2025年传感器应用技术试卷及答案

2025年传感器应用技术试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下传感器中，基于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2.某温度传感器的量程为0~100℃，输出电压为0~5V，其灵敏度为（）A.0.05V/℃B.0.5V/℃C.5V/℃D.20℃/V3.应变片的灵敏度系数K表示（）A.单位应变引起的电阻相对变化B.单位电阻变化引起的应变C.单位温度变化引起的电阻变化D.单位压力变化引起的应变4.热电偶的塞贝克效应指的是（）A.两种导体温差产生热电势B.单一导体温差产生电流C.导体受压力产生电势D.半导体受光照产生电势5.以下不属于MEMS传感器特点的是（）A.微型化B.高成本C.集成化D.批量生产6.压阻式传感器的核心敏感元件是（）A.金属应变片B.半导体应变片C.弹性体D.电容极板7.光栅传感器的输出信号通常用于测量（）A.温度B.压力C.位移D.湿度8.为消除热电偶冷端温度变化的影响，常用的补偿方法是（）A.冰浴法B.短路法C.恒流源法D.频率调制法9.以下属于数字式传感器的是（）A.热电偶B.应变片C.ADXL345加速度计D.热敏电阻10.光电传感器中，用于检测物体是否存在的常用模式是（）A.透射式B.反射式C.漫反射式D.以上均是11.传感器的线性度是指（）A.输出与输入的实际曲线与理想直线的最大偏差B.输出变化量与输入变化量的比值C.传感器能检测到的最小输入变化量D.多次测量输出的一致性12.湿度传感器的主要敏感参数是（）A.电阻B.电容C.电感D.以上均可能13.以下传感器中，适合测量微小加速度的是（）A.压电式加速度计B.电容式MEMS加速度计C.应变式加速度计D.电感式加速度计14.气体传感器检测甲烷时，通常基于（）A.电化学式B.半导体式C.红外吸收式D.以上均可能15.传感器信号调理电路中，电桥的主要作用是（）A.放大信号B.转换信号类型C.将非电量变化转换为电量变化D.滤波二、多项选择题（每题3分，共15分，多选、错选不得分，少选得1分）1.以下属于传感器静态特性参数的有（）A.灵敏度B.线性度C.频率响应D.迟滞2.温度传感器的常见类型包括（）A.PT100热电阻B.K型热电偶C.LM35集成传感器D.压阻式传感器3.光电效应的类型包括（）A.外光电效应B.内光电效应C.光生伏特效应D.磁光效应4.传感器信号调理的基本步骤包括（）A.放大B.滤波C.线性化校正D.模数转换5.汽车电子中常用的传感器有（）A.轮速传感器B.氧传感器C.碰撞传感器D.湿度传感器三、填空题（每空1分，共10分）1.传感器一般由敏感元件、________和转换电路三部分组成。2.应变片的敏感栅材料常用________（如康铜）或________（如硅）。3.热电偶的热电势由________电势和________电势组成。4.光敏电阻基于________光电效应工作，其电阻值随光照强度增加而________。5.MEMS加速度计通常采用________检测原理，通过质量块的________变化输出信号。6.传感器的分辨率是指能检测到的________输入变化量。四、简答题（共30分）1.（6分，封闭型）简述压阻式传感器的工作原理，并说明其与应变式传感器的核心区别。2.（6分，封闭型）热电偶为何需要冷端补偿？列举两种常用的冷端补偿方法。3.（6分，开放型）比较电容式传感器与电感式传感器的优缺点（从灵敏度、抗干扰性、测量范围等方面分析）。4.（6分，封闭型）说明光电传感器中“暗电流”和“光电流”的定义，并解释其在检测中的作用。5.（6分，开放型）结合物联网应用，举例说明传感器节点的典型组成（至少包含3个模块）及各模块功能。五、应用题（共15分）1.（4分，计算类）某应变片的初始电阻R=120Ω，灵敏度系数K=2.0，当受到ε=500με的应变时，求其电阻变化量ΔR。（1με=1×10⁻⁶）2.（5分，分析类）某PT100热电阻在0℃时电阻为100Ω，100℃时为138.5Ω，其电阻温度特性近似为R(T)=R₀(1+αT)。若实测电阻为119.25Ω，求被测温度（α取0.00385/℃）。3.（6分，综合类）设计一个基于红外光电传感器的自动门控制系统，要求：（1）画出系统框图；（2）说明传感器类型及工作模式；（3）简述信号处理流程（包括触发条件）。答案一、单项选择题1.C2.A（5V/100℃=0.05V/℃）3.A4.A5.B6.B7.C8.A9.C10.D11.A12.D13.B14.D15.C二、多项选择题1.ABD（频率响应属动态特性）2.ABC（压阻式测压力）3.ABC4.ABCD5.ABC（汽车湿度传感器非必需）三、填空题1.转换元件2.金属；半导体3.接触；温差4.内；减小5.电容；位移6.最小四、简答题1.压阻式传感器利用半导体材料的压阻效应（应力引起电阻率变化），核心元件是半导体应变片；应变式传感器利用金属材料的应变效应（应力引起几何尺寸变化导致电阻变化），核心元件是金属应变片。两者区别：压阻式灵敏度高（约为应变式的50~100倍），但温度漂移大；应变式线性度好，温度稳定性高。2.热电偶的热电势仅与两端温差有关，而实际测量中冷端（参考端）温度易受环境影响，若不补偿，会导致测量误差。常用补偿方法：①冰浴法（冷端置于0℃冰水混合物）；②电桥补偿法（利用不平衡电桥产生电压抵消冷端温度变化的影响）；③软件补偿法（通过温度传感器测量冷端温度，软件修正热电势）。3.电容式传感器优点：灵敏度高（尤其变间隙型）、动态响应好、结构简单；缺点：易受寄生电容干扰、测量范围小（变间隙型仅几微米）。电感式传感器优点：抗干扰性强（输出信号较大）、测量范围较大（可达毫米级）；缺点：灵敏度较低、存在非线性误差（变气隙型）。4.暗电流：无光照时，光电传感器因热激发产生的微小电流；光电流：有光照时，因光电效应产生的电流。检测中，暗电流是噪声，需通过偏置电路抑制；光电流与光照强度成正比，是有效信号，通过测量光电流与暗电流的差值可检测光照强度或物体遮挡。5.物联网传感器节点典型组成：①传感器模块（如温湿度传感器SHT30），负责采集环境参数；②信号处理模块（如微控制器STM32），负责放大、滤波、模数转换及数据预处理；③无线通信模块（如LoRa模块），负责将处理后的数据传输至网关；④电源模块（如锂电池+能量管理芯片），提供稳定供电。各模块协同工作，实现数据采集、处理与传输。五、应用题1.公式：ΔR=K·R·ε=2.0×120Ω×500×10⁻⁶=0.12Ω2.由R(T)=100(1+0.00385T)=119.25，解得T=(119.25/1001)/0.00385=50℃3.（1）系统框图：红外发射模块→被测物体→红外接收模块→信号调理电路（放大、滤波）→比较器→微控制器→电机驱动电路→自动门。（2）传感器类型：红外对射式传感器（发射端与接收端分离），工作