With the rapid development of smart manufacturing, data-driven machinery health management has received a growing attention. As one of the most popular methods in machinery health management, deep learning (DL) has achieved remarkable successes. However, due to the issues of limited samples and poor separability of different cavitation states of acoustic signals, which greatly hinder the eventual performance of DL modes for cavitation intensity recognition and cavitation detection. In this work, a novel multi-task learning framework for simultaneous cavitation detection and cavitation intensity recognition framework using 1-D double hierarchical residual networks (1-D DHRN) is proposed for analyzing valves acoustic signals. Firstly, a data augmentation method based on sliding window with fast Fourier transform (Swin-FFT) is developed to alleviate the small-sample issue confronted in this study. Secondly, a 1-D double hierarchical residual block (1-D DHRB) is constructed to capture sensitive features from the frequency domain acoustic signals of valve. Then, a new structure of 1-D DHRN is proposed. Finally, the devised 1-D DHRN is evaluated on two datasets of valve acoustic signals without noise (Dataset 1 and Dataset 2) and one dataset of valve acoustic signals with realistic surrounding noise (Dataset 3) provided by SAMSON AG (Frankfurt). Our method has achieved state-of-the-art results. The prediction accurcies of 1-D DHRN for cavitation intensitys recognition are as high as 93.75%, 94.31% and 100%, which indicates that 1-D DHRN outperforms other DL models and conventional methods. At the same time, the testing accuracies of 1-D DHRN for cavitation detection are as high as 97.02%, 97.64% and 100%. In addition, 1-D DHRN has also been tested for different frequencies of samples and shows excellent results for frequency of samples that mobile phones can accommodate.


翻译:随着智能制造的迅速发展,数据驱动的机器健康管理得到了越来越多的关注。作为机械卫生管理中最受欢迎的方法之一,深度学习(DL)取得了显著的成功。然而,由于采样有限和声波信号不同蒸发状态不易分离的问题,这极大地妨碍了DL的蒸发强度识别和蒸汽检测模式的最终性能。在这项工作中,一个用于同时进行蒸发检测和加速强度识别的新多任务学习框架,使用1-D双级残余网络(1-D DHRN)来分析阀门的声学信号。首先,基于快速变换的滑动窗口(Swin-FFT)的数据增强方法,以缓解本研究中遇到的小号问题。第二,一个1-D双级残留区(1-DHRB)能够捕捉到来自频率域的音响测信号。随后,提出了1-DHRN的新结构。最后,设计出来的1-DHR-D的音量模型将用两个数据定位窗口来评估1-DM-D的温度,而SAM-D的温度则由1号数据测试显示为Sal-ral-rock-rock-ration D。

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