自动检测技术第4版赖申江马西秦习题解答教学课件 习题与思考题解答10.doc

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1、习题与思考题解答（第10章）１．光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？解：光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的。光栅传感器由光源、透镜、光栅副、光电元件四大部分组成。光栅副由主光栅和指示光栅两部分组成，是光栅传感器的主要部分，整个测量装置的精度主要由主光栅的精度来决定。主光栅又叫标尺光栅，是测量的基准。主光栅比指示光栅长，但两者刻有同样栅距的栅线。在光栅测量系统中测量线位移时，主光栅往往固定在机床床身上不动，而指示光栅随拖板一起移动。测量角位移时，指示光栅一般固定不动，主光栅随机床的主轴转动。光栅安装时两

2、块光栅互相重叠并错开一个小角度θ，便可获得莫尔条纹。２．为什么光栅传感器具有较高的测量精度？解：莫尔条纹的宽度由光栅常数W和两光栅的夹角θ决定。当光栅常数W一定时，莫尔条纹的宽度B仅由夹角θ决定。实际应用中，θ角的取值范围很小。由于θ很小，所以当主光栅相对于指示光栅移动一个很小的距离x=W时，可以得到一个很大的莫尔条纹移动量B。我们可以通过改变θ角来选择莫尔条纹的间距。因此，光栅传感器被广泛应用于高精度的位置检测。３．在精密机床上使用刻线为5400条／圆周光栅作长度检测时，其检测精度为0.01ｍｍ，问该车床丝杠的螺距为多少？

3、解：设车床丝杠的螺距为d，光栅尺的精度为0.01ｍｍ，因此有：４．说明动态磁头与静态磁头的区别。解：磁头的主要作用是把磁栅上的磁信号检测出来并转换成电信号。磁头分静态磁头和动态磁头两种。静态磁头又称为磁通响应式磁头。静态磁头采用铁镍合金片叠成的有效截面不等的多间隙铁心，其上分别绕制两个绕组，一个是励磁绕组，另一个是拾磁绕组，从而构成一个带有可饱和铁心的磁性调制器。动态磁头又称为速度响应式磁头，它只有一组输出绕组，只有当磁头与磁栅之间有相对运动时，才有信号输出。5．磁栅传感器的输出信号有哪几种处理方法？区别何在？解：磁栅传感器

4、的输出信号由磁栅测量电路处理，其的主要作用是把磁头送来的电信号经变换后进行计数或细分后进行计数。它主要包括磁头励磁电路，读取信号的放大、滤波及辨向电路，细分电路和显示控制电路等几部分。动态磁头输出信号为正弦波，只要将输出信号放大整形，然后由计数器记录输出信号的周期个数，就可以测量出位移量的多少。但这种方法测量精度较低，而且不能判别移动方向。静态磁头在使用时，通常将两个磁头做成一体。在进行位移测量时，两磁头输出电压幅值的变化在相位上相差90°。其测量电路可分为幅值测量和相位测量两种方法，其中以相位测量应用较多。6．简述容栅传感

5、器的工作原理。解：容栅传感器是利用电容的电荷耦合方式将机械位移量转变成为电信号的一种传感器。下面以长容栅为例说明。长容栅由定栅尺和动栅尺组成，将定栅尺和动栅尺的栅极面相对放置，其间留有间隙时，形成一对电容，即容栅。当动栅尺沿x方向平行于定栅尺移动时，每对容栅的覆盖面积将发生周期性变化，电容量也随之发生周期性变化。容栅测量系统利用电容的电荷耦合方式将机械位移量转变成为电信号的相应变化量，将该电信号送入电子电路后，再经过一系列变换和运算后显示出机械位移量的大小。7．容栅传感器有哪几种结构形式？它们之间有什么区别？解：容栅按其结构

6、形式可分为长容栅和圆容栅两大类。长容栅主要用于直线位移测量，圆容栅主要用于角位移测量。8．二进制码与循环码各有何特点？并说明它们的互换原理。解：二进制码盘随转轴转动时，电刷上将出现相应的电位，对应一定数码，相应的表示十进制数的0～15。然后将这些信号送往信号处理显示电路，即可显示码盘转过的角度。循环码的特点是相邻的两组数码只有一位发生变化，因此即使安装和制作有误差，产生的误差最多也只是最低位的一位。其编码方法与自然二进制不同。9．简述光电码盘的测速原理。解：光电编码器是一种利用光电转换原理将输入给轴的角度量，转换成相应的电脉

7、冲或数字量的角度检测装置。图示为增量式光电码盘测角度的原理图。它由主码盘、指示盘、鉴向盘、光学系统、信号处理装置和显示装置等组成。主码盘周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透光区和不透光区，其数量从几百条到上千条不等。指示盘、鉴向盘均与主码盘平行放置。指示盘上的透光狭缝为一条，其后安装一个光敏元件。鉴向盘上的透光狭缝为两条，每条后面安装一个光敏元件。这两个狭缝彼此错开。工作时，指示盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘上。当主码盘上的不透光区正好与指示盘上的透光狭缝对齐时，光线被全部遮住，光电元

8、件输出电压最小；当主码盘上的透光区正好与指示盘上的透光狭缝对齐时，光线全部通过，光电元件输出电压最大。主码盘每转过一个刻线周期，光电元件将输出一个周期的近似正弦波电压。经信号处理装置产生计数脉冲。10．感应同步器有哪几种？它们有什么不同？解：感应同步器按用途可分为测量线位移的直线型感应同步