10模块十数字式位置检测思考题与练习题分析.doc

传感器与检测技术项目教程统一书号：ISBN 978-7-111-48817-0课程配套网站：或2015年2月第1版（主编：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）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_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_。长光栅 直线磁栅 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_上网查阅有关传动机构的资料_。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_主要是“单位数字信号”的哈！当然，还有一个“零位信号”_。连续的模拟电流信号 连续的模拟电压信号 脉冲信号 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的幂的倒数，幂等于码道数_，能分辨的最小角位移为_360乘以分辨率_。1/10 1/210 1/2048 36 0.35 F3.67）有一只M=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_。10241圈 1/10241圈 10又1/1024圈 11圈8）有一只M=2048P/r的增量式角编码器，光敏元件在30s内连续输出了N=204800个脉冲。则该角编码器转轴的转速为_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_。A204800r/min B60204800r/min C(100/30)r/min D200r/min 9）某长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_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mm_。A5mm B50mm C4mm D20mm10）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绝对式角编码器 2电动机 3转轴 4转盘 5工件 6刀具11）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_（零位的自然二进制码）_变为_自然二进制码8_时，表示转盘已将工位8转到图中的钻头正下方。A0000 B0010 C1100 D111012）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。倍增光栅的透光和不透光条纹 辩向 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） 细分13）当主光栅（标尺光栅）与指示光栅的夹角为（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_。一个莫尔条纹间距L B个L C1/个L D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_。动态磁头 静态磁头 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_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。变极距式 变面积式 变介质式 D高 E低16）粉尘较多的场合不宜采用_光学的东西最害怕灰尘啦_传感器。光栅 磁栅 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_。光栅 角编码器 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，每毫米刻线数M=100线，主光栅与指示光栅的夹角=1.8=(1.8/180)rad，请列式计算和分析填空。1）栅距W=_1/M_mm。2）主光栅与指示光栅的夹角=_(1.8/180)_rad。3）莫尔条纹的宽度L=_mm。4）若采用4细分技术，细分后的分辨力=_W/4，具体是_m。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=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=/4=(360/3600)/43）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=(360/3600)/4(1200-200)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）传动机构简图1底座 2标杆 3原点 4立柱 5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=1:5（即D1:D2=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_圈。3）若光电角编码器的参数为M=1024P/r，则电动机每转动一圈，光电角编码器产生_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v_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_。设大带轮的直径D2=0.1592m，则大带轮每转动一圈，标杆上升或下降了_乘以_m。由传动比i=1:5可知，电动机每转一圈，标杆上升或下降_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_再除以M_m。5）设标杆原位（基准位置）距踏脚平面的初始基准高度h0=2.2m，当标杆从图中的原位下移碰到人的头部时，共测得5120个脉冲，则标杆位移了x=_“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_哪来哪去_开始。7）可以采用_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）t=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N451456个脉冲。请列式计算和分析填空。1）在5s时间里，丝杠共转过_N除以M_圈，即_整数_圈又_零头_度。每秒转动_再除以5s_圈。2）丝杠的平均转速n=_再乘以60_（r/min）。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_拿一支“签字笔”，旋转其螺纹，试试看“笔杆”的前进方向_（左/右/下/上）移动了_把旋转的圈数乘以t_mm。4）螺母移动的平均速度v=_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60_m/min。5）t=6mm，细分之前的螺母运动理论分辨力为_t除以M_m，细分之后的理论分辨力为_再除以4_m。图10-40 光电角编码器与丝杠的连接1光电角编码器 2联轴器 3导轨 4轴承 5滚珠丝杠6工作台 7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10-41a所示。请分析填空。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_非接触式的_（行程开关/接近开关），其检测原理是属于_非接触式的原理_（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_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_与时间有关的_。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2s_r/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_根据脉冲上升沿出现的顺序来_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_、_、_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动，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_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_M？_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_（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M364mm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_t？_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_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_涡流原理的传感器_（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？_，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_s。8请根据学习过的传感器与检测技术有关知识填写下表（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铂热电阻式传感器（表3-2）-50150测温NTC热敏电阻（半导体的）-200960测温PTC热敏电阻（半导体的）-2001800测温热电偶（表3-1）某温度阈值点报警PN结测温IC（表3-1）PIN光敏二极管（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)4m4m高压带电区域的进入安全报警应变计式传感器（力、应变）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（可以测量较小的磁场）可燃性气体的测量压电式传感器（动态力）相对湿度的测量霍尔式传感器（可以测量0.01T的磁场）压力的测量半导体压阻式传感器（可以测量较小的压力）重力、力、应力、应变、扭矩的测量涡流式传感器探伤（上网,可以检测金属的裂纹）钢管内部探伤超声波式传感器探伤（上网,可以检测固体的裂纹）钢管表面探伤X光、射线探伤或CT扫描(上网查阅,可以检测固体的裂纹)100m在役管道探伤漏磁式或霍尔式传感器探伤(上网,可以检测导磁体的裂纹)钢结构内部结构影像记录超声导波探伤（上网,可以检测固体的裂纹）风力发电机的玻璃纤维和碳纤维复合型叶片探伤磁电式转速传感器(导磁金属)反光的、带有缺口的旋转体转速测量涡流式转速传感器(金属)导电的、带有缺口的旋转体转速测量光电式转速传感器(反光物体)带有磁性的、有缺口的旋转体转速测量导磁的、有齿状体