2025年传感器试题及答案

2025年传感器试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下关于传感器静态特性的描述中，正确的是（）。A.线性度是指传感器输出与输入之间的实际曲线与理想直线的最大偏差与满量程输出的百分比B.灵敏度是输出变化量与输入变化量的比值，因此灵敏度越高越好C.迟滞仅由传感器机械结构的摩擦引起，与材料特性无关D.重复性是指传感器在输入量按同一方向连续多次变动时所得特性曲线的不一致程度2.金属电阻应变片的工作原理基于（）。A.压电效应B.压阻效应C.应变效应D.热电效应3.变极距型电容式传感器的非线性误差随初始极距的减小而（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小4.差动变压器式电感传感器（LVDT）的输出电压与（）成正比。A.铁芯位移的绝对值B.铁芯位移的平方C.铁芯位移的一次方D.铁芯位移的三次方5.以下光电效应中，属于外光电效应的是（）。A.光电导效应B.光生伏特效应C.光电发射效应D.光伏效应6.压电式传感器不能用于静态测量的主要原因是（）。A.压电材料的压电系数太小B.电荷会通过测量电路泄漏C.传感器固有频率过低D.输出信号为交流信号7.热电偶的热电势由（）组成。A.接触电势和温差电势B.接触电势和塞贝克电势C.珀尔帖电势和汤姆逊电势D.塞贝克电势和汤姆逊电势8.以下气体传感器中，基于半导体表面吸附效应的是（）。A.催化燃烧式传感器B.电化学气体传感器C.金属氧化物半导体传感器D.红外吸收式气体传感器9.磁电式传感器的输出信号与（）成正比。A.被测物体的位移B.被测物体的速度C.被测物体的加速度D.被测物体的磁感应强度10.以下不属于光纤传感器优点的是（）。A.抗电磁干扰B.传输距离短C.灵敏度高D.耐腐蚀11.为减小霍尔传感器的温度误差，常用的补偿方法是（）。A.串联热敏电阻B.并联电感C.增加磁路气隙D.采用恒流源供电12.超声波传感器的工作频率主要影响（）。A.测量精度B.测量距离C.抗干扰能力D.以上均是13.压阻式传感器的核心敏感元件是（）。A.金属应变片B.半导体应变片C.压电陶瓷D.电容极板14.以下传感器中，可用于非接触式温度测量的是（）。A.热电偶B.热电阻C.红外测温仪D.热敏电阻15.传感器的动态特性通常用（）来描述。A.阶跃响应和频率响应B.线性度和灵敏度C.迟滞和重复性D.分辨力和阈值二、多项选择题（每题3分，共30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.线性度B.固有频率C.灵敏度D.重复性2.电阻应变式传感器常用的测量电路有（）。A.单臂电桥B.双臂电桥C.全桥D.惠斯通电桥3.电容式传感器的类型包括（）。A.变极距型B.变面积型C.变介电常数型D.变磁导率型4.光电式传感器的组成部分通常包括（）。A.光源B.光学通路C.光电器件D.信号处理电路5.压电式传感器的前置放大器作用是（）。A.阻抗变换B.信号放大C.滤波D.温度补偿6.以下属于数字式传感器的是（）。A.光栅传感器B.磁栅传感器C.电感式传感器D.电容式传感器7.热电偶冷端补偿方法包括（）。A.冰浴法B.电桥补偿法C.计算修正法D.恒温法8.磁敏传感器包括（）。A.霍尔传感器B.磁阻传感器C.电感式传感器D.压电式传感器9.光纤传感器按工作原理可分为（）。A.功能型（传感型）B.非功能型（传光型）C.强度调制型D.相位调制型10.传感器信号调理电路通常包括（）。A.放大电路B.滤波电路C.线性化电路D.模数转换电路三、填空题（每空2分，共20分）1.传感器的基本组成通常包括__________和__________两部分。2.金属电阻应变片的灵敏度系数K主要由__________和__________决定。3.变面积型电容式传感器的输出特性是__________（线性/非线性）的。4.压电材料分为__________和__________两大类。5.热电阻传感器利用金属的__________随温度变化的特性工作，常用材料有__________和铜。6.霍尔效应的数学表达式为__________，其中KH为霍尔系数。四、简答题（每题6分，共30分）1.简述传感器静态特性和动态特性的区别，并各举一个典型指标。2.说明电阻应变片温度误差的产生原因及两种补偿方法。3.比较变极距型、变面积型和变介电常数型电容式传感器的优缺点及应用场景。4.压电式传感器为何需要配置前置放大器？常用的前置放大器有哪两种类型？各有何特点？5.说明光纤传感器中“模式”的概念，并解释多模光纤与单模光纤的主要区别。五、计算题（每题10分，共30分）1.某金属电阻应变片的灵敏度系数K=2.0，初始电阻R=120Ω。当被测应变ε=500με（1με=1×10⁻⁶）时，求应变片的电阻变化量ΔR，并计算此时的电阻值R’。2.一变极距型电容式传感器，初始极距d₀=0.1mm，极板面积A=100mm²，极板间介质为空气（ε₀=8.85×10⁻¹²F/m）。若极板受外力作用后极距减小Δd=0.01mm，求初始电容C₀和变化后的电容C₁（保留3位有效数字）。3.一热电偶的热电势E（T,T₀）=40mV，冷端温度T₀=30℃，已知该热电偶在30℃时的热电势E（30,0）=1.2mV，求被测温度T对应的热电势E（T,0）。六、综合分析题（每题15分，共30分）1.设计一个基于传感器的汽车胎压监测系统（TPMS），要求：（1）选择合适的传感器类型并说明理由；（2）画出系统组成框图（需包含传感器、信号调理、数据传输、显示报警模块）；（3）分析可能的干扰因素及抗干扰措施。2.某工业现场需监测管道内液体流速，要求非接触式测量、精度优于1%。结合所学传感器知识，推荐两种可行的传感器方案，比较其工作原理、适用场景及优缺点。2025年传感器技术考试试题答案一、单项选择题1.A2.C3.A4.C5.C6.B7.A8.C9.B10.B11.A12.D13.B14.C15.A二、多项选择题1.ACD2.ABCD3.ABC4.ABCD5.AB6.AB7.ABCD8.AB9.AB10.ABCD三、填空题1.敏感元件；转换元件2.几何尺寸变化（ΔL/L）；电阻率变化（Δρ/ρ）3.线性4.压电晶体（如石英）；压电陶瓷（如PZT）5.电阻值；铂6.UH=KHIB/d四、简答题1.区别：静态特性描述传感器在输入量不随时间变化（或变化缓慢）时的输出输入关系；动态特性描述输入量随时间变化时传感器的响应特性。典型指标：静态特性如线性度；动态特性如固有频率（或阶跃响应上升时间）。2.温度误差原因：①应变片电阻随温度变化（热阻效应）；②试件与应变片材料线膨胀系数不同导致附加应变。补偿方法：①电桥补偿法（在电桥中接入温度补偿片）；②热敏电阻补偿法（在测量电路中串联或并联热敏电阻）。3.变极距型：灵敏度高但非线性严重，适用于小位移测量（如微位移检测）；变面积型：线性好但灵敏度较低，适用于较大线位移或角位移测量（如角位移传感器）；变介电常数型：可测介质厚度、液位等（如油位传感器），灵敏度与介质变化相关。4.原因：压电式传感器输出阻抗极高（约10¹²Ω），需通过前置放大器进行阻抗变换（降低输出阻抗）并放大信号。类型及特点：①电压放大器（阻抗变换器）：输出电压与电荷量成正比，受电缆长度影响大；②电荷放大器（积分电路）：输出电压与电荷量成正比，基本不受电缆长度影响。5.模式：光纤中光的传播路径（电磁波的不同电磁场分布形式）。区别：多模光纤允许多种模式传播，芯径较粗（50100μm），色散大，适用于短距离通信；单模光纤仅允许基模传播，芯径细（约810μm），色散小，适用于长距离、高带宽传输。五、计算题1.解：ΔR=K·R·ε=2.0×120Ω×500×10⁻⁶=0.12ΩR’=R+ΔR=120Ω+0.12Ω=120.12Ω2.解：初始电容C₀=ε₀A/d₀=8.85×10⁻¹²×(100×10⁻⁶m²)/(0.1×10⁻³m)≈8.85×10⁻¹²×10⁻³/10⁻⁴≈8.85×10⁻¹¹F=88.5pF变化后极距d₁=d₀Δd=0.09mm=0.09×10⁻³mC₁=ε₀A/d₁=8.85×10⁻¹²×100×10⁻⁶/(0.09×10⁻³)≈9.83×10⁻¹¹F=98.3pF3.解：根据中间温度定律，E(T,0)=E(T,T₀)+E(T₀,0)=40mV+1.2mV=41.2mV六、综合分析题1.（1）传感器类型：选择压阻式压力传感器（或电容式压力传感器）。理由：体积小、精度高、易于集成，适合汽车轮胎内空间受限环境。（2）系统框图：传感器（胎压检测）→信号调理（放大、滤波）→无线传输模块（如蓝牙）→接收终端（ECU）→显示报警（仪表盘/蜂鸣器）。（3）干扰因素及措施：①电磁干扰（轮胎内无线信号）：采用屏蔽电缆或抗干扰编码；②温度干扰（轮胎温度变化影响压力测量）：集成温度传感器进行补偿；③机械振动（车辆行驶振动）：传感器封装增加减震结构。2.方案一：超声波多普勒流速传感器原理：超声波