2026年《传感器技术及应用》试卷附答案

2026年《传感器技术及应用》试卷附答案一、单项选择题（本题共15小题，每小题2分，共30分）1.传感器的静态灵敏度指标定义是（）A.输出变化量与输入变化量的比值B.输入变化量与输出变化量的比值C.输出满量程与输入满量程的差值D.输出最大误差与输入最小变化量的比值2.电阻应变片的温度误差中，由温度变化引起的应变片电阻变化主要来自两个方面，除了电阻温度系数的影响外，另一项核心影响因素是（）A.应变片的横向效应B.试件材料与应变片电阻材料的线膨胀系数不同C.应变片的蠕变效应D.应变片绝缘电阻变化3.变极距型电容传感器，当测量极距变化Δd远小于初始极距d0时，其输出特性近似为（）A.非线性B.线性C.对数特性D.指数特性4.电涡流传感器不能用于测量下列哪个参数（）A.金属表面探伤B.位移C.非金属材料厚度D.转速5.压电材料实现稳定压电效应的前提条件是（）A.压电材料晶体结构无对称中心，经过极化处理B.压电材料必须是单晶，不能是多晶C.压电材料必须工作在低温环境下D.压电材料必须施加直流偏置电压6.热电偶测量温度时，其总热电势由哪两部分组成（）A.接触电势和温差电势B.温差电势和感应电势C.接触电势和感应电势D.极化电势和温差电势7.霍尔传感器测量磁场时，霍尔电势的大小与下列哪个参数无关（）A.霍尔元件的载流子浓度B.控制电流大小C.被测磁场磁感应强度D.被测物体的运动速度8.下列传感器类型中，属于有源传感器的是（）A.电阻应变式传感器B.压电式传感器C.电容式位移传感器D.电感式压力传感器9.目前消费级可穿戴设备中应用最广泛的柔性压力传感器，其敏感机理大多基于（）A.压阻效应B.压电效应C.热释电效应D.光电效应10.消费电子领域MEMS加速度计中，常用的检测加速度的原理是通过检测哪个参数的变化实现测量（）A.检测质量块惯性力引起的位移变化B.检测加速度引起的温度变化C.检测加速度引起的电场变化D.检测加速度引起的磁场变化11.光纤布拉格光栅（FBG）传感器中，当外界温度或应变发生变化时，发生改变的核心参数是（）A.光纤的传输损耗B.布拉格反射波长C.入射光的强度D.光纤的直径12.传感器的动态特性指标中，用来表征传感器对阶跃输入响应速度的核心指标是（）A.固有频率B.阻尼比C.上升时间D.谐振频率13.高阶自动驾驶汽车中，用来实现远距离障碍物探测、空间精度最高的车载传感器是（）A.可见光摄像头B.毫米波雷达C.激光雷达D.超声波雷达14.半导体气敏传感器测量空气中可燃性气体浓度时，通常需要对传感器进行什么预处理才能正常稳定工作（）A.低温冷却B.加热到指定工作温度C.真空封装D.加湿处理15.下列哪种传感器可以实现非接触式高温测量（）A.K型热电偶B.铂热电阻C.红外温度传感器D.半导体热敏电阻二、多项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分，多选、少选、错选均不得分）1.传感器的静态性能指标包括下列哪些选项（）A.灵敏度B.分辨力C.迟滞误差D.固有频率E.重复精度2.为了减小变极距型电容传感器的非线性误差，提高测量灵敏度，工程中常采用的方法有（）A.无限制减小初始极距d0B.采用差动式结构C.增大初始极距d0D.采用电荷放大电路处理输出信号E.限制输入变化量Δd远小于初始极距d03.压电式传感器由于电荷泄露的特性，不能测量下列哪些参数（）A.静态恒定力B.动态冲击加速度C.恒定静态压力D.高频振动E.静态位移4.热电偶冷端温度补偿的常用方法包括（）A.0℃恒温法B.冷端温度计算修正法C.补偿导线法D.不平衡电桥补偿法E.屏蔽接地法5.按照输出信号类型分类，传感器可以分为哪两类（）A.模拟传感器B.有源传感器C.无源传感器D.数字传感器E.智能传感器6.相比于传统传感器，新型智能传感器的典型特点包括（）A.具备自校准、自诊断功能B.可以实现多参数融合测量C.输出信号可以直接被微处理器读取处理D.集成度高，功耗通常更低E.多数集成了无线通信功能7.光电效应根据产生结果不同，分为外光电效应和内光电效应，下列属于基于内光电效应的器件有（）A.真空光电管B.光敏电阻C.硅光电池D.光电倍增管E.CCD图像传感器8.超声波传感器广泛应用于工业检测领域，可以用来测量下列哪些参数（）A.流体流量B.储罐液位C.金属硬度D.障碍物距离E.金属内部探伤9.智能可穿戴健康设备中，常用来监测人体生理参数的传感器包括（）A.光电心率传感器B.血氧传感器C.腕部压力传感器D.六轴姿态传感器E.微创动态血糖传感器10.传感器的测量误差按其产生的原因和性质可以分为（）A.系统误差B.随机误差C.绝对误差D.粗大误差E.相对误差三、判断题（本题共10小题，每小题1分，共10分）1.传感器的分辨力越高，说明其能检测到的最小输入变化量越小。（）2.电阻应变片的横向效应会提高应变片的整体灵敏度。（）3.差动变压器式电感传感器可以通过接入差动整流电路，有效降低零点残余电压的影响。（）4.热电偶的热电势大小只与热端和冷端温度有关，与热电偶电极材料无关。（）5.霍尔效应的本质是导体中的载流子在磁场中受到洛伦兹力作用发生偏转，在元件两端积累电荷产生电势差。（）6.压电式加速度传感器的工作频率范围必须高于其固有频率才能获得平坦的幅频响应。（）7.半导体色敏传感器可以直接识别不同波长的入射光，实现颜色检测。（）8.现代智能传感器都集成了微处理单元，能够完成信号调理、误差修正和数据通信功能。（）9.被动式红外传感器工作时不需要主动发射红外线，依靠接收被测物体自身的红外辐射实现探测。（）10.CCD图像传感器的暗电流噪声是固有噪声，其大小与工作温度无关。（）四、简答题（本题共5小题，每小题6分，共30分）1.简述传感器静态特性和动态特性的定义，并各列举三个常用的性能指标。2.什么是电阻应变片的温度误差？说明产生温度误差的主要原因，并列举两种常用的温度补偿方法。3.简述压电效应中的正压电效应和逆压电效应，分别说明二者在传感器技术中的应用场景。4.为什么热电偶测量温度时必须进行冷端温度补偿？列举三种常用的冷端补偿方法。5.简述激光雷达的工作原理，说明其相比毫米波雷达和摄像头在自动驾驶应用中的核心优势。五、综合应用题（本题共2小题，第一小题10分，第二小题10分，共20分，总分120分）1.现有一只量程为0~10MPa的压力传感器，标定后得到其输出电压范围为0~5V，全量程范围内的最大绝对误差为0.025MPa，试计算该传感器的最大绝对误差、满量程点的最大相对误差、满量程引用误差，并确定该传感器的精度等级。2.某钢铁厂工业现场需要测量100~800℃的烟气温度，测量精度要求不低于±1℃，传感器安装点距离控制室的走线距离为50米，现场存在大功率电机带来的强电磁干扰，请选择合适的温度传感器类型，说明选择理由，画出完整的测量系统组成框图，并说明各组成部分的功能。参考答案一、单项选择题1.A2.B3.B4.C5.A6.A7.D8.B9.A10.A11.B12.C13.C14.B15.C二、多项选择题1.ABCE2.BDE3.ACE4.ABCD5.AD6.ABCDE7.BCE8.ABDE9.ABCDE10.ABD三、判断题1.√2.×3.√4.×5.√6.×7.√8.√9.√10.×四、简答题1.答：传感器的静态特性是指当输入量为恒定值、或随时间变化极为缓慢可以忽略时，传感器输出量与输入量之间的对应关系，用于描述传感器测量稳态输入时的性能表现。常用的静态性能指标包括灵敏度、线性度、迟滞误差、重复精度、分辨力、满量程误差等，任意列举三项即可。传感器的动态特性是指当输入量随时间快速变化时，传感器输出量跟随输入量变化的响应特性，反映传感器对动态输入的跟踪能力。常用的动态性能指标包括上升时间、调整时间、固有频率、阻尼比、工作频带宽度等，任意列举三项即可。2.答：电阻应变片测量应变过程中，环境温度变化会产生与被测应变无关的附加输出误差，该误差即为电阻应变片的温度误差。产生温度误差的核心原因有两点：第一，应变片的电阻材料本身具有电阻温度系数，温度变化会引起电阻发生自然变化，产生附加输出；第二，被测试件材料与应变片电阻丝材料的线膨胀系数存在差异，温度变化时二者的自由伸长量不同，会给应变片引入附加应变，进而产生附加电阻变化。工程中常用的温度补偿方法包括两种：一是桥路补偿法，将两个特性完全一致的应变片接入测量电桥的相邻桥臂，一个作为工作片粘贴在被测试件受力位置，另一个作为补偿片粘贴在与试件同材料、同温度环境但不受力的补偿块上，温度变化引起的两个应变片电阻变化会在电桥输出中相互抵消，实现温度补偿；二是应变片自补偿法，通过选配电阻温度系数和线膨胀系数匹配的电阻丝材料，使得温度变化引起的两种附加电阻变化正好相互抵消，实现自补偿，此外还有热敏电阻补偿法等，任意列举两种即可。3.答：正压电效应是指具备压电特性的电介质材料，沿特定方向受到外力作用发生变形时，内部会产生极化现象，同时在两个相对的表面产生符号相反的束缚电荷，外力撤销后恢复不带电状态，外力大小改变时电荷数量也随之改变，是一种将机械能转化为电能的效应。逆压电效应是指在压电材料的极化方向施加外加电场，压电材料会产生对应方向的变形，外加电场撤销后变形也随之消失，是一种将电能转化为机械能的效应。正压电效应的典型应用场景：利用正压电效应制作动态力、压力、加速度、振动等参数的传感器，例如压电式汽车碰撞加速度传感器、压电式压力传感器、超声波检测中的压电接收探头等，将被测机械量转化为可测量的电信号输出。逆压电效应的典型应用场景：利用逆压电效应制作超声波发射探头、压电式喷墨打印头、MEMS压电微镜、主动振动控制中的压电促动器等，通过施加电信号获得需要的机械变形或振动输出。4.答：热电偶测温基于热电效应原理，总热电势的大小等于热端温度对应的函数减去冷端温度对应的函数，只有冷端温度保持恒定，热电势才是热端温度的单值函数。实际应用中，热电偶的热端安装在被测介质中，冷端位于靠近现场环境的位置，温度会随环境温度变化不断波动，无法保持恒定，因此会导致热电势输出随冷端温度变化产生附加测量误差，必须进行冷端温度补偿消除该误差。常用的冷端补偿方法包括三种：一是0℃恒温法，将冷端放置在冰水混合物中保持温度恒定为0℃，多用于实验室高精度标定和测量；二是补偿导线法，采用与热电偶热电特性一致、成本较低的补偿导线将热电偶冷端延伸到温度稳定的控制室内，解决远距离测量中冷端温度波动的问题；三是电桥补偿法，利用不平衡电桥的输出随温度变化的特性，补偿冷端温度变化引起的热电势变化，实现自动补偿，此外还有计算修正法等，任意列举三种即可。5.答：激光雷达的工作原理是向探测区域的不同方向发射定向激光脉冲，测量激光从发射到碰到障碍物后反射回激光雷达接收器的时间差，乘以光速得到激光雷达到障碍物的距离，通过振镜或MEMS微镜对整个探测区域进行扫描，得到区域内所有障碍物点的距离信息，最终重构出探测区域的三维点云地图，实现障碍物探测、环境建模和自身定位。相比毫米波雷达，激光雷达的角分辨率和距离精度更高，能够得到障碍物的精确三维轮廓，探测距离更远，能够区分近距离内的多个不同目标，不会出现目标混叠的问题；相比可见光摄像头，激光雷达不受光照条件变化影响，黑夜、阴天、强光逆光环境下都可以稳定工作，深度测量精度远高于摄像头，对障碍物的识别鲁棒性更强，不容易被误检，因此成为当前高阶自动驾驶感知系统中核心的环境探测传感器。五、综合应用题1.解：已知该传感器输入量程为0~10MPa，全量程最大绝对误差Δmax=0.025MPa，满量程输入YFS=10MPa-0=10MPa。（1）最大绝对误差：该传感器全量程范围内测量值与真实值的最大差值为0.025MPa，即Δmax=0.025MPa。（2）满量程点的最大相对误差：相对误差为绝对误差与被测真实值的百分比，满量程点被测真实值Y=10MPa，因此γmax=(Δmax/Y)×100%=(0.025/10)×100%=0.25%。（3）满量程引用误差：引用误差为最大绝对误差与满量程输入的百分比，即γFS=(Δmax/YFS)×100%=(0.025/10)×100%=0.25%。（4）精度等级：传感器精度等级由最大引用误差决定，取最大引用误差去掉百分号后的数值，因此该传感器的精度等级为0.25级。2.答：（1）传感器选型：选择K型热电偶作为测温传感器，选择理由如下：第一，K型热电偶的测量范围覆盖-200℃~1300℃，完全覆盖被测100~800℃的温度范围，满足测量范围要求；第二，K型热电偶精度等级可达0.4级，在测量范围内误差可控制在±1℃以内，满足