振动-声学异构信号迁移学习故障诊断方法
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作者:
作者单位:

1西北农林科技大学机械与电子工程学院 杨凌,712100;2西安交通大学机械工程学院 西安,710049

作者简介:

通讯作者:

曹培,女,1989年10月生,博士、副教授。主要研究方向为机械电子工程。E-mail:caopei2020@nwafu.edu.cn

中图分类号:

TH165.3;TH17

基金项目:

国家自然科学基金青年基金资助项目(32301698);陕西省重点产业链资助项目(2023-ZDLNY-58);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(Z1011124001)


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    摘要:

    针对齿轮及轴承故障检测方法依赖人工特征提取、复杂工况下适应性差以及跨信号类型与跨工况迁移能力弱等问题,提出基于迁移学习的振动-声学故障诊断方法。首先,采集齿轮与轴承振动数据集及声学信号数据集,进行归一化与分段切片等预处理形成统一长度样本;其次,利用格拉姆差角场(Gramian angular difference field, 简称 GADF)将一维振动时序信号映射为二维时频图像,突出时序相关性与局部幅值变化,使其适配卷积特征提取,在此基础上构建卷积神经网络(convolutional neural network, 简称 CNN)源域模型,实现端到端学习与分类,获得可迁移的深层特征表示,并将源域权重作为目标域训练初始化,在多工况条件下源域诊断准确率大于98.5%;最后,面向声学信号分布差异与样本稀缺场景,设计振动(源域)到声学(目标域)的跨信号类型迁移策略,采用浅层卷积层参数冻结以保留通用表征能力,并对深层判别层进行微调以重构决策边界,建立跨工况声学诊断模型。实验结果表明:目标域平均准确率达90.4%,较从新训练CNN提升5.3%,训练时间缩短35.5%;t-分布邻域嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding,简称t-SNE)对网络特征降维结果显示迁移后类间间隔增大、类内聚合增强,验证特征可分性提升;所提方法实现异构监测数据特征共享与知识复用,可在监测与传感器布置受限条件下降低对振动单一测点/传感器的依赖,支持振动与声学协同监测,为多工况、多信号类型旋转机械故障诊断提供工程化支撑,并提升声学诊断模型构建效率。

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  • 收稿日期:2025-10-30
  • 最后修改日期:2025-12-09
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  • 在线发布日期: 2026-08-28
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