14数字式传感器习题及解答.docx
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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0门0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00门，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00门，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.0.12C.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。
1k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、光学坐标锂床、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?
丄gw
•光栅
d•d
f-f
d-d
f-fBh
d-d
光栅2
4、如何判别光栅传感器的运动方向?
图14.14辨向原理
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91=?
若一个9I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/rrni,主光栅与指标光栅之间夹角0.01rad。
求：
（1）求其形成的莫尔条纹间距Bh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10&s,问此时
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,
所以实际转过的角度为
4X22.5°=90°1、光栅2）叠合在一起，中间留有很小的间
3、答：
①把两块栅距相等的光栅（光栅腺'
并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角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e之间的关系为：
bW2
8h
sin
2
4、答：
为了能够辨向，需要有相位差为n/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n/2的电信号5和比（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u/和u/o
当光栅沿A方向移动时，u/经微分电路后产生的脉冲，正好发生在氏‘的u1"电平时，从而经Yi输出一个计数脉冲；而u/经反相并微分后产生的脉冲，则与氏‘的u（T电平相遇，与门Y2被阻塞，无脉冲输出。
在光栅沿一A方向移动时，的微分脉冲发生在氏‘为“0”电平时，与门Yi无脉冲输出；而U/的反相微分脉冲则发生在U2‘的4t1,J电平时，与门丫2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，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：
cnBn
循环码转二进制码:
CiBiBii（i0:
n1）
BnCn
BiCiBii（i0:
n1）
7、答：
光栅莫尔条纹测位移的三个主要特点：
D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Bh,莫尔
条纹的间距Bh与两光栅夹角的关系为：
8h2WW
sin
2
由此可见，越小，Bh越大，Bh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。
1.4
0.01
2.91^7ad
121
2r2--
0.001/221r667.5mm
由光栅密度50线/mm,可知其光栅
W10.02mm
50
根据公式可求莫尔条纹间距BhW,式中为主光栅与指标光栅夹角，得
22
3、解：
⑴栅距
W0.02
Bh
2mm
（2）光栅运动速度与光敏二极管响应时间成反0,01匕即v6W/t106
所以最大允许速度为20m/so
4、解：
•・•该循环码盘为六位循环码
盘
・•・最小分辨率为：
36°65..
26
设码盘半径为r,•••5.625°的角度对应圆弧长度为
0.01mmT
3605.625
验0.（?
10
25.625°・1mm
又•・•码盘输出数码为u101101",将其转换为二进制码，则
循环码：
101101
二进制码:
对应十进制数为:
2524222132164254
同理，由于初始位置对应数码为u110100",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:
2522212°3242139码盘实际转过的角度为:
X（5439）15155.62584.375
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