2026年传感器与检测技术真题及答案

2026年传感器与检测技术真题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于金属应变片灵敏度系数K的表述，正确的是A.K仅与金属电阻率变化有关B.K值恒小于1C.K≈1+2μ（μ为泊松比）D.K与栅长无关答案：C2.采用恒流源驱动Pt100铂电阻测温时，为消除引线电阻影响，应优先选用A.二线制接法B.三线制接法C.四线制接法D.桥式接法答案：C3.在压电加速度传感器中，安装谐振频率f_n与质量块质量m、压电片等效刚度k的关系为A.f_n=1/(2π√(k/m))B.f_n=√(k/m)/(2π)C.f_n=2π√(k/m)D.f_n=√(m/k)/(2π)答案：B4.光纤F-P腔传感器利用的干涉类型属于A.双光束干涉B.多光束干涉C.白光干涉D.偏振干涉答案：B5.当霍尔元件控制电流I恒定，磁感应强度B与输出霍尔电压U_H的关系为A.U_H∝B²B.U_H∝√BC.U_H∝BD.U_H与B无关答案：C6.对于K型热电偶，参考端为0℃，测量端为200℃时的热电动势约为A.0mVB.4.095mVC.8.138mVD.12.207mV答案：C7.在MEMS电容式加速度计中，引入“力平衡”闭环工作的主要目的是A.提高量程B.降低噪声C.抑制非线性与增大带宽D.减小零点漂移答案：C8.下列哪种传感器最适合用于0.1nm级微位移测量A.LVDTB.电感式接近开关C.激光外差干涉仪D.应变片答案：C9.当超声波液位计工作频率从40kHz提高到200kHz时，其波束角θ将A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小答案：B10.在智能传感器IEEE1451.2标准中，TEDS存储的核心信息不包括A.传感器电子数据表B.校准系数C.用户密码D.物理单位答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列措施可有效降低热电偶测量端温度梯度误差A.采用细偶丝B.增加导热膏C.采用等温屏蔽罩D.减小插入深度答案：A、C12.关于光纤光栅传感器的优点，正确的有A.波长编码抗干扰B.可绝对测量C.易于波分复用D.对电磁场敏感答案：A、B、C13.导致压电传感器低频响应下降的因素包括A.电荷放大器输入阻抗过低B.电缆电容过大C.时间常数τ太小D.压电片厚度增加答案：A、B、C14.在金属电阻应变测量中，温度补偿可采用A.桥路补偿法B.应变片自补偿法C.差动补偿法D.恒压源法答案：A、B、C15.下列属于非接触式测温技术A.辐射高温计B.比色测温仪C.热敏电阻D.光纤荧光测温答案：A、B、D三、填空题（每空2分，共20分）16.金属导体电阻温度系数α的定义式为α=____（用微分形式表示）。答案：α=(1/R)(dR/dT)17.压电常数d_33的单位是____。答案：C/N18.当LVDT次级两绕组输出电压有效值分别为E_1、E_2，其差动输出电压幅值为____。答案：|E_1−E_2|19.超声波在钢材中的纵波声速约为____m/s。答案：590020.采用4~20mA电流传输时，若负载电阻为250Ω，则最大对应电压为____V。答案：521.光纤数值孔径NA与纤芯折射率n_1、包层n_2的关系为NA=____。答案：√(n_1²−n_2²)22.在热电偶测温中，中间导体定律表明：只要接入导体两端温度相同，则回路总热电动势____。答案：不变23.当霍尔元件厚度d减小一半，在相同I、B下，U_H将变为原来的____倍。答案：224.对于一阶传感器系统，其阶跃响应达到95%稳态值所需时间约为时间常数τ的____倍。答案：325.若某电容式压力传感器初始电容C_0=100pF，灵敏度为0.02pF/kPa，则满量程100kPa对应的相对电容变化率为____%。答案：2四、简答题（每题8分，共24分）26.简述金属应变片横向效应产生机理及对测量的影响。答案：横向效应指应变片栅宽方向受到应变ε_y时，因泊松比引起栅长方向附加应变−με_y，导致电阻变化。该效应使实际灵敏度偏离标称值，引入误差。通过标定横向灵敏度系数H=K_y/K_x，可在桥路中修正或采用箔式自补偿结构降低H至0.005以下。27.说明光纤光栅波长漂移Δλ_B与应变ε、温度ΔT的耦合关系，并给出解耦思路。答案：Δλ_B/λ_B=(1−p_e)ε+(α+ζ)ΔT，其中p_e为有效弹光系数，α、ζ分别为光纤热膨胀与热光系数。解耦需双光栅或双参数测量：一只光栅自由状态测温度，另一只与基体粘贴测总漂移；或采用参考光栅差分，建立矩阵方程求解ε与ΔT。28.画出压电传感器电荷放大器等效电路，说明为何下限频率f_L与反馈电阻R_f、电容C_f有关，并给出f_L表达式。答案：等效电路含压电源q、传感器电容C_s、电缆电容C_c、运放负输入端对地电容C_i、反馈支路R_f与C_f并联。运放虚短使输入端电位≈0，电荷主要流入反馈。低频时C_f阻抗↑，R_f提供直流负反馈，形成一阶高通。f_L=1/(2πR_fC_f)。R_f↑或C_f↑均可降低f_L，改善低频响应。五、计算题（共30分）29.（10分）某K型热电偶测量端温度T，参考端25℃，测得热电动势E=10.0mV。已知0℃～25℃对应1.0mV，0℃～200℃对应8.138mV，0℃～250℃对应10.151mV，求T。答案：E(25℃→T)=10.0mV，E(0℃→T)=10.0+1.0=11.0mV。线性插值：T=200+(11.0−8.138)/(10.151−8.138)×50=200+2.862/2.013×50≈271.1℃。30.（10分）如图，直流电桥R_1=R_2=R_3=120Ω，R_4为应变片，灵敏系数K=2.0，供桥电压U=5V。若R_4产生拉应变ε=1000μϵ，求：(1)桥路输出电压U_o（mV）；(2)若后续放大器增益为200，对应输出电压。答案：(1)ΔR/R=Kε=2×1000×10^(−6)=2×10^(−3)，单臂工作：U_o=U·Kε/4=5×2×10^(−3)/4=2.5mV。(2)放大后U_out=2.5mV×200=0.5V。31.（10分）某电容式差压传感器可简化为两平行板电容，初始间距d_0=0.2mm，介电常数ε=ε_0=8.85×10^(−12)F/m，极板面积A=1000mm²。当施加差压ΔP=10kPa，可动极板产生位移Δd=2μm，求：(1)初始电容C_0；(2)差压引起电容变化量ΔC；(3)若采用交流电桥测量，桥压10V、频率10kHz，求因ΔC引起的桥路输出电压幅值（设放大器输入阻抗极大，桥高Q）。答案：(1)C_0=εA/d_0=8.85×10^(−12)×1000×10^(−6)/(0.2×10^(−3))=44.25pF。(2)ΔC≈−C_0·Δd/d_0=−44.25pF×2×10^(−6)/(0.2×10^(−3))=−0.4425pF。(3)电桥输出ΔU≈U·ΔC/(2C_0)=10×(−0.4425)/(2×44.25)=−0.05V，幅值50mV。六、综合设计题（共31分）32.（15分）设计一套基于STM32的无线温度监测节点，要求：①测温范围−40℃～+125℃，精度±0.1℃；②数字输出，I²C接口；③低功耗，平均电流<10μA，1min采样一次，通过BLE广播。请：(1)给出传感器芯片型号与理由；(2)画出系统电源管理框图，说明如何降低待机功耗；(3)给出温度校准流程与公式（两点校准）。答案：(1)选用TITMP117，分辨率0.0078℃，−55～+150℃，±0.1℃精度，I²C，工作电流3.5μA@1Hz，shutdown0.5μA。(2)框图：锂亚电池→LDO→STM32+TMP117+BMD-300BLE；STM32控制LDOEN，待机时关闭LDO，RTC定时唤醒MOSFET通电，采样完立即断电；BLE模块DeepSleep1.5μA。平均电流≈(3.5μA×0.2s+1.5μA×60s)/60s≈1.5μA。(3)校准：将传感器置于恒温槽T_1、T_2，读取原始码N_1、N_2。增益误差G=(T_2−T_1)/(N_2−N_1)，零点偏移O=T_1−G·N_1。实测温度T_cal=G·N+O。不确定度u=√(u_tmp117²+u_bath²)≤0.05℃，满足±0.1℃。33.（16分）某钢厂需在线检测热轧钢板厚度，温度约900℃，钢板速度5m/s，厚度范围4～20mm，要求动态精度±50μm。现有：①同位素射线法；②激光三角法；③涡流法；④太赫兹时域法。请：(1)比较四种方法在工况下的适用性（从温度、精度、安全、维护四方面）；(2)给出最优方案并说明理由；(3)若采用激光三角法，推导因钢板热辐射进入CCD产生的偏移误差Δx，并给出抑制措施。答案：(1)射线法：高温稳定，精度±100μm，需放射源管理，维护复杂；激光三角：非接触，精度±20μm，但900℃黑体辐射进入光学系统造成漂移；涡流：对非磁性奥氏体钢板灵敏度低，且提离效应大，高温探头寿命短；太赫兹：对金属高反射导致信噪比低，水冷复杂。(2)最优方案：激光三角+主动窄带照明（450nm蓝光，窄带滤光）+水冷屏蔽+实时辐射补偿。精