Deep learning neural networks with input processing for vibration-based bearing fault diagnosis under imbalanced data conditions

人工神经网络 断层(地质) 方位(导航) 卷积神经网络 人工智能 计算机科学 稳健性(进化) 水准点(测量) 深度学习 小波变换 信号处理 模式识别(心理学) 数据挖掘 小波 机器学习 地质学 地震学 数字信号处理 地理 计算机硬件 化学 基因 生物化学 大地测量学
作者
J. Prawin
出处
期刊:Structural Health Monitoring-an International Journal [SAGE Publishing]
卷期号:24 (2): 883-908 被引量:22
标识
DOI:10.1177/14759217241246508
摘要

Deep learning (DL) networks, such as convolutional neural networks (CNNs) and long short-term memory (LSTM), have gained popularity for bearing fault diagnosis utilizing raw vibration signals. However, their accuracy and stability are compromised when facing imbalanced real-world datasets. This research investigates the impact of imbalanced datasets and explores the potential of signal processing techniques on network inputs compared to the direct use of raw vibration signals. The DL techniques studied include LSTM, one-dimensional CNN, and two-dimensional (2D) CNN, and a novel hybrid 2DCNNLSTM algorithm, incorporating signal processing methods such as Fourier transform and continuous wavelet transform while maintaining nearly equal parameters and the same base architecture. The proposed hybrid 2DCNNLSTM algorithm combines the strengths of LSTM and CNN, allowing for improved bearing diagnosis by capturing both spatial and temporal information in vibration signals. The proposed 2DCNNLSTM algorithm also considers multi-channel input augmenting raw vibration signal, mean, and variance channels to extract meaningful features and enhance classification efficiency. The publicly available Case Western Reserve University benchmark-bearing test rig dataset with ten fault classes, the Paderborn University dataset with three fault classes, and NASA Centre for Intelligent Maintenance Systems bearing datasets with five fault classes are utilized to test the proposed deep learning networks’ accuracy, effectiveness, robustness, and stability. The studies reveal that the hybrid 2DCNNLSTM-based networks outperform both CNN and LSTM networks, even without input processing. Further, utilizing multi-channel input by augmenting the 2D raw signal with mean and variance value channels proves to be more efficient in handling imbalanced and complex datasets while employing a 2DCNNLSTM-based network.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
骑乌龟上高速完成签到,获得积分10
1秒前
龘龖发布了新的文献求助10
2秒前
Doc_d完成签到,获得积分10
2秒前
爆米花应助Jay采纳,获得10
2秒前
邓d发布了新的文献求助10
4秒前
巨噬细胞A发布了新的文献求助10
4秒前
biubiubiu发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
8秒前
自然的清涟完成签到,获得积分10
9秒前
华仔应助冷酷太清采纳,获得10
9秒前
10秒前
10秒前
11秒前
核桃发布了新的文献求助10
13秒前
小蘑菇应助无疆采纳,获得10
13秒前
Copyright应助Hosea采纳,获得10
14秒前
林霄发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
巨噬细胞A完成签到,获得积分10
15秒前
汐岙晓发布了新的文献求助10
15秒前
Jay发布了新的文献求助10
15秒前
简单的笑容完成签到,获得积分10
17秒前
外向小虾米完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
18秒前
霹雳小闪电完成签到,获得积分10
20秒前
爱亚完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
foxp3发布了新的文献求助10
21秒前
21秒前
22秒前
小马甲应助霹雳小闪电采纳,获得10
22秒前
24秒前
24秒前
璇子发布了新的文献求助10
24秒前
24秒前
李健应助林霄采纳,获得10
24秒前
圆__完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Environmental Leverage in Times of Climate Crisis: Product Standards, Carbon Border Measures and Preferential Trade Agreements 1000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Structural Geology: A Quantitative Introduction 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7215541
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8847422
关于积分的说明 18670883
捐赠科研通 6870971
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3184626
关于科研通互助平台的介绍 2346183
邀请新用户注册赠送积分活动 2158982