2026年物联网工程师（传感器方向）专项考试题及答案

2026年物联网工程师（传感器方向）专项考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在MEMS三轴加速度计中，若采用差分电容检测方式，当质量块沿X轴正向位移Δx时，下列哪组电容变化关系正确？A.C₁=C₀+ΔC，C₂=C₀-ΔC，且ΔC∝Δx²B.C₁=C₀+ΔC，C₂=C₀-ΔC，且ΔC∝ΔxC.C₁=C₀+ΔC，C₂=C₀+ΔC，且ΔC∝ΔxD.C₁=C₀-ΔC，C₂=C₀-ΔC，且ΔC∝Δx³答案：B解析：差分电容结构通过极板间距变化产生线性ΔC，ΔC=εA/(d₀∓Δx)≈εA/d₀·(1±Δx/d₀)，故ΔC∝Δx，且两电容反向变化，实现差分输出抑制共模干扰。2.2026年主流气体传感器阵列采用MOX材料，其选择性提升的核心手段是：A.提高工作温度至800℃以上B.在材料表面修饰单原子Pt并构建p-n异质结C.增大晶粒尺寸至微米级D.降低敏感层厚度至5nm以下答案：B解析：单原子Pt提供活性位点，p-n异质结形成内建电场，调控载流子迁移路径，使不同气体吸附后电阻变化差异显著，选择性提升两个数量级。3.在LoRaWAN网络中，若传感器节点采用ADR（AdaptiveDataRate）且当前链路预算为138dB，服务器下发LinkADRReq命令将SF从9调至7，则理论传输时间变化为：A.减少50%B.减少75%C.增加25%D.不变答案：B解析：SF7符号时间为SF9的1/4，相同负载下传输时间与符号数成正比，故时间减少75%，同时数据速率提升至5.5kbps。4.某毫米波雷达传感器需实现0.1m距离分辨率，其chirp带宽至少为：A.0.75GHzB.1.0GHzC.1.5GHzD.2.0GHz答案：C解析：距离分辨率ΔR=c/(2B)，代入ΔR=0.1m，得B=1.5GHz。5.在TinyML框架下部署CNN于MSP432MCU，为降低RAM占用，下列量化策略最优的是：A.权重量化至16bit，激活8bitB.权重量化至8bit，激活4bitC.权重量化至4bit，激活8bitD.权重量化至2bit，激活16bit答案：B解析：激活张量通常远大于权重，激活4bit可减少约4倍内存，权重8bit精度损失可接受，整体MCURAM占用最低。6.2026年新型光纤温度传感器采用马赫-曾德尔干涉仪，其温度灵敏度为10pm/℃，若光谱仪分辨率为1pm，则理论最小可测温度变化为：A.0.01℃B.0.1℃C.1℃D.10℃答案：B解析：最小可测变化=分辨率/灵敏度=1pm/(10pm/℃)=0.1℃。7.在NB-IoT网络中，若传感器上行采用Multi-tonetransmission，3.75kHz子载波间隔，单次传输分配4个子载波，则理论峰值速率为：A.10kbpsB.20kbpsC.40kbpsD.63kbps答案：D解析：每子载波调制QPSK，2bit/符号，符号率=15ksps/4=3.75ksps，4子载波总速率=4×3.75k×2=30kbps，结合Turbo编码速率1/3，实际峰值63kbps。8.某电容式湿度传感器采用聚酰亚胺敏感膜，其介电常数随RH变化关系为εᵣ=3.2+0.06RH，若设计振荡器频率f=1/(2π√LC)，则灵敏度Sf=df/dRH为：A.-0.3%RH⁻¹B.-0.6%RH⁻¹C.-0.9%RH⁻¹D.-1.2%RH⁻¹答案：C解析：由f∝1/√εᵣ，得Sf=(df/dεᵣ)(dεᵣ/dRH)=(-1/2εᵣ)·f·0.06，代入εᵣ=3.2+0.06RH，RH=50%时εᵣ=6.2，Sf≈-0.9%RH⁻¹。9.在传感器融合中，采用扩展卡尔曼滤波（EKF）估计无人机姿态，若陀螺仪零偏bᵍ建模为一阶马尔可夫过程，其相关时间τ=500s，则离散时间噪声协方差Qᵏᵍ为：A.σ²(1-e^(-2Δt/τ))B.σ²Δt²C.σ²ΔtD.σ²/τ答案：A解析：一阶马尔可夫过程离散协方差Q=σ²(1-e^(-2Δt/τ))，保证噪声统计特性连续。10.2026年主流能量收集IC（e-peasAEM30940）在输入功率-20dBm时，冷启动电压为：A.0.5VB.0.8VC.1.2VD.2.0V答案：B解析：AEM30940在-20dBm射频输入时，内部整流器阈值0.8V，冷启动后降至0.5V维持工作。二、多项选择题（每题3分，共15分）11.下列哪些技术可有效提升MEMS陀螺仪的零偏不稳定性（BI）？A.采用SOI工艺释放质量块B.在ASIC中集成16bitΣΔADCC.引入温度-应力联合补偿算法D.采用差分驱动模式抑制正交误差E.使用金属封装替代陶瓷封装答案：ACD解析：SOI降低热应力，补偿算法直接修正零偏漂移，差分驱动抑制正交耦合；ADC位数与BI无直接关联，金属封装热膨胀系数大反而恶化BI。12.关于UWB（IEEE802.15.4z）信道冲激响应（CIR）用于人员检测，下列说法正确的是：A.首径幅度下降3dB可判定有人进入B.利用CIR可提取微多普勒特征识别步态C.采用SDS-TWR算法可消除时钟漂移误差D.在6.5GHz频段，RMS时延扩展典型值<20nsE.可通过深度学习对CIR进行压缩感知重建答案：BCDE解析：首径幅度受多因素影响，不能单独作为判据；微多普勒反映肢体运动，SDS-TWR对称双边双向测距消除漂移，UWB带宽500MHz以上时延扩展小，CIR稀疏性适合压缩感知。13.2026年新型量子温度传感器基于NV色心，其优势包括：A.灵敏度达µK/√HzB.无需校准即可溯源至热力学温标C.可在0.1T低场下工作D.兼容CMOS工艺集成E.抗电磁干扰能力优于铂电阻答案：ABCE解析：NV色心能级差随温度线性变化，灵敏度极高，基于玻尔兹曼分布自校准，低场即可极化；目前CMOS集成仍面临晶格失配问题。14.在传感器网络安全中，针对物理层密钥生成（PLKG）的正确描述有：A.利用信道互易性生成共享密钥B.需对RSS进行量化编码C.可抵御中间人攻击D.密钥速率与信道相干时间成正比E.需额外部署专用硬件随机源答案：ABCD解析：PLKG无需额外硬件，利用无线信道随机性；RSS量化后通过信息协商生成密钥，信道互易性保证一致性，相干时间越长可采集更多独立样本。15.2026年用于冷链监测的NFC温度记录标签，其低功耗设计要点包括：A.采用铁电RAM（FRAM）替代EEPROMB.传感器ADC采用SAR结构并关断参考源C.在-30℃下使用纽扣电池CR2032容量保持率>90%D.通过PWM驱动LED指示无需限流电阻E.利用能量收集天线在13.56MHz下提供1mA电流答案：ABE解析：FRAM写入电流低且快速，SARADC可关断参考源节能，13.56MHz场强足够时能量收集可行；低温下CR2032容量保持率仅70%，LED需恒流驱动。三、计算与建模题（共30分）16.（10分）某压阻式压力传感器采用四端惠斯通电桥，桥臂电阻R₀=5kΩ，灵敏度S=2mV/V/kPa，供电电压Vb=3.3V。现需设计数字补偿系统，在-20~60℃范围内将零偏温漂从±0.05mV/℃降至±1µV/℃。（1）计算未补偿时满量程100kPa对应的零偏变化量；（2）若采用二阶多项式补偿，给出系数求解过程及最终表达式；（3）估算补偿后系统总精度（±%FS）。答案：（1）温度跨度ΔT=80℃，零偏变化ΔV₀=0.05mV/℃×80℃=4mV，满量程输出Vfs=S·Vb·100kPa=2mV/V/kPa×3.3V×100=660mV，变化占比4/660≈0.61%FS。（2）采集n=5温度点-20,0,20,40,60℃，测得零偏V₀(T)=[3.1,1.2,-0.8,-2.7,-4.6]mV。构建矩阵A=[T²T1]，最小二乘解β=(AᵀA)⁻¹AᵀV₀，得β₂=1.25×10⁻⁶，β₁=-5.0×10⁻⁴，β₀=1.2×10⁻³，补偿表达式Vcomp=V₀-(1.25×10⁻⁶T²-5.0×10⁻⁴T+1.2×10⁻³)。（3）残差标准差σ=0.8µV，对应±2σ=±1.6µV，折算±0.00024%FS，远优于1µV/℃指标，系统总精度由非线性0.05%FS主导，合成±0.05%FS。17.（10分）设计一款基于MEMS扫描镜的激光甲烷传感器，目标检测限1ppm·m，采用波长1653.7nm，吸收线强S=1.2×10⁻²¹cm/mol，光程折叠至10m。（1）根据Beer-Lambert定律计算所需最小信噪比SNR；（2）若探测器NEP=5×10⁻¹²W/√Hz，系统带宽B=1Hz，求最小接收光功率；（3）若扫描镜角分辨率0.01°，对应空间分辨率@100m距离。答案：（1）吸光度α=CSL=1ppm×1.2×10⁻²¹×10×10²=1.2×10⁻⁶，最小SNR=1/α≈8.3×10⁵（59.4dB）。（2）最小接收功率Pmin=SNR·NEP·√B=8.3×10⁵×5×10⁻¹²×1=4.15µW。（3）角分辨率θ=0.01°=0.174mrad，空间分辨率Δx=θ·R=0.174×100=17.4mm。18.（10分）某WSN节点需连续监测振动，采用三轴加速度计ADXL355，噪声密度25µg/√Hz，采样率4kHz，目标检测0.1mg的50Hz正弦振动。（1）计算所需最小信号处理增益；（2）设计一个128点FFT的匹配滤波器，给出频域系数；（3）估算处理后的SNR改善量。答案：（1）噪声有效值n=25µg×√(4kHz×1.57)=1.25mg，信号0.1mg，需增益G=1.25/0.1=12.5（22dB）。（2）匹配滤波器系数H[k]=S[k]，S[k]为50Hz正弦频谱，在k=50/31.25=1.6处插值，H[1]=0.95e^(-jπ/2)，H[2]=0.31e^(jπ/2)。（3）FFT处理增益10log₁₀(128/2)=18dB，匹配滤波额外4dB，总改善22dB，满足检测要求。四、综合设计题（共35分）19.（15分）2026年智慧城市需部署10万个井盖异动监测节点，要求电池寿命≥10年，每日上报4次，异常实时报警（<5s）。（1）给出传感器选型与触发策略；（2）设计能量预算表，计算所需电池容量；（3）提出基于LoRa的空中唤醒（OTAWake-on-Radio）时隙调度算法，确保<5s延迟且网络容量≥1万节点/网关；（4）给出固件差分升级（deltaupdate）方案，升级包<20kB。答案：（1）采用低功耗三轴加速度计LIS2DW12，噪声密度90µg/√Hz，配置睡眠-唤醒阈值±50mg，持续时间20ms触发MCU中断；磁力计MMC5983MA辅助确认井盖移位>5cm；气压传感器LPS22DF用于水浸检测。（2）睡眠电流1.2µA，唤醒检测平均电流3µA，LoRa发送电流45mA×80ms=1mAs，每日4次共4mAs，异常额外4次，年均5次，日均5.5mAs。MCU运行电流1.5mA×10ms=15µAs，总日均5.515mAs。10年需容量5.515mAs×365×10=20.1Ah，选用ER265008.5Ah×2并联，自放电<1%/年，裕量充足。（3）网关每5s发送一次前导码，节点采用时隙ALOHA，时隙长度=前导码长度+保护间隔=200ms，每帧50时隙，1万节点按Hash(ID)mod50分布，冲突概率1-e^(-10000/50/50)=0.018，重传2次成功率99.97%，平均延迟2.5s。（4）采用bsdiff算法生成差分包，旧固件256kB，新固件258kB，差分包18kB，经heatshrink压缩至14kB，分7帧传输，每帧2kB，FEC(10,7)编码，接收端重建并CRC32校验，升级时间<30s。20.（20分）设计一款面向工业4.0的无线振动温度复合传感器，安装于电机轴承，采样率25.6kHz，温度范围-40~125℃，需通过AI预测轴承剩余寿命（RUL）。（1）给出硬件架构框图，注明关键器件型号及接口；（2）设计信号链，计算ADC有效位数（ENOB）以满足轴承故障特征频率（BPFI）检测精度±1Hz；（3）提出边缘AI模型架构，参数<100k，给出训练数据增强方法；（4）设计数字孪生接口，通过MQTT上传特征向量，JSON模式定义；（5）给出OTA安全机制，防止回滚攻击。答案：（1）硬件架构：MEMS振动传感器ADXL357（±40g，25.6kHz）→差分放大器ADA4807-2→24bitADCADS127L01→MCUSTM32U5A5（Cortex-M33，2MBFlash，786kBRAM）→BLE5.3SoCnRF52840→温度传感器TSYS01（±0.1℃）→能量收集LTC3588-1（压电+热电）→锂亚电池ER14250。（2）信号链噪声：传感器噪声25µg/√Hz×√(12.8kHz)=2.8