2026年大学《传感器技术及应用》试题及答案

2026年大学《传感器技术及应用》试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下传感器中，基于压电效应工作且属于能量转换型的是（）。A.应变式力传感器B.压电式加速度传感器C.电感式位移传感器D.电容式压力传感器2.衡量传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，输出-输入特性曲线不一致程度的指标是（）。A.线性度B.灵敏度C.迟滞D.重复性3.某热电阻在0℃时阻值为100Ω，100℃时为138.5Ω，其温度系数约为（）。（提示：R=R₀(1+αT)）A.3.85×10⁻³/℃B.3.92×10⁻³/℃C.4.12×10⁻³/℃D.3.5×10⁻³/℃4.绝对式光电编码器的码盘采用格雷码编码的主要目的是（）。A.提高分辨率B.减少编码歧义C.降低成本D.增强抗干扰能力5.霍尔传感器测量磁场时，若控制电流I=20mA，磁场B=0.5T，霍尔系数KH=2×10⁻³V·m/(A·T)，则输出霍尔电压约为（）。A.0.02VB.0.05VC.0.1VD.0.2V6.光纤传感器中，仅利用光纤作为传输介质，敏感元件在光纤外部的类型是（）。A.功能型（FF）B.非功能型（NFF）C.本征型D.extrinsic型7.气敏传感器检测甲烷浓度时，通常需要加热至工作温度，主要原因是（）。A.加速气体吸附-脱附反应B.提高传感器机械强度C.降低噪声D.防止结露8.以下传感器中，适合测量动态压力但无法直接测量静态压力的是（）。A.电容式压力传感器B.压电式压力传感器C.压阻式压力传感器D.应变式压力传感器9.MEMS加速度计的核心敏感结构通常是（）。A.悬臂梁-质量块结构B.线圈-磁铁结构C.石英振子D.光纤光栅10.为消除电感式传感器的零点残余电压，常用的措施是（）。A.增加激励电压幅值B.采用相敏检波电路C.增大线圈匝数D.使用高磁导率铁芯二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的基本组成包括______、______和信号调理电路三部分。2.应变片的灵敏系数K定义为______，其物理意义是______。3.热电偶的热电势由______和______两部分组成。4.电容式传感器的三种基本类型是______、______和______。5.光电效应分为外光电效应、______和______，其中光电倍增管基于______工作。6.磁敏电阻的阻值随外加磁场变化的现象称为______，其灵敏度比霍尔元件______（填“高”或“低”）。7.光纤的数值孔径NA=______，反映了光纤______的能力。8.湿敏传感器的主要参数包括______和______，其中______表示输出随湿度变化的特性。三、简答题（每题8分，共40分）1.比较压阻式传感器与应变式传感器的工作原理及优缺点。2.说明压电传感器为何需要配置前置放大器，并简述电压放大器与电荷放大器的区别。3.分析光电式转速传感器中，透射式与反射式测量方案的适用场景及各自优缺点。4.简述热电阻与热电偶在温度测量中的主要差异（至少列出4点）。5.解释电感式传感器中“差动结构”的作用，并说明其对线性度和灵敏度的影响。四、分析设计题（每题10分，共20分）1.设计一个基于应变式传感器的电子秤系统，要求：（1）画出系统组成框图；（2）说明各部分功能；（3）分析温度补偿的必要性及常用方法。2.某工业场景需监测旋转机械的振动加速度（频率范围10Hz~10kHz，幅值0~5g），请选择合适的传感器类型，设计信号调理电路（包含放大、滤波环节），并说明参数选择依据。答案一、单项选择题1.B2.C3.B（计算：α=(R₁₀₀-R₀)/(R₀×100)=(138.5-100)/(100×100)=3.85×10⁻³，但实际铂电阻α≈3.92×10⁻³，故正确答案为B）4.B5.A（UH=KH×I×B=2×10⁻³×0.02×0.5=0.02V）6.B7.A8.B（压电传感器依赖电荷积累，静态下电荷泄漏无法测量）9.A10.B（相敏检波可区分位移方向并抑制残余电压）二、填空题1.敏感元件；转换元件2.电阻相对变化率ΔR/R与应变ε的比值；单位应变引起的电阻相对变化量3.接触电势；温差电势4.变极距型；变面积型；变介电常数型5.内光电效应；光生伏特效应；外光电效应6.磁阻效应；高7.n₀sinθ₀=√(n₁²-n₂²)；接收光通量8.感湿特性；响应时间；感湿特性三、简答题1.工作原理：压阻式传感器基于半导体的压阻效应（应力引起电阻率变化）；应变式传感器基于金属的应变效应（应力引起几何尺寸变化导致电阻变化）。优缺点：压阻式灵敏度高（约为应变式的50~100倍）、体积小，但温度漂移大、线性度较差；应变式线性好、稳定性高，但灵敏度低、需要放大电路。2.压电传感器输出阻抗极高（10¹⁰~10¹²Ω），易受干扰且信号微弱，需前置放大器实现阻抗匹配和信号放大。电压放大器：输出与压电元件端电压成正比，受连接电缆电容影响大；电荷放大器：输出与电荷量成正比，电缆长度变化对输出影响小，适用于远距离传输。3.透射式：光源与接收器对向放置，被测物体遮挡光路产生脉冲，适用于透明或有孔旋转体（如齿轮），优点是抗环境光干扰强，缺点是需被测物体允许光路穿透。反射式：光源与接收器同侧，利用被测物体表面反射光变化测量，适用于不透明物体（如电机轴），优点是安装灵活，缺点是易受表面反射率（如油污）影响。4.差异：（1）原理：热电阻基于电阻随温度变化，热电偶基于热电效应；（2）输出：热电阻是电阻信号，热电偶是电势信号；（3）温度范围：热电阻（-200℃~850℃），热电偶（-200℃~1800℃）；（4）参考点：热电阻无需参考点，热电偶需冷端补偿；（5）灵敏度：热电阻灵敏度高（约0.385Ω/℃），热电偶较低（约40μV/℃）。5.差动结构作用：抵消温度等共模干扰、提高灵敏度、改善线性度。影响：差动结构下，输出ΔZ=Z₁-Z₂≈2Kx（K为灵敏度系数），线性度范围扩大（原非线性项相互抵消），灵敏度提升约1倍（与单线圈相比）。四、分析设计题1.（1）系统框图：称重平台→应变式称重传感器→电桥电路→信号放大器→A/D转换器→微处理器→显示模块。（2）功能：称重平台传递重量至传感器；传感器（弹性体+应变片）将重量转换为应变；电桥将应变引起的电阻变化转换为电压信号；放大器放大微弱电压；A/D转换为数字信号；微处理器处理数据并校准；显示模块输出重量值。（3）温度补偿必要性：应变片的电阻随温度变化（热阻效应），弹性体的弹性模量随温度变化（温度附加应变），需补偿以消除温度误差。常用方法：电桥补偿法（在弹性体上粘贴补偿片，与工作片处于同一温度场但不受力，接入电桥相邻臂）；软件补偿法（通过温度传感器测量环境温度，微处理器查表修正）。2.（1）传感器选择：压电式加速度传感器（频率范围宽，1Hz~100kHz，适合10Hz~10kHz）或MEMS电容式加速度传感器（成本低，频率响应0.1Hz~10kHz，5g量程满足要求）。优先选压电式，因高频响应更优。（2）信号调理电路设计：①前置放大器：电荷放大器（输入阻抗>10¹²Ω，输出阻抗<100Ω，增益10³~10⁴），将电荷信号转换为电压信号。②低通滤波器：截止频率10kHz（3dB衰减），采用二阶巴特沃斯滤波器（过渡带陡，减少高频噪声）。③高通滤波器：截止频率10Hz，消除直流漂移和低频干扰（如振动台缓慢移动）。④