(2025年)傳感器應(yīng)用技術(shù)考核試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種傳感器屬于能量控制型傳感器？A.熱電偶B.壓電式加速度計(jì)C.應(yīng)變片D.光電池答案：C2.工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩檢測(cè)中，常用的傳感器是？A.壓阻式壓力傳感器B.光纖光柵傳感器C.應(yīng)變式扭矩傳感器D.電容式位移傳感器答案：C3.基于外光電效應(yīng)的傳感器是？A.光敏電阻B.光電二極管C.光電倍增管D.光電池答案：C4.用于氣體濃度檢測(cè)時(shí)，半導(dǎo)體式氣體傳感器的工作原理是？A.氣體分子吸附引起電導(dǎo)率變化B.氣體與電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)C.氣體對(duì)特定波長(zhǎng)紅外光的吸收D.氣體壓力變化導(dǎo)致電容變化答案：A5.某溫度傳感器的測(cè)量范圍為-40℃~125℃，精度等級(jí)0.5級(jí)，其最大絕對(duì)誤差為？A.±0.825℃B.±0.325℃C.±0.625℃D.±0.525℃答案：A（計(jì)算：(125-(-40))×0.5%=165×0.005=0.825℃）6.MEMS加速度計(jì)的核心敏感結(jié)構(gòu)通常是？A.懸臂梁+質(zhì)量塊B.壓電陶瓷片C.光纖光柵D.電感線圈答案：A7.物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中，為降低功耗常采用的傳感器接口技術(shù)是？A.模擬電壓輸出B.I2C數(shù)字接口C.4-20mA電流環(huán)D.脈沖頻率輸出答案：D（脈沖頻率輸出可通過(guò)占空比調(diào)節(jié)降低持續(xù)供電需求）8.醫(yī)用電子血壓計(jì)中，壓力傳感器的主要作用是？A.檢測(cè)袖帶內(nèi)氣壓變化B.測(cè)量動(dòng)脈血管壁振動(dòng)C.監(jiān)測(cè)心率信號(hào)D.校準(zhǔn)血壓數(shù)值答案：A9.激光測(cè)距傳感器的精度主要取決于？A.激光波長(zhǎng)穩(wěn)定性B.接收端光電探測(cè)器靈敏度C.時(shí)間測(cè)量分辨率D.發(fā)射功率答案：C（飛行時(shí)間法中，精度=光速×?xí)r間分辨率/2）10.土壤墑情監(jiān)測(cè)中，頻域反射法（FDR）土壤濕度傳感器的工作原理是？A.測(cè)量土壤電導(dǎo)率B.檢測(cè)電磁波在土壤中的傳播速度C.利用電容變化反映濕度D.通過(guò)重量變化計(jì)算含水量答案：B11.以下哪種傳感器可用于非接觸式溫度測(cè)量？A.PT100熱電阻B.熱電偶C.紅外熱像儀D.半導(dǎo)體溫度傳感器答案：C12.智能手環(huán)中監(jiān)測(cè)血氧飽和度的傳感器組合是？A.綠光LED+光電探測(cè)器B.紅光+紅外光LED+光電探測(cè)器C.紫外光LED+光電倍增管D.激光二極管+雪崩光電二極管答案：B（利用血紅蛋白對(duì)紅光（660nm）和紅外光（940nm）的吸收差異）13.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，為避免電磁干擾，應(yīng)變式傳感器信號(hào)傳輸常采用？A.單端輸入+屏蔽線B.差分輸入+屏蔽雙絞線C.同軸電纜+單端接地D.光纖傳輸+模擬調(diào)制答案：B14.氣體傳感器標(biāo)定過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度梯度通常設(shè)置為？A.0%、25%、50%、75%、100%滿量程B.0%、10%、30%、60%、100%滿量程C.0%、5%、20%、50%、80%滿量程D.0%、1%、5%、10%、20%滿量程答案：A（覆蓋全量程以保證線性度校準(zhǔn)）15.自動(dòng)駕駛車輛中，激光雷達(dá)（LiDAR）與毫米波雷達(dá)的主要互補(bǔ)特性是？A.激光雷達(dá)測(cè)角精度高，毫米波雷達(dá)穿透雨霧能力強(qiáng)B.激光雷達(dá)探測(cè)距離遠(yuǎn)，毫米波雷達(dá)成本低C.激光雷達(dá)抗干擾性好，毫米波雷達(dá)分辨率高D.激光雷達(dá)體積小，毫米波雷達(dá)實(shí)時(shí)性強(qiáng)答案：A二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器的基本組成包括______元件和______元件，其中前者負(fù)責(zé)感知被測(cè)量，后者負(fù)責(zé)將感知信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。答案：敏感；轉(zhuǎn)換2.壓阻式傳感器的核心材料是______，其工作原理基于______效應(yīng)。答案：半導(dǎo)體（如單晶硅）；壓阻3.光電傳感器中，______效應(yīng)是指光照射下物體內(nèi)部載流子濃度變化導(dǎo)致電導(dǎo)率改變的現(xiàn)象，典型器件為______。答案：內(nèi)光電；光敏電阻（或光電二極管）4.熱電偶的熱電勢(shì)由______電勢(shì)和______電勢(shì)組成，其測(cè)溫必須滿足______條件。答案：接觸；溫差；參考端溫度恒定（或冷端補(bǔ)償）5.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)包括______、______、______和靈敏度等，其中______反映多次測(cè)量同一量時(shí)的分散程度。答案：線性度；遲滯；重復(fù)性；重復(fù)性6.MEMS傳感器的全稱是______，其核心制造工藝包括______和______技術(shù)。答案：微機(jī)電系統(tǒng)；光刻；刻蝕（或薄膜沉積）7.氣體傳感器按檢測(cè)原理可分為______式、______式和______式，其中催化燃燒式主要用于______氣體檢測(cè)。答案：半導(dǎo)體；電化學(xué)；催化燃燒；可燃8.應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K定義為______與______的比值，金屬應(yīng)變片的K主要由______變化引起，半導(dǎo)體應(yīng)變片的K主要由______變化引起。答案：電阻相對(duì)變化率（ΔR/R）；應(yīng)變（ε）；幾何尺寸；電阻率三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述電容式傳感器的工作原理及主要優(yōu)缺點(diǎn)。答案：電容式傳感器基于平行板電容公式C=εA/d（ε為介電常數(shù)，A為極板面積，d為極板間距），通過(guò)被測(cè)量（如位移、壓力、濕度）改變?chǔ)?、A或d來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低；缺點(diǎn)：寄生電容影響大、非線性誤差明顯、對(duì)絕緣要求高。2.說(shuō)明壓電式傳感器為何不能用于靜態(tài)測(cè)量，需采用何種信號(hào)調(diào)理電路？答案：壓電式傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)（機(jī)械應(yīng)力→電荷），其輸出為電荷信號(hào)，等效為電荷源與電容并聯(lián)。靜態(tài)測(cè)量時(shí)，電荷會(huì)通過(guò)測(cè)量電路的泄漏電阻緩慢放電，導(dǎo)致輸出信號(hào)衰減。因此需采用電荷放大器或電壓放大器（高輸入阻抗），將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并保持高輸入阻抗以減少電荷泄漏。3.比較紅外溫度傳感器與接觸式溫度傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景差異。答案：接觸式傳感器（如熱電偶、熱電阻）需與被測(cè)物體直接接觸，適用于常溫、穩(wěn)定環(huán)境下的精確測(cè)量（如工業(yè)爐溫、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)），但存在響應(yīng)慢、易污染、無(wú)法測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體等局限。紅外溫度傳感器通過(guò)接收物體熱輻射測(cè)溫，屬于非接觸測(cè)量，適用于高溫（如鋼水、爐窯）、運(yùn)動(dòng)（如旋轉(zhuǎn)機(jī)械）、微小區(qū)域（如電子芯片）或危險(xiǎn)環(huán)境（如高壓設(shè)備）的溫度監(jiān)測(cè)，但易受環(huán)境輻射、被測(cè)物體發(fā)射率影響，需校準(zhǔn)發(fā)射率參數(shù)。4.簡(jiǎn)述傳感器線性度的定義及校準(zhǔn)方法。答案：線性度是指?jìng)鞲衅鬏敵?輸入特性曲線與理論擬合直線的偏離程度，通常用最大偏差與滿量程輸出的百分比表示。校準(zhǔn)方法：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸入多個(gè)已知量（如溫度傳感器輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)），測(cè)量對(duì)應(yīng)的輸出值，采用最小二乘法擬合得到理論直線，計(jì)算各點(diǎn)偏差，取最大值作為線性度指標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中可通過(guò)軟件查表或多項(xiàng)式擬合進(jìn)行線性補(bǔ)償。5.說(shuō)明在智能農(nóng)業(yè)大棚中，如何通過(guò)多傳感器融合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控。答案：需部署溫濕度傳感器（監(jiān)測(cè)環(huán)境溫濕度）、土壤濕度傳感器（監(jiān)測(cè)土壤墑情）、光照傳感器（監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度）、CO2傳感器（監(jiān)測(cè)氣體濃度）。通過(guò)微控制器采集多傳感器數(shù)據(jù)，融合算法（如加權(quán)平均、卡爾曼濾波）處理冗余信息，判斷作物生長(zhǎng)狀態(tài)：當(dāng)土壤濕度低于閾值時(shí)啟動(dòng)灌溉；溫度過(guò)高時(shí)開啟通風(fēng)或遮陽(yáng)；光照不足時(shí)補(bǔ)光；CO2濃度過(guò)低時(shí)增施氣肥。融合策略需結(jié)合作物生長(zhǎng)模型（如不同生長(zhǎng)期的溫濕度需求），實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，降低能耗。四、分析題（每題10分，共20分）1.某汽車廠商需開發(fā)碰撞預(yù)警系統(tǒng)，要求檢測(cè)50ms內(nèi)0-300g的加速度變化（g為重力加速度，1g=9.8m/s2），請(qǐng)分析應(yīng)選擇何種類型的加速度傳感器，并說(shuō)明選型依據(jù)。答案：應(yīng)選擇MEMS壓阻式或電容式加速度傳感器。選型依據(jù)：（1）量程：需覆蓋0-300g，MEMS傳感器量程通常可達(dá)±500g，滿足需求；（2）響應(yīng)頻率：碰撞過(guò)程為高頻沖擊（50ms內(nèi)完成），需傳感器固有頻率遠(yuǎn)高于被測(cè)信號(hào)頻率（如10kHz以上），MEMS傳感器固有頻率可達(dá)20kHz，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；（3）靈敏度：需足夠靈敏度分辨微小加速度變化（如0.1g），壓阻式靈敏度約10mV/g，電容式約50mV/g，均滿足；（4）抗干擾：汽車環(huán)境存在振動(dòng)、溫度變化，需傳感器具備溫度補(bǔ)償（內(nèi)置ADC和校準(zhǔn)算法）、抗沖擊封裝（如陶瓷封裝）；（5）接口：需數(shù)字輸出（I2C/SPI）便于與ECU通信，支持高速采樣（≥10kHz）。綜合考慮，MEMS電容式加速度傳感器（如ADXL377，量程±200g~±500g，帶寬5kHz）為優(yōu)選。2.工業(yè)機(jī)器人焊接作業(yè)中，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊槍與工件的距離（范圍0-5mm，精度±0.05mm），分析可選的非接觸式距離傳感器類型及各自優(yōu)缺點(diǎn)。答案：可選傳感器類型及分析：（1）激光三角測(cè)距傳感器：通過(guò)激光照射工件，接收反射光在CCD/CMOS上的位置變化計(jì)算距離。優(yōu)點(diǎn)：精度高（可達(dá)±0.01mm）、響應(yīng)快（kHz級(jí)）；缺點(diǎn)：對(duì)工件表面反射率敏感（需漫反射表面）、成本較高。（2）電容式位移傳感器：利用極板與工件間電容變化測(cè)距。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)磨損、適用于金屬/非金屬工件；缺點(diǎn)：量程?。ㄍǔ?-2mm）、易受油污/粉塵影響（改變介電常數(shù)）。（3）電感式位移傳感器（電渦流傳感器）：通過(guò)金屬工件渦流效應(yīng)引起電感變化測(cè)距。優(yōu)點(diǎn)：適用于金屬工件、抗油污能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：精度較低（±0.1mm）、量程（0-3mm），且非金屬工件無(wú)法測(cè)量。綜合需求（0-5mm量程、±0.05mm精度），激光三角測(cè)距傳感器為最優(yōu)選擇，需配合表面處理（如涂覆漫反射層）或自動(dòng)增益調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同工件表面。五、綜合應(yīng)用題（20分）設(shè)計(jì)一套基于傳感器的智慧冷鏈物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)對(duì)冷藏車運(yùn)輸過(guò)程中溫度、濕度、振動(dòng)及門體開關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并具備異常報(bào)警和數(shù)據(jù)追溯功能。請(qǐng)?jiān)敿?xì)說(shuō)明：（1）傳感器選型；（2）硬件架構(gòu)；（3）軟件功能設(shè)計(jì)；（4）抗干擾措施。答案：（1）傳感器選型：-溫度：高精度數(shù)字溫度傳感器（如DS18B20，精度±0.5℃，-55℃~125℃量程），部署于車廂前、中、后位置；-濕度：電容式濕度傳感器（如SHT31，精度±2%RH，0-100%RH量程），與溫度傳感器集成；-振動(dòng)：MEMS三軸加速度傳感器（如ADXL345，量程±16g，分辨率13位，可檢測(cè)0.003g振動(dòng)），安裝于貨物固定點(diǎn)；-門體開關(guān)：霍爾傳感器（如A3144，磁控開關(guān)），門體與門框分別安裝磁體和傳感器，檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)。（2）硬件架構(gòu)：-傳感器節(jié)點(diǎn)：各傳感器通過(guò)I2C/SPI接口連接至微控制器（如STM32F407），采集頻率：溫度/濕度1次/分鐘，振動(dòng)100次/秒（實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沖擊），門狀態(tài)1次/秒；-通信模塊：4G/NB-IoT模塊（如SIM7600），將數(shù)據(jù)上傳至云端；-存儲(chǔ)模塊：板載EEPROM（存儲(chǔ)未上傳的歷史數(shù)據(jù)）+SD卡（大容量存儲(chǔ)）；-報(bào)警模塊：蜂鳴器+LED燈（本地報(bào)警）+短信/APP推送（遠(yuǎn)程報(bào)警）；-電源管理：車載12V供電+鋰電池（備用電源，防止斷電）。（3）軟件功能設(shè)計(jì)：-數(shù)據(jù)采集：定時(shí)喚醒傳感器，讀取溫度、濕度、振動(dòng)（均方根值RMS）、門狀態(tài)數(shù)據(jù)，標(biāo)注時(shí)間戳；-數(shù)據(jù)處理：振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算RMS值（評(píng)估運(yùn)輸顛簸程度），溫度/濕度計(jì)算平均值并判斷是否超閾值（如疫苗運(yùn)輸要求2-8℃）；-異常報(bào)警：溫度/濕度超閾值、振動(dòng)RMS>2g（貨物可能損壞）、門體開啟時(shí)間>30秒（未關(guān)閉）時(shí)觸發(fā)報(bào)警；-數(shù)據(jù)上傳：通過(guò)MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至阿里云/騰訊云，存儲(chǔ)于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)；-追溯功能：支持PC/APP查詢歷史數(shù)據(jù)（時(shí)間-參數(shù)曲線）、