(2025年)传感器与应用试题库含答案

(2025年)传感器与应用试题库含答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下哪种传感器利用塞贝克效应实现温度测量？A.热电阻传感器B.热电偶传感器C.红外温度传感器D.半导体PN结温度传感器答案：B2.压电式传感器不能用于静态力测量的主要原因是？A.压电材料的居里温度限制B.电荷泄漏导致信号衰减C.输出阻抗过高D.灵敏度随频率降低而下降答案：B3.下列哪项不是光纤传感器的调制方式？A.强度调制B.波长调制C.频率调制D.相位调制答案：C4.用于检测可燃气体（如甲烷）的催化燃烧式传感器，其核心检测原理是？A.气体与催化剂反应产生热量B.气体吸附导致电阻变化C.气体分子对特定波长的吸收D.气体电离产生电流答案：A5.电容式传感器测量位移时，为提高灵敏度和线性度，通常采用？A.单极式结构B.差动式结构C.变面积式结构D.变介电常数式结构答案：B6.霍尔传感器的输出电压与下列哪项参数无关？A.激励电流B.磁场强度C.载流子浓度D.传感器尺寸答案：D7.用于人体心率监测的光电式传感器，通常采用的光源是？A.紫外光B.红光或红外光C.白光D.激光答案：B8.以下哪种传感器可实现非接触式液位测量？A.浮子式液位传感器B.压力式液位传感器C.超声波液位传感器D.电容式液位传感器答案：C9.气敏传感器中，MQ-2型传感器主要用于检测？A.二氧化碳B.氧气C.氢气、甲烷D.氨气答案：C10.应变式传感器中，金属应变片的灵敏度系数主要取决于？A.材料的泊松比B.材料的电阻率变化C.几何尺寸变化D.温度系数答案：C11.磁阻传感器的工作原理基于？A.霍尔效应B.磁阻效应（MR效应）C.电磁感应D.巨磁阻效应（GMR）答案：B12.用于检测加速度的MEMS传感器，其核心结构通常是？A.悬臂梁与质量块B.压电薄膜C.电感线圈D.电容极板答案：A13.以下哪种传感器可同时检测温度和湿度？A.DHT11B.DS18B20C.BH1750D.MQ-135答案：A14.激光位移传感器的测量精度主要取决于？A.激光的波长B.光电探测器的分辨率C.被测物体的反射率D.环境光干扰答案：B15.生物传感器中，酶传感器的信号转换元件通常是？A.离子选择性电极B.光电二极管C.热电偶D.压电晶体答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的基本组成包括敏感元件、________和信号调理电路。答案：转换元件2.热电阻传感器常用的材料有________和铜，其中________的温度系数更大。答案：铂；铂3.压电式传感器的输出信号为________，因此需要配合________（选填“电压放大器”或“电荷放大器”）使用。答案：电荷；电荷放大器4.光电效应分为外光电效应、________和________，其中光电倍增管基于________。答案：内光电效应；光生伏特效应；外光电效应5.电容式传感器按工作原理可分为变极距式、________和________三种类型。答案：变面积式；变介电常数式6.气敏传感器的主要特性参数包括________、响应时间、恢复时间和________。答案：灵敏度；选择性7.MEMS传感器的核心制造技术是________，其优势在于________和低成本。答案：微机电系统技术；微型化8.光纤传感器的两个基本组成部分是________和________，其中________负责将被测信号转换为光信号的变化。答案：光源；光纤；敏感元件9.红外温度传感器通过检测物体的________辐射实现非接触测温，其测量精度受________影响较大。答案：红外；发射率10.应变式传感器中，惠斯通电桥采用差动接法的主要目的是________和________。答案：提高灵敏度；抑制温度误差三、简答题（每题6分，共30分）1.简述电阻应变片的工作原理及温度误差的补偿方法。答案：电阻应变片基于应变效应工作，即金属导体（或半导体）的电阻随机械变形（应变）发生变化。温度误差主要由两部分引起：一是应变片材料的电阻随温度变化（热阻效应），二是应变片与被测构件材料的线膨胀系数不同导致的附加应变。补偿方法包括：（1）桥路补偿法（如半桥差动接法，将补偿片贴在与工件材料相同但不受力的试件上）；（2）应变片自补偿法（选用特定温度系数的应变片或组合式自补偿应变片）。2.比较压电式传感器与压阻式传感器的异同点。答案：相同点：均通过力学量（力、压力、加速度）引起电信号变化实现测量。不同点：（1）工作原理：压电式基于压电效应（机械能→电能），压阻式基于压阻效应（电阻率随应力变化）；（2）信号特性：压电式输出电荷/电压，适用于动态测量；压阻式输出电阻变化，可测静态和动态；（3）材料：压电式常用石英、压电陶瓷；压阻式常用单晶硅；（4）温度敏感性：压阻式温度漂移更显著，需温度补偿。3.说明光电传感器的分类及典型应用场景。答案：分类：（1）直射式（对射式）：发射器与接收器相对，被测物遮挡光路时触发信号，用于计数、安全光幕；（2）反射式：发射器与接收器同侧，被测物反射光时触发，用于接近检测、表面检测；（3）槽式（叉式）：光路被封装在槽内，被测物通过槽口时遮挡，用于转速测量、编码器；（4）漫反射式：利用被测物表面散射光，用于非接触位移测量。典型应用：工业自动化中的物体检测、智能电梯的门控防夹、打印机的纸张检测等。4.简述气体传感器在智能家居中的应用需求及关键性能指标。答案：应用需求：检测室内有害气体（如甲醛、CO、VOCs）、可燃气体（甲烷），实现空气质量预警和安全防护。关键性能指标：（1）灵敏度：对目标气体的响应程度；（2）选择性：区分目标气体与干扰气体的能力；（3）响应/恢复时间：快速检测与恢复初始状态；（4）稳定性：长期使用的信号漂移；（5）工作温度范围：适应室内环境温度变化；（6）功耗：便于电池供电或低功耗设计。5.分析MEMS加速度传感器的结构原理及在手机中的应用。答案：结构原理：MEMS加速度传感器通常采用悬臂梁-质量块结构，质量块在加速度作用下产生位移，通过电容极板（或压阻、压电元件）检测位移变化，转换为电信号。手机中的应用：（1）重力感应：屏幕自动旋转；（2）运动检测：计步、手势识别；（3）跌落检测：触发数据保护；（4）游戏操控：体感游戏的动作捕捉；（5）GPS辅助定位：在无GPS信号时通过加速度积分估算位移。四、分析题（每题8分，共16分）1.某工业场景需监测管道内液体的流量和压力，试选择合适的传感器并说明选型依据。答案：（1）流量测量：可选用电磁流量计（适用于导电液体，无压损，精度高）或涡轮流量计（适用于清洁液体，输出频率信号易数字化）。选型依据：若液体导电性良好（如水、污水），选电磁流量计；若液体清洁且需高精度（如石油），选涡轮流量计。（2）压力测量：选用扩散硅压阻式压力传感器（量程覆盖0-10MPa，精度0.1%FS，耐腐蚀性好）或压电式压力传感器（动态压力测量，如脉动流体）。选型依据：若测量静态或缓慢变化压力，选压阻式；若测量高频脉动压力（如泵出口），选压电式。需注意传感器的耐温性（管道液体温度）、耐腐蚀性（液体成分）及输出信号（4-20mA或数字信号）与控制系统的兼容性。2.设计一个基于传感器的智能花盆系统，需监测土壤湿度、环境温度/湿度、光照强度，并实现自动灌溉。请列出所需传感器类型、信号处理流程及控制逻辑。答案：（1）传感器类型：土壤湿度传感器（电容式或电阻式，如YL-69）、温湿度传感器（DHT22，精度±0.5℃/±2%RH）、光照传感器（BH1750，数字式，测量范围0-65535lux）。（2）信号处理流程：传感器输出模拟/数字信号→微控制器（如Arduino）采集并转换（A/D转换或I2C读取）→数据滤波（滑动平均法去除噪声）→与设定阈值比较（如土壤湿度<30%触发灌溉）。（3）控制逻辑：当土壤湿度低于阈值且光照强度>1000lux（避免夜间灌溉）时，启动微型水泵；灌溉时间由湿度差值决定（差值越大，灌溉时间越长）；同时记录环境温湿度数据，通过Wi-Fi上传至云平台，用户可通过APP查看状态并手动控制。五、综合应用题（14分）某企业需开发一款用于冷链物流的温湿度监测终端，要求：（1）温度测量范围-40℃~85℃，精度±0.5℃；（2）湿度测量范围10%RH~95%RH，精度±3%RH；（3）支持4G/NB-IoT无线通信；（4）低功耗设计（续航≥6个月）。请完成以下设计：（1）选择温湿度传感器并说明理由；（2）设计低功耗数据采集与传输策略；（3）提出抗干扰措施（至少3项）。答案：（1）传感器选择：温度传感器选用MAX31855（K型热电偶+冷端补偿，测量范围-200℃~1372℃，满足-40℃~85℃需求，精度±1℃，通过校准可提升至±0.5℃）；湿度传感器选用SHT31（数字式，测量范围0%RH~100%RH，精度±2%RH，满足±3%RH要求，支持I2C接口，低功耗）。理由：MAX31855集成度高，适合宽温区；SHT31精度高、功耗低（测量时电流<500μA），符合冷链需求。（2）低功耗策略：①休眠模式：微控制器（如STM32L0系列）平时处于低功耗睡眠状态（电流<1μA），仅RTC定时器唤醒；②定时采样：设置采样周期（如每30分钟一次），非采样期间关闭传感器电源；③数据压缩：上传时仅发送变化超过阈值（如温度±0.5℃、湿度±5%RH）的数据，减少传输次数；④通信模块控制：4G/NB-IoT模块仅在需要传输时启动，传输完成后立即关闭（如使用QuectelBC28模块，休眠电流<2μA）。（3）抗干扰措