2025年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工程師傳感器應(yīng)用試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種傳感器屬于基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)的慣性傳感器？A.紅外氣體傳感器B.壓阻式加速度計(jì)C.熱電偶溫度傳感器D.電容式濕度傳感器2.某物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)需同時(shí)測(cè)量0-100℃溫度（精度±0.5℃）和10-90%RH濕度（精度±2%RH），以下哪組傳感器組合最合理？A.DS18B20（溫度）+SHT30（濕度）B.PT100（溫度）+DHT11（濕度）C.LM35（溫度）+HIH-4000（濕度）D.TMP36（溫度）+AM2302（濕度）3.關(guān)于光纖傳感器的描述，錯(cuò)誤的是：A.抗電磁干擾能力強(qiáng)B.可實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量C.溫度敏感型光纖傳感器基于瑞利散射原理D.適用于易燃易爆環(huán)境4.某工業(yè)場(chǎng)景需監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率（范圍50-10000Hz），應(yīng)優(yōu)先選擇：A.壓電式加速度傳感器（頻率響應(yīng)0.5-20000Hz）B.壓阻式加速度傳感器（頻率響應(yīng)0-500Hz）C.電容式位移傳感器（頻率響應(yīng)0-100Hz）D.應(yīng)變式力傳感器（頻率響應(yīng)0-1000Hz）5.低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）中，LoRa技術(shù)采用的調(diào)制方式是：A.正交頻分復(fù)用（OFDM）B.擴(kuò)頻調(diào)制（CSS）C.高斯頻移鍵控（GFSK）D.二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）6.氣體傳感器中，基于半導(dǎo)體表面吸附反應(yīng)原理的是：A.電化學(xué)一氧化碳傳感器B.催化燃燒式甲烷傳感器C.金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）甲醛傳感器D.紅外二氧化碳傳感器7.某農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需監(jiān)測(cè)土壤墑情（體積含水量5-40%），最適合的傳感器是：A.電阻式土壤濕度傳感器（精度±5%）B.頻域反射（FDR）土壤水分傳感器（精度±2%）C.電容式土壤溫度傳感器（僅測(cè)溫度）D.張力計(jì)（測(cè)量土壤水勢(shì)）8.傳感器標(biāo)定的核心目的是：A.提高傳感器的響應(yīng)速度B.建立輸入量與輸出信號(hào)的定量關(guān)系C.延長(zhǎng)傳感器的使用壽命D.增強(qiáng)傳感器的抗干擾能力9.以下哪種傳感器需要定期更換電解液以保證測(cè)量精度？A.電化學(xué)氧氣傳感器B.紅外氨氣傳感器C.半導(dǎo)體酒精傳感器D.激光粉塵傳感器10.多傳感器融合中，卡爾曼濾波主要用于處理：A.異質(zhì)傳感器的語義融合B.動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)C.靜態(tài)環(huán)境的特征提取D.傳感器故障檢測(cè)與隔離11.某智能穿戴設(shè)備需監(jiān)測(cè)用戶心率（50-120次/分），最常用的傳感器是：A.壓電式壓力傳感器（接觸式）B.光電體積描記（PPG）傳感器（光學(xué)式）C.壓阻式應(yīng)變傳感器（佩戴式）D.電容式接近傳感器（非接觸式）12.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）中，用于設(shè)備健康監(jiān)測(cè)的振動(dòng)傳感器通常需滿足的關(guān)鍵指標(biāo)是：A.低功耗（<1mW）B.高分辨率（μg級(jí)）C.寬溫度范圍（-40-125℃）D.抗電磁干擾（EMC等級(jí)ClassA）13.關(guān)于傳感器節(jié)點(diǎn)自校準(zhǔn)技術(shù)，正確的描述是：A.依賴外部標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備定期校準(zhǔn)B.通過內(nèi)置參考傳感器或算法實(shí)現(xiàn)C.僅適用于靜態(tài)特性校準(zhǔn)D.無法補(bǔ)償長(zhǎng)期漂移誤差14.冷鏈物流溫度監(jiān)測(cè)中，為防止傳感器數(shù)據(jù)被篡改，通常采用的技術(shù)是：A.藍(lán)牙低功耗（BLE）加密傳輸B.區(qū)塊鏈存證（Hash值上鏈）C.云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控D.本地存儲(chǔ)+定時(shí)上傳15.以下哪項(xiàng)不屬于傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)？A.上升時(shí)間B.線性度C.超調(diào)量D.頻率響應(yīng)二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)包括______、______、______和重復(fù)性等（至少填3個(gè)）。2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有______、______和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh）。3.溫濕度傳感器的校準(zhǔn)通常采用______法（如飽和鹽溶液法）或______設(shè)備（如溫濕度校準(zhǔn)箱）。4.壓電式傳感器只能測(cè)量______信號(hào)（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)），其工作原理基于______效應(yīng)。5.氣體傳感器中，催化燃燒式傳感器主要用于檢測(cè)______氣體（如甲烷、丙烷），而紅外式傳感器可檢測(cè)______氣體（如CO?、CH?）。6.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的4-20mA電流信號(hào)傳輸方式，其優(yōu)勢(shì)是______和______（抗干擾/長(zhǎng)距離傳輸/高精度）。7.多傳感器融合的層次可分為______、______和決策層融合。8.低功耗設(shè)計(jì)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的“休眠-喚醒”機(jī)制需結(jié)合______（如定時(shí)喚醒）或______（如事件觸發(fā)）策略。9.土壤墑情監(jiān)測(cè)中，F(xiàn)DR傳感器通過測(cè)量______來反演土壤含水量，其優(yōu)點(diǎn)是______（受鹽分影響小/響應(yīng)速度快）。10.光纖布拉格光柵（FBG）傳感器的核心原理是______，可同時(shí)測(cè)量溫度和______（如應(yīng)變、壓力）。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.比較壓阻式傳感器與壓電式傳感器的工作原理、適用場(chǎng)景及優(yōu)缺點(diǎn)。2.說明物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)低功耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)（至少列舉4項(xiàng)），并簡(jiǎn)述其實(shí)現(xiàn)方式。3.解釋多傳感器融合的必要性，并列舉3種常用的融合方法（需說明每種方法的適用場(chǎng)景）。4.某城市環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目需部署PM2.5、SO?、NO?和溫度傳感器，分析傳感器部署時(shí)需考慮的環(huán)境因素（至少5項(xiàng)）及對(duì)應(yīng)的解決措施。5.簡(jiǎn)述工業(yè)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)中，傳感器選型的關(guān)鍵參數(shù)（至少5項(xiàng)），并說明各參數(shù)的選擇依據(jù)。四、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某智慧農(nóng)業(yè)大棚需實(shí)現(xiàn)“土壤溫濕度-空氣溫濕度-光照強(qiáng)度”的多參數(shù)監(jiān)測(cè)，要求：（1）列出各參數(shù)對(duì)應(yīng)的傳感器類型及選型依據(jù)（需注明主要技術(shù)指標(biāo)）；（2）設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信方案（包括通信協(xié)議、傳輸距離、功耗控制）；（3）分析數(shù)據(jù)異常（如土壤濕度驟降）的可能原因及應(yīng)對(duì)策略。2.某智能家居系統(tǒng)需監(jiān)測(cè)用戶夜間睡眠狀態(tài)（包括呼吸頻率、體動(dòng)、臥室溫濕度），要求：（1）選擇適合的非接觸式傳感器（至少2種）及接觸式傳感器（至少1種），并說明選型理由；（2）設(shè)計(jì)傳感器數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算邏輯（如判斷“深睡眠”狀態(tài)的條件）；（3）提出系統(tǒng)低功耗優(yōu)化方案（需結(jié)合傳感器工作模式與通信策略）。五、設(shè)計(jì)題（20分）設(shè)計(jì)一個(gè)面向冷鏈物流的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求：（1）明確系統(tǒng)組成（傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、云平臺(tái)）；（2）選擇傳感器類型及關(guān)鍵參數(shù)（測(cè)量范圍、精度、防護(hù)等級(jí)）；（3）設(shè)計(jì)通信方案（包括傳感器與網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)與云平臺(tái)的通信協(xié)議及抗干擾措施）；（4）制定數(shù)據(jù)處理流程（包括數(shù)據(jù)采集頻率、異常報(bào)警規(guī)則、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求）；（5）提出系統(tǒng)可靠性保障措施（至少3項(xiàng)）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B（MEMS慣性傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀，壓阻式加速度計(jì)基于MEMS技術(shù)）2.A（DS18B20溫度精度±0.5℃，SHT30濕度精度±1.5%RH，滿足要求；DHT11濕度精度±5%RH不足）3.C（溫度敏感型光纖傳感器多基于布里淵散射或拉曼散射，瑞利散射主要用于分布式應(yīng)變傳感）4.A（壓電式傳感器頻率響應(yīng)寬，適合高頻振動(dòng)測(cè)量）5.B（LoRa采用擴(kuò)頻調(diào)制（CSS），抗干擾能力強(qiáng)）6.C（MOS傳感器通過氣體吸附改變半導(dǎo)體電導(dǎo)率）7.B（FDR傳感器精度高，適合土壤體積含水量測(cè)量）8.B（標(biāo)定的核心是建立輸入-輸出的定量關(guān)系）9.A（電化學(xué)傳感器電解液會(huì)消耗，需定期更換）10.B（卡爾曼濾波用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)）11.B（PPG是智能穿戴心率監(jiān)測(cè)的主流技術(shù)）12.B（設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)需高分辨率（μg級(jí)）以捕捉微小異常）13.B（自校準(zhǔn)通過內(nèi)置參考或算法實(shí)現(xiàn)，無需外部設(shè)備）14.B（區(qū)塊鏈存證可防止數(shù)據(jù)篡改）15.B（線性度是靜態(tài)特性指標(biāo)）二、填空題1.靈敏度、線性度、遲滯（或重復(fù)性、精度）2.星型網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)3.濕度固定點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)溫濕度4.動(dòng)態(tài)、壓電（正壓電）5.可燃、紅外吸收型6.抗干擾、長(zhǎng)距離傳輸7.數(shù)據(jù)層（像素層）、特征層8.時(shí)間觸發(fā)、事件觸發(fā)9.土壤介電常數(shù)、受鹽分影響小10.布拉格波長(zhǎng)漂移、應(yīng)變?nèi)?、?jiǎn)答題1.壓阻式傳感器：基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)（應(yīng)力引起電阻率變化），適用于靜態(tài)或低頻動(dòng)態(tài)測(cè)量（如壓力、加速度），優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、線性好，缺點(diǎn)是溫度漂移大，需溫度補(bǔ)償。壓電式傳感器：基于壓電材料的壓電效應(yīng)（應(yīng)力引起電荷輸出），僅適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量（如振動(dòng)、沖擊），優(yōu)點(diǎn)是頻響寬、抗干擾強(qiáng)，缺點(diǎn)是無法測(cè)靜態(tài)信號(hào)，需高輸入阻抗放大器。2.關(guān)鍵技術(shù)：（1）低功耗傳感器選型（如選擇休眠電流<1μA的傳感器）；（2）動(dòng)態(tài)電源管理（根據(jù)任務(wù)需求調(diào)整供電電壓）；（3）事件觸發(fā)采樣（僅在檢測(cè)到變化時(shí)喚醒）；（4）高效通信協(xié)議（如LoRa的低占空比設(shè)計(jì)）；（5）邊緣計(jì)算（本地處理數(shù)據(jù)，減少上傳量）。3.必要性：?jiǎn)我粋鞲衅鞔嬖跍y(cè)量范圍、精度或可靠性限制，融合可提高數(shù)據(jù)置信度、覆蓋多維度信息。常用方法：（1）卡爾曼濾波（動(dòng)態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)，如導(dǎo)航定位）；（2）貝葉斯估計(jì)（處理不確定性數(shù)據(jù)，如環(huán)境監(jiān)測(cè)）；（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（非線性復(fù)雜場(chǎng)景，如設(shè)備故障診斷）。4.環(huán)境因素及措施：（1）粉塵污染（PM2.5傳感器需防塵罩，定期清潔）；（2）濕度影響（SO?、NO?傳感器需內(nèi)置濕度補(bǔ)償算法）；（3）溫度波動(dòng)（傳感器需寬溫范圍（-20-50℃），或加恒溫模塊）；（4）電磁干擾（采用屏蔽電纜，傳感器外殼接地）；（5）氣流擾動(dòng)（部署于通風(fēng)良好處，避免死角）；（6）腐蝕性氣體（傳感器表面涂覆防腐層）。5.關(guān)鍵參數(shù)：（1）測(cè)量范圍（覆蓋設(shè)備正常振動(dòng)加速度范圍，如0-50g）；（2）頻率響應(yīng)（覆蓋設(shè)備故障特征頻率，如0.5-20kHz）；（3）分辨率（≥10μg，捕捉早期故障）；（4）溫度范圍（-40-125℃，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境）；（5）防護(hù)等級(jí)（IP65，防灰塵、液體）；（6）安裝方式（如磁吸式或螺栓固定，確保與設(shè)備剛性連接）。四、綜合分析題1.（1）土壤溫濕度：FDR傳感器（測(cè)量范圍0-50%體積含水量，精度±2%；溫度-20-80℃，±0.5℃），因受土壤鹽分影響小?？諝鉁貪穸龋篠HT40（濕度0-100%RH，±1.5%；溫度-40-125℃，±0.1℃），高精度適合大棚。光照強(qiáng)度：TSL2591（范圍1-188000lux，精度±10%），覆蓋植物光補(bǔ)償點(diǎn)到飽和點(diǎn)。（2）通信方案：傳感器節(jié)點(diǎn)通過LoRa（433MHz）與網(wǎng)關(guān)通信（傳輸距離5km，功耗<10mW/次）；網(wǎng)關(guān)通過4G/5G上傳云平臺(tái)（支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳）。節(jié)點(diǎn)采用定時(shí)喚醒（每10分鐘采樣一次）+事件觸發(fā)（如濕度<20%時(shí)加密上傳）。（3）土壤濕度驟降可能原因：傳感器故障（檢查校準(zhǔn)值）、灌溉系統(tǒng)故障（聯(lián)動(dòng)開啟補(bǔ)水）、土壤滲漏（人工排查）。應(yīng)對(duì)策略：節(jié)點(diǎn)立即上傳異常數(shù)據(jù)，云平臺(tái)觸發(fā)報(bào)警（短信+APP通知），聯(lián)動(dòng)開啟滴灌系統(tǒng)并記錄事件日志。2.（1）非接觸式：毫米波雷達(dá)（檢測(cè)呼吸頻率（0.1-0.5Hz）、體動(dòng)（微小位移），穿透性好，不受光線影響）；紅外熱釋電傳感器（監(jiān)測(cè)臥室溫度分布，輔助判斷睡眠區(qū)域）。接觸式：壓阻式床墊傳感器（測(cè)量體動(dòng)頻率，精度±0.1kPa）。（2）邊緣計(jì)算邏輯：毫米波雷達(dá)檢測(cè)呼吸頻率穩(wěn)定在0.15-0.25Hz（9-15次/分）且體動(dòng)幅度<5cm時(shí)，判定為“深睡眠”；結(jié)合溫濕度（20-24℃，40-60%RH）優(yōu)化空調(diào)運(yùn)行。（3）低功耗優(yōu)化：雷達(dá)傳感器采用間歇工作（每30秒喚醒1秒）；紅外傳感器僅在夜間（22:00-6:00）啟用；數(shù)據(jù)通過BLE（低功耗藍(lán)牙）傳輸至網(wǎng)關(guān)（傳輸功耗<5mW），網(wǎng)關(guān)定時(shí)（每5分鐘）匯總上傳云平臺(tái)。五、設(shè)計(jì)題（1）系統(tǒng)組成：傳感器節(jié)點(diǎn)（部署于冷鏈箱內(nèi)）、網(wǎng)關(guān)（安裝于運(yùn)輸車輛，收集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)）、云平臺(tái)（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、報(bào)警）。（2）傳感器選型：數(shù)字式溫度傳感器（如MAX31820），測(cè)量范圍-40-85℃（覆蓋冷鏈-20-8℃需求），精度±0.5℃，防護(hù)等級(jí)IP67（防水防塵）。（3）通信方案：節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)：LoRa（470MHz），傳輸距離3km（適應(yīng)貨車集裝箱環(huán)境），采用AES-128加密防竊聽；網(wǎng)關(guān)與云平臺(tái)：4GCat.1（低功耗廣覆蓋），支持TCP/IP協(xié)議，增加心跳包檢測(cè)連接狀態(tài)?？垢蓴_措施：