铁路是我国重要的交通工具，在线路运行过程中，当机械设备发生故障时，应及时地发现并发出预警，对故障设备进行维修或更换，避免造成严重的安全事故和经济损失。然而故障发生初期，其故障信号十分微弱，传统的信号处理方法无法检测出微弱故障信号。本文基于混沌理论，设计 Duffing振子检测系统，以滚动轴承故障为例，实现对微弱信号的检测。　　首先，研究 Holmes型 Duffing振子的特性。混沌系统对参数十分敏感，将系统调成临界状态，可使得系统对同频同相的微弱信号敏感。通过研究噪声对混沌系统的影响，发现 Duffing振子对高斯白噪声具有很强的抗干扰能力。同时发现了系统的间歇混沌现象以及检测系统存在相位盲区。　　其次，结合实际信号的特点，对 Duffing 振子进行改进。对 Duffing 方程进行时间尺度上的变换，实现对任意频率的微弱信号检测，并且提高了检测效率。提出利用逆相变原理进行信号检测，这种方法能更准确地判断系统是否发生了相变，提高检测的准确度。提出了采用移相法来消除检测相位盲区，该方法增大了检测范围，提高了检测效率。建立了改进后的Duffing振子检测系统仿真模型，仿真实验表明，该检测系统能够有效地检测出微弱信号，对噪声以及其他频率的信号都具有免疫力。　　最后，将检测系统应用与滚动轴承的故障信号检测。分别对滚动轴承的外圈、内圈、滚动体故障信号进行检测。检测结果表明改进后的Duffing振子检测系统能后有效地检测出故障信号。