Rolling bearings fault diagnosis using a one-dimensional vision transformer with multi-scale residual convolution

残余物 卷积(计算机科学) 计算机科学 变压器 断层(地质) 比例(比率) 人工智能 算法 电压 电气工程 物理 工程类 地质学 人工神经网络 量子力学 地震学
作者
Youfu Tang,Tongtong Jin,Chuantao Li
出处
期刊:Measurement Science and Technology [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1361-6501/add0ce
摘要

Abstract Traditional Transformer-based fault diagnosis methods exhibit inherent limitations in extracting local features, making it challenging to effectively identify critical fault characteristics when processing rolling bearing vibration signals, especially in high-noise environments. Therefore, this paper proposes an intelligent diagnosis method based on noise learning, called the Multi-Scale Residual Convolution One-Dimensional Vision Transformer (MRC-1DViT). Firstly, the Multi-Scale Residual Convolution (MRC) module is constructed using an adaptive noise learning approach to extract local fault features across multiple scales, capturing fault information of varying dimensions, and reduce noise interference. Subsequently, the extracted features are fed into a One-Dimensional Vision Transformer (1DViT) based fault diagnosis model to identify the long-distance dependencies between features. Additionally, Contra Norm (CN) is introduced to mitigate the issue of dimensional collapse in the model. Finally, the effectiveness of MRC-1DViT is validated using the CWRU rolling bearing dataset and the SEU gearbox dataset. Experimental results demonstrate that MRC-1DViT exhibits superior noise robustness and higher stability compared to existing methods. Notably, under a high-noise environment of -6 dB signal-to-noise ratio (SNR), the proposed method achieves fault diagnosis accuracies of 91.38% and 89.38%, respectively.
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