2025年新版传感器课程考试题及答案

2025年新版传感器课程考试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.以下关于传感器的定义，最准确的是（）。A.能感受被测量并转换为可用输出信号的器件B.仅能将非电信号转换为电信号的装置C.用于显示被测物理量的仪表D.仅包含敏感元件的单一结构器件2.传感器的静态特性中，“输出量与输入量之间的实际关系曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程输出的百分比”描述的是（）。A.灵敏度B.线性度C.迟滞D.重复性3.热电偶的工作原理基于（）。A.塞贝克效应B.珀尔帖效应C.汤姆逊效应D.压电效应4.应变片的核心工作原理是（）。A.压阻效应B.应变效应（金属电阻随机械应变变化）C.热电效应D.光电效应5.以下属于外光电效应器件的是（）。A.光电二极管B.光电倍增管C.光敏电阻D.光电池6.压电传感器不能用于静态测量的主要原因是（）。A.输出信号微弱B.电荷容易泄漏C.频率响应低D.温度稳定性差7.霍尔传感器测量磁场时，输出电压与（）成正比。A.控制电流与磁感应强度的乘积B.控制电流与磁感应强度的比值C.控制电流的平方D.磁感应强度的平方8.热电阻传感器常用的材料是（）。A.铂和铜B.硅和锗C.石英和陶瓷D.高分子聚合物9.光纤传感器按工作原理可分为功能型（传感型）和非功能型（传光型），其中功能型光纤传感器的光纤主要作用是（）。A.仅传输光信号B.既传输光信号又感知被测量C.仅感知被测量D.放大光信号10.磁敏二极管的工作原理主要基于（）。A.磁阻效应B.霍尔效应C.载流子的扩散与复合受磁场调制D.电磁感应二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少有2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.传感器的动态特性指标包括（）。A.上升时间B.超调量C.线性度D.频率响应范围2.以下属于半导体敏感材料的传感器有（）。A.压阻式压力传感器B.热电偶C.霍尔传感器D.应变片（金属箔式）3.传感器的误差来源可能包括（）。A.环境温度变化引起的漂移B.输入输出特性的非线性C.电磁干扰引入的噪声D.传感器零点偏移4.传感器信号调理电路的常见功能包括（）。A.信号放大B.滤波去噪C.线性化校正D.模数转换（ADC）5.以下传感器与应用场景匹配正确的是（）。A.压电式传感器—加速度测量B.电化学传感器—气体浓度检测（如CO）C.电感式传感器—位移测量D.磁电式传感器—转速测量三、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.静态特性中，灵敏度的定义是________与输入量变化量的比值。3.压阻效应是指半导体材料在________作用下，其电阻率发生变化的现象。4.外光电效应的典型器件有光电管和________。5.霍尔电压的计算公式为VH=________（其中KH为霍尔系数，I为控制电流，B为磁感应强度，d为元件厚度）。6.热电偶的参考电极定律指出，当两种导体A、B分别与参考电极C组成热电偶时，其热电势等于A与C、B与C热电势的________。7.热电阻的电阻温度系数α表示温度每变化1℃时，电阻的________变化量与初始电阻的比值。8.压电材料可分为压电晶体（如石英）、压电陶瓷（如PZT）和________（如PVDF）。9.光纤传感器按光的调制方式可分为强度调制、相位调制、频率调制和________调制。10.磁敏传感器主要包括霍尔传感器、磁阻传感器和________。四、简答题（共4题，共25分）1.（6分）解释传感器的“静态特性”与“动态特性”，并列举静态特性的主要指标（至少4个）。2.（7分）比较应变式压力传感器与压阻式压力传感器的工作原理、优缺点及典型应用场景。3.（6分）简述光电传感器的主要类型（至少3种），并分别说明其工作原理。4.（6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、光照强度和有害气体（如CO）。请说明：（1）各参数对应的传感器选型依据；（2）信号处理的基本流程；（3）系统的核心功能。五、应用题（共3题，共20分）1.（6分）某位移传感器的输入范围为010mm，输出电压范围为05V。（1）计算该传感器的灵敏度（单位：mV/mm）；（2）若输入位移为3.5mm，理论输出电压是多少？2.（7分）某霍尔元件的厚度d=0.1mm，霍尔系数KH=100cm³/C（1cm³=1e6m³），控制电流I=3mA，磁感应强度B=0.5T。（1）写出霍尔电压的计算公式并代入单位（需统一为国际单位制）；（2）计算霍尔电压VH（结果保留3位小数）。3.（7分）某应变片式称重传感器在高温环境（80℃以上）下使用时，输出信号出现漂移（偏离实际重量值）。分析可能的误差来源，并提出至少3种抑制漂移的改进措施。参考答案及解析一、单项选择题1.A（传感器的核心是“感受被测量并转换为可用信号”，B错误因“仅”限制，C为显示仪表功能，D忽略转换元件和信号调理）2.B（线性度定义为实际曲线与拟合直线的最大偏差百分比）3.A（塞贝克效应是两种不同导体温差产生热电势的原理）4.B（应变片利用金属电阻随机械应变变化的应变效应，压阻效应是半导体特性）5.B（外光电效应指电子逸出表面，如光电倍增管；内光电效应如光电二极管、光敏电阻）6.B（压电传感器依赖电荷积累，静态下电荷易泄漏，无法维持输出）7.A（霍尔电压VH=KHIB/d，与I和B的乘积成正比）8.A（铂和铜因电阻温度系数稳定，是热电阻常用材料）9.B（功能型光纤同时参与传感和传光，非功能型仅传光）10.C（磁敏二极管利用磁场调制载流子的扩散与复合，改变电流）二、多项选择题1.ABD（线性度是静态特性指标）2.AC（压阻式基于半导体压阻效应，霍尔传感器基于半导体霍尔效应；热电偶多为金属材料，应变片为金属箔）3.ABCD（温度漂移、非线性、电磁干扰、零点偏移均为常见误差源）4.ABCD（信号调理包括放大、滤波、线性化、模数转换等）5.ABCD（压电式适合动态加速度，电化学用于气体检测，电感式测位移，磁电式测转速均正确）三、填空题1.信号调理电路2.输出量变化量3.应力（机械应力）4.光电倍增管5.KHIB/d6.代数差7.相对（或“相对电阻”）8.高分子压电材料（或“有机压电材料”）9.偏振（或“波长”）10.磁敏二极管（或“磁敏晶体管”）四、简答题1.静态特性：传感器在被测量处于稳定状态时的输入输出关系；动态特性：传感器对动态（随时间变化）输入的响应能力。静态特性主要指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、漂移。2.工作原理：应变式压力传感器利用金属应变片的应变效应（电阻随机械应变变化）；压阻式压力传感器利用半导体的压阻效应（电阻率随应力变化）。优缺点：应变式灵敏度较低但温度稳定性好，压阻式灵敏度高但温度漂移大；应变式结构复杂，压阻式易集成。应用场景：应变式用于高精度工业称重、建筑结构监测；压阻式用于微小压力测量（如医疗血压计、航空传感器）。3.主要类型及原理：（1）光电二极管：基于内光电效应（光照下PN结产生光生载流子，反向电流随光强增加）；（2）光电倍增管：基于外光电效应（光子轰击阴极发射电子，经倍增极放大后输出电流）；（3）光敏电阻：基于内光电效应（光照下半导体电阻率降低，电阻值减小）；（4）光电池：基于光伏效应（光照下PN结产生电动势，直接输出电压）。4.（1）传感器选型：温度：铂热电阻（Pt100）或数字式传感器（DS18B20），精度高、稳定性好；湿度：电容式湿度传感器（如HS1101），响应快、线性度好；光照强度：光敏电阻或硅光电池，成本低、灵敏度适配室内光照；CO：电化学气体传感器（如MQ7），对CO选择性高、输出信号易调理。（2）信号处理流程：传感器输出信号→调理（放大、滤波）→模数转换（ADC）→微控制器（MCU）处理（线性化校正、温度补偿）→无线传输（WiFi/蓝牙）→云端存储→用户终端显示。（3）核心功能：实时监测环境参数；超限报警（如CO浓度超标、温度过高）；联动控制（如光照不足时自动开灯，湿度低时启动加湿器）；历史数据查询与趋势分析。五、应用题1.（1）灵敏度S=输出变化量/输入变化量=（5V0V）/(10mm0mm)=0.5V/mm=500mV/mm。（2）输出电压U=S×输入位移=500mV/mm×3.5mm=1750mV=1.75V。2.（1）公式：VH=KHIB/d，其中KH需转换为国际单位（100cm³/C=100×1e6m³/C=1e4m³/C），I=3mA=0.003A，d=0.1mm=0.0001m，B=0.5T。（2）代入计算：VH=(1e4m³/C)×0.003A×0.5T/0.0001m=(1e4×0.003×0.5)/0.0001=(1.5e7)/0.0001=0.0015V=1.5mV。3.误差来源：应变片的温度系数：金属应变片的电阻随温度变化（热阻效应）；弹性体热膨胀：被测物体或传感器弹性元件因温度升