚动轴承故障非接触多传感器声信号融合方法

摘　要：针对移动滚动轴承非接触声发射检测中,一个故障源信号可能被多个传感器采集,致使这些声信号包含故障信息不完整且存在重叠的问题,综合考虑声波传播理论、多传感器声信号时差关系、滚动轴承典型故障撞击频率等,建立滚动轴承故障非接触多传感器声信号融合方法。建立滚动轴承故障非接触多传感器声发射检测试验台,分别采集移动滚动轴承滚动体、外圈和内圈故障声信号。采用融合方法对同声源信号进行处理,利用信号相似理论证明了融合信号与故障源信号的相似程度高于各传感器声信号。采用声发射累计撞击计数法对融合处理后的滚动轴承不同故障声信号进行分析。结果表明,该融合算法能有效地处理多传感器接收的同声源信号,可利用融合后信号进行准确的故障识别。     

一种基于层次熵和SVM的轴承故障诊断方法

针对样本熵在分析时间序列复杂度上的局限,在样本熵和多尺度熵的基础上提出一种新的基于层次熵（Hierarchical Entropy）的滚动轴承故障特征提取方法。首先用层次分解方法对实验数据进行分解,然后采用分解节点上的样本熵值作为特征向量,利用支持向量机（support vector machine,简称SVM）对故障进行识别。实验数据分析结果验证该方法的有效性。     

基于近场声全息的故障诊断方法及系统实现

针对基于振动信号故障诊断存在的接触式测量弊端及传统声学故障诊断只反映部分声学信息问题,将近场声全息技术引入故障诊断克服该缺陷。基于LabVIEW平台开发出的非接触式机械故障诊断系统,利用近场声全息重建机械声源面附近声压场,得到可视化声源的声像图;从声像图中提取反映声场空间分布的灰度共生矩阵特征,结合支持向量机模式识别实现智能故障诊断。该系统具备智能诊断测试、声源可视化、数据分析等功能,操作方便,可用性强。通过对齿轮箱故障诊断,正确率达97.3%。与传统声学诊断方法的对比,证明该系统可靠、实用。