(2025年)傳感器與檢測(cè)技術(shù)測(cè)驗(yàn)(含答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.某電阻應(yīng)變片的敏感柵材料為康銅，其靈敏度系數(shù)K=2.0，當(dāng)受到軸向應(yīng)變?chǔ)?5000με時(shí)，電阻相對(duì)變化量ΔR/R為（）A.0.01B.0.005C.0.02D.0.0022.電容式傳感器采用差分式結(jié)構(gòu)的主要目的是（）A.提高靈敏度B.減小非線性誤差C.增加測(cè)量范圍D.降低溫度漂移3.電感式傳感器中，變氣隙式傳感器的靈敏度與氣隙厚度δ的關(guān)系為（）A.靈敏度與δ成正比B.靈敏度與δ成反比C.靈敏度與δ的平方成正比D.靈敏度與δ的平方成反比4.壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量的主要原因是（）A.壓電材料的居里點(diǎn)較低B.電荷容易通過(guò)測(cè)量電路泄漏C.輸出信號(hào)幅值太小D.傳感器固有頻率過(guò)低5.霍爾傳感器的靈敏度KH與（）有關(guān)A.霍爾元件的厚度B.激勵(lì)電流大小C.磁場(chǎng)強(qiáng)度D.載流子濃度6.熱電偶的熱電勢(shì)由（）組成A.接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)B.溫差電勢(shì)和擴(kuò)散電勢(shì)C.接觸電勢(shì)和漂移電勢(shì)D.擴(kuò)散電勢(shì)和漂移電勢(shì)7.光電效應(yīng)中，光電管基于（）A.外光電效應(yīng)B.內(nèi)光電效應(yīng)C.光生伏特效應(yīng)D.光電導(dǎo)效應(yīng)8.氣敏傳感器檢測(cè)甲烷濃度時(shí)，通常利用（）A.電阻變化B.電容變化C.電感變化D.電勢(shì)變化9.以下不屬于傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的是（）A.線性度B.固有頻率C.遲滯D.重復(fù)性10.磁電式速度傳感器的工作原理基于（）A.電磁感應(yīng)定律B.霍爾效應(yīng)C.壓電效應(yīng)D.壓阻效應(yīng)11.熱電阻測(cè)量溫度時(shí)，采用三線制接法的主要目的是（）A.提高測(cè)量精度B.簡(jiǎn)化電路C.增加測(cè)量范圍D.降低成本12.光纖傳感器中，相位調(diào)制型傳感器屬于（）A.功能型光纖傳感器B.非功能型光纖傳感器C.強(qiáng)度調(diào)制型傳感器D.波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器13.超聲波傳感器測(cè)量距離時(shí)，若超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，發(fā)射與接收的時(shí)間差為2ms，則被測(cè)距離為（）A.0.34mB.0.68mC.3.4mD.6.8m14.以下傳感器中，適合測(cè)量微小位移（如0.1μm級(jí)）的是（）A.電感式傳感器B.電容式傳感器C.電阻應(yīng)變式傳感器D.磁電式傳感器15.數(shù)字式傳感器與模擬式傳感器的本質(zhì)區(qū)別在于（）A.輸出信號(hào)形式B.敏感元件材料C.測(cè)量原理D.應(yīng)用場(chǎng)景二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器的基本組成包括敏感元件、（）和（）。2.電阻應(yīng)變片的溫度誤差可通過(guò)（）和（）兩種方法補(bǔ)償。3.電容式傳感器按工作原理可分為變面積式、（）和（）三種類型。4.電感式傳感器的零點(diǎn)殘余電壓主要由（）和（）引起。5.壓電材料分為（）、（）和高分子壓電材料三類。6.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償方法有（）、（）和電橋補(bǔ)償法。7.光電傳感器的核心元件是（），其基本類型包括（）和（）。8.氣敏傳感器的主要性能指標(biāo)有（）、（）和響應(yīng)時(shí)間。9.數(shù)字式傳感器的典型輸出形式包括（）和（）。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.比較應(yīng)變式傳感器與壓阻式傳感器的工作原理及應(yīng)用場(chǎng)景差異。2.說(shuō)明電感式傳感器產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的原因，并列舉三種消除方法。3.簡(jiǎn)述霍爾傳感器的工作原理，并說(shuō)明其在位移檢測(cè)中的具體應(yīng)用方式。4.分析熱電偶冷端溫度未補(bǔ)償時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并解釋補(bǔ)償導(dǎo)線的作用。5.列舉三種常見(jiàn)的光纖傳感器類型，說(shuō)明其調(diào)制原理及適用場(chǎng)景。四、計(jì)算題（每題8分，共24分）1.某電阻應(yīng)變片的參數(shù)為：初始電阻R0=120Ω，靈敏度系數(shù)K=2.1，粘貼于彈性模量E=2×10^11Pa的鋼質(zhì)構(gòu)件表面。當(dāng)構(gòu)件受軸向拉力F=5×10^4N，構(gòu)件截面積A=1×10^-4m2時(shí)，求應(yīng)變片的電阻變化量ΔR。（提示：應(yīng)變?chǔ)?F/(E·A)）2.采用Pt100熱電阻測(cè)量溫度，已知其電阻-溫度特性為R=R0(1+αt)，其中α=3.85×10^-3/℃，R0=100Ω。若測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓對(duì)應(yīng)的熱電阻值為138.5Ω，求被測(cè)溫度t。若實(shí)際測(cè)量中因?qū)Ь€電阻引入3Ω誤差（熱電阻值被高估），計(jì)算溫度測(cè)量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。3.某壓電式加速度傳感器的壓電元件為石英晶體（壓電系數(shù)d11=2.31×10^-12C/N），傳感器質(zhì)量塊質(zhì)量m=0.05kg，固有頻率fn=10kHz，阻尼比ζ=0.05。當(dāng)受到加速度a=10g（g=9.8m/s2）的正弦振動(dòng)時(shí)，求傳感器輸出的電荷Q和電壓U（假設(shè)電荷放大器輸入電容Ci=1000pF）。五、綜合分析題（每題13分，共26分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電傳感器的自動(dòng)分揀系統(tǒng)，用于區(qū)分黑色（吸光率>90%）和白色（反射率>80%）的塑料零件。要求：（1）畫(huà)出系統(tǒng)組成框圖；（2）說(shuō)明各模塊功能；（3）分析可能的干擾因素及解決措施。2.某旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用磁電式速度傳感器，輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理后需進(jìn)行頻譜分析。（1）簡(jiǎn)述磁電式速度傳感器的工作原理；（2）說(shuō)明信號(hào)調(diào)理電路的組成及各部分作用；（3）分析振動(dòng)信號(hào)中可能包含的頻率成分及其對(duì)應(yīng)的機(jī)械故障類型（至少列舉三種）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.A2.B3.D4.B5.A6.A7.A8.A9.B10.A11.A12.A13.A14.B15.A二、填空題1.轉(zhuǎn)換元件；測(cè)量電路2.橋路補(bǔ)償法；應(yīng)變片自補(bǔ)償法3.變極距式；變介電常數(shù)式4.傳感器兩線圈不對(duì)稱；寄生電容耦合5.壓電晶體；壓電陶瓷6.冰浴法；儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法7.光電轉(zhuǎn)換元件；透射式；反射式8.靈敏度；選擇性9.頻率輸出；編碼輸出三、簡(jiǎn)答題1.應(yīng)變式傳感器利用金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)，通過(guò)應(yīng)變片將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，適用于靜態(tài)或低頻動(dòng)態(tài)測(cè)量（如力、壓力）；壓阻式傳感器利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)，通過(guò)擴(kuò)散電阻將應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電阻變化，靈敏度高但溫度穩(wěn)定性差，適用于小量程、高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量（如微型壓力傳感器）。2.原因：傳感器兩線圈的電感、電容不對(duì)稱；激勵(lì)信號(hào)中存在高次諧波；寄生電容耦合。消除方法：調(diào)整線圈參數(shù)使對(duì)稱；采用相敏檢波電路；在電路中加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。3.霍爾原理：載流半導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受洛倫茲力產(chǎn)生霍爾電勢(shì)UH=KHIB。位移檢測(cè)應(yīng)用：將霍爾元件置于梯度磁場(chǎng)中，位移變化引起B(yǎng)變化，通過(guò)UH測(cè)量位移（如汽車油門踏板位移檢測(cè)）。4.影響：冷端溫度高于0℃時(shí)，熱電勢(shì)減小，測(cè)量結(jié)果偏低。補(bǔ)償導(dǎo)線作用：將熱電偶冷端延伸至溫度穩(wěn)定的控制室，使用與熱電偶熱電特性相近的材料，減少冷端溫度波動(dòng)影響。5.①?gòu)?qiáng)度調(diào)制型：通過(guò)光強(qiáng)變化調(diào)制（如光纖位移傳感器，測(cè)微小位移）；②相位調(diào)制型：利用光程差引起相位變化（如光纖干涉儀，測(cè)高精度振動(dòng)）；③波長(zhǎng)調(diào)制型：通過(guò)光波長(zhǎng)變化調(diào)制（如光纖布拉格光柵，測(cè)溫度、應(yīng)變）。四、計(jì)算題1.應(yīng)變?chǔ)?F/(E·A)=5×10^4/(2×10^11×1×10^-4)=2.5×10^-3；ΔR/R=Kε=2.1×2.5×10^-3=0.00525；ΔR=120×0.00525=0.63Ω。2.由R=100(1+3.85×10^-3t)=138.5，解得t=(138.5/100-1)/3.85×10^-3=100℃。導(dǎo)線誤差導(dǎo)致R測(cè)=138.5+3=141.5Ω，t測(cè)=(141.5/100-1)/3.85×10^-3≈107.8℃；絕對(duì)誤差Δt=107.8-100=7.8℃；相對(duì)誤差=7.8/100×100%=7.8%。3.力F=ma=0.05×10×9.8=4.9N；電荷Q=d11F=2.31×10^-12×4.9≈1.13×10^-11C；電壓U=Q/Ci=1.13×10^-11/(1000×10^-12)≈0.0113V。五、綜合分析題1.（1）系統(tǒng)框圖：光源→透鏡→被測(cè)零件→光電接收器→信號(hào)調(diào)理→控制器→執(zhí)行機(jī)構(gòu)（分揀機(jī)械臂）。（2）模塊功能：光源提供穩(wěn)定光強(qiáng)；透鏡聚焦光束；光電接收器檢測(cè)反射光強(qiáng)；信號(hào)調(diào)理（放大、濾波）；控制器比較閾值（黑/白反射光強(qiáng)差異）；執(zhí)行機(jī)構(gòu)分揀。（3）干擾因素：環(huán)境光變化（加遮光罩、使用特定波長(zhǎng)光源）；零件表面污漬（增加清潔模塊）；振動(dòng)導(dǎo)致位置偏移（機(jī)械定位裝置）。2.（1）磁電式速度傳感器：