2025年高职机电一体化技术(传感器应用)试题及答案

2025年高职机电一体化技术(传感器应用)试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.电阻应变片的工作原理基于（）。A.压电效应B.应变效应C.热电效应D.霍尔效应2.电感式传感器的核心是（）。A.电容变化B.电感变化C.电阻变化D.磁阻变化3.热电偶传感器测量温度时，其输出信号是（）。A.电阻值B.电感值C.电动势D.电容值4.霍尔传感器的输出电压与（）成正比。A.磁感应强度B.温度C.湿度D.压力5.下列传感器中，属于非接触式测量的是（）。A.应变式压力传感器B.电感式位移传感器C.电涡流式传感器D.热电偶6.压电式传感器适用于测量（）。A.静态力B.动态力C.温度D.湿度7.光敏二极管在光照下的特性是（）。A.正向电阻增大B.反向电阻减小C.正向电流减小D.反向电流不变8.要测量0100℃的温度，且需要高精度，优先选择的传感器是（）。A.热电偶（K型）B.铂热电阻（Pt100）C.半导体热敏电阻D.红外温度传感器9.气敏传感器主要用于检测（）。A.液体成分B.气体成分C.固体硬度D.光线强度10.以下哪种传感器可用于测量物体的厚度？（）A.电容式传感器（变极距型）B.磁电式传感器C.光电式传感器（对射型）D.压阻式传感器二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。多选、错选不得分，少选得1分）1.传感器的静态特性参数包括（）。A.线性度B.灵敏度C.固有频率D.重复性2.温度传感器的常见类型有（）。A.热电偶B.热电阻C.半导体PN结传感器D.压电陶瓷传感器3.电感式传感器按结构分类可分为（）。A.变气隙式B.变面积式C.螺管式D.差动式4.光电传感器的组成部分包括（）。A.光源B.光学通路C.光电元件D.信号调理电路5.以下关于传感器标定的描述正确的是（）。A.需在标准条件下进行B.静态标定用于确定静态特性参数C.动态标定用于确定动态特性参数D.标定结果可直接用于任意环境三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.传感器通常由敏感元件、转换元件和__________三部分组成。2.压电式传感器的工作原理是__________效应。3.应变片的灵敏系数K定义为__________（公式）。4.电容式传感器按工作原理可分为变极距型、变面积型和__________型。5.热电阻传感器利用金属的__________随温度变化的特性工作。6.霍尔传感器的基本公式为__________（公式），其中RH为霍尔系数。7.电涡流传感器的工作原理基于__________效应。8.光敏电阻的特性是光照越强，其电阻值__________（填“越大”或“越小”）。9.气敏传感器通常需要__________（填“加热”或“冷却”）以提高灵敏度。10.传感器的动态特性参数主要包括时间常数、固有频率和__________。四、简答题（共5题，第13题每题6分，第45题每题8分，共34分）1.简述电感式传感器的主要优缺点。（封闭型）2.热电偶传感器为何需要冷端补偿？常用的冷端补偿方法有哪些？（封闭型）3.比较压电式传感器和压阻式传感器的工作原理及适用场景。（封闭型）4.某智能工厂需监测车间内电机的振动（频率范围101000Hz），请设计传感器选型方案，并说明选择依据。（开放型）5.现有一个需要检测透明薄膜厚度（范围0.15mm）的场景，试分析可选用的传感器类型及其检测原理。（开放型）五、应用题（共4题，第1题8分，第2题10分，第3题12分，第4题15分，共45分）1.（计算类）某电阻应变片的灵敏系数K=2.0，初始电阻R0=120Ω。当被测构件产生ε=500με的应变时，求应变片的电阻变化量ΔR。（1με=1×106）2.（分析类）霍尔传感器用于测量直流电机的转速，已知电机轴上安装了一个带6个齿的导磁圆盘，霍尔传感器输出信号经整形后为方波。当电机转速为1500r/min时，计算霍尔传感器输出方波的频率。3.（综合类）设计一个基于光电传感器的自动分拣系统，用于区分黑色（吸光）和白色（反光）塑料零件。要求：（1）画出系统原理框图（包含光源、传感器、信号调理、执行机构）；（2）说明传感器类型（反射型/对射型）及选择依据；（3）描述信号处理逻辑（如何判断颜色并触发分拣动作）。4.（综合类）某液压系统需实时监测液压缸的位移（范围0500mm，精度±0.5mm）和压力（范围020MPa，精度±0.1MPa）。（1）分别选择位移传感器和压力传感器的类型；（2）说明所选传感器的工作原理；（3）设计信号调理电路的主要环节（需包含放大、滤波、线性化处理）。参考答案一、单项选择题1.B2.B3.C4.A5.C6.B7.B8.B9.B10.A二、多项选择题1.ABD2.ABC3.ABC4.ABCD5.ABC三、填空题1.信号调理电路2.压电3.K=ΔR/(R·ε)4.变介质5.电阻值6.UH=RH·IB/d7.电磁感应（涡流）8.越小9.加热10.阻尼比四、简答题1.优点：结构简单、工作可靠、灵敏度高、线性度较好；缺点：存在非线性误差（变气隙式尤其明显）、响应频率较低、易受外界磁场干扰。2.原因：热电偶的热电势与热端（测量端）和冷端（参考端）的温差相关，若冷端温度不为0℃，需补偿以保证测量准确性。常用方法：冰浴法（冷端0℃）、补偿导线法、电桥补偿法、软件补偿法（单片机实时计算）。3.压电式：基于压电效应（机械应力→电荷），适用于动态力/振动测量（无法测静态）；压阻式：基于半导体压阻效应（应力→电阻率变化），适用于静态/动态压力测量（需外接恒压/恒流源）。4.选型方案：选择压电式加速度传感器（如ICP型）。依据：振动频率101000Hz属中低频，压电式传感器频率响应范围（通常几Hz至数千Hz）匹配；灵敏度高（mV/g级），适合小振幅振动；ICP型内置电荷放大器，抗干扰能力强，便于信号传输。5.可选传感器：电容式传感器（变极距型）或激光三角位移传感器。电容式：薄膜作为介质，极板间电容C=ε0εrA/d，d为厚度，通过测量电容变化反推厚度（需稳定极板间距）；激光三角位移：激光照射薄膜表面，反射光经透镜聚焦到PSD（位置敏感探测器），光斑位置随厚度变化而偏移，通过位移与厚度的线性关系计算厚度（非接触，适合透明材料）。五、应用题1.解：ΔR/R=K·ε→ΔR=K·R0·ε=2.0×120Ω×500×106=0.12Ω。答：电阻变化量为0.12Ω。2.解：电机每转1圈，导磁圆盘通过霍尔传感器6次（6个齿），因此每转输出6个脉冲。转速n=1500r/min=25r/s，则频率f=6×25=150Hz。答：输出方波频率为150Hz。3.（1）原理框图：光源→被测零件→光电传感器→信号调理（放大、比较）→控制器→执行机构（气缸/机械臂）。（2）传感器类型：反射型光电传感器。依据：黑色/白色零件反光率差异大，反射型通过接收反射光强度区分颜色，对射型需零件遮挡光路，无法区分颜色。（3）信号处理逻辑：白色零件反射光强→传感器输出高电压；黑色零件反射光弱→输出低电压。设定阈值电压，当电压＞阈值时判断为白色，触发分拣机构推至白色料箱；否则推至黑色料箱。4.（1）位移传感器：磁致伸缩位移传感器（或LVDT差动变压器式）；压力传感器：扩散硅压阻式压力传感器。（2）工作原理：磁致伸缩位移：波导丝通电流产生磁场，与外部磁环（随液压缸移动）磁场作用产生扭转波，通过测量波传播时间计算位移；压阻式压力：压力作用于硅膜片，膜片上的扩散电阻因压阻效应改变阻值，惠斯通