2025年(传感网技术)传感器应用试题及答案

2025年(传感网技术)传感器应用试题及答案一、单项选择题（每题2分，共16分）1.某温度传感器在20℃时输出电压为2.5V，50℃时输出电压为4.0V，其灵敏度为（）。A.0.03V/℃B.0.05V/℃C.0.08V/℃D.0.10V/℃2.某压力传感器的量程为0100kPa，分辨率为0.1kPa，其分辨率百分比为（）。A.0.1%B.0.01%C.0.001%D.1%3.传感器在长期使用中因材料老化导致的输出偏移属于（）。A.零点漂移B.温度漂移C.时间漂移D.线性漂移4.以下属于有源传感器的是（）。A.热电偶B.应变片C.压电式加速度计D.光电二极管5.某气体传感器从接触目标气体到输出达到稳定值90%的时间为15s，该指标称为（）。A.响应时间B.恢复时间C.延迟时间D.稳定时间6.某传感器的输入输出特性曲线与拟合直线的最大偏差为0.5mV，量程输出为10mV，其非线性度为（）。A.5%B.0.5%C.0.05%D.50%7.传感器输出信号中因电路元件热运动产生的噪声属于（）。A.白噪声B.1/f噪声C.散粒噪声D.闪烁噪声8.工业用pH传感器的校准周期通常为（）。A.1天B.1周C.1月D.1年二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.以下属于传感器静态特性参数的有（）。A.灵敏度B.线性度C.频率响应D.重复性2.物联网中常用的环境监测传感器包括（）。A.PM2.5传感器B.二氧化碳传感器C.地磁传感器D.倾角传感器3.MEMS传感器的特点包括（）。A.体积小B.功耗低C.成本高D.集成度高4.无线传感器网络（WSN）的典型拓扑结构有（）。A.星型B.树型C.网状D.总线型5.传感器校准的常用方法包括（）。A.标准仪器比对法B.自校准法C.温度补偿法D.线性拟合修正法三、填空题（每题2分，共16分）1.传感器的静态特性中，______是指输入量变化时输出量变化的能力，通常用输出变化量与输入变化量的比值表示。2.热电偶的工作原理基于______效应，即两种不同材料的导体组成闭合回路时，若两接点温度不同则回路中产生热电势。3.应变式传感器的核心元件是应变片，其工作原理是利用金属材料的______效应（电阻值随机械应变变化）。4.RFID系统通常由______、天线和电子标签三部分组成。5.ZigBee无线传感器网络的拓扑结构中，______拓扑需要协调器节点管理所有终端节点。6.卡尔曼滤波在传感器数据处理中的主要作用是______，通过融合历史数据和当前测量值提高精度。7.工业级温湿度传感器的典型精度指标为温度±0.5℃，湿度±______%RH。8.多传感器融合的常用方法包括加权平均法、______（如BP神经网络）和贝叶斯估计法。四、简答题（共32分）（一）封闭型简答题（每题8分，共16分）1.简述应变式压力传感器的工作原理及典型应用场景。2.热电偶测量温度时为何需要冷端补偿？常用的冷端补偿方法有哪些？（二）开放型简答题（每题8分，共16分）3.设计一个智能农业大棚的环境监测传感器部署方案，需说明传感器类型、部署位置及数据传输要求（需结合实际场景合理性）。4.工业设备健康监测中，需同时监测振动、温度和油液状态，应分别选择哪些类型的传感器？并说明选择依据。五、应用题（共21分）（一）计算分析题（7分）某热电阻温度传感器的量程为0100℃，其电阻温度特性为R(T)=R₀(1+αT)，其中R₀=100Ω，α=0.00385/℃。实测数据如下：|温度（℃）|0|20|40|60|80|100||||||||||实测电阻（Ω）|100.0|107.6|115.2|123.0|130.8|138.5|计算该传感器的灵敏度（Ω/℃）及非线性误差（以满量程输出的百分比表示）。（二）方案设计题（7分）某冷链物流企业需监测疫苗运输过程中的温湿度，要求：温度范围20℃至8℃，精度±0.5℃；湿度范围30%90%RH，精度±3%RH；数据需每5分钟上传至云端。设计传感器部署方案（包括传感器选型、安装位置、通信方式及抗干扰措施）。（三）综合应用题（7分）设计一个智能家居多传感器融合系统，需包含至少3种传感器（如温度、光照、人体红外），说明各传感器的功能、数据融合策略（如决策级融合）及系统实现的典型应用场景（如自动调节空调、灯光）。答案及解析一、单项选择题1.B解析：灵敏度=（4.0V2.5V）/(50℃20℃)=1.5V/30℃=0.05V/℃。2.A解析：分辨率百分比=（0.1kPa/100kPa）×100%=0.1%。3.C解析：时间漂移（长期漂移）由材料老化引起，温度漂移由环境温度变化引起。4.A解析：热电偶是自发电型（有源）传感器，其他为无源（需外部电源）。5.A解析：响应时间定义为输出达到稳定值90%的时间。6.A解析：非线性度=（0.5mV/10mV）×100%=5%。7.A解析：热噪声（白噪声）由电子热运动产生，1/f噪声与频率成反比，散粒噪声由载流子离散性引起。8.C解析：工业pH传感器需定期校准，通常周期为1个月（实验室级可能更短）。二、多项选择题1.ABD解析：频率响应属于动态特性。2.AB解析：地磁、倾角传感器多用于定位或姿态监测，非环境监测。3.ABD解析：MEMS传感器因批量生产，成本较低。4.ABC解析：总线型是传统工业网络拓扑，WSN常用星型、树型、网状。5.ABD解析：温度补偿是误差修正方法，非校准方法。三、填空题1.灵敏度2.塞贝克3.压阻4.读写器5.星型6.降噪（或状态估计）7.28.人工神经网络四、简答题1.应变式压力传感器工作原理及应用工作原理：压力作用于弹性敏感元件（如膜片）使其产生机械应变，粘贴于其上的应变片随弹性元件变形，电阻值因压阻效应变化；通过电桥电路将电阻变化转换为电压信号输出。典型应用：工业过程控制中的管道压力监测、汽车胎压监测、医疗设备（如血压计）。2.热电偶冷端补偿原因及方法原因：热电偶热电势大小取决于热端（测量端）和冷端（参考端）的温差；若冷端温度不为0℃，需补偿冷端温度变化对测量结果的影响，否则测量值会产生偏差。常用方法：①冷端恒温法（将冷端置于0℃恒温槽）；②补偿导线法（用与热电偶材料热电特性相近的导线延长冷端至温度稳定处）；③电桥补偿法（利用不平衡电桥产生的电压抵消冷端温度变化的影响）；④软件补偿法（通过温度传感器测量冷端温度，结合热电势公式计算真实热端温度）。3.智能农业大棚传感器部署方案传感器类型及部署位置：温湿度传感器（SHT30或DHT22）：部署于作物冠层高度（1.21.5m），每100㎡布置1个，避免阳光直射和通风口；光照传感器（BH1750）：悬挂于棚顶，高度与作物顶端齐平，监测光合有效辐射；土壤湿度传感器（FDR型）：插入根区土壤（深度1020cm），每垄作物布置23个；CO₂传感器（MHZ19）：安装于棚内中上部（1.82.0m），避免靠近通风口。数据传输要求：采用ZigBee或LoRa无线通信，节点通过汇聚节点连接网关，数据每10分钟上传至云平台；需考虑棚内金属结构对信号的遮挡，可增加中继节点。4.工业设备健康监测传感器选择振动传感器：选择压电式加速度传感器（如PCB352C33），因设备振动频率范围宽（10Hz10kHz），压电式灵敏度高、响应快，适合高频振动监测；温度传感器：选择Pt100热电阻或红外测温仪，Pt100精度高（±0.1℃），适合接触式测量轴承、电机外壳温度；红外测温仪用于非接触式测量高温部件（如齿轮箱）；油液状态传感器：选择在线式油液污染度传感器（如Parker4500）和粘度传感器，污染度传感器通过光散射原理监测颗粒浓度，粘度传感器通过振动原理监测油液劣化程度，反映润滑状态。五、应用题（一）计算分析题1.灵敏度计算：理论电阻R(T)=100×(1+0.00385T)，则每℃电阻变化量为100×0.00385=0.385Ω/℃（灵敏度）。2.非线性误差计算：满量程输出（100℃时理论电阻）=100×(1+0.00385×100)=138.5Ω（与实测值一致，说明理论拟合直线为R=100+0.385T）。各温度点实测电阻与理论值的偏差：20℃：107.6（100+0.385×20）=107.6107.7=0.1Ω40℃：115.2（100+0.385×40）=115.2115.4=0.2Ω60℃：123.0（100+0.385×60）=123.0123.1=0.1Ω80℃：130.8（100+0.385×80）=130.8130.8=0Ω最大绝对偏差为0.2Ω（40℃时）。非线性误差=（0.2Ω/（138.5Ω100Ω））×100%=（0.2/38.5）×100%≈0.52%。（二）冷链物流温湿度监测方案1.传感器选型：温度传感器选高精度RTD（如PT100，精度±0.3℃），温湿度一体传感器选SHT31（精度温度±0.2℃，湿度±2%RH）；2.安装位置：疫苗存储箱内部中心位置（避免贴近箱壁），每箱安装1个，车载冷藏柜需在出风口、回风口及货物区各布置1个；3.通信方式：采用LoRa无线通信（低功耗、长距离），传感器节点通过车载网关连接4G/5G上传云端；4.抗干扰措施：传感器外壳采用金属屏蔽（防电磁干扰），线路加磁环滤波；数据传输采用AES加密，防止篡改；设置阈值报警（如温度＞8℃或＜20℃时立即推送报警）。（三）智能家居多传感器融合系统设计1.传感器组成：温度传感器（DS18B20）：监测室内温度，精度±0.5℃；光照传感器（TSL2561）：监测环境光照强度，范围0100000lux；人体红外传感器（HCSR501）：检测人体活动，探测角度120°，距离7m。2.数据融合策略（决策级融合）：