GAN-Based Bearing Fault Diagnosis Method for Short and Imbalanced Vibration Signal

计算机科学 断层(地质) 方位(导航) 振动 信号(编程语言) 状态监测 电子工程 声学 人工智能 材料科学 工程类 物理 地震学 电气工程 程序设计语言 地质学
作者
Guoli Bai,Wei Sun,Cong Cao,Dongfeng Wang,Sun We,Liang Sun
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:24 (2): 1894-1904 被引量:9
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3337278
摘要

Bearings are vital components of a rotary machine. Real-time fault diagnosis of bearings has great significance in the maintenance of equipment. Current vibration-based fault diagnosis methods rely on the usage of long time series data to reduce the influence of noise but often suffer from imbalances in datasets, significantly affecting diagnosis accuracy. In this article, a fault diagnosis method based on intertemporal return plot (IRP) and data augmentation is proposed. The IRP is employed to transform 1-D time series data into 2-D images. The Wasserstein generative adversarial network (WGAN) is employed to generate synthetic images for data argumentation. This approach helps reduce the influence of data imbalance, thereby improving the accuracy and convergence speed of the fault diagnosis. Comparisons with existing well-known methods are performed to demonstrate the effectiveness of the proposed method. The results show that the proposed method achieves a high accuracy of fault diagnosis for short time series data. An inverse transformation is also proposed to convert the images to time series data.
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