基于数据融合的滚动轴承故障诊断研究

合 与经 典信 号 处理 方法 之 间也存 在着 本 质 的区 别 ，其关 键 在于 数 及 均方 根 频率 等作 为神 经 网络 的输 入参 数 。 同 的信 息层 次上 出现 ，每 个层 次 代表 了对 数据 不 同程 度 的 融合 过 入 层节 点数根 据输入 数据 的矢量 数确 定 ， 出层 节 点数根 据需 要 的 输 程， 这些 信 息抽 象层 次包 括 数据 层 、 征 层和 决 策层 。数 据 融合 主 诊 断模 式确 定 ， 特 隐层 节 点数 的选 择 是一 个很 复杂 的问题 ， 往 根据 往 要 有数 据级 、 征 级和 决策 级融 合 ３种方 式 ， 中： 特 其 （） １数据 层— — 在 传 感器 的原 始信 息 未 经 处 理之 前进 行 的信
能够较 为准 确地识别设备的故 障。 关键词 ： 动轴 承； 滚 故障诊断： 信息融合
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引 言 滚 动轴 承 是机 械设 备 中最 常用 的部 件 ，被 人们 称 为机 械 的关
种 诊 断方 法所 得 的结 果加 以综 合 ， 则称 为局 部 融合 ； 各局 部 诊断 将 结果 进一 步综 合 ， 将得 出 系统 故障 诊 断的 总体 结果 ， 为全 局 诊 断 称
设 计 的经验和 实验确 定 。
由此 可 以构造 一 个 有 ６个输 入 节 点 的 Ｂ Ｐ神 经 网络 用 于滚 动 息 综合 分 析 ， 系统 的 状态 、 对 参数 融 合 估 计 ， 中获 取 诊 断 所需 的 从 轴 承故 障 诊 断。 ６ 输 入节 点分 别对 应 于 ６ 特征 信 号 。 里 隐 这 个 个 这 特 征参 数 。 种 融合 方 式 的信 息处 理 量大 、 理 时 间长 、 时性 较 层 选用 ３ 节 点 。 出节 点 的输 出量 分别 对应 外 圈故 障 、 这 处 实 个 输 内圈 故障
１ 数 据 融 合
“ 据 融 合 ” 分利 用 多 个传 感 器 资 源 ， 过对 多个 传 感器 及 提 供 了强 有力 的工 具 。 数 充 通
． 输 其在 不 同 的时 间或 空 间上 获得 的各 种传 感 器数 据 ，依据 某 种准 则 ３２ 网 络的 输入 、 出和 隐层 的确 定 滚 动轴 承 中常 见故 障有 外 圈故 障 、 内圈 故 障及 滚动 体 故障 等 。 来进 行 组合 ， 以获得 被 测对 象 的一致 性解 释 或描 述 。 是一 个崭 新 这
诊断 出故 障源 。
数据 融 合 一词 最早 提 出于 ２ Ｏ世 纪 ７ ０年 代 ， 于军 事 ， 用 如地 面 ３ 神 经 网络 数据 融合 的故 障诊 断
３ １ 神 经 网络数 据 融合 ．
基 于神 经 网络 数据 融合 的故 障 识别 是从 征 兆 空间提 取 各 种征
兆 作 为神 经 网络 的输入 ， 用神 经 网络 所具 有 的非 线性 映射 功 能 ， 利 对 网络 输 入 的各种 征 兆信 息进 行 融合 识别 ，最 终 由输 出层 输 出识 别结果， 即滚动 轴 承 的故 障类 型 ， 而 实现信 息 融合 故 障诊 断 的 目 从 的 。故障诊 断 过程 从本 质上 讲 ， 就是 多 征兆 信息 的 融合 识 别过 程 ， 并且 该过程 难 以用 明确 的数学 模型 来描 述 ，神经 网络 为这 种 识别
的研 究 方 向， 仍 处在 不断 的变 化和 发 展过 程 中。 其 多传 感器 数据 据 融合 所 处理 的多传 感 器信 息 具有 更复 杂 的形 式 ，而且 可 以在 不
故障 诊断 可 以选择 峭度 、 值 因子 、 峰 脉冲 因子 、 度 因子 、 形 因子 裕 波 为 了不增 加 网络的复 杂性 ， 选用 三层 网络 的拓 扑结 构形 式 。输
结果 。
节 。在 旋转 机械 的各种 故 障 中， 动轴 承故 障 占有 相 当大 的 比例 。 滚 它 在机 械 设备 中起 着承 受 载荷 和传 递载 荷 的作 用 ，其运 行 状态 是 否 正常 往 往直 接影 响到 整 台机 器 的性 能 。 据有 关 资料 统计 ， 机械 故 障 的 ７ ％是 振动 故 障 ，而 振 动 故 障 中有 ３ ％是 由滚 动轴 承 引起 ０ ０
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量 ｓｂｕｉＧａ ｈ ｉｎｕ＿ ｅｇ ｌ ｚ ｅａｙａ。
基于数据 融合 的滚动轴承 故障诊 断研究
黄 银 花
（ 兰州交通大学机 电工程 学院测控系， 甘肃 兰州 ７ ０ ７ ） ３ ０ ０ 摘 要： 以滚 动轴承小波分解后的能量信 息作为特 征， 通过神经 网络作为 分类器 对滚动轴承 故障进行识别 ， 经过一定 的信 息融合分析处 理
滚 动轴 承 的故 障源 可 能具 有 多个故 障表 征 ， 要准 确 、 可靠 地进 行 故 障诊 断 ， 需要 足够 的 故障表 征 。 一般 说来 ， 测量 越 多 ， 断结 检 诊 果就越 可 靠 。 数据 融合 技术 引入滚 动轴 承故 障 诊断 中 ， 将 通过 测试
方 结 的 。 以滚动 轴承 的 故障 诊 断方法 ， 直是 机械 故 障诊 断 中重 点发 滚 动 轴 承在 工 作 时 的振 动 信 号和 声 信 号等 ２ 面 的 数据 信 息 ， 所 一 合 给 定 的滚动 轴承 故 障机 理及 失 效形 式 ，找 出数据 信 息和 故 障元 展 的技 术 之一 。 因此滚 动轴 承 故障 诊断 技 术是机 械 设备 故 障诊 断 然 从而 准 确地 技 术 的重 要组 成部 分 ，分析 研 究滚 动轴 承 故障 诊断 技术 具 有 重大 件 之 间 的映射 关 系 ， 后对 采集 的数据 信 息进行 融 合 ， 的科 学 价值 和 实 际意义 。 战 车 、 上 舰船 等 目标 的检 测 。而 随着数 据 融合 技 术 的发展 ， 年 水 近 来 ， 技 术也 应 用于 故 障 诊 断领 域 ， 该 即利 用数 据 在 不 同层 次 （ 级 或 别） 的融 合来 进 行故 障诊 断 。 上 在对 旋 转机 械进 行 故 障诊 断的 过程 中 ，其 故障 诊 断结 果的 可靠 程度 和准 确度 都 与数 据 的测 量 情况 密 切 相关 。 了提 高滚动 轴 承故 障诊 断 的准确 性 ， 为 可将 多传感 器信 息 融合 技 术用 于 故障 诊断 的检 测 方法 。