14數(shù)字式傳感器習(xí)題及解答

1、實(shí)用文檔第 14 章 數(shù)字式傳感器一、單項(xiàng)選擇題1、循環(huán)碼0110 對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼是（ ） 。A. 0110B. 0100 C. 0101 D. 10012、當(dāng)兩塊光柵的夾角很小時(shí)，光柵莫爾條紋的間距（）A.與柵線的寬度成正比B.與柵線間寬成正比C.與夾角近似成正比D.與柵距近似成正比3、現(xiàn)有一個(gè)采用4 位循環(huán)碼碼盤(pán)的光電式編碼器，碼盤(pán)的起始位置對(duì)應(yīng)的編碼是0011 ，終止位置對(duì)應(yīng)的編碼是0101 ，則該碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可能會(huì)是（ ）A 45°B.60°C.90°D.120°4、現(xiàn)有一個(gè)采用4 位循環(huán)碼碼盤(pán)的光電式編碼器，碼盤(pán)的起始位置對(duì)應(yīng)的編碼是0011

2、 ，終止位置對(duì)應(yīng)的編碼是1111 ，則該碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可能會(huì)是（ ）A 60°B.90°C.180°D.270°5、一個(gè)6 位的二進(jìn)制光電式編碼器，其測(cè)量精度約為（）A 5.6 ° B. 0.17°C 0.016 ° D. 60°6、 （）屬于脈沖盤(pán)式編碼器。A.接觸式編碼器B.光電式編碼器C.增量編碼器D.電磁式編碼器7、采用50線/mm的計(jì)量光柵測(cè)量線位移,若指示光柵上的莫爾條紋移動(dòng)了12條，則被測(cè)線位移為（ ） mmA 0.02 B. 0.12C 0.24 D. 0.48二、多項(xiàng)選擇題1、以下傳感器中屬非接觸

3、式的有：（）A. 電磁式編碼器B. 光電式編碼器C. 脈沖盤(pán)式編碼器D. 計(jì)量光柵2、計(jì)量光柵的特點(diǎn)是（） 。A.測(cè)量精度高B.成本低C.非接觸式D.對(duì)環(huán)境要求不高三、填空題1、循環(huán)碼1101對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼是 。2、采用4位二進(jìn)制碼盤(pán)能分辨的角度為 。3、計(jì)量光柵是利用光柵的 現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)量的。4、光柵測(cè)量原理是以移過(guò)的莫爾條紋的數(shù)量來(lái)確定位移量，其分辨率為 。5、莫爾條紋有、和 這三個(gè)重要特點(diǎn)。6、當(dāng)兩塊光柵的夾角很小時(shí)，光柵莫爾條紋的間距與 近似成反比。7、目前為止，數(shù)字式傳感器最主要的兩種類型是 和。8、直線式編碼器用于測(cè)量 , 用于測(cè)量角位移。9、計(jì)量光柵主要由 和 兩部分組成。10、計(jì)

4、量光柵中的光電轉(zhuǎn)換裝置包括主光柵、 、和光電元件。11、為了提高光柵的分辨率，測(cè)量比柵距更小的位移量，光柵采用細(xì)分技術(shù)，常有的細(xì)分技術(shù)有直接細(xì)分、和。12、數(shù)字式傳感器是能夠直接將 轉(zhuǎn)換為 的傳感器。與模擬式傳感器相比，具有測(cè)量精度和分辨率高、 、抗干擾能力強(qiáng)、便于與微機(jī)接口和適宜 的 優(yōu)點(diǎn)。13、數(shù)字式傳感器主要有 和 兩種類型，可用于 和測(cè)量。14、編碼器按結(jié)構(gòu)形式可分為 和 兩大類，分別用于測(cè)量 和。15、計(jì)量光柵利用光柵的 現(xiàn)象，以線位移和 為基本測(cè)試內(nèi)容， 應(yīng)用于高精度加工機(jī)床、光學(xué)坐標(biāo)鏈床、制造大規(guī)模集成電路的設(shè)備及檢測(cè)儀器等。16、計(jì)量光柵按應(yīng)用范圍不同可分為 和;按用途不同有測(cè)

5、量 線位移的 和;按光柵結(jié)構(gòu)不同，又可分為 和。四、簡(jiǎn)答題1、什么是數(shù)字式傳感器？它有何特點(diǎn)？2、利用某循環(huán)碼盤(pán)測(cè)得的結(jié)果為“0110”，其實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的角度是多少？光柵1dfdfd3、透射式光柵傳感器的莫爾條紋是怎樣產(chǎn)生的？條紋間距、柵距和夾角的關(guān)系是什么？TBh_L4、如何判別光柵傳感器的運(yùn)動(dòng)方向?Bh-I；!"笈666I I1 1 III&爾泰紋光電元件圖14.14辨向原理5、如何實(shí)現(xiàn)提高光電式編碼器的分辨率？6、二進(jìn)制碼與循環(huán)碼各有何特點(diǎn)？并說(shuō)明它們的互換原理。7、簡(jiǎn)述光柵莫爾條紋測(cè)量位移的三個(gè)主要特點(diǎn)？8、簡(jiǎn)述光柵讀數(shù)頭的組成和工作原理？9、簡(jiǎn)述計(jì)量光柵的結(jié)構(gòu)和基本原理

6、。10、什么是數(shù)字式傳感器？數(shù)字式傳感器與模擬式傳感器相比具有何優(yōu)點(diǎn)?五、計(jì)算題1、一個(gè)8位光電碼盤(pán)的最小分辨率是多少？如果要求每個(gè)最小分辨率對(duì)應(yīng)的碼盤(pán)圓弧長(zhǎng)度至大為0.01mn則碼盤(pán)半徑應(yīng)有多大？2、一個(gè)21碼道的循環(huán)碼盤(pán)，其最小分辨力。1=?，若一個(gè)。1角對(duì)應(yīng)圓弧長(zhǎng)度至少為 0.001mm? 問(wèn)碼盤(pán)直徑多大？3、若某光柵的柵線密度為 50線/mm,主光柵與指標(biāo)光柵之間夾角日=0.01rad。求：(1)求其形成的莫爾條紋間距Bh是多少？(2)若采用四只光敏二極管接收莫爾條紋信號(hào)，并且光敏二極管響應(yīng)時(shí)間為10*S,問(wèn)此時(shí)光柵允許最快的運(yùn)動(dòng)速度v 是多少 ?4、 利用一個(gè)六位循環(huán)碼盤(pán)測(cè)量角位移

7、, 其最小分辨率是多少？如果要求每個(gè)最小分辨率對(duì)應(yīng)的碼盤(pán)圓弧長(zhǎng)度最大為0.01mm,則碼盤(pán)半徑應(yīng)有多大？若碼盤(pán)輸出數(shù)碼為“ 101101”，初始位置對(duì)應(yīng)數(shù)碼為“ 110100 ” , 則碼盤(pán)實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的角度是多少？第 14 章 數(shù)字式傳感器一、單項(xiàng)選擇題1、 B 2 、 D 3 、 C 4、 C 5 、 A 6 、 C 7 、 C二、多項(xiàng)選擇題1、 ABD 2 、 AC三、填空題1、 1001 2 、 22.5 ° 3 、莫爾條紋 4 、光柵柵距5、位移放大；辨別運(yùn)動(dòng)方向（辨向）；誤差平均效應(yīng)6 、 （刻線）夾角7、編碼器；脈沖數(shù)字傳感器8 、線位移；旋轉(zhuǎn)式編碼器9 、光電轉(zhuǎn)換裝置；光

8、柵數(shù)顯表10、指示光柵；光路系統(tǒng)11 、倍頻細(xì)分；電橋細(xì)分12、非電量；數(shù)字量；穩(wěn)定性好；遠(yuǎn)距離傳輸 13 、編碼器；脈沖數(shù)字傳感器；位移；計(jì)數(shù)14、直線式；旋轉(zhuǎn)式；線位移；角位移15 、莫爾條紋；角位移16、透射光柵；射光柵；長(zhǎng)光柵；圓光柵；幅值（黑白）光柵；相位（閃耀）光柵四、簡(jiǎn)答題1、答：數(shù)字式傳感器是能夠直接將非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的傳感器。優(yōu)點(diǎn)： 測(cè)量精度和分辨率高， 穩(wěn)定性好， 抗干擾能力強(qiáng)， 便于與微機(jī)接口， 適宜遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字式傳感器可用于測(cè)量位移（包括線位移和角位移）和計(jì)數(shù)。2、答：循環(huán)碼“0110”對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼是“0100” ，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)是4 ，該 4 位碼盤(pán)的最小分辨

9、率為 360° /2 4=22.5 °所以實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的角度為4X22.5。=90。3、答： 把兩塊柵距相等的光柵（光柵 1、光柵2）疊合在一起，中間留有很小的間隙， 并使兩者的柵線之間形成一個(gè)很小的夾角0,這樣就可以看到在近于垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋， 這些條紋叫莫爾條紋。在d - d 線上，兩塊光柵的柵線重合， 透光面積最大，形成條紋的亮帶， 它是由一系列四棱形圖案構(gòu)成的；在 f - f 線上，兩塊光柵的柵線錯(cuò)開(kāi)，形成條紋的暗帶， 它是由一些黑色叉線圖案組成的。 因此莫爾條紋的形成是由兩塊光柵的遮 光和透光效應(yīng)形成的。 莫爾條紋的間距BH與兩光柵線紋夾角e之間的關(guān)系

10、為：W 2 WBi :- ,H 1 二 sin 一 24、答：為了能夠辨向，需要有相位差為兀 /2的兩個(gè)電信號(hào)。 在相隔BH/4間距的位置上， 放置兩個(gè)光電元件1和2,得到兩個(gè)相位差兀/2的電信號(hào)U1和u2 (圖中波形是消除直流分 量后的交流分量)，經(jīng)過(guò)整形后得兩個(gè)方波信號(hào) U1'和u2'。當(dāng)光柵沿A方向移動(dòng)時(shí)，u1'經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖,正好發(fā)生在u2'的“ 1”電平 時(shí)，從而經(jīng)Y1輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖；而 u1'經(jīng)反相并微分后產(chǎn)生的脈沖，則與 u2'的“ 0” 電平相遇，與門(mén)Y2被阻塞，無(wú)脈沖輸出。在光柵沿一A方向移動(dòng)時(shí)，u1'的微分脈

11、沖發(fā)生在 u2'為“0”電平時(shí)，與門(mén)Y1無(wú)脈沖 輸出；而u1'的反相微分脈沖則發(fā)生在 u2'的“1”電平時(shí)， 與門(mén)Y2輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。 u2'的電平狀態(tài)作為與門(mén)的控制信號(hào)，來(lái)控制在不同的移動(dòng)方向時(shí)，u1'所產(chǎn)生的脈沖輸出。這樣就可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向正確地給出加計(jì)數(shù)脈沖或減計(jì)數(shù)脈沖，再將其輸入可逆計(jì)數(shù)器，實(shí)時(shí)顯示出相對(duì)于某個(gè)參考點(diǎn)的位移量。5、答：光電式編碼器的分辨率與碼道數(shù)有關(guān)，如果分辨率要求很高，采用單盤(pán)方式不僅要 求圓盤(pán)直徑增大，而且精度也難以達(dá)到，因此可考慮采用雙編碼器，用兩個(gè)較低分辨率的碼 盤(pán)來(lái)組合成一個(gè)較高分辨率的編碼器。6、答：二進(jìn)制碼盤(pán)簡(jiǎn)單，

12、但在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)碼盤(pán)的制作和電刷的安裝要求十分嚴(yán)格，任 何微小的制作誤差，都可能造成讀數(shù)的粗誤差。這主要是因?yàn)槎M(jìn)制碼當(dāng)某一較高的數(shù)碼改 變時(shí)，所有比它低的各位數(shù)碼均需同時(shí)改變。為了消除粗誤差，可用循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼。 循環(huán)碼是一種無(wú)權(quán)碼， 從任何數(shù)變到相鄰 數(shù)時(shí)，僅有一位數(shù)碼發(fā)生變化。 如果任一碼道刻劃有誤差，只要誤差不太大，且只可能有一 個(gè)碼道出現(xiàn)讀數(shù)誤差，產(chǎn)生的誤差最多等于最低位的一個(gè)比特。二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)循環(huán)碼：Cn=BnCi = Bi 二 Bi 1(i =0： n-1)循環(huán)碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制碼：Bn = CnBi =Ci 二 Bi i(i =0： n-1)7、答：光柵莫爾條紋測(cè)位移的三個(gè)主要特點(diǎn)

13、:(1)位移的放大作用：光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)寬度 BH ,莫爾 條紋的間距Bh與兩光柵夾角e的關(guān)系為:2W Wb 二一二H .sin一 2由此可見(jiàn)，9越小，Bh越大，Bh相當(dāng)于把W放大了 1/日倍。即光柵具有位移放大作用，從而可提高測(cè)量的靈敏度。(2)莫爾條紋移動(dòng)方向：當(dāng)固定一個(gè)光柵時(shí)，另一個(gè)光柵向右移動(dòng)時(shí)，則莫爾條紋將 向上移動(dòng)；反之，如果另一個(gè)光柵向左移動(dòng)，則莫爾條紋將向下移動(dòng)。因此，莫爾條紋的移 動(dòng)方向有助于判別光柵的運(yùn)動(dòng)方向。(3)誤差的平均效應(yīng)：莫爾條紋是由光柵的大量刻線形成的，對(duì)線紋的刻劃誤差有平 均抵消作用。8、答：光柵讀數(shù)頭主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)

14、和光電元件等組成。其工作原理： 標(biāo)尺光柵固定在被測(cè)物體上，指示光柵相對(duì)于光電元件固定，兩光柵在光照下可形成具有明 暗相間帶的莫爾條紋。標(biāo)尺光柵移動(dòng)一個(gè)柵距W光強(qiáng)變化一個(gè)周期，用光電元件接收莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化， 就可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為接近于正弦周期函數(shù)的電信號(hào)輸出，從而可知被測(cè)物體移動(dòng)位移的大小。9、答：計(jì)量光柵傳感器的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)部分：光電轉(zhuǎn)換裝置和光柵數(shù)顯表，其中前者又包 括以下四個(gè)部分：主光柵 (又稱標(biāo)尺光柵)，均勻地刻劃有透光和不透光的線條；指示 光柵，刻有與主光柵同樣刻線密度的條紋；光路系統(tǒng)，包括光源和透鏡；光電元件。計(jì) 量光柵主要利用了莫爾條紋現(xiàn)象。主光柵與指示光柵的柵線疊合在一起

15、，中間保持很小的夾角在大致垂直于柵線的方向上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。光柵測(cè)量原理就是以移動(dòng)的莫爾條紋的數(shù)量來(lái)確定位移量，其分辨率為光柵柵距。10、答：數(shù)字式傳感器是能夠直接將非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的傳感器。數(shù)字式傳感器與模擬式傳感器相比，具有測(cè)量精度和分辨率高、 穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、便于與微機(jī)接口和適宜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。五、計(jì)算題.珈 t 360.，1、解：丁 = =1.4282 二 r2 二28 0.01 -=« - r = = 0.4mm0.012二/282 二標(biāo)準(zhǔn)360221= 2.9 10-rad2二 r 0.0012二2二/221=r = 667.5mm3、解：(1)由光柵密度50線/mn可知其光柵柵距1W = = 0.02mm50根據(jù)公式可求莫爾條紋間距BHW -一，式中8為主光柵與指標(biāo)光柵夾角，得 6c W0.02cBH = = = 2 mmH 10.01(2)光柵運(yùn)動(dòng)速度與光敏二極管響應(yīng)時(shí)間成反比，即W 0.02v =t 10=20m/s所以最大允許速度為 20m/ s。4、解：:該循環(huán)碼盤(pán)為六位循環(huán)碼盤(pán)最小分辨率為：0 =36026= 5.625設(shè)碼盤(pán)半徑為r, ,5.625°的角度對(duì)應(yīng)圓弧長(zhǎng)度為0.01mm,3605.6252 二r0.01:0.1mm360 0.01r =2 二 5.62