《自动检测与转换技术》第11章练习题分析

PAGEPAGE1《自动检测与转换技术》（“十四五”职业教育国家规划教材）统一书号：ISBN978-7-111-62119-5第十一章数字式位置传感器思考题与习题分析说明：填空中的“红色文字”以及分析题中的“提示”并不等于就是答案，只是给出了怎样解题的思路和分析方法，给读者一点启发。作者还在有关题目中，增加了一些新的技术和应用型知识。限于篇幅的限制，有的传感器的内容无法在本教材正文中展开来讲的，现在有了这个“思考题与习题分析”，就可以在此展开介绍，希望对读者有一点帮助。展开的知识可能有一部分超过本教材的深度，读者可以上网对照有关资料来理解和提高。希望读者看完本分析之后，就其中的疑难、错误等问题，来信与作者进行探讨，邮箱为liangsen2@126.com，上海电机学院的梁森老师以及作者团队与大家交流。谢谢大家。思考题及习题1．单项选择题1）数字式位置传感器不能用于____可以用于带有机械结构的角位移、直线位移的测量____的测量。A．机床刀具的位移B．机械手的旋转角度Ｃ．人体步行速度D．机床的位置控制2）不能直接用于直线位移测量的传感器是____注意“直接”这两个字____。A．长光栅B．长磁栅C．角编码器3）绝对式位置传感器输出的信号是____注意：必须是“一一对应”的编码____，增量式位置传感器输出的信号是____注意：不应该是“模拟信号”____。A．电流信号B．电压信号C．脉冲信号D．二进制格雷码4）有一只十码道绝对式角编码器，其分辨率为____等于1除以“2的10次幂”______，能分辨的最小角位移为____等于360°除以“2的10次幂”____。A．1/10B．1/210Ｃ．1/102D．3.6°E．0.35°F．0.01°5）有一只1024p/r增量式角编码器，在零位脉冲之后，光敏元件连续输出10241个脉冲。则该编码器的转轴从零位开始转过了___1024p是1圈，那么10240p是10圈，1个脉冲代表（1/1024）圈______。A．10241圈B．1/10241圈C．10又1/1024圈D．11圈6）有一只2048p/r增量式角编码器，光敏元件在30秒内连续输出了204800个脉冲。则该编码器转轴的转速为____204800个脉冲代表100圈，是在30秒里完成的，所以每秒钟旋转了(100/30)圈，每分钟的转速就是再乘以60，等于……____。A．204800r/minB．60×204800r/minC．(100/30)r/minD．200r/min7）某直线光栅每毫米刻线数为50线，采用4细分技术，则该光栅的分辨力为____如果不采取细分技术，则分辨力为(1mm/50)。再除以4，就是4细分后的分辨力_____。A．5mB．50mC．48）不能将角位移变成直线位移的机械装置是___“蜗轮-蜗杆”是将较细的蜗杆的旋转转换成为较大的蜗轮的旋转，两者都是旋转，但旋转的轴线相互垂直_____。A．丝杠-螺母B．齿轮-齿条C．蜗轮-蜗杆D．传输带-皮带轮9）光栅中采用sin和cos两套光电元件是为了____得到两个相位差为90°的系统频率的正弦波信号____。A．提高信号幅度B．辩向C．抗干扰D．作三角函数运算10）光栅传感器利用莫尔条纹来达到____如果不采用莫尔条纹的方法来“放大”光栅线的变化，就无法看清每毫米几十根这种细微的光栅线。使用莫尔条纹的“光学放大”方法，“指示光栅”与主光栅相互位移一根光栅线的距离，莫尔条纹的变化距离就有十几倍于光栅线的变化，就使得光电传感器容易分辨莫尔条纹的明暗变化____。A．提高光栅的分辨力B．辩向的目的Ｃ．使光敏元件能分辨主光栅移动时引起的光强变化D．细分的目的11）当主光栅与指示光栅的夹角为θ（夹角的单位一定要预先换算为rad，弧度，其数值远小于1）、主光栅与指示光栅相对移动一个栅距时，莫尔条纹移动____L≈W/θ____。A．一个莫尔条纹间距LB．θ个LC．(1/θ)个LD．一个W的间距12）磁带录音机中应采用_____磁带与磁头不相对运动，就不会产生变化的磁场，磁头中的线圈就不会产生感应电动势____；磁栅传感器中应采用____磁带与磁头即使不相对运动（静态），磁头也会有信号____。A．动态磁头B．静态磁头C．电涡流探头D．光电传感器13）容栅传感器是根据电容的_____极距必须基本不变____工作原理来工作的。A．变极距式B．变面积式C．变介质式14）粉尘较多的场合不宜采用_____光学元件最害怕灰尘_____；直线位移测量超过1m时，为减少接长误差，不宜采用___容栅的行程较短_____。A．光栅B．磁栅C．容栅D．感应同步器15）测量超过40m的位移量应选用____30m以上的直线位移传感器非常昂贵，最好是采用机械转换的方法，将直线位移先转化为角位移，再予以测量____，属于接触式测量的是____磁栅的磁头是与磁尺接触的____。A．光栅B．磁栅C．容栅D．光电式角编码器2．在检修某机械设备时，发现某金属齿轮的两侧各有A、B检测元件，如图11-27a所示。请分析填空。图11-27机械设备中的旋转参数测量原理分析a）安装简图b）输出波形1）根据已学过的知识，可以确认A、B两个检测元件是______非接触的_____（行程开关/接近开关），其检测原理是属于_____电涡流或光电等非接触的____传感器。2）齿轮每转过一个齿，则A、B各输出____不会是2个____个脉冲。在设定的时间内，对脉冲进行计数，就可以测量齿轮的______转速____和_____转向____。3）若齿轮的齿数z=36，在2s内测得A（或B）输出的脉冲数为1026个，则说明齿轮转过了_____无论经历了多长的测量时间，旋转的圈数等于脉冲数除以每一圈的齿数，与时间无关_____圈。4）若齿轮正转时A、B的输出脉冲如图11-27b所示，由b图可以看出，设置A、B两个检测元件是为了判别______齿轮旋转的……___________。5）若齿轮反转，请以A的波形为基准，画出B的输出波形（应考虑相位差）。提示：若齿轮反转，则A的波形滞后于B的波形（角度差为90°，相位差为π/2）。6）若发现A或B无信号输出，产生故障的可能原因为：________、_________、____________、____________等。提示：不外乎电源、引线、设备本身……7）可用____如果是电涡流式传感器，铁片可以引起接近开关动作；如果是光电式传感器，能够反光的物体都能引起光电开关动作______（塑料/铁片）来判断A或B是否损坏。3．一个透射式3600线/圈的圆光栅，采用4细分技术，求：1）角节距θ为多少度？或多少分？2）分辨力为多少度？3）该圆光栅数显表每产生一个脉冲，说明主光栅旋转了多少度？4）若测得主光栅顺时针旋转时产生加脉冲1200个，然后又测得减脉冲200个，则主光栅的角位移为多少度？提示：1）角节距θ为：θ=360°/3600=？？？2）分辨力为：采用4细分技术后的分辨力=θ/4=360°/(3600×4)=？？？3）该圆光栅数显表每产生一个脉冲，说明主光栅旋转了θ/4=……4）若测得主光栅顺时针旋转时产生加脉冲1200个，然后又测得减脉冲200个，则主光栅的角位移为：[(1200个脉冲×(θ/4)]-[200个脉冲×(θ/4)]=？？4．图11-28a所示为一人体身高和体重测量装置外观，图11-28b所示为测量身高的传动机构简图，请分析填空并列式计算。图11-28测量身高的装置示意图a）测量装置外观b）传动机构简图1－底座2－标杆3－原点4－立柱5－大带轮6－传动带7－小带轮8－电动机9－光电编码器1）测量体重的荷重传感器应该选择____静态的、准确度的数值小于1/1000的____（压电/应变片/超声波）传感器，该传感器应安装在____底座的内部____部位。2）电动机与角编码器及小带轮联轴，再带动大带轮及标杆，且两根传动带外表面的线速度v处处相同。设小带轮的直径D1=79.6mm，则电动机及小带轮每转一圈，传动带及标杆就上升或下降____πD1=250____mm。3）若角编码器的参数为1024p/r，不采用细分技术，则电动机每转动一圈，光电编码器产生____1024___个脉冲。则每测得一个光电编码器产生的脉冲，就说明标杆上升或下降___250÷1024=0.244__mm。4）设标杆原位（基准位置）距踏脚平面的高度h0=2.2m，当标杆从图中的原位下移碰到人的头部时，共测得2048个脉冲，则标杆位移了___500____mm，该人的身高h=___h0-0.5____m提示：答案必须是有现实意义的，不可能高于或低于正常的大人或小孩的高度。5）每次测量完毕，标杆回到原位的目的是____为了下一次……______。5．有一增量式光电角编码器，其参数为1024p/r，采用4细分技术，编码器与丝杠同轴连接，丝杠螺距t=6mm，如图11-29所示。当丝杠从图中所示的位置开始旋转，在5s时间里，光电编角码器后续的细分电路共产生了N=4×51456个脉冲。请列式计算：1）丝杠共转过______(4×51456)÷4÷1024=……，考虑到后面的提问，圈数取整数_____圈，又____90__度。提示：旋转的角度与时间无关。2）丝杠的平均转速n为________50.25÷5×60__（r/min）。3）螺母从图中所示的