A Mask Self-Supervised Learning-Based Transformer for Bearing Fault Diagnosis With Limited Labeled Samples

变压器 人工智能 计算机科学 模式识别(心理学) 标记数据 深度学习 监督学习 机器学习 断层(地质) 训练集 工程类 人工神经网络 电压 地震学 地质学 电气工程
作者
Jian Cen,Zhuohong Yang,Yinbo Wu,Xueliang Hu,Liwei Jiang,Honghua Chen,Weiwei Si
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:23 (10): 10359-10369 被引量:22
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3264853
摘要

In recent years, transformer has become an effective tool for fault diagnosis, but it has been shown that a sufficient amount of labeled data is usually required to train a transformer model. However, a few labeled data can be obtained in the actual industrial process, and labeling a large quantity of training samples is costly. To reduce the demand for training labeled samples, this article proposes a mask self-supervised learning-based transformer (MSFormer) for bearing fault diagnosis of multistage centrifugal fans in petrochemical units under the condition of limited samples. In mask self-supervised learning (SSL), unlabeled samples can be used to mine robust representations of fault signals and potential relationships between subsequences to obtain a pretrained model with well-generalized parameters. Then, a few labeled samples are utilized to fine-tune by supervised learning to enable MSFormer the discrimination ability to identify different bearing fault types. The effectiveness of the proposed method is fully validated on the multistage centrifugal fan dataset and the Case Western Reserve University (CWRU) motor bearing dataset. The experimental results demonstrate that MSFormer is effective in reducing the number of labeled training samples, and compared to state-of-the-art methods, MSFormer has superior diagnosis performance under the condition of limited labeled samples.
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