14數(shù)字式傳感器習(xí)習(xí)題及解答

1、第14章 數(shù)字式傳感器一、單項選擇題1、循環(huán)碼0110對應(yīng)的二進(jìn)制碼是（ ）。A. 0110 B. 0100 C. 0101 D. 10012、當(dāng)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(xiàn)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(yīng)的編碼是0011，終止位置對應(yīng)的編碼是0101，則該碼盤轉(zhuǎn)動的角度可能會是（ ）A45° ° ° °4、現(xiàn)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(yīng)的編碼是0011，終止位置對應(yīng)的編碼是1111，則該碼盤轉(zhuǎn)

2、動的角度可能會是（ ）A60° ° ° ° 5、一個6位的二進(jìn)制光電式編碼器，其測量精度約為（ ）A° B. ° C° 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（ ）mm A B. 0.12 C D. 二、多項選擇題1、以下傳感器中屬非接觸式的有：（ ）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

3、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(yīng)的二進(jìn)制碼是 。2、采用4位二進(jìn)制碼盤能分辨的角度為 。3、計量光柵是利用光柵的 現(xiàn)象進(jìn)行測量的。4、光柵測量原理是以移過的莫爾條紋的數(shù)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(dāng)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(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量 ， 用于測量角位移。9、計量光柵主要由 和 兩部分組成。10、計量光柵中的光電轉(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

4、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。13、數(shù)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(jié)構(gòu)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(xiàn)象，以線位移和 為基本測試內(nèi)容，應(yīng)用于高精度加工機(jī)床、光學(xué)坐標(biāo)鏜床、制造大規(guī)模集成電路的設(shè)備及檢測儀器等。16、計量光柵按應(yīng)用范圍不同可分為 和 ；按用途不同有測量線位移的 和 ；按光柵結(jié)構(gòu)不同，又可分為 和 。四、簡答題1、什么是數(shù)字式傳感器它有何特點 2、利用某循環(huán)碼盤測得的結(jié)果為“

5、0110”，其實際轉(zhuǎn)過的角度是多少3、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 4、如何判別光柵傳感器的運(yùn)動方向 5、如何實現(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(shù)頭的組成和工作原理9、簡述計量光柵的結(jié)構(gòu)和基本原理。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(yīng)的碼盤圓弧長度至大為0.01mm，則碼盤半徑應(yīng)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(yīng)圓弧長度

6、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(biāo)光柵之間夾角。求：(1)求其形成的莫爾條紋間距是多少(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(yīng)時間為，問此時光柵允許最快的運(yùn)動速度是多少4、利用一個六位循環(huán)碼盤測量角位移,其最小分辨率是多少如果要求每個最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度最大為0.01mm,則碼盤半徑應(yīng)有多大若碼盤輸出數(shù)碼為“101101”,初始位置對應(yīng)數(shù)碼為“110100”,則碼盤實際轉(zhuǎn)過的角度是多少第14章 數(shù)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

7、空題1、1001 2、° 3、莫爾條紋 4、光柵柵距 5、位移放大；辨別運(yùn)動方向（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；長光柵；圓光柵；幅值（黑白）光柵；相位（閃耀）光柵四、簡答題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：測量精度和分辨率高，穩(wěn)定性好，抗干

8、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量位移（包括線位移和角位移）和計數(shù)。2、答：循環(huán)碼“0110”對應(yīng)的二進(jìn)制碼是“0100”，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)是4，該4位碼盤的最小分辨率為360°/24=°所以實際轉(zhuǎn)過的角度為4×°=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，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

9、 - 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(yīng)形成的。 莫爾條紋的間距BH與兩光柵線紋夾角之間的關(guān)系為：4、答：為了能夠辨向，需要有相位差為/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/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(jīng)過整形后得兩個方波信號u1和u2。 當(dāng)光柵沿A方向移動時，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，從而經(jīng)Y1輸出一個計數(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Y2被阻塞，無脈沖輸出

10、。在光柵沿A方向移動時，u1的微分脈沖發(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(shù)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(chǎn)生的脈沖輸出。 這樣就可以根據(jù)運(yùn)動方向正確地給出加計數(shù)脈沖或減計數(shù)脈沖， 再將其輸入可逆計數(shù)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(shù)有關(guān)，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(dá)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(jìn)制碼盤簡單，但在實際應(yīng)用中，對

11、碼盤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。這主要是因為二進(jìn)制碼當(dāng)某一較高的數(shù)碼改變時，所有比它低的各位數(shù)碼均需同時改變。 為了消除粗誤差，可用循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼。循環(huán)碼是一種無權(quán)碼，從任何數(shù)變到相鄰數(shù)時，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比特。二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)循環(huán)碼：循環(huán)碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制碼：7、答：光柵莫爾條紋測位移的三個主要特點：（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，莫爾條紋的間距與兩光柵夾角的關(guān)系為：由此可見，越小，越大，相當(dāng)于把W放大了1/倍。

12、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(dāng)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(yùn)動方向。 （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)和光電元件等組成。其工作原理：標(biāo)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(biāo)尺光柵移動一個柵距W，光強(qiáng)變化一個周期，用光電元件接收莫爾條紋移動時光強(qiáng)的變化，就可將

13、光信號轉(zhuǎn)換為接近于正弦周期函數(shù)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(jié)構(gòu)包括兩個部分：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，中間保持很小的夾角，在大致垂直于柵線的方向上會出現(xiàn)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(shù)量來確定位移量，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。五、計算題1、解：2、解：3、解：(1)由光柵密度50線/mm，可知其光柵柵距根據(jù)公式可求莫爾條紋間距，式中為主光柵與指標(biāo)光柵夾角，得(2)光柵運(yùn)動速度與光敏二極管響應(yīng)時間成反比，即所以最大允許速度為。4、解： 該循環(huán)碼盤為六位循環(huán)碼盤 最小分辨