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.10012、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（）mmA．0.02B.0.12C．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？dfdfd光栅2光栅1dfdfdWBH4、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rad01.0。求：(1)求其形成的莫尔条纹间距HB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s610，问此时图14.14辨向原理Y1Y2AA1u2uAAuu1u20xW1u2uHB4W2W43W光电元件莫尔条纹光栅允许最快的运动速度v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：2sin2HWWB1(01)nniiiCBCBBin1(01)nniiiBCBCBin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HB，莫尔条纹的间距HB与两光栅夹角的关系为：2sin2HWWB由此可见，越小，HB越大，HB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：83601.42882r220.01r0.4mm0.012/222、解：61213602.910rad2212r0.001r667.5mm22/23、解：(1)由光栅密度50线/mm，可知其光栅栅距mmW02.0501根据公式可求莫尔条纹间距WBH，式中为主光栅与指标光栅夹角，得mmWBH201.002.0(2)光栅运动速度与光敏二极管响应时间成反比，即smtWv/201002.06所以最大允许速度为sm/20。4、解：∵该循环码盘为六位循环码盘∴最小分辨率为：625.523606设码盘半径为r，∵5.625°的角度对应圆弧长度为0.01mm,∴01.0625.52360r∴mmr1.0625.5201.0360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：5424163222221245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：391243222220125∴码盘实际转过的角度为：375.84625.51515)3954(x