2025年智能传感器抗干扰技术应用考核试卷(含答案)

2025年智能传感器抗干扰技术应用考核试卷(含答案)一、单项选择题（共20题，每题2分，共40分。每题只有一个正确选项）1.智能传感器常见的电磁干扰源中，属于自然干扰的是：A.开关电源谐波B.雷电感应C.射频设备辐射D.电机电刷火花答案：B2.以下哪种屏蔽材料对低频磁场干扰抑制效果最佳？A.铜箔（电导率高）B.铝箔（密度低）C.坡莫合金（高磁导率）D.不锈钢（机械强度高）答案：C3.某压阻式压力传感器在高温环境下输出漂移，最可能的干扰类型是：A.电磁耦合干扰B.温度漂移干扰C.机械振动干扰D.湿度渗透干扰答案：B4.数字传感器中常用的SPI接口抗干扰设计，关键措施是：A.增加上拉电阻值B.采用差分信号传输C.缩短时钟线长度D.降低工作电压答案：B5.自适应滤波算法中，LMS算法的核心参数是：A.步长因子μB.滤波器阶数NC.输入信号方差σ²D.参考信号相关性ρ答案：A6.共模干扰转化为差模干扰的主要原因是：A.传输线阻抗不平衡B.接地电阻过小C.电源电压波动D.传感器灵敏度差异答案：A7.医疗监护仪中ECG传感器的50Hz工频干扰抑制，优先选用：A.高通滤波器B.低通滤波器C.带阻滤波器D.全通滤波器答案：C8.以下不属于软件抗干扰技术的是：A.数字滤波算法B.看门狗定时器C.光耦隔离电路D.指令冗余设计答案：C9.汽车毫米波雷达传感器的多径干扰抑制，主要通过：A.增加发射功率B.优化天线方向图C.降低工作频率D.减少采样点数答案：B10.工业现场420mA电流信号传输的抗干扰优势在于：A.信号幅度大B.传输距离短C.抗共模能力强D.无需屏蔽电缆答案：C11.某MEMS加速度计在振动环境下输出噪声增大，应优先优化：A.敏感结构阻尼设计B.信号放大倍数C.外壳密封性能D.模数转换位数答案：A12.电磁兼容性（EMC）测试中的RE测试指：A.辐射发射测试B.传导发射测试C.辐射抗扰度测试D.传导抗扰度测试答案：A13.数字隔离器与光耦隔离器相比，主要优势是：A.隔离电压更高B.传输延迟更小C.抗电磁干扰更强D.工作温度范围更广答案：B14.温湿度传感器的交叉干扰抑制，通常采用：A.分时测量技术B.差分电路设计C.金属屏蔽封装D.增加敏感元件数量答案：A15.无线传感器网络（WSN）中，跳频（FHSS）技术主要抑制：A.同频干扰B.多径衰落C.时钟漂移D.节点休眠干扰答案：A16.应变式力传感器的桥路补偿中，温度补偿片应：A.与工作片处于相同温度场B.与工作片承受相同应力C.采用不同材料制作D.并联在电桥电源端答案：A17.以下哪种干扰属于内部干扰源？A.邻近设备的电磁辐射B.传感器内部电子元件热噪声C.电网电压波动D.环境湿度变化答案：B18.超声波传感器的串扰干扰（不同传感器信号重叠）抑制方法是：A.增加发射脉冲宽度B.采用异步触发机制C.提高接收灵敏度D.降低工作频率答案：B19.智能传感器的抗干扰设计中，"地环路干扰"的根本解决方法是：A.单点接地B.多点接地C.浮地设计D.增加接地线截面积答案：A20.某传感器输出信噪比（SNR）为20dB，对应的信号功率与噪声功率比为：A.10:1B.100:1C.20:1D.200:1答案：B（公式：SNR(dB)=10lg(S/N)，20dB对应S/N=100）二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分。每题有24个正确选项，错选、漏选均不得分）1.智能传感器的干扰源分类包括：A.电磁干扰（EMI）B.温度干扰C.机械振动干扰D.化学腐蚀干扰答案：ABCD2.硬件抗干扰设计的主要措施有：A.电磁屏蔽B.接地设计C.滤波电路D.软件冗余答案：ABC3.数字滤波算法中，适用于脉冲干扰抑制的有：A.中值滤波B.均值滤波C.限幅滤波D.卡尔曼滤波答案：AC4.工业现场传感器的接地设计原则包括：A.信号地与电源地分开B.高频电路多点接地C.低频电路单点接地D.所有地线直接接大地答案：ABC5.无线传感器抗干扰的物理层技术包括：A.扩频通信（DSSS）B.时分多址（TDMA）C.天线分集技术D.纠错编码（FEC）答案：AC6.传感器接口电路的抗干扰设计要点有：A.减少长导线平行走线B.模拟地与数字地隔离C.增加去耦电容D.提高信号传输速率答案：ABC7.温度干扰对传感器的影响主要表现为：A.零点漂移B.灵敏度漂移C.频率响应变化D.绝缘电阻下降答案：ABCD8.机械振动干扰的抑制方法包括：A.增加阻尼结构B.采用隔振材料C.优化安装方式D.提高采样频率答案：ABC9.电磁屏蔽的效能与以下哪些因素相关？A.屏蔽材料的电导率B.屏蔽体的厚度C.干扰信号的频率D.屏蔽体的接地方式答案：ABCD10.智能传感器抗干扰性能的测试方法包括：A.传导干扰注入测试B.辐射抗扰度测试（RS）C.温度循环测试D.振动台测试答案：ABCD三、填空题（共10题，每题2分，共20分。请将答案填写在横线处）1.电磁干扰三要素是干扰源、耦合路径和__________。答案：敏感设备2.抑制差模干扰的常用方法是__________滤波电路。答案：差模3.传感器内部噪声的主要类型包括热噪声、散粒噪声和__________噪声。答案：1/f（或闪烁）4.数字隔离技术中，基于磁耦合的隔离器件称为__________。答案：磁耦隔离器（或数字隔离器）5.温湿度传感器的交叉灵敏度指__________变化对另一参数测量的影响。答案：一个参数（或温度/湿度）6.工业现场420mA信号传输中，通常采用__________线制供电方式。答案：两7.自适应滤波的核心是根据__________自动调整滤波器系数。答案：误差信号（或参考信号与期望信号的差值）8.超声波传感器的抗干扰设计中，常用__________技术区分有效回波和干扰回波。答案：时间门（或脉冲编码）9.传感器外壳的屏蔽效能计算公式为SE=反射损耗+__________+多次反射修正。答案：吸收损耗10.汽车传感器的EMC测试标准主要参考__________（写出一个具体标准号）。答案：CISPR25（或ISO11452系列）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.简述电磁屏蔽与静电屏蔽的区别。（6分）答案：电磁屏蔽主要针对高频电磁场（>100kHz），利用屏蔽材料的反射和吸收损耗抑制电磁波传播，需要良好接地；静电屏蔽针对静态电场或低频电场，通过屏蔽体感应电荷形成反向电场抵消干扰，只需屏蔽体闭合即可，接地非必需。2.说明数字传感器采用差分信号传输的抗干扰原理。（6分）答案：差分信号传输时，两个导体传输幅度相等、相位相反的信号，干扰噪声会以共模形式同时耦合到两根线上。接收端通过差分放大器提取差模信号（有效信号），抑制共模噪声（干扰），利用电路的共模抑制比（CMRR）特性实现抗干扰。3.列举3种软件抗干扰技术并简述其原理。（6分）答案：（1）数字滤波：通过算法对采样数据进行处理（如中值滤波剔除脉冲噪声）；（2）冗余校验：对传输数据添加校验码（如CRC），检测并纠正错误；（3）看门狗（WDT）：监测程序运行状态，超时则复位防止程序跑飞；（4）指令冗余：在关键指令后插入NOP指令，防止干扰导致的程序跳变（任选3种）。4.分析工业物联网中温湿度传感器的主要干扰源及对应的抗干扰措施。（8分）答案：主要干扰源：（1）电磁干扰：来自电机、变频器等设备的电磁辐射；（2）温度波动：环境温度变化导致传感器零点/灵敏度漂移；（3）湿度交叉干扰：湿度变化影响温度测量，或反之；（4）机械振动：设备运行引起传感器机械形变。抗干扰措施：（1）电磁屏蔽：采用金属外壳+接地；（2）温度补偿：内置温度传感器+查表/线性拟合补偿算法；（3）交叉敏感抑制：分时测量+多参数校准模型；（4）机械加固：柔性安装+阻尼材料减震。5.设计一个针对加速度传感器的抗干扰测试方案（需包含测试项目、设备及判定标准）。（8分）答案：测试方案：（1）电磁抗扰度测试：项目：辐射抗扰度（RS，80MHz6GHz，场强10V/m）、传导抗扰度（CS，150kHz80MHz，电流3mA）；设备：电波暗室、信号发生器、功率放大器、场强探头；判定：测试期间输出偏差≤±0.5%FS（满量程）。（2）振动干扰测试：项目：正弦振动（5Hz2kHz，加速度5g）、随机振动（0.1g²/Hz，20Hz2000Hz）；设备：振动台、加速度校准仪；判定：振动期间输出噪声≤0.1gRMS，振动后零点漂移≤±0.05g。（3）温度干扰测试：项目：温度循环（40℃~85℃，5个循环）；设备：高低温试验箱；判定：温度变化率≤10℃/min时，输出漂移≤±0.1%FS/℃。五、应用分析题（共2题，第1题12分，第2题14分，共26分）1.某工厂PLC控制系统中，420mA电流型压力传感器出现输出跳变（正常420mA对应010MPa，实测值在1218mA间无规律波动）。经初步排查，传感器供电正常（24VDC），电缆为普通双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地。请分析可能的干扰原因并提出3种具体解决方案。（12分）答案：可能原因：（1）电磁耦合干扰：附近存在变频器、电机等强电磁设备，干扰信号通过电容/电感耦合进入传输线；（2）地电位差干扰：屏蔽层单端接地但两端地电位差大（>1V），形成地环路电流；（3）电缆屏蔽效能不足：普通屏蔽线屏蔽层编织密度低（<80%），高频干扰穿透；（4）传感器内部滤波不足：未对电源或信号端添加抗干扰滤波电路。解决方案：（1）优化接地方式：改为屏蔽层两端接地（需确认两地电位差<0.5V），或在屏蔽层与地之间并联100nF电容抑制高频地电位差；（2）升级电缆：采用双屏蔽电缆（内屏蔽层单端接地，外屏蔽层两端接地）或屏蔽编织密度>90%的电缆；（3）添加信号滤波：在传感器输出端串联RC低通滤波器（如R=100Ω，C=1μF，截止频率≈1.6kHz），抑制高频干扰；（4）电源端抗干扰：在24V供电回路添加共模电感+X电容组成的EMI滤波器，抑制传导干扰（任选3种）。2.设计一个基于STM32的智能温度传感器抗干扰系统（要求包含硬件设计、软件算法及测试验证三部分，需具体说明关键参数）。（14分）答案：（1）硬件设计：敏感元件：PT100铂电阻（精度A级，0℃电阻100Ω±0.12Ω）；信号调理：三线制接法（抑制导线电阻影响），恒流源（1mA，精度0.1%）+仪表放大器（AD8221，CMRR≥120dB）；抗干扰措施：•电磁屏蔽：金属外壳（厚度0.5mm铝合金），内部PCB采用敷铜屏蔽层；•滤波电路：电源端π型滤波（L=10μH，C1=C2=100μF），信号端RC低通滤波（R=1kΩ，C=100nF，截止频率≈1.6Hz）；•接地设计：模拟地与数字地单点汇接（在仪表放大器地端），电源地与保护地通过100nF电容连接。（2）软件算法：数字滤波：采用滑动平均滤波（窗口大小8）+中值滤波（3点）复合算法，消除脉冲噪声和随机波动；温度补偿：内置NTC温度传感器监测PCB温度，建立PT100电阻温度修正模型（二阶多项式拟合，系数通过标定实验获取）；通信抗干扰：UART通信采用ModbusRT