14數字式傳感器習題及解答

1、實用文檔第 14 章 數字式傳感器一、單項選擇題1、循環(huán)碼0110 對應的二進制碼是（ ） 。A. 0110B. 0100 C. 0101 D. 10012、當兩塊光柵的夾角很小時，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、現有一個采用4 位循環(huán)碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對應的編碼是0011 ，終止位置對應的編碼是0101 ，則該碼盤轉動的角度可能會是（ ）A 45°B.60°C.90°D.120°4、現有一個采用4 位循環(huán)碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對應的編碼是0011

2、 ，終止位置對應的編碼是1111 ，則該碼盤轉動的角度可能會是（ ）A 60°B.90°C.180°D.270°5、一個6 位的二進制光電式編碼器，其測量精度約為（）A 5.6 ° B. 0.17°C 0.016 ° D. 60°6、 （）屬于脈沖盤式編碼器。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的計量光柵測量線位移,若指示光柵上的莫爾條紋移動了12條，則被測線位移為（ ） mmA 0.02 B. 0.12C 0.24 D. 0.48二、多項選擇題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. 脈沖盤式編碼器D. 計量光柵2、計量光柵的特點是（） 。A.測量精度高B.成本低C.非接觸式D.對環(huán)境要求不高三、填空題1、循環(huán)碼1101對應的二進制碼是 。2、采用4位二進制碼盤能分辨的角度為 。3、計量光柵是利用光柵的 現象進行測量的。4、光柵測量原理是以移過的莫爾條紋的數量來確定位移量，其分辨率為 。5、莫爾條紋有、和 這三個重要特點。6、當兩塊光柵的夾角很小時，光柵莫爾條紋的間距與 近似成反比。7、目前為止，數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量 , 用于測量角位移。9、計量光柵主要由 和 兩部分組成。10、計

4、量光柵中的光電轉換裝置包括主光柵、 、和光電元件。11、為了提高光柵的分辨率，測量比柵距更小的位移量，光柵采用細分技術，常有的細分技術有直接細分、和。12、數字式傳感器是能夠直接將 轉換為 的傳感器。與模擬式傳感器相比，具有測量精度和分辨率高、 、抗干擾能力強、便于與微機接口和適宜 的 優(yōu)點。13、數字式傳感器主要有 和 兩種類型，可用于 和測量。14、編碼器按結構形式可分為 和 兩大類，分別用于測量 和。15、計量光柵利用光柵的 現象，以線位移和 為基本測試內容， 應用于高精度加工機床、光學坐標鏈床、制造大規(guī)模集成電路的設備及檢測儀器等。16、計量光柵按應用范圍不同可分為 和;按用途不同有測

5、量 線位移的 和;按光柵結構不同，又可分為 和。四、簡答題1、什么是數字式傳感器？它有何特點？2、利用某循環(huán)碼盤測得的結果為“0110”，其實際轉過的角度是多少？光柵1dfdfd3、透射式光柵傳感器的莫爾條紋是怎樣產生的？條紋間距、柵距和夾角的關系是什么？TBh_L4、如何判別光柵傳感器的運動方向?Bh-I；!"笈666I I1 1 III&爾泰紋光電元件圖14.14辨向原理5、如何實現提高光電式編碼器的分辨率？6、二進制碼與循環(huán)碼各有何特點？并說明它們的互換原理。7、簡述光柵莫爾條紋測量位移的三個主要特點？8、簡述光柵讀數頭的組成和工作原理？9、簡述計量光柵的結構和基本原理

6、。10、什么是數字式傳感器？數字式傳感器與模擬式傳感器相比具有何優(yōu)點?五、計算題1、一個8位光電碼盤的最小分辨率是多少？如果要求每個最小分辨率對應的碼盤圓弧長度至大為0.01mn則碼盤半徑應有多大？2、一個21碼道的循環(huán)碼盤，其最小分辨力。1=?，若一個。1角對應圓弧長度至少為 0.001mm? 問碼盤直徑多大？3、若某光柵的柵線密度為 50線/mm,主光柵與指標光柵之間夾角日=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，并且光敏二極管響應時間為10*S,問此時光柵允許最快的運動速度v 是多少 ?4、 利用一個六位循環(huán)碼盤測量角位移

7、, 其最小分辨率是多少？如果要求每個最小分辨率對應的碼盤圓弧長度最大為0.01mm,則碼盤半徑應有多大？若碼盤輸出數碼為“ 101101”，初始位置對應數碼為“ 110100 ” , 則碼盤實際轉過的角度是多少？第 14 章 數字式傳感器一、單項選擇題1、 B 2 、 D 3 、 C 4、 C 5 、 A 6 、 C 7 、 C二、多項選擇題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；辨別運動方向（辨向）；誤差平均效應6 、 （刻線）夾角7、編碼器；脈沖數字傳感器8 、線位移；旋轉式編碼器9 、光電轉換裝置；光

8、柵數顯表10、指示光柵；光路系統(tǒng)11 、倍頻細分；電橋細分12、非電量；數字量；穩(wěn)定性好；遠距離傳輸 13 、編碼器；脈沖數字傳感器；位移；計數14、直線式；旋轉式；線位移；角位移15 、莫爾條紋；角位移16、透射光柵；射光柵；長光柵；圓光柵；幅值（黑白）光柵；相位（閃耀）光柵四、簡答題1、答：數字式傳感器是能夠直接將非電量轉換為數字量的傳感器。優(yōu)點： 測量精度和分辨率高， 穩(wěn)定性好， 抗干擾能力強， 便于與微機接口， 適宜遠距離傳輸。數字式傳感器可用于測量位移（包括線位移和角位移）和計數。2、答：循環(huán)碼“0110”對應的二進制碼是“0100” ，轉換成十進制數是4 ，該 4 位碼盤的最小分辨

9、率為 360° /2 4=22.5 °所以實際轉過的角度為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成的；在 f - f 線上，兩塊光柵的柵線錯開，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 光和透光效應形成的。 莫爾條紋的間距BH與兩光柵線紋夾角e之間的關系

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的兩個電信號。 在相隔BH/4間距的位置上， 放置兩個光電元件1和2,得到兩個相位差兀/2的電信號U1和u2 (圖中波形是消除直流分 量后的交流分量)，經過整形后得兩個方波信號 U1'和u2'。當光柵沿A方向移動時，u1'經微分電路后產生的脈沖,正好發(fā)生在u2'的“ 1”電平 時，從而經Y1輸出一個計數脈沖；而 u1'經反相并微分后產生的脈沖，則與 u2'的“ 0” 電平相遇，與門Y2被阻塞，無脈沖輸出。在光柵沿一A方向移動時，u1'的微分脈

11、沖發(fā)生在 u2'為“0”電平時，與門Y1無脈沖 輸出；而u1'的反相微分脈沖則發(fā)生在 u2'的“1”電平時， 與門Y2輸出一個計數脈沖。 u2'的電平狀態(tài)作為與門的控制信號，來控制在不同的移動方向時，u1'所產生的脈沖輸出。這樣就可以根據運動方向正確地給出加計數脈沖或減計數脈沖，再將其輸入可逆計數器，實時顯示出相對于某個參考點的位移量。5、答：光電式編碼器的分辨率與碼道數有關，如果分辨率要求很高，采用單盤方式不僅要 求圓盤直徑增大，而且精度也難以達到，因此可考慮采用雙編碼器，用兩個較低分辨率的碼 盤來組合成一個較高分辨率的編碼器。6、答：二進制碼盤簡單，

12、但在實際應用中，對碼盤的制作和電刷的安裝要求十分嚴格，任 何微小的制作誤差，都可能造成讀數的粗誤差。這主要是因為二進制碼當某一較高的數碼改 變時，所有比它低的各位數碼均需同時改變。為了消除粗誤差，可用循環(huán)碼代替二進制碼。 循環(huán)碼是一種無權碼， 從任何數變到相鄰 數時，僅有一位數碼發(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 個碼道出現讀數誤差，產生的誤差最多等于最低位的一個比特。二進制碼轉循環(huán)碼：Cn=BnCi = Bi 二 Bi 1(i =0： n-1)循環(huán)碼轉二進制碼：Bn = CnBi =Ci 二 Bi i(i =0： n-1)7、答：光柵莫爾條紋測位移的三個主要特點

13、:(1)位移的放大作用：光柵每移動一個柵距W時，莫爾條紋移動一個寬度 BH ,莫爾 條紋的間距Bh與兩光柵夾角e的關系為:2W Wb 二一二H .sin一 2由此可見，9越小，Bh越大，Bh相當于把W放大了 1/日倍。即光柵具有位移放大作用，從而可提高測量的靈敏度。(2)莫爾條紋移動方向：當固定一個光柵時，另一個光柵向右移動時，則莫爾條紋將 向上移動；反之，如果另一個光柵向左移動，則莫爾條紋將向下移動。因此，莫爾條紋的移 動方向有助于判別光柵的運動方向。(3)誤差的平均效應：莫爾條紋是由光柵的大量刻線形成的，對線紋的刻劃誤差有平 均抵消作用。8、答：光柵讀數頭主要由標尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)

14、和光電元件等組成。其工作原理： 標尺光柵固定在被測物體上，指示光柵相對于光電元件固定，兩光柵在光照下可形成具有明 暗相間帶的莫爾條紋。標尺光柵移動一個柵距W光強變化一個周期，用光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變化， 就可將光信號轉換為接近于正弦周期函數的電信號輸出，從而可知被測物體移動位移的大小。9、答：計量光柵傳感器的結構包括兩個部分：光電轉換裝置和光柵數顯表，其中前者又包 括以下四個部分：主光柵 (又稱標尺光柵)，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 量光柵主要利用了莫爾條紋現象。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出現明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。光柵測量原理就是以移動的莫爾條紋的數量來確定位移量，其分辨率為光柵柵距。10、答：數字式傳感器是能夠直接將非電量轉換為數字量的傳感器。數字式傳感器與模擬式傳感器相比，具有測量精度和分辨率高、 穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、便于與微機接口和適宜遠距離傳輸的優(yōu)點。五、計算題.珈 t 360.，1、解：丁 = =1.4282 二 r2 二28 0.01 -=« - r = = 0.4mm0.012二/282 二標準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根據公式可求莫爾條紋間距BHW -一，式中8為主光柵與指標光柵夾角，得 6c W0.02cBH = = = 2 mmH 10.01(2)光柵運動速度與光敏二極管響應時間成反比，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)碼盤為六位循環(huán)碼盤最小分辨率為：0 =36026= 5.625設碼盤半徑為r, ,5.625°的角度對應圓弧長度為0.01mm,3605.6252 二r0.01:0.1mm360 0.01r =2 二 5.62