2026年国开传感器与测试技术期末试题及答案

2026年国开传感器与测试技术期末试题及答案一、单项选择题（每题2分，共40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.固有频率C.迟滞D.重复性2.应变式传感器的核心敏感元件是（）。A.弹性体B.应变片C.电桥电路D.信号放大器3.变极距型电容传感器的灵敏度与极板初始间距的关系是（）。A.正比B.反比C.平方反比D.无关4.压电式传感器输出信号为（）。A.电荷或电压B.电流C.电阻D.电感5.热电偶测温时，冷端温度补偿的目的是（）。A.消除热端温度波动B.修正冷端非0℃带来的误差C.提高测量灵敏度D.增大热电动势6.光电式传感器中，光敏二极管工作在（）状态。A.正向偏置B.反向偏置C.零偏置D.击穿7.电感式传感器中，差动式结构的主要作用是（）。A.提高灵敏度B.减小非线性误差C.增加测量范围D.以上都是8.测试系统的幅频特性表示系统对不同频率信号的（）。A.相位延迟能力B.幅值放大/衰减能力C.线性度D.稳定性9.某传感器的灵敏度为5mV/℃，测量范围0~100℃，则当输入50℃时，输出电压为（）。A.2.5mVB.25mVC.50mVD.500mV10.霍尔传感器利用的物理效应是（）。A.压电效应B.热电效应C.霍尔效应D.光电效应11.下列传感器中，适合测量动态力的是（）。A.应变式力传感器B.电容式力传感器C.压电式力传感器D.电感式力传感器12.测试系统中，调制的主要目的是（）。A.提高信号抗干扰能力B.降低信号频率C.增大信号幅值D.简化电路设计13.电阻应变片中，金属丝的灵敏度系数主要由（）决定。A.几何尺寸变化B.电阻率变化C.温度变化D.材料泊松比14.变面积型电容传感器的输出特性为（）。A.线性B.非线性C.平方关系D.对数关系15.磁电式速度传感器的工作原理基于（）。A.电磁感应定律B.压电效应C.霍尔效应D.热电效应16.测试误差中，由于环境温度波动引起的误差属于（）。A.系统误差B.随机误差C.粗大误差D.动态误差17.光纤传感器中，用于测量压力的常见调制方式是（）。A.强度调制B.相位调制C.频率调制D.偏振调制18.电涡流传感器可用于测量（）。A.位移B.温度C.湿度D.气体浓度19.某测试系统的传递函数为H(s)=1/(τs+1)，其属于（）系统。A.一阶B.二阶C.零阶D.高阶20.数字式传感器的主要优点是（）。A.抗干扰能力强B.输出直接为数字信号C.测量精度高D.以上都是二、填空题（每题2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.应变片的电阻变化由几何尺寸变化和________变化共同引起。3.电容式传感器的三种基本类型是变极距型、变面积型和________。4.压电式传感器的工作原理基于________效应。5.热电偶的热电动势由接触电动势和________电动势组成。6.测试系统的动态特性通常用________、频率响应函数或脉冲响应函数描述。7.电桥电路中，半桥接法比单臂接法的灵敏度提高________倍。8.光电式传感器中，________是将光信号转换为电信号的关键元件。9.误差按性质可分为系统误差、随机误差和________。10.电感式传感器中，________结构可有效减小温度误差和线性误差。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述传感器静态特性的主要指标及其含义。2.说明应变式传感器中温度误差的产生原因及补偿方法。3.比较压电式传感器与应变式传感器在测量动态和静态信号时的适用性差异。4.解释光电编码器的工作原理，并说明增量式与绝对式编码器的区别。5.测试系统中，信号调理电路通常包括哪些部分？各部分的作用是什么？四、计算题（每题8分，共24分）1.某应变片的灵敏度系数K=2.1，初始电阻R0=120Ω，当承受应变ε=800με时，求电阻变化量ΔR及相对变化量ΔR/R0。2.变极距型电容传感器的初始极板间距d0=0.2mm，极板面积A=30mm²，介电常数ε=8.85×10^-12F/m。若极板间距减小Δd=0.02mm，求电容变化量ΔC及传感器的灵敏度S（ΔC/Δd）。3.某热电偶的塞贝克系数S=45μV/℃，冷端温度T0=30℃，测得热电动势E=2.7mV，求热端温度T（假设热电动势与温度呈线性关系）。五、综合分析题（每题13分，共26分）1.设计一个基于电感式传感器的金属板材厚度在线检测系统，要求：（1）选择合适的电感式传感器类型；（2）画出系统组成框图（包含传感器、信号调理、数据采集及显示部分）；（3）分析可能的误差来源及补偿措施。2.某压力测试系统采用压电式传感器，输出信号经电荷放大器后接入数据采集卡。现发现采集到的信号在低频段（<1Hz）存在明显衰减，分析可能原因并提出改进措施。答案一、单项选择题1.B2.B3.C4.A5.B6.B7.D8.B9.B10.C11.C12.A13.A14.A15.A16.A17.A18.A19.A20.D二、填空题1.转换元件2.电阻率3.变介电常数型4.压电5.温差6.传递函数7.28.光电器件9.粗大误差10.差动三、简答题1.静态特性指标包括：（1）线性度：传感器输出-输入特性曲线与拟合直线的偏离程度；（2）灵敏度：输出变化量与输入变化量的比值；（3）迟滞：输入正反行程中输出的最大偏差；（4）重复性：同一输入方向多次测量时输出的一致程度；（5）分辨力：能检测到的最小输入变化量。2.温度误差原因：（1）应变片电阻随温度变化（热阻效应）；（2）试件与应变片材料热膨胀系数不同导致附加应变。补偿方法：（1）电桥补偿法（如半桥或全桥接入补偿片）；（2）温度自补偿应变片（通过选择特定材料使热阻效应与热膨胀效应相互抵消）。3.压电式传感器利用压电效应，输出与应力变化率成正比，无法测量静态信号（电荷会泄漏），适用于动态测量；应变式传感器通过应变片电阻变化测量应变，可测静态和动态信号，但动态响应受弹性体固有频率限制，高频测量时需优化结构。4.光电编码器通过光电转换将角位移转换为电信号。增量式编码器输出脉冲信号，通过计数脉冲数测位移，断电后数据丢失；绝对式编码器每个位置对应唯一编码，断电后仍能读取绝对位置，精度更高但成本高。5.信号调理电路包括：（1）电桥电路：将传感器电阻/电容/电感变化转换为电压信号；（2）放大器：放大微弱信号；（3）滤波器：抑制噪声，保留有用频率成分；（4）调制解调电路：将低频信号调制到高频传输，减少干扰后解调还原；（5）线性化电路：修正传感器非线性特性。四、计算题1.解：ΔR/R0=Kε=2.1×800×10^-6=0.00168ΔR=R0×0.00168=120×0.00168=0.2016Ω答：ΔR=0.2016Ω，ΔR/R0=0.168%2.解：初始电容C0=εA/d0=8.85×10^-12×30×10^-6/(0.2×10^-3)=1.3275×10^-12F=1.3275pF极板间距减小后d=d0-Δd=0.18mm，此时电容C=εA/d=8.85×10^-12×30×10^-6/(0.18×10^-3)=1.475×10^-12F=1.475pFΔC=C-C0=1.475-1.3275=0.1475pF灵敏度S=ΔC/Δd=0.1475×10^-12/(0.02×10^-3)=7.375×10^-12F/m=7.375pF/mm答：ΔC=0.1475pF，S=7.375pF/mm3.解：热电动势E=S(T-T0)T=T0+E/S=30+2.7×10^-3/(45×10^-6)=30+60=90℃答：热端温度T=90℃五、综合分析题1.（1）选择差动变压器式电感传感器（LVDT），因其线性度好、灵敏度高，适合板材厚度的非接触测量。（2）系统框图：LVDT传感器→激励电源→信号调理（相敏检波、滤波、放大）→数据采集卡→计算机（显示、存储）。（3）误差来源：①环境温度变化导致线圈电阻和磁导率变化；②板材表面不平整引起的耦合系数波动；③电源频率波动影响输出稳定性。补偿措施：①采用温度补偿电路（如热敏电阻补偿）；②增加平均采样次数，减小表面粗糙度影响；③使用稳压稳频电源，提高激励信号稳定性。2.可能原因：①压电式传感器本身是高内阻源，低频信号易受电荷泄漏影