2025年传感器的试题及答案

2025年传感器的试题及答案2025年传感器技术考试试题一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.传感器的核心功能是将以下哪类信号转换为电信号？A.数字信号B.非电物理量C.高频电磁波D.光信号2.以下哪种材料常用于制作压阻式传感器的敏感元件？A.铜导线B.半导体硅C.压电陶瓷D.光纤3.热电偶传感器的工作原理基于：A.压电效应B.热电效应C.光电效应D.磁阻效应4.以下传感器中，属于数字式传感器的是：A.应变片B.热电阻C.光电编码器D.热电偶5.衡量传感器在输入量不变时，输出量随时间变化的特性称为：A.重复性B.漂移C.线性度D.灵敏度6.用于检测气体浓度的金属氧化物半导体传感器，其敏感机理主要依赖：A.气体吸附引起的电阻变化B.气体分子的光电效应C.气体压力导致的形变D.气体温度引起的热传导7.以下哪项不是MEMS传感器的典型优势？A.体积小B.成本低C.功耗高D.可批量生产8.光纤传感器中，用于测量温度的常用调制方式是：A.强度调制B.相位调制C.波长调制D.偏振调制9.生物传感器的关键组成部分是：A.金属电极B.生物识别元件C.光纤探头D.压电晶体10.热释电传感器主要用于检测：A.可见光B.红外线C.紫外线D.X射线11.以下传感器中，适合测量微小位移（精度≤1μm）的是：A.电感式接近开关B.电容式位移传感器C.超声波测距仪D.激光雷达12.压电器件不能用于静态测量的原因是：A.静态力无法产生电荷B.电荷易泄漏C.灵敏度随时间下降D.温度漂移严重13.霍尔传感器的输出与以下哪个参数直接相关？A.磁场强度B.电场强度C.温度D.压力14.湿敏电阻的敏感材料通常为：A.金属铂B.半导体陶瓷C.铜镍合金D.石英晶体15.以下哪种传感器可用于非接触式测量液体流量？A.涡轮流量计B.电磁流量计C.浮子流量计D.差压式流量计二、多项选择题（共10题，每题3分，共30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.灵敏度B.响应时间C.线性度D.重复性2.以下属于光学传感器的有：A.CCD图像传感器B.光电二极管C.光纤温度传感器D.压阻式压力传感器3.半导体气敏传感器的主要特点包括：A.响应速度快B.对多种气体敏感C.需加热工作D.精度极高4.柔性电子传感器的典型应用场景有：A.可穿戴健康监测B.工业机器人触觉C.航空发动机温度测量D.智能纺织品5.以下传感器中，基于能量转换型（发电型）的有：A.热电偶B.压电式加速度计C.热电阻D.光电二极管6.影响传感器精度的主要因素包括：A.温度漂移B.噪声干扰C.非线性误差D.供电电压稳定性7.物联网中常用的传感器通信接口有：A.I2CB.SPIC.RS485D.蓝牙8.以下关于应变片的描述正确的有：A.金属应变片的灵敏度系数低于半导体应变片B.应变片需粘贴在弹性元件上使用C.温度变化会导致应变片产生虚假应变D.应变片的敏感栅材料通常为康铜或镍铬合金9.磁敏传感器可用于检测：A.电流B.位移C.转速D.气体浓度10.传感器信号调理电路的常见功能包括：A.放大微弱信号B.滤波去除噪声C.模数转换D.线性化补偿三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.传感器的基本组成包括敏感元件、______和转换电路。2.热电偶的热电势由______电势和接触电势组成。3.压阻式传感器利用半导体材料的______效应实现压力测量。4.红外传感器中，______型传感器需外部电源加热，______型传感器直接利用红外辐射产生电信号。5.光纤的基本结构包括纤芯、______和涂覆层。6.衡量传感器对输入量变化反应能力的指标是______。7.湿敏传感器按输出信号类型可分为______型和电容型。8.MEMS加速度计的核心结构通常为______系统（如质量块弹簧阻尼结构）。9.气体传感器的标定是指通过______气体浓度与输出信号的对应关系。10.传感器的动态特性可用______模型（如一阶、二阶系统）描述。四、简答题（共5题，共40分）1.（8分，封闭型）简述应变片的工作原理及主要组成部分。2.（8分，封闭型）对比分析热电阻（如Pt100）与热电偶的异同点（至少4点）。3.（8分，开放型）分析柔性电子传感器在可穿戴医疗设备中的应用优势及面临的技术挑战。4.（8分，开放型）随着物联网（IoT）的发展，传感器需满足哪些新需求？举例说明。5.（8分，综合型）某工业场景需监测管道内高压（010MPa）、高温（300℃）气体的压力，应选择哪种类型的压力传感器？说明选型依据及信号处理的关键步骤。五、应用题（共3题，共30分）1.（10分，计算类）某温度传感器的输出特性为：当温度T（℃）在0100℃范围内时，输出电压V（mV）满足V=0.5T+10。（1）求该传感器的灵敏度（单位：mV/℃）；（2）当输出电压为60mV时，对应的温度是多少？（3）若实际温度为80℃时，传感器输出电压为50mV，计算此时的绝对误差和相对误差（保留2位小数）。2.（10分，分析类）某企业使用压阻式压力传感器监测储罐内液体压力，运行3个月后发现输出信号逐渐偏离真实值（漂移现象）。（1）列出可能导致漂移的3个原因；（2）针对其中一个原因，设计验证实验方案；（3）提出至少2种减小漂移的改进措施。3.（10分，综合设计类）设计一个基于物联网的智能农业大棚环境监测系统，要求监测温湿度、光照强度和CO₂浓度。（1）选择各参数对应的传感器（需说明型号或类型，如温湿度可选SHT30）；（2）设计传感器与微控制器（如STM32）的接口电路（需标注关键元件，如电阻、电容）；（3）说明系统与物联网平台（如阿里云IoT）的通信方式及协议（需具体，如LoRa+MQTT）。2025年传感器技术考试试题答案一、单项选择题1.B2.B3.B4.C5.B6.A7.C8.C9.B10.B11.B12.B13.A14.B15.B二、多项选择题1.ACD2.ABC3.ABC4.ABD5.ABD6.ABCD7.ABCD8.ABCD9.ABC10.ABD三、填空题1.转换元件2.温差（或塞贝克）3.压阻4.热释电（或被动）；光电（或主动）5.包层6.灵敏度7.电阻8.微机械9.校准10.微分方程（或传递函数）四、简答题1.应变片工作原理及组成工作原理：利用金属或半导体材料的应变效应（金属的电阻随机械形变而变化的现象），当被测物体受外力作用产生应变时，粘贴在其表面的应变片敏感栅随之变形，导致电阻值变化，通过测量电阻变化实现应变测量。组成部分：敏感栅（核心，由康铜/镍铬合金或半导体材料制成）、基底（固定敏感栅并传递应变，常用胶膜或纸）、引线（连接敏感栅与测量电路）、覆盖层（保护敏感栅）。2.热电阻与热电偶的对比相同点：均用于温度测量；输出信号为电信号（电阻/电势）；需配合信号调理电路使用。不同点：①原理：热电阻基于金属/半导体的电阻随温度变化（电阻效应）；热电偶基于热电效应（两种不同材料端点温差产生电势）。②材料：热电阻常用Pt（铂）、Cu（铜）或半导体（如NTC）；热电偶常用金属对（如K型：镍铬镍硅）。③测量范围：热电阻（200℃~850℃）；热电偶（270℃~2800℃，高温更优）。④参考端：热电偶需冷端补偿；热电阻无需。⑤输出信号：热电阻为电阻值（需恒流源激励）；热电偶为电势（直接输出）。3.柔性电子传感器的应用优势与挑战优势：①柔性可弯曲：贴合人体曲面（如皮肤、关节），提升穿戴舒适性；②轻薄低功耗：适合长期连续监测（如心率、体温）；③可集成性：与柔性电路、电池结合，形成全柔性系统；④多参数测量：可同时监测压力、温度、生物电等。挑战：①耐久性：多次弯曲后敏感材料易疲劳，导致性能衰减；②信号稳定性：柔性基底形变可能引入噪声，影响测量精度；③封装难度：需防水、透气且不影响柔性，工艺复杂；④成本：高精度柔性材料（如石墨烯、有机半导体）制备成本高。4.物联网对传感器的新需求及实例新需求：①低功耗：适配电池供电或能量收集（如LoRa传感器节点，功耗<1mW）；②小型化：嵌入智能设备（如智能家居中的温湿度传感器尺寸<10mm×10mm）；③智能化：内置算法（如边缘计算），支持自校准、自诊断（如工业振动传感器内置FFT分析）；④多模态：集成多种传感器（如手机中的六轴传感器：加速度+陀螺仪）；⑤可靠性：适应复杂环境（如工业传感器需抗电磁干扰、耐温湿度波动）。5.高压高温气体压力传感器选型与信号处理选型：应选择压阻式高温压力传感器（如KuliteXTE系列）或压电式压力传感器（需动态测量时）。依据：压阻式传感器可承受300℃高温（特殊封装），测量范围覆盖010MPa，精度高（±0.1%FS）；压电式适用于动态压力，但无法测静态压力（电荷泄漏），因此优先压阻式。信号处理关键步骤：①温度补偿：传感器内置或外部电路通过查表法/多项式拟合补偿高温引起的零点漂移；②放大滤波：使用仪表放大器（如AD620）放大微弱信号（mV级），低通滤波器（截止频率100Hz）去除高频噪声；③线性化：通过微控制器（如STM32）对输出信号进行非线性校正（如分段线性化算法）；④隔离保护：采用光电隔离或电磁隔离电路，防止工业现场高压干扰损坏后端设备。五、应用题1.温度传感器计算（1）灵敏度=ΔV/ΔT=0.5mV/℃；（2）T=(V10)/0.5=(6010)/0.5=100℃；（3）绝对误差=测量值真实值=50(0.5×80+10)=5050=0mV（注：题目中“实际温度80℃时输出50mV”可能为笔误，若实际输出应为50mV，而理论值=0.5×80+10=50mV，则误差为0；若实际输出为45mV，则绝对误差=4550=5mV，相对误差=(5)/50×100%=10%。此处按题目描述，假设输出为50mV，误差为0）。2.压阻式传感器漂移分析（1）可能原因：①敏感元件老化（压阻系数随时间变化）；②温度漂移（环境温度波动未完全补偿）；③电源电压不稳定（供电电压波动导致桥路输出变化）；④封装材料应力松弛（弹性膜片形变不可逆）。（2）验证实验（以温度漂移为例）：将传感器置于恒温箱中，设置温度为25℃（初始温度），记录输出；逐步升温至50℃、80℃，每个温度点稳定30分钟后记录输出；降温至25℃，观察输出是否回到初始值。若升温后输出偏移且降温后无法恢复，说明存在温度漂移未补偿。（3）改进措施：①增加温度传感器（如PT100）实时监测环境温度，通过软件查表补偿；②采用恒压源供电并加入稳压电路（如LM317），确保桥路电压稳定；③选用稳定性更高的敏感材料（如经过老化筛选的硅片）；④优化封装工艺（如使用低应力胶粘贴敏感元件）。3.智能农业大棚监测系统设计（1）传感器选型：温湿度：SHT30（数字式，I2C接口，精度±0.3℃/±2%RH）；光照强度：BH1750（数字式，I2C接口，量程065535lx）；CO₂浓度：SCD30（数字式，I2C接口，量程40010000ppm，精度±30ppm+3%）。（2）接口电路设计：传感器均为I2C接口，与STM32的I2C引脚（SCL、SDA）连接；需在SCL和SDA线上各接10kΩ上拉电阻（至3.3V电源）；电源端串联0.1μF去耦