(2025年)测试与传感器技术试题及答案

(2025年)测试与传感器技术试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列参数中，不属于传感器静态特性指标的是（）A.线性度B.灵敏度C.固有频率D.迟滞2.金属应变片的工作原理主要基于（）A.压阻效应B.应变效应C.热电效应D.光电效应3.变极距型电容式传感器的输出特性为（）A.线性关系B.反比例关系C.平方关系D.对数关系4.压电式传感器的前置放大器通常采用电荷放大器，其主要目的是（）A.提高灵敏度B.降低输出阻抗C.消除温度漂移D.抑制电磁干扰5.热电偶的热电势大小仅与（）有关A.热电极材料和两端温度B.热电极长度和直径C.热电极的加工工艺D.环境湿度6.霍尔传感器测量磁场时，载流子在磁场中受到的力是（）A.库仑力B.洛伦兹力C.安培力D.万有引力7.光纤传感器中，用于测量压力的相位调制型传感器主要利用（）A.光纤的微弯效应B.光纤的弹光效应C.光纤的色散效应D.光纤的损耗特性8.测试系统中，用于抑制共模干扰的常用电路是（）A.低通滤波器B.差分放大器C.电压跟随器D.施密特触发器9.某传感器的量程为0-100℃，输出为0-5V，其灵敏度为（）A.0.05V/℃B.20℃/VC.5V/℃D.0.5V/℃10.下列传感器中，适合测量动态力的是（）A.电阻应变式力传感器B.压阻式力传感器C.压电式力传感器D.电感式力传感器二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的基本组成包括敏感元件、________和转换电路。2.衡量传感器在输入量变化时输出量能否同步变化的特性称为________。3.应变片的灵敏度系数K表示单位________引起的电阻相对变化。4.电容式传感器按结构可分为变极距型、变面积型和________型。5.压电材料分为压电晶体、压电陶瓷和________三大类。6.热电偶的中间导体定律表明，在热电偶回路中接入第三导体，只要________，回路总热电势不变。7.霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成________比。8.光电效应分为外光电效应、内光电效应和________。9.测试系统的静态特性指标包括线性度、灵敏度、迟滞和________。10.为减小应变片温度误差，常用的补偿方法有单丝自补偿法和________。11.压电式传感器的输出信号为________（电荷/电压），需搭配高输入阻抗放大器。12.电感式传感器的基本原理是________的变化引起电感量变化。13.光纤的两个基本传输特性是________和损耗。14.热电阻传感器利用金属的________随温度变化的特性工作。15.测试系统的动态特性常用________、频率响应函数和脉冲响应函数描述。16.超声波传感器的工作原理基于________效应和逆压电效应。17.气敏传感器主要用于检测________的浓度。18.传感器的分辨率是指能检测到的________输入量变化。19.磁电式传感器属于________（能量转换型/能量控制型）传感器。20.测试系统的抗干扰措施包括屏蔽、接地和________。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述应变式传感器与压阻式传感器的工作原理差异及应用场景区别。2.电容式传感器存在哪些主要缺点？实际应用中可采取哪些改进措施？3.为什么压电式传感器不能用于静态信号测量？如何扩展其低频响应范围？4.光电式传感器可分为哪几类？分别举例说明其典型应用。5.测试系统中信号调理电路的主要功能有哪些？列举3种常用调理电路并说明其作用。四、计算题（每题10分，共20分）1.某金属应变片的灵敏度系数K=2.0，初始电阻R0=120Ω。当受到轴向应变ε=5000με时，求其电阻变化量ΔR及相对变化率ΔR/R0。若将该应变片接入单臂电桥（桥压U=5V），求电桥输出电压Uo（设电桥为等臂电桥，其他桥臂电阻不变）。2.已知镍铬-镍硅热电偶的分度表如下（参考端温度为0℃）：温度（℃）0100200300400热电势（mV）04.0958.13712.20916.327若实际测量时参考端温度为30℃，测得热电势为10.5mV，求被测温度。五、综合分析题（20分）某汽车碰撞测试系统需要实时监测碰撞过程中的加速度、冲击力和应变信号。请设计一套传感器系统方案，要求：（1）分别选择适合的加速度传感器、力传感器和应变传感器，并说明选型依据；（2）描述信号调理环节的主要功能及所需电路（如放大、滤波、线性化等）；（3）提出2项抗干扰措施，确保测试数据的准确性。答案一、单项选择题1.C2.B3.C4.B5.A6.B7.B8.B9.A10.C二、填空题1.转换元件2.动态响应特性3.应变4.变介电常数5.高分子压电材料6.第三导体两端温度相同7.反8.光生伏特效应9.重复性10.补偿片法11.电荷12.磁路磁阻13.模式14.电阻值15.传递函数16.压电17.气体18.最小19.能量转换型20.滤波三、简答题1.差异：应变式传感器利用金属电阻的应变效应（几何尺寸变化引起电阻变化）；压阻式传感器利用半导体的压阻效应（电阻率变化引起电阻变化）。应用区别：应变式适合中低精度、宽温度范围场景（如电子秤）；压阻式适合高精度、小量程场景（如压力传感器）。2.缺点：输出阻抗高、易受干扰；非线性误差大；寄生电容影响大。改进措施：采用驱动电缆技术降低寄生电容；设计差动结构改善线性度；使用运算放大器提高抗干扰能力。3.原因：压电式传感器的电荷会通过放大器输入电阻和传感器本身的漏电阻缓慢泄漏，无法保持静态电荷。扩展低频响应：采用高输入阻抗电荷放大器；减小漏电阻（如选择高绝缘材料）；引入直流恢复电路。4.分类及应用：①透射式（如光电开关，检测物体有无）；②反射式（如接近传感器，测量距离）；③遮挡式（如光电编码器，测量转速）；④光电池型（如太阳能电池，能量转换）。5.功能：放大信号、滤波降噪、线性化处理、阻抗匹配。常用电路：①差分放大器（抑制共模干扰）；②低通滤波器（滤除高频噪声）；③电桥电路（将电阻/电容变化转换为电压信号）。四、计算题1.解：ΔR/R0=K·ε=2.0×5000×10⁻⁶=0.01ΔR=R0×0.01=120×0.01=1.2Ω单臂电桥输出Uo=(U/4)·(ΔR/R0)=(5/4)×0.01=0.0125V=12.5mV2.解：参考端温度30℃时，对应热电势E(30,0)可通过分度表线性插值计算。分度表中200℃对应8.137mV，300℃对应12.209mV，故每10℃热电势变化约(12.209-8.137)/100=0.04072mV/℃。30℃时E(30,0)=0.04072×30≈1.2216mV实际被测热电势E(t,30)=10.5mV，总热电势E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=10.5+1.2216=11.7216mV查分度表，11.7216mV介于100℃（4.095mV）和200℃（8.137mV）之间？不，实际分度表中300℃为12.209mV，200℃为8.137mV，故11.7216mV在200-300℃之间。设温度为t=200+x，x满足8.137+x×(12.209-8.137)/100=11.7216即8.137+0.04072x=11.7216→x≈(11.7216-8.137)/0.04072≈88℃故被测温度t≈200+88=288℃五、综合分析题（1）传感器选型：加速度传感器：选择压电式加速度计（动态响应好，适合高频碰撞信号）；力传感器：选择压电式力传感器（高频特性好，能捕捉碰撞瞬间冲击力）；应变传感器：选择金属应变片（成本低，可粘贴于车身结构测量局部应变）。（2）信号调理环节：放大：电荷放大器（匹配压电