2025年传感器技术与应用考核试卷附答案

2025年传感器技术与应用考核试卷附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于传感器基本组成的描述中，正确的是（）A.仅包含敏感元件B.由敏感元件和转换元件组成C.必须包含信号调理电路D.输出信号只能是模拟量2.MEMS传感器的核心优势不包括（）A.微型化尺寸B.高功耗特性C.批量加工低成本D.多参数集成能力3.基于光电效应的传感器中，利用外光电效应工作的是（）A.光敏电阻B.光电二极管C.光电倍增管D.光电池4.某温度传感器需在-200℃至1600℃范围内高精度测量，最适宜的类型是（）A.热敏电阻B.热电偶C.集成温度传感器D.红外温度传感器5.智能传感器区别于传统传感器的关键特征是（）A.更高的灵敏度B.内置微处理器或AI模块C.更小的体积D.更宽的测量范围6.气体传感器中，用于检测甲烷泄漏的催化燃烧式传感器，其核心反应是（）A.气体在敏感材料表面吸附引起电阻变化B.气体与催化剂发生氧化反应释放热量C.气体分子与电解质发生电化学反应D.气体对特定波长红外光的吸收7.下列不属于传感器静态特性指标的是（）A.线性度B.响应时间C.重复性D.迟滞8.光纤传感器中，利用光纤本身作为敏感元件的是（）A.传光型光纤传感器B.功能型光纤传感器C.强度调制型光纤传感器D.相位调制型光纤传感器9.压力传感器中，基于压阻效应的典型结构是（）A.应变片式B.电容式C.压电式D.谐振式10.物联网感知层中，传感器节点低功耗设计的关键技术不包括（）A.动态电源管理B.高效编码与压缩C.全时数据传输D.任务调度优化二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的基本功能是将______转换为______。2.静态特性参数中，______描述输出-输入曲线与拟合直线的偏离程度；______是输出变化量与输入变化量的比值。3.MEMS传感器的制造工艺主要基于______技术，其核心优势是______和______。4.光电传感器按工作原理可分为______、______和______三类。5.温度传感器中，热电偶的工作原理是______效应；热敏电阻的特性是______随温度变化显著。6.智能传感器的典型功能包括______、______、______和______。7.气体传感器中，半导体式常用敏感材料为______；电化学气体传感器通过测量______变化检测气体浓度。8.物联网感知层的核心是______，其数据传输常用协议包括______和______（列举两种）。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述压阻效应与压电效应的区别，分别举例说明其应用场景。2.分析智能传感器中“自校准”功能的实现原理及工程意义。3.对比接触式温度传感器与非接触式温度传感器的优缺点，各举一例说明适用场景。4.说明光纤传感器在强电磁干扰环境中的优势，并解释其抗干扰机理。5.列举三种新型传感器技术（2020年后提出），简述其技术特点及潜在应用。四、综合分析题（每题10分，共20分）1.设计一个基于传感器的智能家居环境监测系统，要求：（1）列出所需传感器类型及测量参数；（2）说明传感器节点的通信方式与低功耗设计策略；（3）描述系统如何根据监测数据实现智能化控制（如自动调节空调、照明）。2.结合自动驾驶技术需求，分析MEMS传感器与激光雷达、摄像头的协同工作机制，说明MEMS传感器在其中的关键作用。答案一、单项选择题1.B2.B3.C4.B5.B6.B7.B8.B9.A10.C二、填空题1.非电物理量；电信号（或可测量信号）2.线性度；灵敏度3.微加工（或半导体工艺）；微型化；集成化（或批量生产）4.外光电效应型；内光电效应型；光生伏特效应型5.塞贝克；电阻值6.自校准；自诊断；数据处理；通信（或网络化）7.二氧化锡（SnO2）；电流（或电压）8.传感器网络；ZigBee；LoRa（或NB-IoT、Wi-Fi等）三、简答题1.压阻效应是半导体材料（如硅）在应力作用下电阻率发生变化的现象，常见于扩散硅压力传感器，用于工业过程控制中的压力测量；压电效应是压电材料（如石英、PZT）在应力作用下表面产生电荷的现象，典型应用为压电加速度计，用于机械振动监测。两者区别：材料类型（半导体vs压电晶体）、物理机制（电阻率变化vs电荷产生）、输出信号（电阻变化vs电荷/电压）。2.自校准功能通过内置标准参考源（如温度基准、电压基准）或算法（如多项式拟合），在传感器工作前或定期对输出进行修正。实现原理：传感器内置微处理器调用校准参数，对比实际输出与标准输入，调整放大系数或偏移量。工程意义：减少人工校准成本，提高长期使用精度，适应环境变化（如温度漂移补偿）。3.接触式传感器（如热电偶）优点：结构简单、成本低、精度高；缺点：响应慢、需与被测物体接触（可能污染或损坏被测体），适用于工业炉温测量。非接触式传感器（如红外测温仪）优点：响应快、不接触被测体；缺点：易受环境干扰（如灰尘、发射率影响），适用于高温熔体（如钢水）或运动物体温度监测。4.优势：抗电磁干扰能力强、耐高温、传输距离远。抗干扰机理：光纤以光信号传输，光信号不受电磁干扰；光纤材料（如石英）为绝缘体，无电磁感应效应；功能型光纤传感器利用光的相位、偏振等特性调制，噪声难以耦合到光信号中。5.（1）柔性电子传感器：基于有机半导体或纳米材料（如石墨烯），可弯曲贴附于曲面，用于可穿戴健康监测（如心率、血压）；（2）生物酶传感器：将生物酶固定于电极表面，通过酶促反应检测生物分子（如葡萄糖），应用于医疗检测；（3）太赫兹传感器：利用太赫兹波对极性分子敏感特性，用于安检（爆炸物检测）或材料缺陷检测。四、综合分析题1.（1）传感器类型及参数：温湿度传感器（温度、湿度）、CO2传感器（二氧化碳浓度）、光照传感器（光照强度）、气体传感器（甲醛、VOCs）、人体存在传感器（红外或毫米波雷达，检测人员活动）。（2）通信方式：短距离采用ZigBee（低功耗）或蓝牙Mesh（自组网），长距离可选NB-IoT（广覆盖）；低功耗设计：采用休眠-唤醒机制（如每5分钟唤醒测量）、选择低功耗芯片（如CC2640R2F）、数据压缩（仅上传变化量）。（3）智能化控制：当温湿度超标时，联动空调/加湿器调节；CO2浓度过高时自动开窗或启动新风系统；光照不足且检测到有人时开启照明；检测到无人时关闭非必要设备。2.协同机制：MEMS传感器（如加速度计、陀螺仪）提供高频动态数据（车辆姿态、加速度），用于实时运动控制；激光雷达获取高精度3D环境点云，识别障碍物；摄像头捕捉视觉信息（交通标志、行人）。MEMS关键作