2025年传感器应用试题及答案

2025年传感器应用试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某智能仓储系统需在暗光环境下实现货物轮廓识别，优先选用的光电传感器调制方式为（）。A.幅度调制B.频率调制C.相位调制D.偏振调制2.压阻式压力传感器的核心敏感元件通常采用（）材料。A.单晶硅B.压电陶瓷C.高分子聚合物D.金属应变片3.光纤传感器相较于传统电传感器的显著优势是（）。A.抗电磁干扰能力强B.成本更低C.响应速度更快D.测量范围更广4.MEMS加速度计通过检测（）实现加速度测量。A.质量块的位移B.电容极板的形变C.压电材料的电荷D.热对流的变化5.用于检测室内甲醛浓度的半导体气体传感器，其敏感材料通常为（）。A.SnO₂B.石墨烯C.聚吡咯D.铂铑合金6.非接触式人体体温测量常用的红外传感器类型是（）。A.光子型B.热释电型C.量子阱型D.雪崩二极管型7.应变式称重传感器的测量电路中，采用全桥接法的主要目的是（）。A.提高灵敏度B.减小温度误差C.简化电路结构D.降低功耗8.电动汽车电池管理系统中，用于检测电流的磁阻传感器主要利用（）效应。A.各向异性磁阻（AMR）B.巨磁阻（GMR）C.隧道磁阻（TMR）D.霍尔9.超声波传感器在空气中测距时，限制其最大测量距离的主要因素是（）。A.声波衰减B.分辨率C.响应时间D.方向性10.生物传感器中，将生物识别信号转换为电信号的关键部件是（）。A.分子识别元件B.换能器C.信号放大器D.数据处理器二、填空题（每空1分，共20分）1.光电倍增管的增益通常可达（）数量级，适用于弱光信号检测。2.压阻系数的单位是（），其数值大小直接影响压阻式传感器的灵敏度。3.光纤布拉格光栅（FBG）传感器通过检测（）的变化实现被测量感知。4.MEMS陀螺的核心测量量是（），其工作原理基于（）效应。5.半导体气体传感器的响应时间一般在（）秒级别，恢复时间略长。6.红外热像仪的分辨率通常用（）表示，2025年主流产品可达640×512。7.金属应变片的灵敏系数约为（），而半导体应变片可达（）。8.磁阻传感器的灵敏度单位是（），其数值越大，对磁场变化越敏感。9.超声波在空气中的传播速度约为（）m/s（20℃，标准大气压）。10.酶生物传感器中，分子识别元件是（），换能器多采用（）电极。三、简答题（每题8分，共40分）1.比较压电式和压阻式压力传感器的工作原理及适用场景。2.说明光纤布拉格光栅（FBG）传感器的波长解调方法及在智能电网中的典型应用。3.分析MEMS惯性传感器在自动驾驶中的多传感器融合策略，需结合加速度计、陀螺仪与视觉传感器的互补性。4.解释半导体气体传感器的气敏机理（以SnO₂为例），并列举3种提高其选择性的方法。5.论述生物传感器在慢性病管理中的应用模式（如糖尿病监测），并指出其关键技术挑战。四、综合应用题（每题10分，共20分）1.设计一套基于多传感器融合的智能农业环境监测系统，要求：（1）明确需监测的环境参数及对应的传感器选型；（2）说明数据融合方法（如卡尔曼滤波或神经网络）的选择依据；（3）列举系统应具备的核心功能（如预警、调控联动）。2.某工业机器人触觉感知系统出现接触力测量异常（测量值波动大、偏移严重），结合压阻式、电容式触觉传感器的工作原理，分析可能的故障原因及排查步骤。答案一、单项选择题1.B2.A3.A4.A5.A6.B7.A8.B9.A10.B二、填空题1.10⁶～10⁷2.Pa⁻¹3.中心反射波长4.角速度；科里奥利5.1～106.像素数7.2；100～2008.mV/(V·mT)9.34310.酶；电化学三、简答题1.压电式基于压电材料的正压电效应（应力→电荷），输出为动态信号，适用于高频动态压力测量（如发动机爆震检测）；压阻式基于半导体的压阻效应（应力→电阻率变化），输出为静态/准静态信号，适用于静态压力测量（如血压计、工业过程控制）。两者差异：压电式需配电荷放大器，无法测静态；压阻式需温度补偿，灵敏度高但受温度影响大。2.FBG解调方法包括：①可调谐激光器扫描法（高精度，成本高）；②边缘滤波法（结构简单，精度较低）；③干涉仪法（超高精度，复杂度高）。智能电网应用：通过在输电线路上布设FBG传感器，监测导线温度（防过载）、覆冰厚度（防断线）及杆塔应力（防倾斜），实现状态在线感知与故障预警。3.MEMS惯性传感器（加速度计+陀螺仪）提供高频、低延迟的运动信息（线加速度、角速度），但存在漂移误差；视觉传感器（摄像头）提供全局定位与环境语义信息，但受光照、遮挡影响。融合策略：采用卡尔曼滤波，以惯性数据预测短期运动，用视觉数据（如特征点匹配、SLAM）校正长期漂移；或通过神经网络学习多传感器时空关联，提升复杂场景下（如隧道、夜间）的定位精度与障碍物识别可靠性。4.SnO₂气敏机理：表面吸附氧分子（O⁻、O₂⁻）捕获电子，形成耗尽层；当接触还原性气体（如HCHO），气体与吸附氧反应释放电子，降低耗尽层厚度，导致电导率增加。提高选择性方法：①掺杂贵金属（如Pt、Pd）作为催化剂，促进特定气体反应；②控制工作温度（不同气体最佳反应温度不同）；③采用阵列式传感器+模式识别算法（如PCA、BP神经网络）。5.应用模式：以糖尿病连续血糖监测（CGM）为例，生物传感器通过皮下植入的酶电极（葡萄糖氧化酶+铂电极），将葡萄糖与O₂反应提供的H₂O₂氧化，产生与葡萄糖浓度成正比的电流信号；信号经无线传输至便携设备，实时显示血糖值并触发高低血糖预警。关键挑战：①生物相容性（避免炎症反应影响信号稳定性）；②长期稳定性（酶活性随时间衰减）；③抗干扰（其他还原性物质如尿酸的交叉反应）；④微型化（植入式传感器体积需≤1mm³）。四、综合应用题1.系统设计：（1）监测参数及传感器：空气温度（MEMS热敏电阻）、湿度（电容式湿度传感器）、土壤水分（频域反射法FDR传感器）、光照强度（硅光电池）、CO₂浓度（NDIR红外气体传感器）。（2）数据融合：选择卡尔曼滤波，因农业环境参数（如温度、湿度）变化具有连续性，卡尔曼可通过预测-更新步骤融合多源数据，降低单传感器噪声（如FDR传感器受土壤盐分干扰）；或对非线性、强耦合参数（如温湿度与作物蒸腾速率）采用BP神经网络，学习参数间隐含关系。（3）核心功能：实时数据显示、历史趋势分析、阈值预警（如土壤水分＜30%触发灌溉）、与执行器联动（控制滴灌系统、补光灯）、远程访问（通过LoRa/NB-IoT上传至云平台）。2.故障分析与排查：（1）压阻式触觉传感器：可能原因包括敏感电阻老化（阻值漂移）、引线接触不良（接触电阻波动）、温度补偿电路失效（环境温度变化导致零点偏移）。排查步骤：①用万用表检测敏感桥路电阻值，对比标称值；②检查引线焊点是否氧化、松动；③控制环境温度恒定，观察输出是否稳定（若仍异常则补偿电路故障）。（2）电容式触觉传感器：可能原因包括介质层磨损（介电常数变化）、极板间距异常（机械结构变形）、寄生