《傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程》 習(xí)題及答案 梁森10模塊十?dāng)?shù)字式位置檢測(cè)思考題與練習(xí)題分析

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程》

模塊十?dāng)?shù)字式位置檢測(cè)

思考及練習(xí)題解題分析參考

（填空中的紅色文字并不等于就是答案，

只是給出了怎樣選擇A、B、C、D中正確的一個(gè)答案的分析方法）

10-1單項(xiàng)選擇題

1）數(shù)字式位置傳感器不能用于—這里列出的大部分都可以滴！—的測(cè)量。

A.機(jī)床刀具的位移B.機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度C.振動(dòng)加速度D.設(shè)備的位置控制

2）感應(yīng)同步器必須用—高2級(jí)以上的（誤差小的），測(cè)量長(zhǎng)度較長(zhǎng)的儀器一來校驗(yàn)接長(zhǎng)誤

差。

A.電容式傳感器B.電感傳感器C.激光干涉儀D.容柵傳感器

3）不能直接用于直線位移測(cè)量的傳感器是圓的、旋轉(zhuǎn)的傳感器是不能直接用于測(cè)量直線

位移的一o

A.長(zhǎng)光柵B.直線磁柵C.球柵D.角編碼器

4）不能將角位移轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移的機(jī)械裝置是一上網(wǎng)查閱有關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的資料—o

A.絲杠-螺母B.齒輪-齒條C.大、小帶輪D.蝸輪-蝸桿

5）絕對(duì)式數(shù)字式位置傳感器輸出的信號(hào)是—“多位數(shù)字信號(hào)”的哈—，增量式位置傳感

器輸出的信號(hào)是一主要是“單位數(shù)字信號(hào)”的哈！當(dāng)然，還有一個(gè)“零位信號(hào)”—o

A.連續(xù)的模擬電流信號(hào)B.連續(xù)的模擬電壓信號(hào)C.脈沖信號(hào)D.二進(jìn)制格雷

碼

6）有一只10碼道絕對(duì)式角編碼器，其分辨率為2的哥的倒數(shù)，幕等于碼道數(shù)—，能分

辨的最小角位移為―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的增量式角編碼器，在零位脈沖之后，光敏元件連續(xù)輸出N=10241個(gè)脈

沖。則該角編碼器的轉(zhuǎn)軸從零位開始轉(zhuǎn)過了—先將N除以M,整數(shù)部分等于圈數(shù)；再將N減去

1024的整數(shù)，余數(shù)除以1024,就是圈數(shù)的零頭一o

A.10241圈B.1/10241圈C.10又1/1024圈D.|］圈

8）有一只M=2048P/r的增量式憑編碼器，光敏元件在30s內(nèi)連續(xù)輸出了2204800個(gè)脈沖。則

該角編碼器轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為一先將N除以M,再除以30s（等于每秒的圈數(shù)），再乘以60,答案的

單位為r/min。

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

9）某長(zhǎng)光柵每亳米刻線數(shù)為50線，采用4細(xì)分技術(shù)，則該光柵的分辨力為一先將1mm除

以50（就是細(xì)分前的分辨力），再除以4,答案的單位為RIB一。

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

10）光柵中采用sin和cos兩套光電元件是為了—這個(gè)就相當(dāng)于人有兩只耳朵，就

A.提高信號(hào)幅度B.辯向C.抗干擾D.作三角函數(shù)運(yùn)算

圖10-10轉(zhuǎn)盤加工工位的編碼

1一絕對(duì)式角編碼器2—電動(dòng)機(jī)3—轉(zhuǎn)軸4一轉(zhuǎn)盤5—工件6一刀具

II）圖10-10中的工件1剛已完成加工，要使處于工位8上的工件逆時(shí)針轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)等待鉆孔，

當(dāng)絕對(duì)式角編碼器（假設(shè)為4碼道）輸出的編碼從一（零位的自然二進(jìn)制碼）一變?yōu)橐蛔匀?/p>

二進(jìn)制碼8一時(shí)，表示轉(zhuǎn)盤己將工位8轉(zhuǎn)到圖中的鉆頭正下方。

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

12）光柵傳感器利用莫爾條紋來達(dá)到光柵太密了，太細(xì)了，看不清，需要放大幾十倍才能

分辨移動(dòng)了多少根刻線—的目的。

A.倍增光柵的透光和不透光條紋B.辯向

C.使光敏元件能分辨主光柵移動(dòng)時(shí)引起的光強(qiáng)變化（光學(xué)放大作用）D.細(xì)分

13）當(dāng)主光柵（標(biāo)尺光柵）與指示光柵的夾角為0（rad）、主光柵與指示光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵

距時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)了―莫爾條紋間距一o

A.一個(gè)莫爾條紋間距LB.0個(gè)LC.1/0個(gè)LD.一個(gè)W的間距

14）磁柵傳感器中應(yīng)采用—?jiǎng)討B(tài)磁頭的意思是：必須動(dòng)起來才有輸出信號(hào)。但是機(jī)床經(jīng)常需

要停下來，這個(gè)時(shí)候還必須有信號(hào)才行。而且信號(hào)的幅度還不能與速度有關(guān)—o

A.動(dòng)態(tài)磁頭B.靜態(tài)磁頭C.電渦流探頭D.光電探頭

15）容柵傳感器是根據(jù)電容的—極距是固定不變的那個(gè)的一工作原理的，價(jià)格比磁柵傳感

器—容柵就是印制電路板制作的，比普通的電路板精密一些，但花不了多少成本—很多。

A.變極距式B.變面積式C.變介質(zhì)式D.高E.低

16）粉塵較多的場(chǎng)合不宜采用一光學(xué)的東西最害怕灰塵啦一傳感器。

A.光柵B.磁柵C.容柵D.球柵

17）測(cè)量超過100m的液位，應(yīng)選用—沒有100m這么長(zhǎng)的直線傳感器，那個(gè)要不得了的成

本啦O

A.光柵B.角編碼器C.容柵D.磁柵

10-2分析計(jì)算題

1.上網(wǎng)查閱有關(guān)球柵的資料，寫出其中一種的主要技術(shù)指標(biāo)。

2.有一長(zhǎng)光柵，每亳米刻線數(shù)M=100線，主光柵與指示光柵的夾角gl.8°=（L8M180）rad,請(qǐng)

列式計(jì)算和分析填空。

1）柵距W=1/Mmmo

2）主光柵與指示光柵的夾角0=（1.87：/180）rad。

ww

3）莫爾條紋的寬度L=______________L=-----5?—____________mm。

2加g6

2

4）若采用4細(xì)分技術(shù)細(xì)分后的分辨力A=W/4具體是……際

3.一透射式圓光柵，指標(biāo)為3600線/圈，采用4細(xì)分技術(shù)，求：

1）角節(jié)距。為多少度？

2）4細(xì)分后該圓光柵數(shù)顯表每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，說明主光柵旋轉(zhuǎn)了多少度？

3）若細(xì)分后，測(cè)得主光柵順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生加脈沖1200個(gè)，然后又測(cè)得減脈沖200個(gè)，則主

光柵的角位移為多少度？

解1）角節(jié)距內(nèi)360°/3600=……

2）4細(xì)分后該圓光柵數(shù)顯表每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，說明主光柵旋轉(zhuǎn)了夕學(xué)/4=（360°/3600）/4……

3）若細(xì)分后，測(cè)得主光柵順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生加脈沖1200個(gè)，然后又測(cè)得減脈沖200個(gè)，則主

光柵的角位移"'=[（3600/3600）/4]x（l200-200）……

4.測(cè)量身高的測(cè)量裝置的外觀如圖10-39a所示，圖10-39b所示為測(cè)量身高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，

請(qǐng)列式計(jì)算和分析填空。

圖10?39測(cè)量身高的裝置示意圖

a）測(cè)量裝置外觀b）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)筒圖

1—底座2—標(biāo)桿3—原點(diǎn)4—立柱5一帶輪

6—傳動(dòng)帶7—電動(dòng)機(jī)8—光電角編碼器

1）測(cè)量體重的荷重傳感器應(yīng)該選擇—壓電傳感器只能測(cè)量動(dòng)態(tài)力—式傳感器，該傳感器

應(yīng)安裝在___重力是向下的部位＜

2）設(shè)傳動(dòng)輪的減速比為i=l:5（即。:。2=1：5）,則電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，大帶輪轉(zhuǎn)了—慢得只有小

帶輪的幾分之一哈一圈。

3）若光電角編碼器的參數(shù)為M=IO24P/r,則電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，光電角編碼器產(chǎn)生一就是M

這個(gè)參數(shù)個(gè)脈沖。

4）電動(dòng)機(jī)右側(cè)的軸與角編碼器聯(lián)軸，左側(cè)的軸與小帶輪聯(lián)軸，再帶動(dòng)大帶輪。圖10-39中的兩

根傳動(dòng)帶的內(nèi)表面線速度y_在沒有打滑的情況下……—（相同/不相同），位移x也—在沒有

打滑的情況下……o設(shè)大帶輪的直徑。2=01592m,則大帶輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，標(biāo)桿上升或下降了

一乘以口―m。由傳動(dòng)比i=l:5可知，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，標(biāo)桿上升或下降一再除以5—m.

每測(cè)得一個(gè)光電角編碼器產(chǎn)生的脈沖，就說明標(biāo)桿上升或下降了一再除以Mmo

5）設(shè)標(biāo)桿原位（基準(zhǔn)位置）距踏腳平面的初始基準(zhǔn)高度瓦=2.2m,當(dāng)標(biāo)桿從圖中的原位下移碰

到人的頭部時(shí)，共測(cè)得5120個(gè)脈沖，則標(biāo)桿位移了后—“光電角編碼器每轉(zhuǎn)一圈下降的數(shù)值乘

以5120”m,則該人的身高h(yuǎn)=___與2.2相減m。

6））每次測(cè)量完畢，標(biāo)桿回到原位，這是為了下一次測(cè)量從一哪來哪去—開始。

7）可以采用一非接觸的［熱敏電阻/壓電/超聲波/MEMS/渦流）式傳感器來代替標(biāo)桿、

帶輪、電動(dòng)機(jī)、角編碼器等機(jī)械裝置，屬于—……（接觸/非接觸）測(cè)量。

5.有一增量式光電角編碼器，其參數(shù)為M=1024P/r,采用4細(xì)分技術(shù)，角編碼器與滾珠絲杠同

軸連接，滾珠絲杠的單導(dǎo)程（螺距）r=6mm（頭數(shù)=1）,光電角編碼器與絲杠的連接如圖10-40所示。

當(dāng)絲杠從圖中所示的基準(zhǔn)位置開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在5s時(shí)間里，光電角編碼器之后的細(xì)分電路共產(chǎn)生

N=4X51456個(gè)脈沖。請(qǐng)列式計(jì)算和分析填空。

1）在5s時(shí)間里，絲杠共轉(zhuǎn)過一N除以M—圈，即一整數(shù)一圈又一零頭一度。每秒轉(zhuǎn)動(dòng)

一再除以5s一圈。

2）絲杠的平均轉(zhuǎn)速〃=再乘以60（r/min）o

3）若螺母?絲杠副為右旋螺紋（正螺紋），螺母從圖中所示的基準(zhǔn)位置向一拿一支“簽字筆”，

旋轉(zhuǎn)其螺紈試試看“筆桿”的前進(jìn)方向一（左/右/下/上）移動(dòng)了一把旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)乘以fmm

4）螺母移動(dòng)的平均速度y=移動(dòng)距離除以所經(jīng)歷的時(shí)間mm/s,換算成行業(yè)習(xí)慣的單位

（米每分鐘）為再除以1000,乘以60m/mino

5）r=6mm,細(xì)分之前的螺母運(yùn)動(dòng)理論分辨力為一，除以M_gm,細(xì)分之后的理論分辨力為

____再除以4pm。

圖10-40光電角編碼器與絲杠的連接

1一光電角編碼器2—聯(lián)軸器3—導(dǎo)軌4一軸承5一滾珠絲杠

6一工作臺(tái)7一螺母（和工作臺(tái)連在一起）8—電動(dòng)機(jī)

6.在檢修某機(jī)械設(shè)備時(shí)，發(fā)現(xiàn)某金屬齒輪的兩側(cè)各有A、B檢測(cè)元件，如圖10yla所示。請(qǐng)

分析填空。

BiLH_n_rLj~??

BUKJ-

b）

圖10-41機(jī)械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)量原理分析

a）安裝簡(jiǎn)圖b）輸出波形

1）根據(jù)已學(xué)過的知識(shí)，可以確認(rèn)A、B兩個(gè)檢測(cè)元件是一非接觸式的一（行程開關(guān)/接近

開關(guān)），其檢測(cè)原理是屬于一非接觸式的原理一（渦流/壓電/熱敏）式傳感器。

2）齒輪每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，則A、B各輸出—與齒數(shù)有關(guān)的一個(gè)脈汨。在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，對(duì)脈

沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以測(cè)量齒輪的—吃時(shí)間有關(guān)的—。|和—方向—

3）若齒輪的齒數(shù)z=36,在2s內(nèi)測(cè)得A（或B）輸出的脈沖數(shù)N=1026個(gè)，則說明齒輪轉(zhuǎn)過了

N/z哈圈，齒輪的轉(zhuǎn)速約n=___再除以2sr/min。

4）若齒輪正轉(zhuǎn)時(shí)A、B的輸出脈沖如圖10?40b所示，設(shè)置A、B兩個(gè)檢測(cè)元件是為了判別一

根據(jù)脈沖上升沿出現(xiàn)的順序來……一方向。

4）若齒輪反轉(zhuǎn)，請(qǐng)以圖10-41中的A波形為基準(zhǔn)，畫出B的輸出波形（應(yīng)考慮相位差）。就是

按照b圖的規(guī)律繼續(xù)向右畫下去……

5）若發(fā)現(xiàn)A或B無信號(hào)輸出，請(qǐng)列出產(chǎn)生故障的可能原因?yàn)橐弧D、—……―、

...........等。

6）可用—渦流傳感器能夠識(shí)別的……―（塑料/鐵片）來判斷A或B是否損壞。

7.車床是指以工件旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)司，車刀移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)床。車床可用于加工各種回轉(zhuǎn)成

型面，例如：內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、內(nèi)外螺紋以及端面、溝槽、滾花等。車床的主軸箱主要任

務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正、反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)

速，同時(shí)主軸箱分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)傳給進(jìn)給箱。請(qǐng)根據(jù)學(xué)習(xí)過的數(shù)字式位移量檢測(cè)技術(shù)，并參考

圖10?30所示的老機(jī)床改造技術(shù)，分析填空。

1）必須在主軸箱側(cè)面安裝與主軸聯(lián)軸的一便宜又有較高的準(zhǔn)確度—傳感器，用于測(cè)量主

軸的角位移。為了達(dá)到0.35。的角位移分辨力，該傳感器的技術(shù)指標(biāo)M必須達(dá)到？？？？

—P/r,即：每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生一M??一個(gè)脈沖（不考慮細(xì)分問題）.

2）要求測(cè)量刀架（或溜板）在導(dǎo)軌上的橫向走刀的分辨力達(dá)到0.01mm,應(yīng)在導(dǎo)軌下面安裝比

光柵相對(duì)便宜的便宜又有較高準(zhǔn)確度的一（長(zhǎng)磁柵/圓磁柵/容柵/球柵）傳感器。若采用4細(xì)

分技術(shù)，其柵距W應(yīng)小于0.01的四倍（0.04/0.0025）mm。

3）為了車削M36X4mm的右旋粗牙單導(dǎo)程螺紋，車床主軸與刀具之間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)

系，即：主軸帶動(dòng)工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具應(yīng)均勻地移動(dòng)/??mm的導(dǎo)程距離。

4）設(shè)需要車削的粗牙螺紋總長(zhǎng)L=80mm,車床主軸從車刀接觸切削起始位置到退刀位置一共旋

轉(zhuǎn)了—L/t圈，PLC從直線位置傳感器的輸出端總共得到一圈數(shù)乘以M個(gè)增量脈沖，然

后發(fā)出退刀命令。

5）若橫向走刀失控，當(dāng)?shù)都苓\(yùn)動(dòng)到床身的左、右兩端限位時(shí)，依靠一渦流原理的傳感器一

（電感/超聲波/電容）接近開關(guān)檢測(cè)該故障狀態(tài)，傳感器的輸出信號(hào)傳送給—一種控制器？一，

立即命令溜板停止運(yùn)動(dòng)，并發(fā)出“嘀”的報(bào)警響聲—能夠感覺到的時(shí)間，但又不能太長(zhǎng)—So

8.請(qǐng)根據(jù)學(xué)習(xí)過的傳感器與檢測(cè)技術(shù)有關(guān)知識(shí)J真寫下表（多選）。

表10-10傳感器的應(yīng)用連線

（紅色為連線的依據(jù)，需要讀者自行將有關(guān)的左右兩邊連線）

傳感器名稱應(yīng)用連線應(yīng)用場(chǎng)合與領(lǐng)域

笛熱電阻式傳感器（表3-2）-50?150℃測(cè)溫

NTC熱敏電阻（半導(dǎo)體的）200?960C測(cè)溫

PTC熱敏電阻（半導(dǎo)體的）-200?1800C測(cè)溫

熱電偶（表3-1）

某溫度閾值點(diǎn)報(bào)警

PN結(jié)測(cè)溫IC（表3J）

PIN光敏：極管（高靈敏度）圖像識(shí)別

光敏晶體管（普通的測(cè)量）人體紅外線識(shí)別

光電池（普通的測(cè)量）光導(dǎo)纖維通信光信號(hào)讀取

熱釋電式傳感器（人體檢測(cè)）莫爾條紋光信號(hào)的讀取

CCD圖像傳感器（圖像測(cè)量）太陽照度測(cè)量

干簧管式接近開關(guān)（強(qiáng)磁場(chǎng)檢測(cè)）鋁合金材料的感知

渦流式接近開關(guān)（金屬檢測(cè)）帶有磁性或?qū)Т挪牧系母兄?/p>

電容式接近開關(guān)（導(dǎo)電物體檢測(cè)）7m距離白色物體的感知

霍爾式接近開關(guān)（強(qiáng)磁場(chǎng)檢測(cè)）人手的感知以及糧食物位的測(cè)量

光電開關(guān)（反光、遮光物體）4mx4m高壓帶電區(qū)域的進(jìn)入安全報(bào)警

應(yīng)變計(jì)式傳感器（力、b振動(dòng)和動(dòng)態(tài)力的測(cè)量

氣敏電阻式傳感器（可燃性氣體）地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量

濕敏電阻式傳感器（相對(duì)濕度）磁場(chǎng)方向和大小的測(cè)量

高靈敏度磁敏電阻式傳感器可燃性氣體的測(cè)量

（可以測(cè)量較小的磁場(chǎng)）

壓電式傳感器（動(dòng)態(tài)力）相對(duì)濕度的測(cè)量

霍爾式傳感器壓力的測(cè)量

（可以測(cè)量0.0IT的磁場(chǎng)）

半導(dǎo)體壓阻式傳感器重力、力、應(yīng)力、應(yīng)變、扭矩的測(cè)量

（可以測(cè)量較小的壓力）

渦流式傳感器探傷鋼管內(nèi)部探傷

（上網(wǎng)，可以檢測(cè)金屬的裂紋）

超聲波式傳感器探傷鋼管表面探傷

（上網(wǎng)，可以檢測(cè)固體的裂紋）

X光、丫射線探傷或CT掃描100m在役管道探傷

（上網(wǎng)查閱，可以檢測(cè)固體的裂紋）

漏磁式或霍爾式傳感器探傷