《传感器与检测技术项目教程》 习题及答案 梁森10模块十数字式位置检测思考题与练习题分析

《传感器与检测技术项目教程》

模块十数字式位置检测

思考及练习题解题分析参考

（填空中的红色文字并不等于就是答案，

只是给出了怎样选择A、B、C、D中正确的一个答案的分析方法）

10-1单项选择题

1）数字式位置传感器不能用于—这里列出的大部分都可以滴！—的测量。

A.机床刀具的位移B.机械手的旋转角度C.振动加速度D.设备的位置控制

2）感应同步器必须用—高2级以上的（误差小的），测量长度较长的仪器一来校验接长误

差。

A.电容式传感器B.电感传感器C.激光干涉仪D.容栅传感器

3）不能直接用于直线位移测量的传感器是圆的、旋转的传感器是不能直接用于测量直线

位移的一o

A.长光栅B.直线磁栅C.球栅D.角编码器

4）不能将角位移转变为直线位移的机械装置是一上网查阅有关传动机构的资料—o

A.丝杠-螺母B.齿轮-齿条C.大、小带轮D.蜗轮-蜗杆

5）绝对式数字式位置传感器输出的信号是—“多位数字信号”的哈—，增量式位置传感

器输出的信号是一主要是“单位数字信号”的哈！当然，还有一个“零位信号”—o

A.连续的模拟电流信号B.连续的模拟电压信号C.脉冲信号D.二进制格雷

码

6）有一只10码道绝对式角编码器，其分辨率为2的哥的倒数，幕等于码道数—，能分

辨的最小角位移为―360°乘以分辨率—。

A.1/10B.1/210C.1.2048D.36°E.0.35°F.3.6°

7）有一只用=1024P/r的增量式角编码器，在零位脉冲之后，光敏元件连续输出N=10241个脉

冲。则该角编码器的转轴从零位开始转过了—先将N除以M,整数部分等于圈数；再将N减去

1024的整数，余数除以1024,就是圈数的零头一o

A.10241圈B.1/10241圈C.10又1/1024圈D.|］圈

8）有一只M=2048P/r的增量式凭编码器，光敏元件在30s内连续输出了2204800个脉冲。则

该角编码器转轴的转速为一先将N除以M,再除以30s（等于每秒的圈数），再乘以60,答案的

单位为r/min。

A.204800r/minB.60X204800r/minC.（100/30）r/minD.200r/min

9）某长光栅每亳米刻线数为50线，采用4细分技术，则该光栅的分辨力为一先将1mm除

以50（就是细分前的分辨力），再除以4,答案的单位为RIB一。

A.5pmB.50HmC.4pmD.20pm

10）光栅中采用sin和cos两套光电元件是为了—这个就相当于人有两只耳朵，就

A.提高信号幅度B.辩向C.抗干扰D.作三角函数运算

图10-10转盘加工工位的编码

1一绝对式角编码器2—电动机3—转轴4一转盘5—工件6一刀具

II）图10-10中的工件1刚已完成加工，要使处于工位8上的工件逆时针转到加工点等待钻孔，

当绝对式角编码器（假设为4码道）输出的编码从一（零位的自然二进制码）一变为一自然

二进制码8一时，表示转盘己将工位8转到图中的钻头正下方。

A.0000B.0010C.1100D.1110

12）光栅传感器利用莫尔条纹来达到光栅太密了，太细了，看不清，需要放大几十倍才能

分辨移动了多少根刻线—的目的。

A.倍增光栅的透光和不透光条纹B.辩向

C.使光敏元件能分辨主光栅移动时引起的光强变化（光学放大作用）D.细分

13）当主光栅（标尺光栅）与指示光栅的夹角为0（rad）、主光栅与指示光栅相对移动一个栅

距时，莫尔条纹移动了―莫尔条纹间距一o

A.一个莫尔条纹间距LB.0个LC.1/0个LD.一个W的间距

14）磁栅传感器中应采用—动态磁头的意思是：必须动起来才有输出信号。但是机床经常需

要停下来，这个时候还必须有信号才行。而且信号的幅度还不能与速度有关—o

A.动态磁头B.静态磁头C.电涡流探头D.光电探头

15）容栅传感器是根据电容的—极距是固定不变的那个的一工作原理的，价格比磁栅传感

器—容栅就是印制电路板制作的，比普通的电路板精密一些，但花不了多少成本—很多。

A.变极距式B.变面积式C.变介质式D.高E.低

16）粉尘较多的场合不宜采用一光学的东西最害怕灰尘啦一传感器。

A.光栅B.磁栅C.容栅D.球栅

17）测量超过100m的液位，应选用—没有100m这么长的直线传感器，那个要不得了的成

本啦O

A.光栅B.角编码器C.容栅D.磁栅

10-2分析计算题

1.上网查阅有关球栅的资料，写出其中一种的主要技术指标。

2.有一长光栅，每亳米刻线数M=100线，主光栅与指示光栅的夹角gl.8°=（L8M180）rad,请

列式计算和分析填空。

1）栅距W=1/Mmmo

2）主光栅与指示光栅的夹角0=（1.87：/180）rad。

ww

3）莫尔条纹的宽度L=______________L=-----5«—____________mm。

2加g6

2

4）若采用4细分技术细分后的分辨力A=W/4具体是……际

3.一透射式圆光栅，指标为3600线/圈，采用4细分技术，求：

1）角节距。为多少度？

2）4细分后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？

3）若细分后，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？

解1）角节距内360°/3600=……

2）4细分后该圆光栅数显表每产生一个脉冲，说明主光栅旋转了夕学/4=（360°/3600）/4……

3）若细分后，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"'=[（3600/3600）/4]x（l200-200）……

4.测量身高的测量装置的外观如图10-39a所示，图10-39b所示为测量身高的传动机构简图，

请列式计算和分析填空。

图10・39测量身高的装置示意图

a）测量装置外观b）传动机构筒图

1—底座2—标杆3—原点4—立柱5一带轮

6—传动带7—电动机8—光电角编码器

1）测量体重的荷重传感器应该选择—压电传感器只能测量动态力—式传感器，该传感器

应安装在___重力是向下的部位＜

2）设传动轮的减速比为i=l:5（即。:。2=1：5）,则电动机每转一圈，大带轮转了—慢得只有小

带轮的几分之一哈一圈。

3）若光电角编码器的参数为M=IO24P/r,则电动机每转动一圈，光电角编码器产生一就是M

这个参数个脉冲。

4）电动机右侧的轴与角编码器联轴，左侧的轴与小带轮联轴，再带动大带轮。图10-39中的两

根传动带的内表面线速度y_在没有打滑的情况下……—（相同/不相同），位移x也—在没有

打滑的情况下……o设大带轮的直径。2=01592m,则大带轮每转动一圈，标杆上升或下降了

一乘以口―m。由传动比i=l:5可知，电动机每转一圈，标杆上升或下降一再除以5—m.

每测得一个光电角编码器产生的脉冲，就说明标杆上升或下降了一再除以Mmo

5）设标杆原位（基准位置）距踏脚平面的初始基准高度瓦=2.2m,当标杆从图中的原位下移碰

到人的头部时，共测得5120个脉冲，则标杆位移了后—“光电角编码器每转一圈下降的数值乘

以5120”m,则该人的身高h=___与2.2相减m。

6））每次测量完毕，标杆回到原位，这是为了下一次测量从一哪来哪去—开始。

7）可以采用一非接触的［热敏电阻/压电/超声波/MEMS/涡流）式传感器来代替标杆、

带轮、电动机、角编码器等机械装置，属于—……（接触/非接触）测量。

5.有一增量式光电角编码器，其参数为M=1024P/r,采用4细分技术，角编码器与滚珠丝杠同

轴连接，滚珠丝杠的单导程（螺距）r=6mm（头数=1）,光电角编码器与丝杠的连接如图10-40所示。

当丝杠从图中所示的基准位置开始顺时针旋转，在5s时间里，光电角编码器之后的细分电路共产生

N=4X51456个脉冲。请列式计算和分析填空。

1）在5s时间里，丝杠共转过一N除以M—圈，即一整数一圈又一零头一度。每秒转动

一再除以5s一圈。

2）丝杠的平均转速〃=再乘以60（r/min）o

3）若螺母•丝杠副为右旋螺纹（正螺纹），螺母从图中所示的基准位置向一拿一支“签字笔”，

旋转其螺纨试试看“笔杆”的前进方向一（左/右/下/上）移动了一把旋转的圈数乘以fmm

4）螺母移动的平均速度y=移动距离除以所经历的时间mm/s,换算成行业习惯的单位

（米每分钟）为再除以1000,乘以60m/mino

5）r=6mm,细分之前的螺母运动理论分辨力为一，除以M_gm,细分之后的理论分辨力为

____再除以4pm。

图10-40光电角编码器与丝杠的连接

1一光电角编码器2—联轴器3—导轨4一轴承5一滚珠丝杠

6一工作台7一螺母（和工作台连在一起）8—电动机

6.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10yla所示。请

分析填空。

BiLH_n_rLj~।।

BUKJ-

b）

图10-41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两个检测元件是一非接触式的一（行程开关/接近

开关），其检测原理是属于一非接触式的原理一（涡流/压电/热敏）式传感器。

2）齿轮每转过一个齿，则A、B各输出—与齿数有关的一个脉汨。在设定的时间内，对脉

冲进行计数，就可以测量齿轮的—吃时间有关的—。|和—方向—

3）若齿轮的齿数z=36,在2s内测得A（或B）输出的脉冲数N=1026个，则说明齿轮转过了

N/z哈圈，齿轮的转速约n=___再除以2sr/min。

4）若齿轮正转时A、B的输出脉冲如图10・40b所示，设置A、B两个检测元件是为了判别一

根据脉冲上升沿出现的顺序来……一方向。

4）若齿轮反转，请以图10-41中的A波形为基准，画出B的输出波形（应考虑相位差）。就是

按照b图的规律继续向右画下去……

5）若发现A或B无信号输出，请列出产生故障的可能原因为一……―、—……―、

...........等。

6）可用—涡流传感器能够识别的……―（塑料/铁片）来判断A或B是否损坏。

7.车床是指以工件旋转为主运司，车刀移动为进给运动的机床。车床可用于加工各种回转成

型面，例如：内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹以及端面、沟槽、滚花等。车床的主轴箱主要任

务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正、反两种转向的不同转

速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。请根据学习过的数字式位移量检测技术，并参考

图10・30所示的老机床改造技术，分析填空。

1）必须在主轴箱侧面安装与主轴联轴的一便宜又有较高的准确度—传感器，用于测量主

轴的角位移。为了达到0.35。的角位移分辨力，该传感器的技术指标M必须达到？？？？

—P/r,即：每转一圈，产生一M??一个脉冲（不考虑细分问题）.

2）要求测量刀架（或溜板）在导轨上的横向走刀的分辨力达到0.01mm,应在导轨下面安装比

光栅相对便宜的便宜又有较高准确度的一（长磁栅/圆磁栅/容栅/球栅）传感器。若采用4细

分技术，其栅距W应小于0.01的四倍（0.04/0.0025）mm。

3）为了车削M36X4mm的右旋粗牙单导程螺纹，车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关

系，即：主轴带动工件每转一转，刀具应均匀地移动/??mm的导程距离。

4）设需要车削的粗牙螺纹总长L=80mm,车床主轴从车刀接触切削起始位置到退刀位置一共旋

转了—L/t圈，PLC从直线位置传感器的输出端总共得到一圈数乘以M个增量脉冲，然

后发出退刀命令。

5）若横向走刀失控，当刀架运动到床身的左、右两端限位时，依靠一涡流原理的传感器一

（电感/超声波/电容）接近开关检测该故障状态，传感器的输出信号传送给—一种控制器？一，

立即命令溜板停止运动，并发出“嘀”的报警响声—能够感觉到的时间，但又不能太长—So

8.请根据学习过的传感器与检测技术有关知识J真写下表（多选）。

表10-10传感器的应用连线

（红色为连线的依据，需要读者自行将有关的左右两边连线）

传感器名称应用连线应用场合与领域

笛热电阻式传感器（表3-2）-50〜150℃测温

NTC热敏电阻（半导体的）200〜960C测温

PTC热敏电阻（半导体的）-200〜1800C测温

热电偶（表3-1）

某温度阈值点报警

PN结测温IC（表3J）

PIN光敏：极管（高灵敏度）图像识别

光敏晶体管（普通的测量）人体红外线识别

光电池（普通的测量）光导纤维通信光信号读取

热释电式传感器（人体检测）莫尔条纹光信号的读取

CCD图像传感器（图像测量）太阳照度测量

干簧管式接近开关（强磁场检测）铝合金材料的感知

涡流式接近开关（金属检测）带有磁性或导磁材料的感知

电容式接近开关（导电物体检测）7m距离白色物体的感知

霍尔式接近开关（强磁场检测）人手的感知以及粮食物位的测量

光电开关（反光、遮光物体）4mx4m高压带电区域的进入安全报警

应变计式传感器（力、b振动和动态力的测量

气敏电阻式传感器（可燃性气体）地球磁场强度的测量

湿敏电阻式传感器（相对湿度）磁场方向和大小的测量

高灵敏度磁敏电阻式传感器可燃性气体的测量

（可以测量较小的磁场）

压电式传感器（动态力）相对湿度的测量

霍尔式传感器压力的测量

（可以测量0.0IT的磁场）

半导体压阻式传感器重力、力、应力、应变、扭矩的测量

（可以测量较小的压力）

涡流式传感器探伤钢管内部探伤

（上网，可以检测金属的裂纹）

超声波式传感器探伤钢管表面探伤

（上网，可以检测固体的裂纹）

X光、丫射线探伤或CT扫描100m在役管道探伤

（上网查阅，可以检测固体的裂纹）

漏磁式或霍尔式传感器探伤