电梯作为城市生活中人们使用最多的垂直交通工具，其安全性随着频发的电梯事故越来越受到人们的关注。电梯的日常维护、故障诊断和故障排除是保证电梯安全运行的必需活动，因此需要研究对电梯的机械故障进行诊断的有效技术。电梯机械系统是一个复杂的非线性系统，其机械故障时的振动信号中蕴含有丰富的故障信息。高阶谱分析作为一种基于信号分析处理的故障诊断方法，能够有效抑制高斯噪声，识别系统各种状态的非线性特征，对电梯机械故障进行分析，提取故障的高阶谱特征量，实现机械故障的识别诊断。本文运用LabVIEW搭建的测试系统采集电梯的三维振动加速度信号（x，y，z方向），采用经验模态分解法（EMD）对信号进行预处理，去除信号的背景噪声干扰，提高信号的信噪比，分离各种频率分量。本文采用高阶谱分析计算电梯三维振动加速度信号的双谱，通过双谱图、双谱等高线图和双谱对角切片图来分析各故障的高阶谱特征，提取各故障的高阶谱特征量，识别诊断故障状态和故障类型。为了使高阶谱分析和诊断方法更加客观和准确，本文运用分形盒维数作为高阶谱图的特征量，增强了高阶谱分析用于故障诊断的适用性。实验研究分析证明了EMD预处理方法的优越性；通过电梯三维振动信号的互双谱分析进行电梯故障诊断验证了这种方法的可行性；通过提取双谱图盒维数对高阶谱特征量的数值化是可行的，且有力增强高阶谱分析应用于电梯机械故障诊断的准确性和有效性。