{In this paper, we address the challenging problem of detecting bearing faults from vibration signals. For this, several time- and frequency-domain features have been proposed already in the past. However, these features are usually evaluated on data originating from relatively simple scenarios and a significant performance loss can be observed if more realistic scenarios are considered. To overcome this, we introduce Mel-Frequency Cepstral Coefficients (MFCCs) and features extracted from the Amplitude Modulation Spectrogram (AMS) as features for the detection of bearing faults. Both AMS and MFCCs were originally introduced in the context of audio signal processing but it is demonstrated that a significantly improved classification performance can be obtained by using these features. Furthermore, to tackle the characteristic data imbalance problem in the context of bearing fault detection, i.e., typically much more data from healthy bearings than from damaged bearings is available, we propose to train a One-class \ac{SVM} with data from healthy bearings only. Bearing faults are then classified by the detection of outliers. Our approach is evaluated with data measured in a highly challenging scenario comprising a state-of-the-art commuter railway engine which is supplied by an industrial power converter and coupled to a load machine.


翻译:在本文中,我们解决了从振动信号中检测轴承故障的难题。为此,已经在过去提出了几个时域和频域特征。然而,这些特征通常是在从相对简单的情境中收集的数据上进行评估的,如果考虑更现实的情境,则可能会观察到显著的性能损失。为了克服这一问题,我们介绍了梅尔频率倒谱系数 (MFCCs) 和幅度调制谱图 (AMS) 提取的特征,作为轴承故障检测的特征。原本 AMS 和 MFCCs 是在音频信号处理中引入的,但是通过使用这些特征,可以显著提高分类性能。此外,为了解决在轴承故障检测的情境中的特征数据不平衡问题,即通常比来自损坏轴承的数据更多的是来自健康轴承的数据,我们建议只使用来自健康轴承的数据训练一个单分类支持向量机 (SVM)。然后,通过检测异常值来分类轴承问题。我们的方法是使用在高度挑战的情境中收集到的数据来评估的,该情境包括配备工业电力转换器和负载机器的最先进的通勤铁路引擎。

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