(2025年)传感器应用技术考试题及答案合集

(2025年)传感器应用技术考试题及答案合集一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种传感器利用半导体材料的压阻效应实现压力测量？A.电容式压力传感器B.压电式压力传感器C.压阻式压力传感器D.电感式压力传感器2.光电传感器中，若被测物体为透明材料，通常优先选择的检测方式是？A.对射式B.反射式C.漫反射式D.槽式3.热电偶传感器测量温度时，若参考端温度无法保持0℃，需采用的补偿方法是？A.冷端恒温法B.电桥补偿法C.延长导线法D.分度表修正法4.MEMS加速度传感器的核心敏感结构通常是？A.悬臂梁-质量块B.压电陶瓷片C.应变片阵列D.光纤光栅5.用于气体检测的电化学传感器，其输出信号通常与被测气体的哪种特性直接相关？A.浓度B.温度C.湿度D.压力6.磁阻传感器测量磁场时，若被测磁场方向与传感器敏感轴夹角为θ，则输出信号与以下哪项成正比？A.sinθB.cosθC.tanθD.θ²7.光纤传感器中，基于相位调制的干涉型传感器主要用于测量？A.温度B.位移C.加速度D.磁场8.红外温度传感器测量人体体温时，需修正的关键参数是？A.环境温度B.人体发射率C.传感器响应时间D.被测距离9.以下哪种传感器可实现非接触式液位测量？A.浮球式液位传感器B.差压式液位传感器C.超声波液位传感器D.电容式液位传感器10.气体传感器中，催化燃烧式传感器主要用于检测？A.有毒气体（如CO）B.可燃气体（如甲烷）C.腐蚀性气体（如Cl₂）D.惰性气体（如氩气）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。2.衡量传感器静态特性的主要指标有线性度、__________、重复性和迟滞。3.应变片的灵敏度系数K定义为__________与__________的比值。4.压电式传感器的工作原理基于__________效应，其输出信号需通过__________放大器实现阻抗匹配。5.热电阻传感器常用材料为__________和__________，其中__________的温度系数更高。6.光纤传感器按调制方式可分为__________型和__________型，其中__________型传感器需使用光源和光电探测器。7.霍尔传感器的输出电压与__________、__________和__________成正比。8.气体传感器中，金属氧化物半导体（MOS）传感器的灵敏度随环境__________变化显著，需通过__________补偿提高稳定性。三、简答题（每题8分，共40分）1.比较压阻式传感器与压电式传感器的工作原理及应用场景差异。2.说明光电编码器的增量式与绝对式编码方式的区别，并列举其典型应用。3.分析光纤传感器在复杂电磁环境中的优势，并举例说明其在工业监测中的具体应用。4.简述MEMS传感器的微型化对物联网终端设计的影响，需从功耗、集成度、成本三方面展开。5.设计一个基于传感器的智能温室环境监测系统，需说明需监测的参数、传感器选型及信号传输方案。四、分析设计题（每题10分，共20分）1.某汽车厂商需开发新一代轮胎压力监测系统（TPMS），要求：①工作温度范围-40℃~125℃；②压力测量精度±0.5%FS；③电池寿命≥5年。请完成以下设计：（1）选择压力传感器类型并说明理由；（2）设计信号调理电路的关键模块（需包含温度补偿环节）；（3）提出低功耗优化策略。2.某化工企业需监测反应釜内腐蚀性液体的液位（量程0~5m）、温度（0~200℃）及pH值（2~12），要求传感器具备防爆、抗腐蚀能力。请：（1）为三种参数选择适配的传感器类型；（2）设计传感器与上位机的通信方案（需考虑信号抗干扰）；（3）提出传感器长期稳定性的维护措施。答案一、单项选择题1.C2.A3.B4.A5.A6.B7.B8.B9.C10.B二、填空题1.转换元件2.灵敏度3.电阻相对变化率（ΔR/R）、应变（ε）4.压电、电荷5.铂（Pt）、铜（Cu）、铂6.功能（传感）、非功能（传光）、非功能7.激励电流、磁感应强度、霍尔系数8.湿度、温度三、简答题1.压阻式传感器基于半导体材料的压阻效应（电阻率随应力变化），输出为电阻变化，需外部电源，适用于静态或低频压力测量（如电子秤、胎压监测）；压电式传感器基于压电材料的压电效应（电荷随应力变化），输出为电荷/电压，仅适用于动态测量（如振动监测、冲击测试）。两者均用于应力/压力检测，但压阻式可测静态，压电式仅测动态。2.增量式编码器通过脉冲计数测量位移/转速，断电后需重新归零，适用于普通电机控制；绝对式编码器每个位置对应唯一编码，断电后位置信息保留，适用于高精度定位（如数控机床、机器人关节）。区别：增量式依赖计数，绝对式直接编码；增量式成本低，绝对式可靠性高。3.光纤传感器优势：①抗电磁干扰（光纤为绝缘体）；②本征安全（无电火花）；③可远程监测（光信号传输损耗小）。工业应用示例：高压输电线路温度监测（替代传统电类传感器，避免电磁干扰）；石油管道泄漏检测（分布式光纤传感器实时定位泄漏点）。4.影响：①功耗降低（微型化减少芯片面积，降低静态电流）；②集成度提升（MEMS可与ASIC电路单片集成，缩小终端体积）；③成本下降（批量制造工艺成熟，单位成本降低）。例如，物联网手环中集成MEMS加速度计+温度传感器，总功耗<1mW，体积<5mm³，单颗成本<1美元。5.监测参数：温度（-10℃~40℃）、湿度（30%~90%RH）、光照强度（0~10万lux）、CO₂浓度（300~2000ppm）。传感器选型：温度（DS18B20数字传感器）、湿度（SHT30电容式）、光照（BH1750数字光强计）、CO₂（NDIR红外气体传感器）。传输方案：传感器通过I²C/单总线连接微控制器（如STM32），经LoRa模块无线传输至网关（传输距离>2km，低功耗）。四、分析设计题1.（1）压力传感器选择MEMS压阻式（理由：工作温度范围宽，精度高，可集成温度传感器实现补偿，适合TPMS微型化需求）。（2）信号调理电路模块：①惠斯通电桥（将电阻变化转为电压）；②仪用放大器（放大微弱信号）；③温度传感器（如PT1000）+微控制器（通过查表法补偿温度引起的压力漂移）；④ADC（16位，保证精度）。（3）低功耗策略：①采用休眠模式（仅在轮胎旋转时唤醒，通过加速度计检测运动）；②降低采样频率（非高速行驶时1Hz，高速时10Hz）；③使用低功耗MCU（如MSP430）；④优化电路拓扑（减少无源元件，降低静态电流）。2.（1）液位：超声波传感器（非接触，抗腐蚀）；温度：铠装Pt100热电阻（不锈钢保护套，耐腐）；pH值：玻璃电极式pH传感器（聚四氟乙烯封装，防腐蚀）。（2）通信方案：传感器输出信号（液位：4~20mA电流；温度：Pt100电阻信号经变送器转为4~20mA；pH：0~5V电压）通过屏蔽电缆传输至防爆型隔离器（抑制电磁干