2026年《传感器与检测技术》试题及答案

2026年《传感器与检测技术》试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某温度传感器的测量范围为-50℃~300℃，最大绝对误差为±2℃，则其满量程相对误差约为（）。A.0.57%B.0.8%C.1.2%D.1.5%2.应变片的灵敏系数K定义为（）。A.应变片电阻变化率与被测应变的比值B.应变片电阻与被测应变的比值C.应变片电阻变化量与被测应变的比值D.应变片电阻变化率与被测应力的比值3.电容式传感器采用差动结构后，其非线性误差（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小4.压电式传感器不能用于静态测量的主要原因是（）。A.压电材料的居里点低B.电荷容易泄漏C.输出信号微弱D.传感器固有频率低5.霍尔传感器的输出电压与（）成正比。A.输入电流与磁感应强度的乘积B.输入电流与磁感应强度的比值C.输入电压与磁感应强度的乘积D.输入电压与磁感应强度的比值6.光电效应中，外光电效应对应的传感器是（）。A.光敏电阻B.光电池C.光电二极管D.光电倍增管7.热电偶的热电势由（）组成。A.接触电势和温差电势B.接触电势和表面电势C.温差电势和表面电势D.接触电势和体电势8.电感式传感器中，变气隙式传感器的灵敏度与气隙厚度δ的关系为（）。A.灵敏度与δ成正比B.灵敏度与δ成反比C.灵敏度与δ平方成正比D.灵敏度与δ平方成反比9.为减小电阻应变片测量中的横向效应误差，应选用（）。A.短接式应变片B.箔式应变片C.丝式应变片D.半导体应变片10.下列传感器中，属于数字式传感器的是（）。A.热电偶B.电感式位移传感器C.光电编码器D.电容式压力传感器二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的静态特性指标主要包括线性度、灵敏度、________和________等。2.金属应变片的工作原理基于________效应，半导体应变片的工作原理基于________效应。3.电容式传感器按结构可分为变极距型、变面积型和________型三类，其中________型的灵敏度最高。4.电涡流传感器可分为高频反射式和________式，其工作原理基于________效应。5.压电式传感器的前置放大器有________和________两种形式，其中________放大器更适合远距离传输。6.霍尔元件的零位误差包括________、________和不等位电势，通常可通过________电路进行补偿。7.光纤传感器按光在光纤中的作用可分为________型和________型，其中________型传感器的光纤仅作为传光介质。8.热电偶的冷端补偿方法主要有冷端恒温法、________和________。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述电感式传感器的零点残余电压产生的原因及消除方法。2.比较压电式传感器与压阻式传感器的工作原理、输出特性及典型应用场景。3.说明光电编码器中绝对式与增量式编码方式的区别，并列举各自的优缺点。4.分析电容式传感器的边缘效应及其对测量精度的影响，提出至少两种补偿措施。5.阐述热电阻传感器的测量电路中采用三线制接法的目的，并画出三线制测量电路的简化示意图。四、分析设计题（共20分）1.设计一个基于应变式传感器的电子秤检测系统（量程0~50kg，精度0.1%）。要求：（1）说明应变式传感器的选型依据（如弹性体材料、应变片类型）；（2）设计信号调理电路（包括电桥、放大、滤波环节），并简述各环节的作用；（3）提出数据采集与处理的基本方案（如ADC分辨率选择、非线性校正方法）。2.某压力检测系统采用压电式传感器，输出信号出现明显失真（如幅值衰减、波形畸变）。分析可能的故障原因，并提出针对性的解决措施。答案一、单项选择题1.A（满量程=300-(-50)=350℃，相对误差=2/350≈0.57%）2.A（灵敏系数定义为ΔR/R与ε的比值）3.B（差动结构可抵消非线性项，减小误差）4.B（静态测量时电荷泄漏导致信号衰减）5.A（霍尔电压UH=KHIB，KH为霍尔系数）6.D（光电倍增管基于外光电效应，其他为内光电效应）7.A（热电势=接触电势+温差电势）8.D（变气隙式灵敏度与δ²成反比，ΔL≈-L0Δδ/δ²）9.B（箔式应变片的横向效应小于丝式）10.C（光电编码器输出数字脉冲或编码）二、填空题1.迟滞；重复性2.应变；压阻3.变介电常数；变极距4.低频透射；电涡流5.电压放大器；电荷放大器；电荷6.不等位电势；寄生直流电势；补偿7.功能；非功能；非功能8.补偿导线法；电桥补偿法三、简答题1.零点残余电压产生原因：①传感器两线圈的电气参数（如电感、内阻）不对称；②磁性材料的非线性（如磁化曲线的非对称性）；③激励信号中含高次谐波；④线圈间分布电容的影响。消除方法：①设计时保证线圈对称，选用高导磁、低剩磁材料；②采用相敏检波电路抑制无关分量；③在电路中加入补偿网络（如电阻、电容并联）。2.工作原理：压电式基于压电材料的正压电效应（应力→电荷）；压阻式基于半导体材料的压阻效应（应力→电阻率变化）。输出特性：压电式输出高内阻电荷信号，需电荷放大器，适用于动态测量；压阻式输出低内阻电压信号，可直接放大，适用于静态或动态测量。应用场景：压电式用于振动、冲击测量（如加速度传感器）；压阻式用于压力、静态力测量（如电子秤、血压计）。3.区别：绝对式编码器每个位置对应唯一编码（如二进制、格雷码），增量式编码器输出脉冲数表示位移增量。优点：绝对式无需初始定位，掉电后位置信息保留；增量式结构简单、成本低、分辨率高。缺点：绝对式编码盘复杂、成本高；增量式需计数器且掉电后位置丢失。4.边缘效应：电容式传感器极板边缘的电场发散，导致实际电容大于理想平行板电容，且随极板位移变化非线性增强。影响：增大非线性误差，降低灵敏度。补偿措施：①增加极板间距与面积比（如采用超薄极板）；②设置保护环（在极板周围加等电位环，约束电场分布）；③采用差动结构（边缘效应在差动中相互抵消）。5.目的：消除连接导线电阻对测量结果的影响（三线制中，两根导线电阻分别串入电桥相邻桥臂，相互抵消）。简化电路：电源正极接热电阻一端（R），另一端通过两根导线分别接电桥的两个相邻桥臂，第三根导线接电桥另一桥臂，形成对称结构。四、分析设计题1.（1）传感器选型：弹性体选用铝合金（强度高、线性好），应变片选用箔式应变片（横向效应小、粘贴性好），灵敏度系数K≈2，额定应变ε≈2000με。（2）信号调理电路：①电桥采用全桥接法（提高灵敏度，减小温度误差），供桥电压5V；②放大环节选用低漂移运算放大器（如AD620），放大倍数根据满量程输出设计（如满量程应变ΔR/R=Kε=0.4%，电桥输出ΔU=5×0.4%/4=5mV，需放大至2V（对应ADC输入范围），放大倍数400倍）；③滤波环节采用二阶低通滤波器（截止频率10Hz，抑制高频噪声）。（3）数据采集与处理：ADC选择16位（分辨率=满量程/2^16≈50kg/65536≈0.00076kg，满足0.1%精度要求）；非线性校正采用多项式拟合（通过标准砝码标定，建立电压-重量的二次或三次拟合方程）。2.故障原因及解决措施：①电荷泄漏：