2026年《传感器与检测技术》期末考试试卷及答案

2026年《传感器与检测技术》期末考试试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪项不属于传感器静态特性指标？A.线性度B.灵敏度C.响应时间D.重复性2.基于压阻效应的传感器常用敏感材料是？A.石英晶体B.半导体硅C.压电陶瓷D.金属应变丝3.热电偶测量温度时，若冷端温度为25℃，分度表显示热电势对应500℃，则实际被测温度为？（分度表以0℃为冷端）A.500℃B.525℃C.475℃D.需查表修正4.电涡流式传感器属于哪种类型？A.电容式B.电感式C.压电式D.光电式5.霍尔传感器输出电压与下列哪项无关？A.激励电流B.磁感应强度C.载流子浓度D.传感器尺寸6.下列哪种传感器适合测量微小位移（<1μm）？A.电感式差动变压器B.电涡流式C.电容式变极距型D.电阻应变式7.光纤传感器中，利用光强变化实现检测的属于？A.功能型B.非功能型C.相位型D.偏振型8.湿敏传感器的关键性能指标是？A.量程B.响应时间C.精度D.温度系数9.测量流体流速时，超声波多普勒传感器的工作原理基于？A.热传导B.动量守恒C.多普勒频移D.科里奥利力10.以下哪项是智能传感器的核心特征？A.高精度B.集成信号处理C.宽量程D.耐环境干扰二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器一般由敏感元件、________和转换电路三部分组成。2.电阻应变片的灵敏度系数K表示单位________引起的电阻相对变化。3.压电传感器不能用于________测量（填“静态”或“动态”）。4.热电阻常用材料为________和铜，其中________的温度系数更大。5.电容式传感器的三种基本类型是变极距型、变面积型和________。6.光电效应分为外光电效应、________和光生伏特效应，其中________对应光电管的工作原理。7.气敏传感器检测气体浓度时，通常利用________变化（填“电阻”或“电容”）实现信号转换。8.热电偶的热电势由________电势和接触电势组成，其中________电势是同一导体两端温度不同产生的。9.磁电式传感器基于________定律，输出信号与被测物体的________成正比。10.传感器动态特性的时域指标主要有________和超调量，频域指标包括________和截止频率。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述电阻应变式传感器的工作原理，并说明为何通常采用差动电桥连接？2.比较压电式传感器与压阻式传感器的异同，各举一例典型应用。3.说明光电耦合器的组成及在检测系统中的主要作用。4.列举三种以上非接触式温度传感器，并简述其测量原理。5.电容式传感器测量位移时，变极距型与变面积型各有什么优缺点？四、分析计算题（每题10分，共30分）1.某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=1000με时，求电阻变化量ΔR；若将该应变片接入单臂电桥（电源电压U=5V，其他桥臂电阻均为120Ω），求电桥输出电压Uo（忽略非线性误差）。2.用K型热电偶（分度表：30℃对应1.203mV，100℃对应4.095mV，500℃对应20.644mV）测量某炉温，冷端温度用半导体温度计测得为30℃，此时测得热电势为19.441mV，求实际炉温。3.一变面积型电容传感器，极板宽度b=20mm，初始重叠长度l0=30mm，极距d=0.1mm，介电常数ε=ε0εr=8.85×10⁻¹²×1=8.85×10⁻¹²F/m。当动极板水平位移Δl=5mm时，求电容变化量ΔC及传感器的灵敏度S（灵敏度定义为ΔC/Δl）。五、综合应用题（20分）设计一个基于传感器的汽车轮胎压力实时监测系统（TPMS），要求：（1）选择适合的压力传感器类型并说明理由；（2）画出系统原理框图（需包含传感器、信号调理、数据传输、显示报警模块）；（3）简述信号调理电路的主要功能（至少3项）；（4）提出一种抗轮胎运动干扰的措施。答案一、单项选择题1.C2.B3.D4.B5.D6.C7.B8.B9.C10.B二、填空题1.转换元件2.应变3.静态4.铂；铂5.变介质型6.内光电效应；外光电效应7.电阻8.温差；温差9.电磁感应；速度10.上升时间；通频带三、简答题1.工作原理：电阻应变片粘贴在被测物体表面，当物体受外力产生应变时，应变片的几何尺寸和电阻率发生变化，导致电阻值改变，通过测量电阻变化实现应力/应变检测。采用差动电桥的原因：①抵消温度误差（相邻桥臂应变片温度引起的电阻变化相互抵消）；②提高灵敏度（输出电压为单臂的2倍）；③减小非线性误差（电桥输出与应变成线性关系）。2.相同点：均基于力学量（力、压力、加速度）引起的物理效应；输出信号需调理（压电需电荷放大，压阻需电桥）。不同点：①物理机制：压电基于压电效应（机械能→电能，无静态输出）；压阻基于压阻效应（电阻率变化，可测静态）。②材料：压电用石英、压电陶瓷；压阻用半导体硅。③应用：压电用于动态力测量（如发动机振动）；压阻用于静态压力测量（如血压计）。3.组成：由发光二极管（输入端）和光敏三极管（输出端）封装在同一壳体内，中间通过光耦合。作用：①电气隔离（输入输出无直接电连接，抑制共模干扰）；②信号传输（将电信号→光信号→电信号，避免地线干扰）；③电平转换（匹配不同电压等级的电路）。4.①红外辐射温度计：利用物体红外辐射强度与温度的关系（斯特藩-玻尔兹曼定律），通过红外探测器接收辐射并转换为电信号。②激光光纤温度计：激光入射被测物体，反射光的波长/强度随温度变化，通过光纤传输至探测器分析。③比色温度计：测量两个不同波长下的辐射强度比，消除发射率影响，适用于氧化环境。5.变极距型：优点是灵敏度高（灵敏度S≈-εA/d²，d越小S越高）；缺点是量程小（d变化需远小于初始d，否则非线性严重），负载能力差（易受杂散电容干扰）。变面积型：优点是线性好（ΔC=εbΔl/d，ΔC与Δl成正比），量程大（可测较大位移）；缺点是灵敏度低（S=εb/d，远小于变极距型）。四、分析计算题1.ΔR=K·R·ε=2.0×120×1000×10⁻⁶=0.24Ω；单臂电桥输出Uo=U·ΔR/(4R)=5×0.24/(4×120)=0.0025V=2.5mV。2.冷端温度T0=30℃，实际热电势应为E(T,T0)=E(T,0)-E(T0,0)。已知E(T,T0)=19.441mV，E(T0,0)=1.203mV（分度表30℃对应值），则E(T,0)=19.441+1.203=20.644mV。查分度表，20.644mV对应500℃，故实际炉温为500℃。3.初始电容C0=εbl0/d=8.85×10⁻¹²×0.02×0.03/0.0001=5.31×10⁻¹¹F=53.1pF；位移后重叠长度l=l0-Δl=25mm（假设动极板向缩短方向移动），则C=εbl/d=8.85×10⁻¹²×0.02×0.025/0.0001=4.425×10⁻¹¹F=44.25pF；ΔC=C-C0=-8.85×10⁻¹²F（负号表示电容减小）；灵敏度S=ΔC/Δl=(-8.85×10⁻¹²F)/0.005m=-1.77×10⁻⁹F/m（取绝对值为1.77nF/m）。五、综合应用题（1）传感器类型：压阻式压力传感器（或硅微机械加工传感器）。理由：体积小（适合安装在轮胎内部）、可测静态压力（轮胎静止时也能监测）、集成度高（易与温度补偿电路集成）、成本低。（2）系统原理框图：轮胎内：压力传感器→信号调理电路（放大、滤波、温度补偿）→微处理器（A/D转换、数据处理）→无线发射模块→车体内：无线接收模块→中央处理器→显示模块（仪表盘）→报警模块（阈值比较，蜂鸣/灯光报警）。（3）信号调理电路功能：①放大（传感器输出信号微弱，需放大至A/D转换范围）；②滤波（滤除轮胎运动引起的高频噪声）；③温