2025年传感技术应用题库及答案

2025年传感技术应用题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种物理量转换关系属于传感器的基本功能？A.电能→机械能B.非电物理量→电信号C.光能→热能D.化学能→生物能答案：B2.压电式传感器的敏感元件基于哪种效应？A.霍尔效应B.压电效应C.热电效应D.磁阻效应答案：B3.衡量传感器在输入量变化时输出量能否同步变化的特性是？A.线性度B.灵敏度C.响应时间D.重复性答案：C4.以下哪种传感器属于非接触式测量？A.应变片B.热电偶C.激光位移传感器D.压阻式压力传感器答案：C5.光纤传感器的主要调制方式不包括？A.强度调制B.频率调制C.相位调制D.波长调制答案：B6.MEMS传感器的核心优势是？A.高精度B.微型化与集成化C.耐高压D.宽温度范围答案：B7.用于气体检测的半导体传感器主要依赖？A.气体吸附引起的电阻变化B.气体压力引起的形变C.气体温度引起的热电势D.气体分子的光学吸收答案：A8.传感器的分辨率是指？A.输出变化量与输入变化量的比值B.能检测到的最小输入变化量C.测量范围内最大输入与最小输入的差D.输出信号的信噪比答案：B9.热电偶测量温度时，必须满足的条件是？A.两种相同材料的导体B.两种不同材料的导体C.单一导体的温度梯度D.导体与绝缘体的接触答案：B10.以下哪种传感器常用于人体心率监测？A.压阻式压力传感器B.光电式脉搏传感器C.电容式湿度传感器D.磁敏电阻传感器答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.传感器的静态特性指标包括？A.线性度B.灵敏度C.固有频率D.迟滞答案：ABD2.常见的生物传感器敏感材料有？A.酶B.抗体C.半导体硅D.微生物答案：ABD3.以下属于接触式温度传感器的有？A.红外测温仪B.铂电阻温度计C.热电偶D.光纤光栅温度传感器答案：BCD4.电容式传感器的优点包括？A.动态响应快B.受湿度影响小C.结构简单D.测量范围大答案：AC5.传感器信号调理电路的常见功能有？A.放大微弱信号B.滤波去除噪声C.线性化校正D.能量转换答案：ABC三、填空题（每题2分，共20分）1.传感器通常由敏感元件、________和转换电路三部分组成。答案：转换元件2.压阻式传感器的工作原理是基于半导体材料的________效应。答案：压阻3.光纤传感器中，利用外界物理量改变光纤折射率的调制方式属于________调制。答案：相位4.衡量传感器在相同条件下多次测量结果一致性的指标是________。答案：重复性5.气体传感器中，催化燃烧式传感器主要用于检测________气体。答案：可燃6.应变片的灵敏系数定义为单位应变引起的________变化率。答案：电阻7.热电偶的热电势由________电势和接触电势组成。答案：温差8.电感式传感器的分类包括变磁阻式、________和涡流式。答案：变气隙式9.湿度传感器按输出信号类型可分为________型和频率型。答案：电阻10.智能传感器的核心特征是具备________和数据处理功能。答案：微处理器四、简答题（共30分，其中13题为封闭型，45题为开放型）1.（6分）简述传感器线性度的定义及计算方法。答案：线性度是指传感器输出输入特性曲线与理想直线的偏离程度，常用最大偏差与满量程输出的百分比表示。计算方法为：线性度=（最大绝对偏差/满量程输出）×100%，其中理想直线可通过端点法、最小二乘法等确定。2.（6分）霍尔传感器的工作原理是什么？主要应用场景有哪些？答案：霍尔传感器基于霍尔效应：当载流导体置于磁场中时，垂直于电流和磁场方向会产生霍尔电压。应用场景包括磁场测量、电流检测（如电力系统）、位移/转速测量（如汽车轮速传感器）等。3.（6分）为什么压电式传感器通常不适合测量静态信号？答案：压电式传感器的输出为电荷信号，需通过电荷放大器或电压放大器转换为电压信号。由于传感器本身存在漏电阻和放大器输入电阻，静态信号会导致电荷缓慢泄漏，输出电压逐渐衰减，因此更适用于动态力、加速度等测量。4.（6分，开放型）在智能农业大棚中需监测温湿度、光照强度和土壤含水率，试分析各参数对应的传感器选型依据（至少3条）。答案：（1）温湿度：优先选择集成型温湿度传感器（如SHT30），需考虑测量范围（温度050℃，湿度2095%RH）、精度（温度±0.3℃，湿度±2%RH）、抗冷凝能力；（2）光照强度：选择光电二极管或光敏电阻传感器（如BH1750），需匹配植物光周期需求（测量范围0100000lux）、光谱响应（覆盖可见光波段）；（3）土壤含水率：采用频域反射（FDR）传感器（如Decagon5TE），需考虑插入式结构对土壤扰动小、测量深度适配（1030cm）、耐腐蚀性（土壤酸碱环境）。5.（6分，开放型）对比分析电阻应变片与压阻式传感器的异同点。答案：相同点：均通过电阻变化检测应变或力；均需配合电桥电路输出信号。不同点：（1）敏感材料：应变片为金属或半导体箔材，压阻式为半导体单晶；（2）灵敏度：压阻式灵敏度（约100200）远高于金属应变片（约2）；（3）温度特性：压阻式温度漂移大，需严格补偿；（4）应用场景：应变片适用于大应变、高稳定性场景（如桥梁监测），压阻式适用于小应变、高灵敏度场景（如MEMS压力传感器）。五、计算分析题（共15分）1.（7分）某金属应变片的灵敏系数K=2.1，初始电阻R0=120Ω。当被测构件产生ε=1500με的应变时，求应变片的电阻变化量ΔR及相对变化率ΔR/R0。（1με=1×10⁻⁶）答案：由灵敏系数定义K=(ΔR/R0)/ε，得ΔR/R0=K·ε=2.1×1500×10⁻⁶=3.15×10⁻³；ΔR=R0·(ΔR/R0)=120Ω×3.15×10⁻³=0.378Ω。2.（8分）某K型热电偶测量炉温，参考端温度T0=25℃，测得热电势E(T,T0)=36.5mV。查K型热电偶分度表（部分数据：25℃对应1.00mV，1000℃对应41.27mV，900℃对应37.77mV，850℃对应35.31mV），求炉温T。答案：根据中间温度定律，E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)。已知E(T0,0)=1.00mV（T0=25℃），则E(T,0)=36.5mV+1.00mV=37.50mV。查分度表：35.31mV（850℃）<37.50mV<37.77mV（900℃）。线性插值：37.50mV35.31mV=2.19mV，区间总差值37.7735.31=2.46mV，对应温度区间50℃（900850）。则温度修正值=50℃×(2.19/2.46)≈44.5℃，因此炉温T≈850℃+44.5℃=894.5℃（保留一位小数）。六、综合应用题（共20分）设计一套智能家居环境监测系统，要求监测参数包括室内温度、湿度、CO2浓度、光照强度和人体存在状态。需完成以下任务：（1）选择各参数对应的传感器类型（需说明型号或典型产品）；（2）设计信号处理流程（从传感器输出到手机APP显示）；（3）分析系统可能存在的干扰源及抗干扰措施。答案：（1）传感器选型：温度/湿度：SHT31（数字式，I2C接口，精度±0.3℃/±2%RH）；CO2浓度：MHZ19B（红外气体传感器，UART输出，量程05000ppm）；光照强度：BH1750（数字式，I2C接口，量程065535lux）；人体存在：HCSR501（被动红外PIR传感器，数字量输出）或毫米波雷达（如ACCONEERA111，可区分静止/移动人体）。（2）信号处理流程：传感器输出→调理电路（如PIR的放大滤波、模拟信号转数字）→微控制器（如STM32，读取I2C/UART数据，执行校准算法）→无线模块（WiFi/Bluetooth，数据打包为JSON格式）→智能家居网关→云服务器（存储、分析）→手机APP（实时显示、阈值报警）。（3）