2025年傳感器課后試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下關于傳感器定義的描述中，最準確的是（）A.能感受外界信號并輸出電信號的裝置B.能將非電物理量轉(zhuǎn)換為電信號的器件C.能檢測特定被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為可用輸出信號的裝置D.能實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的電子元件2.某壓力傳感器的量程為0-10MPa，滿量程輸出為5V，當輸入3MPa時輸出1.5V，則其靈敏度為（）A.0.5V/MPaB.1V/MPaC.1.5V/MPaD.5V/MPa3.壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量的主要原因是（）A.壓電材料的居里點限制B.電荷容易通過測量電路泄漏C.輸出信號頻率過低D.傳感器機械剛度不足4.下列哪種材料常用于制作霍爾元件？（）A.單晶硅B.壓電陶瓷C.半導體鍺D.金屬鉑5.光纖傳感器中，利用外界因素改變光纖中光的振幅、相位或偏振態(tài)的調(diào)制方式屬于（）A.功能型調(diào)制B.非功能型調(diào)制C.強度調(diào)制D.波長調(diào)制6.熱電阻傳感器常用的材料是（）A.銅和鉑B.鎳和金C.銀和鋁D.鈦和鎢7.超聲波傳感器的工作頻率通常選擇在（）A.20Hz以下B.20Hz-20kHzC.20kHz-10MHzD.10GHz以上8.電容式傳感器中，變面積式傳感器的輸出特性為（）A.非線性B.線性C.指數(shù)型D.對數(shù)型9.磁敏傳感器中，能檢測磁場方向的是（）A.霍爾傳感器B.磁阻傳感器C.磁通門傳感器D.以上均能10.以下不屬于智能傳感器典型功能的是（）A.自校準B.數(shù)據(jù)存儲C.無線通信D.能量轉(zhuǎn)換二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)主要包括線性度、靈敏度、（）、（）和重復性。2.壓電效應分為（）和逆壓電效應，其中（）效應是壓電式傳感器的工作基礎。3.應變片的敏感柵材料常用（）或（），其工作原理基于（）效應。4.熱電偶的熱電勢由（）電勢和（）電勢組成，使用時需進行（）補償。5.光纖傳感器按傳感機理可分為（）型和（）型，其中（）型傳感器的光纖既是傳輸介質(zhì)又是敏感元件。6.氣敏傳感器的主要檢測對象是（），其工作原理通?；冢ǎ┳兓颍ǎ┓磻?。7.MEMS傳感器的核心優(yōu)勢是（）、（）和低功耗。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述電感式傳感器的工作原理及主要類型。2.對比分析電阻應變片與壓阻式傳感器的異同點。3.說明光電式傳感器中光電二極管與光電三極管的工作特性差異。4.分析濕度傳感器的主要誤差來源及補償方法。5.簡述物聯(lián)網(wǎng)場景下多傳感器融合的必要性及典型融合策略。四、綜合題（每題10分，共20分）1.設計一個基于紅外傳感器的自動門控制系統(tǒng)，要求：（1）說明傳感器選型依據(jù)；（2）畫出信號處理流程圖；（3）提出2項抗干擾措施。2.某工廠需監(jiān)測反應釜內(nèi)0-500℃的溫度，現(xiàn)有K型熱電偶（量程0-1300℃，精度±0.5%FS）、Pt100熱電阻（量程-200-850℃，精度±0.15℃）和半導體溫度傳感器（量程-55-150℃，精度±0.5℃）三種方案。請：（1）分析各方案的適用性；（2）推薦最優(yōu)方案并說明理由；（3）設計簡單的溫度校準流程。答案一、單項選擇題1.C2.A3.B4.C5.A6.A7.C8.B9.D10.D二、填空題1.遲滯；分辨力2.正壓電；正壓電3.康銅；鎳鉻合金；電阻應變4.接觸；溫差；冷端5.功能；非功能；功能6.氣體成分；電導率；化學反應7.微型化；集成化三、簡答題1.電感式傳感器基于電磁感應原理，通過被測量變化引起電感量（自感或互感）變化來實現(xiàn)檢測。主要類型包括：（1）變磁阻式（自感式）：通過改變磁路氣隙或截面積實現(xiàn)電感變化；（2）差動變壓器式（互感式）：利用互感隨鐵芯位移變化的特性；（3）電渦流式：利用金屬導體在交變磁場中產(chǎn)生渦流，導致線圈阻抗變化。2.相同點：均通過電阻變化檢測力學量（如應力、應變）；輸出信號為電信號。不同點：（1）材料：應變片為金屬或合金，壓阻式為半導體；（2）原理：應變片基于幾何形變引起的電阻變化（ΔR/R≈(1+2μ)ε），壓阻式基于半導體的壓阻效應（ΔR/R≈πσ）；（3）靈敏度：壓阻式靈敏度高（約為應變片的50-100倍），但溫度穩(wěn)定性差；（4）應用場景：應變片適用于高精度靜態(tài)測量，壓阻式適用于動態(tài)或小形變場景。3.光電二極管工作在反向偏置狀態(tài)，光照下產(chǎn)生光生電流，電流與光強成正比，響應速度快（納秒級），線性度好；光電三極管有放大作用（電流增益β），輸出電流為光電二極管的β倍，但響應速度較慢（微秒級），線性度較差，且受溫度影響更大。4.誤差來源：（1）溫度交叉敏感：濕度傳感器的輸出易受環(huán)境溫度影響；（2）遲滯誤差：吸濕與脫濕過程中輸出不一致；（3）長期漂移：敏感材料老化導致特性變化；（4）污染干擾：粉塵、油霧附著影響敏感層性能。補償方法：（1）溫度補償：集成溫度傳感器，通過軟件修正濕度值；（2）動態(tài)校準：定期用標準濕度源（如飽和鹽溶液）校準；（3）結(jié)構(gòu)優(yōu)化：采用防水透氣膜隔離污染物；（4）數(shù)字信號處理：通過多項式擬合或神經(jīng)網(wǎng)絡校正遲滯誤差。5.必要性：單一傳感器存在檢測范圍、精度或抗干擾能力的局限性，多傳感器融合可提高系統(tǒng)可靠性、擴展檢測維度（如同時獲取溫度、壓力、振動數(shù)據(jù)）、降低誤報率。典型策略：（1）數(shù)據(jù)層融合：直接對原始數(shù)據(jù)進行加權(quán)平均或卡爾曼濾波；（2）特征層融合：提取各傳感器的關鍵特征（如頻率、幅值）后進行模式識別；（3）決策層融合：各傳感器獨立決策，通過投票或貝葉斯估計得到最終結(jié)果。四、綜合題1.（1）傳感器選型：選擇主動式紅外對射傳感器（發(fā)射端-接收端模式），因自動門需檢測區(qū)域內(nèi)是否有障礙物，對射式覆蓋范圍大（可達幾米），抗環(huán)境光干擾能力優(yōu)于反射式。（2）信號處理流程：紅外發(fā)射端→調(diào)制（防止環(huán)境光干擾）→發(fā)射紅外光→接收端檢測光強變化→放大濾波（去除高頻噪聲）→比較器（設定閾值判斷是否有遮擋）→微控制器（觸發(fā)電機驅(qū)動信號）→電機控制門體開合。（3）抗干擾措施：①采用38kHz調(diào)制發(fā)射，接收端匹配帶通濾波器，濾除環(huán)境光中的低頻成分；②增加光強自適應調(diào)整功能，根據(jù)環(huán)境光照強度動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，避免過飽和或欠檢測。2.（1）適用性分析：-K型熱電偶：量程覆蓋0-500℃，但精度為±0.5%FS（滿量程1300℃時誤差±6.5℃），在500℃時相對誤差較大（±6.5℃），適用于高溫但精度要求不高的場景；-Pt100熱電阻：量程覆蓋0-500℃，精度±0.15℃（絕對誤差），線性度好（0-850℃時非線性誤差<0.5℃），適用于中低溫高精度測量；-半導體溫度傳感器：量程僅到150℃，無法覆蓋500℃需求，排除。（2）最優(yōu)方案：Pt100熱電阻。理由：在目標量程（0-500℃）內(nèi)精度高（±0.15℃），線性度優(yōu)于熱電偶，且無需冷端補償（相比熱電偶），更適合工廠反應釜的高精度溫度監(jiān)測需求。（3）校準流程：①準備標準恒溫