2026年传感器与检测技术试卷及答案

2026年传感器与检测技术试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某传感器在输入量变化0.5kPa时，输出电压变化20mV，则其灵敏度为（）。A.40mV/kPaB.10mV/kPaC.25mV/kPaD.80mV/kPa2.下列参数中，属于传感器动态特性指标的是（）。A.线性度B.时间常数C.迟滞D.重复性3.应变片的灵敏度系数K指的是（）。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4.变气隙式电感传感器的输出特性呈（）。A.线性关系B.反比关系C.平方关系D.对数关系5.为减小电容式传感器的边缘效应，可采取的措施是（）。A.增大极板间距B.减小极板面积C.增加保护环D.采用差动结构6.光电传感器中，利用外光电效应工作的器件是（）。A.光敏电阻B.光电二极管C.光电倍增管D.光电池7.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.电荷易泄漏C.输出阻抗高D.灵敏度随温度变化8.热电偶的热电势大小仅与（）有关。A.热电极的材料和两端温度B.热电极的长度和直径C.热电极的形状和尺寸D.环境湿度和压力9.某智能传感器内置MCU，其核心功能是（）。A.提高灵敏度B.实现自校准与补偿C.增大测量范围D.降低成本10.检测系统中，抑制共模干扰最有效的方法是（）。A.屏蔽接地B.采用差分放大器C.增加滤波电路D.缩短信号线长度二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的静态特性指标包括线性度、灵敏度、______和______等。2.金属应变片的工作原理是______效应，半导体应变片的工作原理是______效应。3.电感式传感器按结构可分为变气隙式、______和______三类。4.电容式传感器的三种基本类型是变极距型、______和______。5.光电效应分为外光电效应、______和______三类，其中光电池基于______效应工作。6.压电材料分为______（如石英晶体）和______（如PZT）两大类。7.热电偶的基本定律包括均质导体定律、______和______。8.检测系统的误差按性质可分为系统误差、______和______。9.MEMS传感器的核心优势是______、______和低功耗。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述应变式传感器中温度误差的产生原因及补偿方法。2.电感式传感器的零点残余电压是如何产生的？可采取哪些措施减小？3.比较电容式传感器变极距型与变面积型的优缺点。4.说明光电传感器中调制技术的作用，并列举两种常用调制方式。5.简述压电式传感器与电荷放大器连接时，输出电压与被测信号频率的关系。四、分析计算题（每题10分，共30分）1.一应变片的电阻R=120Ω，灵敏度系数K=2.0，粘贴于弹性模量E=200GPa的钢构件表面。当构件受拉应力σ=500MPa时，求应变片的电阻变化量ΔR及电阻相对变化率ΔR/R。（已知应变ε=σ/E）2.某压电式加速度传感器的电荷灵敏度Kq=100pC/g（g为重力加速度，取9.8m/s²），与电荷放大器连接，电荷放大器的反馈电容Cf=1000pF。当被测加速度a=5g时，求电荷放大器的输出电压Uo（忽略电缆电容）。3.用K型热电偶（分度号为K，参考端温度为0℃时，热电势E(T,0)=41.276mV对应温度T1=1000℃；E(T2,0)=2.785mV对应T2=68℃）测量某炉温。已知冷端温度Tc=30℃，测得热电势E(T,Tc)=38.523mV，求炉温T（提示：利用中间温度定律E(T,Tc)=E(T,0)-E(Tc,0)）。五、综合设计题（20分）设计一个用于新能源汽车动力电池的温度-压力复合检测系统，要求：（1）选择温度传感器和压力传感器的类型，并说明选择依据；（2）设计信号调理电路的基本结构（需包含放大、滤波环节）；（3）提出数据采集与传输方案（需考虑实时性与抗干扰）；（4）列举至少3项系统抗干扰措施。答案一、单项选择题1.A2.B3.A4.B5.C6.C7.B8.A9.B10.B二、填空题1.迟滞；重复性（或精度、分辨力等）2.金属电阻应变；压阻3.变面积式；螺管式4.变面积型；变介电常数型5.内光电效应；光生伏特效应；光生伏特6.单晶压电材料；多晶压电陶瓷7.中间导体定律；中间温度定律8.随机误差；粗大误差9.微型化；集成化三、简答题1.温度误差原因：①应变片电阻随温度变化（热阻效应）；②试件与应变片材料线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、全桥接线）；②温度自补偿应变片；③环境温度控制。2.零点残余电压产生原因：①传感器两线圈参数（电感、内阻）不对称；②铁芯磁化曲线非线性；③寄生电容耦合。减小措施：①设计时保证线圈对称；②采用相敏检波电路；③增加调零电路。3.变极距型：优点是灵敏度高（与极板间距平方成反比）；缺点是测量范围小（非线性严重），适用于微位移检测。变面积型：优点是线性度好、测量范围大；缺点是灵敏度较低（与极板边长成正比），适用于较大位移检测。4.调制技术作用：抑制直流漂移和低频噪声，提高信噪比。常用方式：①光强调制（如正弦波调制光源）；②频率调制（如改变光源闪烁频率）；③相位调制（如利用偏振光相位差）。5.压电式传感器输出电荷Q=Kq·a，电荷放大器输出电压Uo=Q/Cf=Kq·a/Cf。当被测信号频率f高于传感器下限截止频率时，Uo与f无关；当f低于下限时，Uo随f降低而减小（因压电元件等效电容的容抗增大，电荷泄漏加剧）。四、分析计算题1.应变ε=σ/E=500×10⁶Pa/(200×10⁹Pa)=2500×10⁻⁶电阻相对变化率ΔR/R=K·ε=2.0×2500×10⁻⁶=0.005电阻变化量ΔR=R·ΔR/R=120Ω×0.005=0.6Ω2.电荷Q=Kq·a=100pC/g×5g=500pC输出电压Uo=Q/Cf=500pC/1000pF=0.5V3.由中间温度定律，E(T,0)=E(T,Tc)+E(Tc,0)查K型热电偶分度表，Tc=30℃时E(Tc,0)=1.203mV（注：实际分度表中30℃对应约1.203mV，此处假设数据）则E(T,0)=38.523mV+1.203mV=39.726mV查分度表，E=39.726mV对应温度约960℃（注：实际K型热电偶1000℃对应41.276mV，960℃约为39.7mV，故T≈960℃）五、综合设计题（1）传感器选择：温度传感器：选择NTC热敏电阻（或PT100铂电阻）。NTC灵敏度高、响应快，适合电池组小空间测温；PT100线性度好、精度高，适合关键单点温度监测。压力传感器：选择压阻式MEMS传感器。体积小、集成度高，可嵌入电池模组监测内部应力变化。（2）信号调理电路：温度信号：NTC经恒流源供电，输出电压经差分放大器（抑制共模噪声）放大，后接二阶低通滤波器（截止频率10Hz，滤除高频干扰）。压力信号：MEMS传感器输出差分电压，经仪表放大器（高共模抑制比）放大，通过带通滤波器（0.1~100Hz）保留低频压力波动信号。（3）数据采集与传输：采集：采用16位ADC（如ADS1115），采样频率100Hz（满足温度/压力变化率要求），通过I²C总线与MCU（如STM32）通信。传输：通过CA