2025年物联网技术工程师传感器应用试卷及答案

2025年物联网技术工程师传感器应用试卷及答案2025年物联网技术工程师（传感器应用方向）职业能力考核试卷一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.压阻式传感器的核心工作原理是：A.金属应变效应B.半导体压阻效应C.压电效应D.热电效应2.以下属于MEMS（微机电系统）传感器典型优势的是：A.高功耗B.体积大C.集成度高D.成本昂贵3.红外传感器用于人体检测时，通常采用的是：A.主动式红外传感器B.被动式红外传感器C.热释电红外传感器D.量子型红外传感器4.某温度传感器的量程为40℃~125℃，精度为±0.5℃，则其最大绝对误差为：A.0.25℃B.0.5℃C.1.0℃D.1.5℃5.用于气体泄漏检测的MQ2传感器，其敏感材料通常为：A.二氧化锡（SnO₂）B.铂（Pt）C.石墨烯D.压电陶瓷6.光纤传感器中，利用外界物理量改变光纤传输光强的调制方式属于：A.相位调制B.频率调制C.强度调制D.偏振调制7.加速度计用于振动监测时，若待测振动频率为100Hz，根据奈奎斯特采样定理，传感器输出信号的采样频率至少应为：A.50HzB.100HzC.200HzD.400Hz8.以下不属于传感器静态特性指标的是：A.线性度B.灵敏度C.响应时间D.重复性9.电容式湿度传感器的工作原理是通过测量：A.电容值随湿度变化的特性B.电阻值随湿度变化的特性C.电感值随湿度变化的特性D.热电势随湿度变化的特性10.超声波传感器测距时，若声速为340m/s，测量时间差为2ms，则目标距离为：A.0.34mB.0.68mC.1.36mD.2.72m11.用于土壤墒情监测的电容式土壤湿度传感器，其核心是通过测量土壤的：A.介电常数B.电导率C.磁导率D.热导率12.以下传感器中，属于数字式输出的是：A.热电偶B.铂电阻（PT100）C.霍尼韦尔HIH4000湿度传感器D.BMP280气压传感器13.光电式传感器中，用于检测物体是否存在的对射式结构，需要：A.发射器与接收器同轴放置B.发射器与接收器成90°角C.接收器接收反射光D.发射器发射脉冲光14.以下关于气体传感器的描述，错误的是：A.催化燃烧式传感器适用于可燃性气体检测B.电化学传感器可检测有毒气体（如CO）C.半导体式传感器对湿度不敏感D.红外式气体传感器可检测CO₂15.物联网传感器节点设计中，为延长电池寿命，最关键的优化措施是：A.提高传感器精度B.降低节点休眠功耗C.增加存储容量D.增强无线传输功率二、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.物联网传感器节点通常包含以下模块：A.传感模块B.微控制器（MCU）C.无线通信模块D.能量管理模块2.选择温度传感器时，需考虑的关键因素包括：A.测量范围B.精度要求C.环境适应性（如防水、抗电磁干扰）D.输出信号类型（模拟/数字）3.无线传感器网络（WSN）的特点包括：A.节点数量大、分布广B.节点能量有限C.网络拓扑动态变化D.数据传输实时性要求极高4.以下属于生物传感器的是：A.葡萄糖传感器（酶电极）B.心率传感器（光电式）C.土壤pH传感器（玻璃电极）D.酒精传感器（半导体式）5.光纤传感器的优势包括：A.抗电磁干扰B.电绝缘性好C.可远距离传输D.成本极低三、填空题（共10空，每空2分，共20分）1.传感器的静态特性中，______是指传感器输出与输入之间的线性程度，通常用拟合直线与实际输出曲线的最大偏差与满量程输出的百分比表示。2.压电式传感器基于______效应，适用于动态力或振动测量，无法测量静态信号。3.热电阻传感器中，______（填材料）因稳定性好、精度高，常用于工业温度测量（如PT100）。4.加速度计的敏感元件通常为______（填结构），通过检测质量块的位移或应力变化输出加速度信号。5.气体传感器的标定是指在已知浓度的标准气体中，建立传感器______与气体浓度的对应关系。6.光电传感器中，______型结构通过接收被测物体反射的光信号实现检测（如自动门传感器）。7.应变式传感器的核心元件是______，其工作原理基于金属的应变效应。8.温湿度一体化传感器（如SHT30）通常采用______总线协议输出数字信号，便于与微控制器连接。9.超声波传感器测距时，为避免相邻传感器信号干扰，通常采用______（填技术）或分时发射策略。10.物联网传感器节点的低功耗设计中，______（填模式）是指微控制器关闭大部分外设，仅保留必要时钟的极低功耗状态。四、简答题（共3题，第1、2题各8分，第3题9分，共25分）1.（封闭型）简述应变式传感器与压阻式传感器的核心区别。2.（开放型）某智能农业大棚需监测空气温湿度、土壤湿度和光照强度，需为每个参数选择一种适用的传感器，并说明选型依据（需具体型号或类型）。3.（分析型）某工厂车间需部署振动监测系统，要求检测频率范围5Hz~10kHz，测量精度±0.1g（g为重力加速度），无线传输距离≥100m。请分析传感器选型的关键参数，并提出硬件设计注意事项。五、综合应用题（共1题，20分）某冷链物流企业需设计一套温湿度监测系统，用于药品运输（药品要求：温度2℃~8℃，湿度30%~70%，精度±0.5℃、±3%RH）。要求：（1）选择温湿度传感器型号（需说明选型依据）；（2）设计传感器节点硬件架构（包含核心模块及功能说明）；（3）提出数据传输与存储方案（需考虑低功耗、抗干扰和数据完整性）；（4）设计异常报警机制（需明确触发条件及响应方式）。答案及解析一、单项选择题1.B（压阻式传感器利用半导体材料的压阻效应，应变式传感器利用金属应变效应）2.C（MEMS传感器的优势是小型化、低功耗、低成本、高集成度）3.C（热释电红外传感器通过检测人体发出的红外辐射变化实现检测，属于被动式）4.B（精度直接定义为最大绝对误差，因此为±0.5℃）5.A（MQ系列气体传感器通常采用二氧化锡作为敏感材料，通过表面吸附气体改变电导率）6.C（强度调制是通过外界物理量改变光强，如光纤弯曲导致的光损耗）7.C（奈奎斯特采样定理要求采样频率≥2倍信号最高频率，100Hz×2=200Hz）8.C（响应时间属于动态特性指标）9.A（电容式湿度传感器的电容值随环境湿度变化，因水分子吸附改变介电常数）10.A（距离=声速×时间差/2=340m/s×0.002s/2=0.34m）11.A（电容式土壤湿度传感器通过测量土壤介电常数（与含水量相关）计算湿度）12.D（BMP280为数字气压传感器，输出I²C或SPI信号；热电偶输出模拟电压，PT100为模拟电阻信号，HIH4000为模拟电压输出）13.A（对射式光电传感器需发射器与接收器同轴，被测物体遮挡光线时触发信号）14.C（半导体式气体传感器对湿度敏感，需进行湿度补偿）15.B（降低休眠功耗可大幅延长电池寿命，因节点大部分时间处于休眠状态）二、多项选择题1.ABCD（物联网传感器节点包含传感、MCU、无线通信、能量管理四大模块）2.ABCD（测量范围、精度、环境适应性、输出类型均为温度传感器选型关键因素）3.ABC（WSN节点能量有限、数量大、拓扑动态变化，但实时性要求因应用而异，如环境监测对实时性要求较低）4.AB（葡萄糖传感器利用酶催化反应，心率传感器检测生物电/光信号，均属于生物传感器；土壤pH传感器属于化学传感器，酒精传感器属于气体传感器）5.ABC（光纤传感器抗电磁干扰、电绝缘性好、可远距离传输，但成本较高）三、填空题1.线性度2.压电3.铂4.质量块弹簧系统（或微机械结构）5.输出信号（如电阻、电压）6.反射7.电阻应变片8.I²C（或I2C）9.频率分集（或不同频率发射）10.休眠（或低功耗休眠）四、简答题1.核心区别：应变式传感器：利用金属材料的应变效应（几何尺寸变化导致电阻变化，ΔR/R≈Kε，K≈2）；敏感元件为金属电阻应变片，适用于静态或低频动态测量。压阻式传感器：利用半导体材料的压阻效应（电阻率变化主导，ΔR/R≈πσ，π为压阻系数，K≈50~200）；敏感元件为半导体薄膜，灵敏度高但温度漂移大，需温度补偿。2.选型方案：空气温湿度：SHT30（数字式温湿度传感器，精度±0.3℃、±2%RH，I²C输出，体积小，适合大棚环境）。土壤湿度：CS650（电容式土壤湿度传感器，测量范围0~100%体积含水量，精度±2%，耐腐蚀性强，适用于土壤环境）。光照强度：BH1750（数字式光强度传感器，量程0~65535lx，精度±20%，I²C接口，适合农业光照监测）。选型依据：满足测量范围与精度要求、输出信号便于MCU采集、环境适应性（如防水、抗腐蚀）、低功耗。3.传感器选型关键参数：频率响应：需覆盖5Hz~10kHz，传感器固有频率应≥10kHz×5（通常取5倍以上），选择压电式或MEMS加速度计（如ADXL355，频率响应0.005Hz~10kHz）。精度：±0.1g，需选择分辨率≤0.05g的传感器（如ADXL355噪声密度80μg/√Hz，10kHz带宽下噪声约80μg×√10000≈0.8mg，远小于0.1g）。量程：根据车间振动强度，一般选择±2g~±10g（避免过载）。硬件设计注意事项：抗干扰：传感器需接地良好，信号线屏蔽，避免电磁干扰（如电机、变频器）。安装方式：采用刚性连接（如螺栓固定），确保传感器与被测物体同振动。低功耗：采用休眠唤醒机制（如定时采样），选择低功耗MCU（如STM32L系列）。无线传输：选用Sub1GHz频段（如LoRa），确保100m传输距离，增加功率放大器（PA）。五、综合应用题（1）传感器选型：SHT31（温湿度传感器）。选型依据：温度精度±0.3℃（满足±0.5℃要求），湿度精度±2%RH（满足±3%要求）；支持I²C接口，低功耗（测量时2.4mA，休眠时<1μA）；封装防水（可选涂覆保护），适应冷链环境。（2）硬件架构设计：传感模块：SHT31温湿度传感器，连接MCU的I²C接口。主控模块：STM32L0系列MCU（低功耗，支持低电压工作），负责数据采集、处理、控制。无线通信模块：LoRa模块（如SX1278），支持长距离传输（1~3km），低功耗模式（休眠电流<1μA）。电源模块：3.7V锂电池（容量2000mAh）+LDO稳压（如TPS73501），支持温度补偿（避免低温下电压下降）。存储模块：Eeprom（如AT24C02），缓存未发送的温湿度数据（防止传输中断）。（3）数据传输与存储方案：传输：采用LoRaWAN协议，定时（每5分钟）上传数据；异常时（如温度超范围）立即上传（缩短间隔至30秒）。抗干扰：使用前向纠错（FEC）编码，增加传输可靠性；传感器节点外壳接地，信号线屏蔽。存储：MCU