2025年传感器技术及应用考试试题及答案

2025年传感器技术及应用考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于传感器的定义，最准确的是（）A.能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置B.仅能将物理量转换为电信号的装置C.用于数据显示的终端设备D.仅包含敏感元件的单一功能模块2.应变片的工作原理基于（）A.压电效应B.应变电阻效应C.霍尔效应D.热电效应3.衡量传感器在输入量不变时输出量随时间变化的特性称为（）A.线性度B.重复性C.漂移D.灵敏度4.热电偶测温的理论依据是（）A.珀尔帖效应B.汤姆逊效应C.塞贝克效应D.压电效应5.以下属于有源传感器的是（）A.电阻应变片B.热电偶C.电容式传感器D.电感式传感器6.气敏传感器常用的敏感材料是（）A.二氧化硅（SiO₂）B.二氧化锡（SnO₂）C.氮化镓（GaN）D.石墨烯7.光纤传感器的核心优势是（）A.抗电磁干扰能力强B.测量范围小C.成本高昂D.仅适用于温度测量8.MEMS传感器的关键技术是（）A.宏观机械加工B.微机电系统制造C.光学镀膜D.化学气相沉积9.光电传感器中，用于检测物体是否存在的对射式结构需要（）A.发射器与接收器分离B.发射器与接收器集成C.仅发射器D.仅接收器10.压力传感器中，压阻式与压电式的主要区别在于（）A.压阻式基于电阻变化，压电式基于电荷产生B.压阻式输出电荷信号，压电式输出电压信号C.压阻式仅适用于动态测量，压电式适用于静态测量D.压阻式灵敏度低，压电式灵敏度高二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.传感器的静态特性指标包括（）A.灵敏度B.线性度C.响应时间D.重复性2.MEMS传感器的特点包括（）A.体积小、功耗低B.适合批量生产C.仅用于加速度测量D.集成度高3.物联网中常用的传感器类型有（）A.温湿度传感器B.气体传感器C.图像传感器D.生物传感器4.光纤传感器可用于测量的物理量包括（）A.温度B.压力C.位移D.磁场5.影响传感器精度的因素有（）A.环境温度变化B.电源电压波动C.传感器自身噪声D.被测信号频率三、填空题（每空1分，共15分）1.传感器通常由______、______和信号调理电路三部分组成。2.应变片的灵敏度系数K定义为______与______的比值。3.热电偶的冷端补偿方法包括______和______。4.电容式传感器按结构可分为______、______和______三种类型。5.压电传感器的输出信号需要通过______或______进行阻抗变换。6.气敏传感器的检测原理是敏感材料与气体接触后发生______变化，导致______变化。7.红外传感器可分为______和______两大类。四、简答题（共30分）1.（6分）简述传感器动态特性的主要评价指标及其含义。2.（6分）为什么压电传感器通常不用于静态信号测量？请从工作原理角度解释。3.（6分）比较电阻式、电容式、电感式传感器的优缺点（各列出2点）。4.（6分）说明霍尔传感器的工作原理，并列举其在工业中的2个应用场景。5.（6分）开放型问题：结合5G与物联网技术，分析未来传感器的发展趋势（至少3点）。五、应用题（共20分）1.（计算类，6分）某应变片的初始电阻R₀=120Ω，灵敏度系数K=2.0。当被测应变ε=1000με（1με=10⁻⁶）时，求电阻变化量ΔR。2.（分析类，7分）某智能温室需实时监测环境温度（范围10℃~50℃，精度±0.5℃），可选传感器有：热电偶（K型，精度±1℃，响应时间0.5s）、铂电阻（Pt100，精度±0.1℃，响应时间1s）、热敏电阻（精度±0.3℃，量程20℃~85℃）。请分析选型依据并推荐最优方案。3.（综合类，7分）设计一个基于传感器的智能家居安防系统，要求包含入侵检测、火灾预警、燃气泄漏检测功能。画出系统结构框图（用文字描述即可），并说明各模块的功能及对应传感器选型。参考答案一、单项选择题1.A2.B3.C4.C5.B6.B7.A8.B9.A10.A二、多项选择题1.ABD2.ABD3.ABCD4.ABCD5.ABC三、填空题1.敏感元件；转换元件2.电阻相对变化率（ΔR/R）；应变（ε）3.冷端恒温法；补偿电桥法4.变极距型；变面积型；变介质型5.电荷放大器；电压放大器（前置放大器）6.化学；电学性质（电阻/电导）7.热释电型；量子型四、简答题1.动态特性评价指标包括：上升时间：输出从稳态值的10%上升到90%所需时间，反映响应速度。响应时间：输出达到稳态值95%（或98%）所需时间，衡量系统进入稳定状态的快慢。超调量：输出超过稳态值的最大偏差与稳态值的百分比，反映系统的振荡程度。频带宽度：传感器输出幅值下降到稳态幅值的70.7%时对应的频率范围，表征动态测量范围。2.压电传感器基于压电效应（机械能→电能），其输出为电荷信号。静态测量时，电荷会通过传感器内部及后续电路的漏电阻缓慢泄漏，导致输出信号逐渐衰减至零，无法稳定反映静态输入。因此，压电传感器更适用于动态（如振动、冲击）信号测量。3.电阻式：优点——结构简单、成本低；缺点——易受温度影响、测量范围有限。电容式：优点——灵敏度高、动态响应好；缺点——易受寄生电容干扰、非线性误差大。电感式：优点——抗干扰能力强、输出功率大；缺点——体积较大、分辨率较低。4.霍尔传感器原理：当载流导体（半导体薄片）置于磁场中时，载流子受洛伦兹力偏转，在垂直于电流和磁场的方向产生霍尔电压（U_H=K_HIB，K_H为霍尔系数，I为电流，B为磁感应强度）。应用场景：电机转速测量（通过检测旋转磁场变化）、电流检测（非接触式测量导线电流产生的磁场）。5.发展趋势：智能化：集成微处理器，实现自校准、自诊断、数据预处理（如边缘计算）。微型化：基于MEMS/NEMS技术，减小体积，适用于可穿戴设备、植入式医疗。低功耗：采用能量harvesting（如太阳能、振动能）或低功耗芯片设计，延长物联网节点续航。多参数融合：集成温湿度、气体、压力等多传感器，实现环境综合感知（如智能家居、工业物联网）。五、应用题1.计算：ΔR=K·R₀·ε=2.0×120Ω×1000×10⁻⁶=0.24Ω2.选型分析：热电偶K型精度（±1℃）不满足±0.5℃要求，排除。铂电阻Pt100精度（±0.1℃）满足，量程（200℃~650℃）覆盖10℃~50℃，响应时间1s符合温室监测需求（非高速变化场景）。热敏电阻精度（±0.3℃）虽满足，但非线性严重，需额外线性化电路，增加成本。推荐：铂电阻Pt100，因其精度高、稳定性好、量程匹配，适合温室长期稳定监测。3.系统结构及功能：结构框图：传感器模块→信号调理模块→微控制器（MCU）→通信模块→终端（手机/报警装置）。入侵检测：选用被动红外传感器（PIR）或微波雷达传感器，检测人体移动信号，输出开关量或模拟信号。火灾预警：烟雾传感器（光电式或离子式）+温度传感器（如DS18B20），烟雾浓度超阈值或温度骤升时触发报警。燃气泄漏检测：催化燃烧式