2025年传感器技术应用工程师资格考试试题及答案

2025年传感器技术应用工程师资格考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种传感器属于能量控制型传感器？A.热电偶B.压电式加速度计C.应变式力传感器D.光电池答案：C2.某压阻式传感器的灵敏度系数K=200，当被测应变ε=500με时，其电阻相对变化量ΔR/R为？A.0.01%B.0.05%C.0.1%D.0.5%答案：C（ΔR/R=K·ε=200×500×10⁻⁶=0.1）3.电容式传感器采用差分式结构的主要目的是？A.提高灵敏度B.减小非线性误差C.降低温度漂移D.以上均是答案：D4.热电偶的热电势由哪两部分组成？A.接触电势和温差电势B.塞贝克电势和珀尔帖电势C.汤姆逊电势和珀尔帖电势D.接触电势和汤姆逊电势答案：A5.以下哪种传感器常用于测量微小位移（精度≤1μm）？A.电感式位移传感器（LVDT）B.超声波距离传感器C.激光三角测距传感器D.电阻式电位器答案：C6.智能传感器与传统传感器的核心区别在于？A.具备数字输出接口B.集成微处理器和算法C.采用MEMS工艺制造D.能实现自校准答案：B7.气体传感器中，催化燃烧式传感器主要用于检测？A.可燃性气体（如甲烷）B.有毒气体（如CO）C.腐蚀性气体（如Cl₂）D.惰性气体（如氩气）答案：A8.为抑制传感器输出信号中的50Hz工频干扰，应选择？A.低通滤波器（截止频率<50Hz）B.高通滤波器（截止频率>50Hz）C.带通滤波器（中心频率50Hz）D.带阻滤波器（阻带50Hz）答案：D9.磁电式速度传感器的工作原理基于？A.电磁感应定律B.霍尔效应C.磁阻效应D.压磁效应答案：A10.以下哪项不是传感器静态特性指标？A.线性度B.响应时间C.重复性D.迟滞答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.应变式传感器的温度误差主要由以下哪些因素引起？A.应变片电阻随温度的热阻效应B.被测材料与应变片基底的线膨胀系数差异C.环境湿度变化导致的绝缘电阻下降D.电桥供电电压波动答案：AB2.选择传感器时需考虑的关键参数包括？A.测量范围与精度B.响应频率与动态特性C.环境适应性（温度、湿度、振动）D.输出信号类型（模拟/数字）答案：ABCD3.以下哪些传感器属于非接触式测量？A.红外温度传感器B.电涡流位移传感器C.光电编码器D.激光测振仪答案：ABD（注：光电编码器为接触式，通过轴连接测量旋转角度）4.传感器信号调理电路通常包括？A.电桥电路（用于电阻/电容/电感变化转换）B.运算放大器（用于信号放大）C.滤波器（用于噪声抑制）D.A/D转换器（用于数字处理）答案：ABCD5.MEMS传感器的优势包括？A.体积小、重量轻B.批量生产成本低C.集成度高（可与电路单片集成）D.适合高频动态测量答案：ABCD三、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的基本组成包括（敏感元件）和（转换元件），部分传感器还集成（信号调理电路）。2.压电式传感器不能测量（静态）信号，原因是其等效电路为（电荷源与电容并联），静态电荷会通过绝缘电阻泄漏。3.霍尔传感器的输出电压公式为（U_H=K_H·I·B·cosθ），其中K_H为（霍尔系数），θ为（磁场与霍尔片法线的夹角）。4.光纤传感器按工作原理分为（功能型）和（非功能型），前者利用光纤本身作为（敏感元件），后者光纤仅起（传光）作用。5.传感器的动态特性通常用（阶跃响应）和（频率响应）来描述，一阶传感器的传递函数为（H(s)=1/(τs+1)），其中τ为（时间常数）。6.气体传感器中，半导体式传感器的敏感机理是（气体吸附引起半导体电导率变化），常用于检测（CO、NO₂等）有毒气体。7.为提高电感式传感器的灵敏度和线性度，常采用（差动式）结构，其输出特性为（近似线性）。四、简答题（共30分）1.（封闭型，6分）简述电阻应变片的工作原理及主要误差来源。答案：工作原理：利用金属或半导体材料的应变效应（ΔR/R=K·ε），将机械应变转换为电阻变化。主要误差来源：温度误差（热阻效应和线膨胀系数差异）、横向效应（敏感栅横向部分对轴向应变的影响）、机械滞后（应变片与试件间的粘结层变形滞后）。2.（开放型，8分）设计一个基于传感器的智能家居环境监测系统，需监测温度、湿度、CO₂浓度和光照强度。请说明各传感器的选型依据及系统集成要点。答案：选型依据：温度：高精度数字传感器（如DS18B20），成本低、单总线接口；湿度：电容式湿度传感器（如SHT30），抗干扰能力强、长期稳定性好；CO₂：NDIR（非分散红外）传感器（如S8M），测量准确、抗其他气体干扰；光照：光电二极管型传感器（如BH1750），光谱响应接近人眼、线性度好。集成要点：信号同步采集：采用微控制器（如STM32）统一时序控制，避免数据错位；干扰抑制：电源隔离（数字/模拟电源分开）、屏蔽布线（传感器信号线加屏蔽层）；数据处理：温度补偿（湿度、CO₂传感器需温度修正）、异常值检测（设置阈值报警）；通信接口：支持WiFi/蓝牙上传至云平台，兼容智能家居协议（如Zigbee）。3.（封闭型，6分）说明电感式传感器中“零点残余电压”的定义、产生原因及抑制方法。答案：定义：差动电感式传感器在被测位移为零时，输出电压不为零的现象。产生原因：两电感线圈的电气参数（电阻、电感）不完全对称；线圈间寄生电容耦合；激励信号含有高次谐波。抑制方法：优化线圈绕制工艺（保证参数一致）；采用相敏检波电路（区分位移方向并抑制共模干扰）；在输出端加补偿电路（如并联电阻/电容）。4.（开放型，10分）某工业场景需监测旋转机械的振动（频率范围10Hz~10kHz，振幅0.01mm~1mm），请设计传感器选型及信号处理方案，并分析可能的干扰源及应对措施。答案：传感器选型：低频段（10Hz~1kHz）：压电式加速度传感器（如PCB352C33），灵敏度高（100mV/g）、频率响应宽；高频段（1kHz~10kHz）：ICP型加速度传感器（集成电荷放大器），抗干扰能力强；振幅测量：可通过加速度积分得到速度/位移（需低通滤波抑制高频噪声）。信号处理方案：前置放大：采用电荷放大器（压电式）或电压放大器（ICP型），匹配传感器输出阻抗；滤波：低通滤波器（截止频率10kHz）抑制高频噪声，高通滤波器（截止频率10Hz）去除直流漂移；A/D转换：16位以上ADC（如ADS1256），采样率≥20kHz（满足奈奎斯特准则）；数据分析：FFT变换提取振动频率成分，对比设备正常频谱判断故障（如轴承松动、齿轮磨损）。干扰源及应对：电磁干扰（如电机、变频器）：传感器电缆采用双屏蔽层（内层接地，外层单端接地），信号调理电路加磁珠滤波；机械噪声（如基础振动）：传感器安装面需平整（粗糙度≤Ra1.6μm），使用刚性安装（如studs固定）替代磁性座；温度漂移：加速度传感器内置温度补偿芯片，或在信号处理中加入温度修正算法。五、应用题（共25分）1.（计算类，8分）某热电偶的塞贝克系数α=40μV/℃，参考端温度T0=25℃，测得热电势E=2.4mV。求被测温度T（假设热电偶为线性特性，无中间温度影响）。答案：根据塞贝克效应，E=α(TT0)，代入数据得：T=E/α+T0=(2.4×10³μV)/(40μV/℃)+25℃=60℃+25℃=85℃2.（分析类，9分）某应变式称重传感器采用四臂全桥电路，桥压U=5V，应变片灵敏度系数K=2.0，初始电阻R=120Ω。当被测重量引起应变ε=1000με时，求电桥输出电压ΔU（假设电桥为等臂电桥，忽略非线性误差）。答案：全桥电路输出公式为ΔU=(U/4)·K·ε代入数据：ΔU=(5V/4)×2.0×1000×10⁻⁶=(1.25V)×0.002=0.0025V=2.5mV3.（综合类，8分）某压力传感器标定数据如下表，计算其线性度（采用最小二乘法拟合）。|输入压力（kPa）|0|20|40|60|80|100||||||||||输出电压（mV）|0.1|2.0|4.1|6.0|8.1|10.0|答案：步骤1：设拟合直线为y=kx+b，n=6。计算输入均值x̄=(0+20+40+60+80+100)/6=50kPa输出均值ȳ=(0.1+2.0+4.1+6.0+8.1+10.0)/6=30.3/6=5.05mV步骤2：计算k和b：分子Σ(xix̄)(yiȳ)=(050)(0.15.05)+(2050)(2.05.05)+(4050)(4.15.05)+(6050)(6.05.05)+(8050)(8.15.05)+(10050)(10.05.05)=(50)(4.95)+(30)(3.05)+(10)(0.95)+(10)(0.95)+(30)(3.05)+(50)(4.95)=247.5+91.5+9.5+9.5+91.5+247.5=707分母Σ(xix̄)²=(50)²+(30)²+(10)²+(10)²+(30)²+(50)²=2500+900+100+100+900+2500=7000k=707/7000≈0.101mV/kPab=ȳk·x̄=5.050.101×50=5.055.05=0mV拟合直线方程：y=0.101x步骤3：计算各点绝对误差Δyi=yi(0.101xi)0kPa:0.10=0.1mV20kPa:2.02.02=0.02mV40kPa:4.14.04=0.06mV60kPa:6.06.06=0.