One Dimensional Convolutional Neural Networks Using Sparse Wavelet Decomposition for Bearing Fault Diagnosis

卷积神经网络 计算机科学 模式识别(心理学) 小波 人工智能 特征提取 断层(地质) 方位(导航) 稀疏逼近 小波包分解 小波变换 地质学 地震学
作者
Xiaofan Liu,Jason Centeno,Juan Carlos Alvarado,Lizhe Tan
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10: 86998-87007 被引量:17
标识
DOI:10.1109/access.2022.3199381
摘要

This paper proposes a novel algorithm for bearing fault diagnosis using sparse wavelet decomposition for feature extraction combined with a multi-scale one dimensional convolutional neural network (1-D CNN). The proposed algorithm consists of three stages. The first stage determines bearing fault frequency bands according to bearing physical parameters and constructs a sparse wavelet decomposition model. The second stage decomposes a raw bearing signal into multi-resolution signals based on a decomposition structure achieved at the second stage. Finally, the decomposed multi-resolution signal features are fed into the sub-neural networks according to the multi-scale 1-D CNN (MSCNN) network, and then the outputs of the final convolutional/polling layers are concatenated into a single channel which is further used as the input to a fully connected layer. In comparison with the other bearing fault diagnosis methods, our proposed algorithm can achieve a higher classification accuracy of 99.85% using the Case Western Reserve University (CWRU) bearing dataset. The proposed algorithm is successfully validated via our designed experiments.

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