最新14数字式传感器习题及解答.docx
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最新14数字式传感器习题及解答
14数字式传感器习题及解答
第14章数字式传感器
一、单项选择题
1、循环码0110对应的二进制码是()。
A.0110B.0100C.0101D.1001
2、当两块光栅的夹角很小时,光栅莫尔条纹的间距()
A.与栅线的宽度成正比B.与栅线间宽成正比
C.与夹角近似成正比D.与栅距近似成正比
3、现有一个采用4位循环码码盘的光电式编码器,码盘的起始位置对应的编码是0011,终
止位置对应的编码是0101,则该码盘转动的角度可能会是()
A.45°B.60°C.90°D.120°
4、现有一个采用4位循环码码盘的光电式编码器,码盘的起始位置对应的编码是0011,终止位置对应的编码是1111,则该码盘转动的角度可能会是()
A.60°B.90°C.180°D.270°
5、一个6位的二进制光电式编码器,其测量精度约为()
A.5.6°B.0.17° C.0.016°D.60°
6、()属于脉冲盘式编码器。
A.接触式编码器
B.光电式编码器
C.增量编码器
D.电磁式编码器
7、采用50线/mm的计量光栅测量线位移,若指示光栅上的莫尔条纹移动了12条,则被测线位移为()mm
A.0.02B.0.12 C.0.24D.0.48
二、多项选择题
1、以下传感器中属非接触式的有:
()
A.电磁式编码器B.光电式编码器C.脉冲盘式编码器D.计量光栅
2、计量光栅的特点是()。
A.测量精度高
B.成本低
C.非接触式
D.对环境要求不高
三、填空题
1、循环码1101对应的二进制码是。
2、采用4位二进制码盘能分辨的角度为。
3、计量光栅是利用光栅的现象进行测量的。
4、光栅测量原理是以移过的莫尔条纹的数量来确定位移量,其分辨率为。
5、莫尔条纹有、和这三个重要特点。
6、当两块光栅的夹角很小时,光栅莫尔条纹的间距与近似成反比。
7、目前为止,数字式传感器最主要的两种类型是和。
8、直线式编码器用于测量,用于测量角位移。
9、计量光栅主要由和两部分组成。
10、计量光栅中的光电转换装置包括主光栅、、和光电元件。
11、为了提高光栅的分辨率,测量比栅距更小的位移量,光栅采用细分技术,常有的细分技术有直接细分、和。
12、数字式传感器是能够直接将转换为的传感器。
与模拟式传感器相比,具有测量精度和分辨率高、、抗干扰能力强、便于与微机接口和适宜的优点。
13、数字式传感器主要有和两种类型,可用于和
测量。
14、编码器按结构形式可分为和两大类,分别用于测量
和。
15、计量光栅利用光栅的现象,以线位移和为基本测试内容,应用于高精度加工机床、光学坐标镗床、制造大规模集成电路的设备及检测仪器等。
16、计量光栅按应用范围不同可分为和;按用途不同有测量线位移的和;按光栅结构不同,又可分为
和。
四、简答题
1、什么是数字式传感器?
它有何特点?
2、利用某循环码盘测得的结果为“0110”,其实际转过的角度是多少?
3、透射式光栅传感器的莫尔条纹是怎样产生的?
条纹间距、栅距和夹角的关系是什么?
4、如何判别光栅传感器的运动方向?
5、如何实现提高光电式编码器的分辨率?
6、二进制码与循环码各有何特点?
并说明它们的互换原理。
7、简述光栅莫尔条纹测量位移的三个主要特点?
8、简述光栅读数头的组成和工作原理?
9、简述计量光栅的结构和基本原理。
10、什么是数字式传感器?
数字式传感器与模拟式传感器相比具有何优点?
五、计算题
1、一个8位光电码盘的最小分辨率是多少?
如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度至大为0.01mm,则码盘半径应有多大?
2、一个21码道的循环码盘,其最小分辨力θ1=?
,若一个θ1角对应圆弧长度至少为0.001mm,问码盘直径多大?
3、若某光栅的栅线密度为50线/mm,主光栅与指标光栅之间夹角
。
求:
(1)求其形成的莫尔条纹间距
是多少?
(2)若采用四只光敏二极管接收莫尔条纹信号,并且光敏二极管响应时间为
,问此时光栅允许最快的运动速度
是多少?
4、利用一个六位循环码盘测量角位移,其最小分辨率是多少?
如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度最大为0.01mm,则码盘半径应有多大?
若码盘输出数码为“101101”,初始位置对应数码为“110100”,则码盘实际转过的角度是多少?
第14章数字式传感器
一、单项选择题
1、B2、D3、C4、C5、A6、C7、C
二、多项选择题
1、ABD2、AC
三、填空题
1、10012、22.5°3、莫尔条纹4、光栅栅距
5、位移放大;辨别运动方向(辨向);误差平均效应6、(刻线)夹角
7、编码器;脉冲数字传感器8、线位移;旋转式编码器9、光电转换装置;光栅数显表
10、指示光栅;光路系统11、倍频细分;电桥细分
12、非电量;数字量;稳定性好;远距离传输13、编码器;脉冲数字传感器;位移;计数14、直线式;旋转式;线位移;角位移15、莫尔条纹;角位移
16、透射光栅;射光栅;长光栅;圆光栅;幅值(黑白)光栅;相位(闪耀)光栅
四、简答题
1、答:
数字式传感器是能够直接将非电量转换为数字量的传感器。
优点:
测量精度和分辨率高,稳定性好,抗干扰能力强,便于与微机接口,适宜远距离传输。
数字式传感器可用于测量位移(包括线位移和角位移)和计数。
2、答:
循环码“0110”对应的二进制码是“0100”,转换成十进制数是4,
该4位码盘的最小分辨率为360°/24=22.5°
所以实际转过的角度为4×22.5°=90°。
3、答:
①把两块栅距相等的光栅(光栅1、光栅2)叠合在一起,中间留有很小的间隙,并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角θ,这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹,这些条纹叫莫尔条纹。
在d-d线上,两块光栅的栅线重合,透光面积最大,形成条纹的亮带,它是由一系列四棱形图案构成的;在f-f线上,两块光栅的栅线错开,形成条纹的暗带,它是由一些黑色叉线图案组成的。
因此莫尔条纹的形成是由两块光栅的遮光和透光效应形成的。
②莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为:
4、答:
为了能够辨向,需要有相位差为π/2的两个电信号。
在相隔BH/4间距的位置上,放置两个光电元件1和2,得到两个相位差π/2的电信号u1和u2(图中波形是消除直流分量后的交流分量),经过整形后得两个方波信号u1′和u2′。
当光栅沿A方向移动时,u1′经微分电路后产生的脉冲,正好发生在u2′的“1”电平时,从而经Y1输出一个计数脉冲;而u1′经反相并微分后产生的脉冲,则与u2′的“0”电平相遇,与门Y2被阻塞,无脉冲输出。
在光栅沿-A方向移动时,u1′的微分脉冲发生在u2′为“0”电平时,与门Y1无脉冲输出;而u1′的反相微分脉冲则发生在u2′的“1”电平时,与门Y2输出一个计数脉冲。
u2′的电平状态作为与门的控制信号,来控制在不同的移动方向时,u1′所产生的脉冲输出。
这样就可以根据运动方向正确地给出加计数脉冲或减计数脉冲,再将其输入可逆计数器,实时显示出相对于某个参考点的位移量。
5、答:
光电式编码器的分辨率与码道数有关,如果分辨率要求很高,采用单盘方式不仅要求圆盘直径增大,而且精度也难以达到,因此可考虑采用双编码器,用两个较低分辨率的码盘来组合成一个较高分辨率的编码器。
6、答:
二进制码盘简单,但在实际应用中,对码盘的制作和电刷的安装要求十分严格,任何微小的制作误差,都可能造成读数的粗误差。
这主要是因为二进制码当某一较高的数码改变时,所有比它低的各位数码均需同时改变。
为了消除粗误差,可用循环码代替二进制码。
循环码是一种无权码,从任何数变到相邻数时,仅有一位数码发生变化。
如果任一码道刻划有误差,只要误差不太大,且只可能有一个码道出现读数误差,产生的误差最多等于最低位的一个比特。
二进制码转循环码:
循环码转二进制码:
7、答:
光栅莫尔条纹测位移的三个主要特点:
(1)位移的放大作用:
光栅每移动一个栅距W时,莫尔条纹移动一个宽度
,莫尔条纹的间距
与两光栅夹角
的关系为:
由此可见,
越小,
越大,
相当于把W放大了1/
倍。
即光栅具有位移放大作用,从而可提高测量的灵敏度。
(2)莫尔条纹移动方向:
当固定一个光栅时,另一个光栅向右移动时,则莫尔条纹将向上移动;反之,如果另一个光栅向左移动,则莫尔条纹将向下移动。
因此,莫尔条纹的移动方向有助于判别光栅的运动方向。
(3)误差的平均效应:
莫尔条纹是由光栅的大量刻线形成的,对线纹的刻划误差有平均抵消作用。
8、答:
光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。
其工作原理:
标尺光栅固定在被测物体上,指示光栅相对于光电元件固定,两光栅在光照下可形成具有明暗相间带的莫尔条纹。
标尺光栅移动一个栅距W,光强变化一个周期,用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化,就可将光信号转换为接近于正弦周期函数的电信号输出,从而可知被测物体移动位移的大小。
9、答:
计量光栅传感器的结构包括两个部分:
光电转换装置和光栅数显表,其中前者又包括以下四个部分:
①主光栅(又称标尺光栅),均匀地刻划有透光和不透光的线条;②指示光栅,刻有与主光栅同样刻线密度的条纹;③光路系统,包括光源和透镜;④光电元件。
计量光栅主要利用了莫尔条纹现象。
主光栅与指示光栅的栅线叠合在一起,中间保持很小的夹角
,在大致垂直于栅线的方向上会出现明暗相间的条纹,称为莫尔条纹。
光栅测量原理就是以移动的莫尔条纹的数量来确定位移量,其分辨率为光栅栅距。
10、答:
数字式传感器是能够直接将非电量转换为数字量的传感器。
数字式传感器与模拟式传感器相比,具有测量精度和分辨率高、稳定性好、抗干扰能力强、便于与微机接口和适宜远距离传输的优点。
五、计算题
1、解:
2、解:
3、解:
(1)由光栅密度50线/mm,可知其光栅栅距
根据公式可求莫尔条纹间距
,式中
为主光栅与指标光栅夹角,得
(2)光栅运动速度与光敏二极管响应时间成反比,即
所以最大允许速度为
。
4、解:
∵该循环码盘为六位循环码盘
∴最小分辨率为:
设码盘半径为
,∵5.625°的角度对应圆弧长度为0.01mm,
∴
∴
又∵码盘输出数码为“101101”,将其转换为二进制码,则
循环码:
101101
11011
二进制码:
110110
∴二进制码为110110,对应十进制数为:
同理,由于初始位置对应数码为“110100”,将其转换为二进制码,则
循环码:
110100
10011
二进制码:
100111
∴二进制码为100111,对应十进制数为:
∴码盘实际转过的角度为:
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