2025年物联网(传感器应用)专项训练试卷及答案

2025年物联网(传感器应用)专项训练试卷及答案（一）单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种传感器利用压阻效应实现信号转换？A.电容式压力传感器B.金属电阻应变片C.半导体应变片D.压电式加速度传感器2.衡量传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，输出输入特性曲线不一致程度的指标是：A.线性度B.迟滞C.重复性D.灵敏度3.工业设备振动监测中，最常用的传感器类型是：A.温度传感器B.加速度传感器C.气体传感器D.光电传感器4.下列不属于MEMS传感器典型特点的是：A.体积小B.功耗低C.成本高D.可批量生产5.土壤湿度传感器中，基于介电常数测量原理的是：A.电阻式湿度传感器B.电容式湿度传感器C.时域反射（TDR）传感器D.热电偶式传感器6.用于检测可燃气体（如甲烷）泄漏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变化B.气体吸收特定波长的红外光C.气体分子吸附导致电阻变化D.气体电离产生电流变化7.以下传感器中，输出信号为数字量的是：A.热电偶（温度）B.铂电阻PT100（温度）C.压力变送器（420mA）D.数字式温湿度传感器DHT228.冷链物流中监测药品存储环境时，需同时关注的关键参数不包括：A.温度B.湿度C.光照强度D.振动冲击9.物联网传感器节点设计中，为延长电池寿命，最关键的优化措施是：A.提高传感器精度B.降低通信模块功耗C.增大电池容量D.增加数据传输频率10.以下关于传感器标定的描述，错误的是：A.需使用高精度标准仪器作为参考B.标定结果可用于修正传感器误差C.仅需在传感器出厂前进行一次标定D.动态标定需模拟实际工作中的动态输入（二）多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.以下属于传感器静态特性指标的有：A.灵敏度B.频率响应C.分辨率D.漂移2.农业物联网中常用的环境监测传感器包括：A.光照传感器（如光敏电阻）B.CO₂浓度传感器C.土壤pH值传感器D.加速度传感器3.影响气体传感器选择性的因素有：A.敏感材料类型B.工作温度C.气体浓度D.传感器封装结构4.物联网传感器网络（WSN）中，常用的短距离无线通信协议包括：A.ZigBeeB.LoRaC.蓝牙（Bluetooth）D.5G5.以下关于压电式传感器的描述，正确的有：A.适用于静态信号测量B.输出信号为电荷或电压C.需配合电荷放大器使用D.常用材料有石英晶体和压电陶瓷（三）填空题（每空2分，共20分）1.传感器的基本组成通常包括敏感元件、__________和信号调理电路三部分。2.红外温度传感器通过检测物体发射的__________来测量温度，属于非接触式测量。3.霍尔传感器利用__________效应，可用于测量磁场、电流或位移。4.气体传感器中，电化学型主要用于检测__________气体（如氧气、一氧化碳）。5.工业现场常用的420mA电流信号传输方式，其抗干扰能力优于__________传输。6.物联网传感器节点的能量管理策略包括休眠机制、__________和低功耗电路设计。7.应变式压力传感器中，应变片通常粘贴在__________上，通过压力引起的形变转换为电阻变化。8.光纤传感器的核心优势是__________，适用于强电磁干扰环境。9.湿度传感器的主要性能指标包括量程、精度、__________和温度系数。10.半导体气体传感器（如MQ系列）的敏感材料通常为__________金属氧化物（如SnO₂）。（四）简答题（共30分）1.（封闭型，8分）简述传感器动态特性的主要评价指标及其含义。2.（开放型，7分）对比分析电阻式、电容式和电感式位移传感器的优缺点及适用场景。3.（封闭型，7分）说明MEMS传感器在物联网中的核心作用，并列举3个典型应用场景。4.（开放型，8分）某智能温室需监测环境参数（温度、湿度、光照、CO₂浓度），请为每个参数选择一种适用的传感器，并说明选择理由（需具体到传感器型号或类型）。（五）应用题（共25分）1.（计算类，8分）某应变式力传感器的灵敏度为2.1mV/V，供桥电压为5V。当测量1000N力时，输出电压为4.2mV。（1）计算该传感器的实际灵敏度（单位：mV/N）；（2）若理论灵敏度为0.005mV/N，计算相对误差（保留两位小数）。2.（分析类，9分）某化工厂需监测车间内甲烷（CH₄）浓度，要求检测范围0100%LEL（爆炸下限，LEL=5%体积浓度），精度±5%FS，响应时间＜30s。现有三种传感器可选：催化燃烧式传感器（量程0100%LEL，精度±3%FS，响应时间20s）红外式气体传感器（量程0100%LEL，精度±2%FS，响应时间15s）半导体式气体传感器（量程05000ppm，精度±10%FS，响应时间40s）（1）分析各传感器是否满足要求；（2）推荐最优方案并说明理由。3.（综合类，8分）设计一个基于物联网的智能养殖环境监测系统，要求包含以下模块：传感器节点、通信网络、数据平台。需说明：（1）传感器节点的组成（至少4种传感器及测量参数）；（2）通信网络的选择（需考虑传输距离、功耗、成本）；（3）数据平台的主要功能（至少3项）。答案及解析（一）单项选择题1.C（半导体应变片利用压阻效应，金属应变片利用应变效应）2.B（迟滞描述正反行程的不一致性，重复性是多次同一方向的分散性）3.B（振动监测需测量加速度）4.C（MEMS可批量生产，成本低）5.C（TDR通过测量土壤介电常数确定湿度）6.A（催化燃烧式传感器通过气体燃烧产热改变电阻）7.D（DHT22输出数字信号，其他为模拟信号）8.C（药品存储主要关注温湿度、振动，光照非关键）9.B（通信模块功耗占比高，降低其功耗最有效）10.C（传感器需定期标定，非仅出厂一次）（二）多项选择题1.ACD（频率响应是动态特性指标）2.ABC（加速度传感器用于设备监测，非环境监测）3.AB（敏感材料和工作温度决定选择性）4.ABC（5G属于广域网，非短距离）5.BCD（压电式传感器不适用于静态测量）（三）填空题1.转换元件2.红外辐射（或红外光）3.霍尔4.毒性（或还原性）5.电压信号（或05V电压）6.能量收集（或太阳能/电池管理）7.弹性元件（或弹性膜片）8.抗电磁干扰（或电绝缘性好）9.响应时间（或恢复时间）10.半导体（或金属氧化物半导体）（四）简答题1.动态特性评价指标包括：时间常数τ：指传感器输出达到稳态值63.2%所需时间，τ越小响应越快；上升时间tr：输出从稳态值10%上升到90%的时间，反映快速性；超调量σ：输出超过稳态值的最大偏差与稳态值的百分比，衡量振荡程度；频响特性（幅频特性、相频特性）：描述传感器对不同频率输入信号的响应能力，截止频率越高，动态测量范围越宽。2.对比分析：电阻式：优点是结构简单、成本低；缺点是量程小、易受温度影响。适用于小位移测量（如电子秤形变检测）。电容式：优点是灵敏度高、动态响应好；缺点是寄生电容干扰大、需屏蔽。适用于微位移测量（如加速度传感器）。电感式：优点是输出功率大、抗干扰强；缺点是分辨率较低、线性范围小。适用于中位移测量（如机械位移监测）。3.MEMS传感器的核心作用：实现微型化、低功耗、低成本的传感器集成，推动物联网节点小型化和大规模部署。典型应用：智能手环（加速度计、陀螺仪）；汽车胎压监测（MEMS压力传感器）；工业设备健康监测（MEMS振动传感器）。4.参数与传感器选择：温度：DS18B20（数字式，精度±0.5℃，适合温室环境）；湿度：SHT30（电容式，精度±2%RH，抗干扰强）；光照：BH1750（数字式光强度传感器，量程065535lux，适合植物光照监测）；CO₂浓度：MHZ19B（红外式，量程05000ppm，精度±(50ppm+3%读值)，适合温室气体监测）。选择理由：各传感器均为数字接口，便于物联网节点集成；精度满足温室调控需求；成本适中，适合大规模部署。（五）应用题1.（1）实际灵敏度=输出电压/(供桥电压×力)=4.2mV/(5V×1000N)=0.00084mV/(V·N)？不，正确计算应为：灵敏度定义为输出变化量与输入变化量的比值。已知供桥电压5V时，灵敏度2.1mV/V表示每伏激励输出2.1mV。当输入1000N时，输出电压=2.1mV/V×5V=10.5mV（理论值），但实际输出4.2mV，说明实际灵敏度=4.2mV/1000N=0.0042mV/N。（2）相对误差=(实际理论)/理论×100%=(0.00420.005)/0.005×100%=16.00%（负号表示实际灵敏度低于理论值）。2.（1）催化燃烧式：量程、精度（±3%FS≤±5%FS）、响应时间（20s＜30s）均满足；红外式：量程、精度（±2%FS≤±5%FS）、响应时间（15s＜30s）均满足；半导体式：量程（05000ppm＜100%LEL=50000ppm）不满足，响应时间（40s＞30s）不满足。（2）推荐红外式：精度更高（±2%FS），且红外传感器无催化燃烧式的高温元件（防爆性更优），适合化工厂可燃气体监测。3.系统设计：（1）传感器节点组成：温湿度传感器（SHT30，测量温度、湿度）；氨气传感器（MQ137，监测养