B-spline wavelet packets and their application in the multiresolution non-stationary signal processing

• Autorzy: Katunin A.

Warianty tytułu

PL

B-splajnowe pakiety falkowe i ich zastosowanie w wielorozdzielczej analizie sygnałów niestacjonarnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Increasing requirements for the technical condition of machines induce the development of novel diagnostic methods for possible fault detection and identification in an early phase. Most of these methods are based on the processing of vibration signals. The classical methods often do not give full information about the actual condition of machine. Therefore, it is necessary developing the appropriate diagnostic methods. Some of the promising signal processing methods are the group based on the Wavelet Transform (WT), which give a possibility for the effective diagnosing of non-stationary vibration signals in the time-scale domain. The generalisation of WT, the Wavelet Packet Transform (WPT), allows the extraction of additional useful diagnostic features from the signal. However, the effectiveness of diagnostics in the case of wavelet-based methods is determined by the selection of an appropriate wavelet function. In the present study, the author introduces new wavelet packets based on B-spline wavelets. A comparative analysis of their effectiveness was performed on non-stationary synthetic signals. The B-spline wavelet packets were applied for rolling bearing condition evaluation.

PL

Wzrastające wymagania do stanu technicznego maszyn powodują rozwój nowych metod diagnostycznych dla detekcji i identyfikacji uszkodzeń w możliwie wczesnej fazie. Większość z tych metod bazuje na analizie sygnałów drganiowych. Klasyczne metody często nie dają pełnej informacji o aktualnym stanie maszyny. Dlatego niezbędny jest rozwój odpowiednich metod diagnostycznych. Niektórymi z obiecujących metod analizy sygnałów są metody oparte na transformacji falkowej dające możliwość efektywnej diagnostyki niestacjonarnych sygnałów drganiowych w dziedzinie czasowo-skalowej. Uogólnieniem transformacji falkowej jest pakietowa transformacja falkowa pozwalająca wydobyć z sygnału dodatkowe korzystne cechy. Jednak efektywność w przypadku metod diagnostycznych bazujących na przekształceniu falkowym jest zdeterminowana wyborem odpowiedniej funkcji falkowej. W niniejszej pracy autor wprowadza nowe pakiety falkowe bazujące na falkach B-splajnowych. Analiza porównawcza ich efektywności była przeprowadzona na niestacjonarnych sztucznych sygnałach. B-splajnowe pakiety falkowe były zastosowane do oceny stanu łożysk tocznych.

Słowa kluczowe

EN

wavelet packets; multiresolution signal processing; faults identification

PL

pakiety falkowe; analiza sygnałów wielorozdzielcza; identyfikacja uszkodzeń

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 45, nr 3
• Strony: 103--115
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Katunin A.

• Department of Fundamentals of Machinery Design, Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Timofiejczuk A., Methods of analysis of non-stationary signals, Silesian University of Technology Publishing House, Gliwice, 2004 [in Polish].
• [2] Katunin A., Moczulski W., Faults detection in layered composite structures using wavelet transform, Diagnostyka 1(53), 2010, pp. 27-32.
• [3] Wysogląd B., Bearing condition diagnostics using entropy of signal in frequency domain, Diagnostyka 2(50), 2009, pp. 65-68.
• [4] Douka E., Loutridis S., Trochidis A., Crack identification in beams using wavelet analysis, International Journal of Solids and Structures, 40, pp. 3557-3569, 2003.
• [5] Douka E., Loutridis S., Trochidis A., Crack identification in plates using wavelet analysis, Journal of Sound and Vibration, 270, pp. 279-295, 2004.
• [6] Katunin A., Korczak A., The possibility of application of B-spline family wavelets in diagnostic signal processing, Acta Mechanica et Automatica, 3(4), pp. 43-48, 2009.
• [7] Katunin A., Construction of high-order B-spline wavelets and their decomposition relations for faults detection and localization in composite beams, Acta Mechanica et Automatica, 2010, submitted.
• [8] Katunin A., Identification of multiple cracks in composite beams using discrete wavelet transform, Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance 45, 2(162), 2010, pp. 41-52.
• [9] Coifman R., Meyer Y., Wickerhauser M.V., Size properties of wavelet packets, in: Ruskai M.B. et al. (Eds.), Wavelets and their applications, Jones and Bartlett, Boston, 1992, pp. 453-470.
• [10] Misiti M., Misiti Y., Oppenheim G., Poggi J., Wavelet Toolbox®. For use with MATLAB®, The MathWorks Inc., 1996.
• [11] Glabisz W., Wavelet packet analysis in mechanics problems, Wroclaw University of Technology Publishing House, Wroclaw, 2004 [in Polish].
• [12] Wysogląd B., Rolling element bearing diagnosing with the use of wavelet packet transform, Diagnostyka 30, 2004, pp. 195-198 [in Polish].
• [13] Wysogląd B., Application of entropy-based analysis of signals to identification of rolling element bearings faults, Diagnostyka 3(51), 2009, pp. 65-68.
• [14] Qiu H., Lee J., Lin J., Yu G., Wavelet filter-based weak signature detection method and its application on rolling element bearings prognostics, Journal of Sound and Vibration 289, 2006, pp. 1066-1090.
• [15] Eren L., Devaney M.J., Bearing damage detection via wavelet packet decomposition of stator current, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurements 53, 2, 2004, pp. 431-436.
• [16] Fan X., Zuo M.J., Gearbox fault detection using Hilbert and wavelet packet transform, Mechanical Systems and Signal Processing 20, 2006, pp. 966-982.
• [17] Wei Z., Yam L.H., Cheng L., Detection of internal delamination in multi-layer composites using wavelet packets combined with modal parameter analysis, Composite Structures 64, 2004, pp. 377-387.
• [18] Choi S., Detection of valvular heart disorders using wavelet packet decomposition and support vector machine, Expert Systems with Applications 35, 2008, pp. 1679-1687.
• [19] Chui C.K., On cardinal spline wavelets, Wavelets and their applications, Jones and Bartlett, Boston, 1992, pp. 419-438.
• [20] Ueda M., Lodha S., Wavelets: an elementary introduction and examples, University of California, Santa Cruz, 1995.
• [21] Lee J., Qiu H., Yu G., Lin J., Rexnord Technical Services, Bearing Data Set, IMS, University of Cincinnati. NASA Ames Prognostics Data Repository, [http://ti.arc.nasa.gov/project/prognostic-data-repository], NASA Ames, Moffett Field, CA, 2007.
• [22] Nikolaou N.G., Antoniadis I.A., Application of Wavelet Packets in bearing fault diagnosis, Proceedings of the 5th WSES International Conference on Circuits, Systems, Communications and Computers (CSCC 2001), Rethymno, Greece, 2001, pp. 12-19.