2025年傳感器技術(shù)與應(yīng)用考核試卷附答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于傳感器基本組成的描述中，正確的是（）A.僅包含敏感元件B.由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成C.必須包含信號(hào)調(diào)理電路D.輸出信號(hào)只能是模擬量2.MEMS傳感器的核心優(yōu)勢(shì)不包括（）A.微型化尺寸B.高功耗特性C.批量加工低成本D.多參數(shù)集成能力3.基于光電效應(yīng)的傳感器中，利用外光電效應(yīng)工作的是（）A.光敏電阻B.光電二極管C.光電倍增管D.光電池4.某溫度傳感器需在-200℃至1600℃范圍內(nèi)高精度測(cè)量，最適宜的類型是（）A.熱敏電阻B.熱電偶C.集成溫度傳感器D.紅外溫度傳感器5.智能傳感器區(qū)別于傳統(tǒng)傳感器的關(guān)鍵特征是（）A.更高的靈敏度B.內(nèi)置微處理器或AI模塊C.更小的體積D.更寬的測(cè)量范圍6.氣體傳感器中，用于檢測(cè)甲烷泄漏的催化燃燒式傳感器，其核心反應(yīng)是（）A.氣體在敏感材料表面吸附引起電阻變化B.氣體與催化劑發(fā)生氧化反應(yīng)釋放熱量C.氣體分子與電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)D.氣體對(duì)特定波長紅外光的吸收7.下列不屬于傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的是（）A.線性度B.響應(yīng)時(shí)間C.重復(fù)性D.遲滯8.光纖傳感器中，利用光纖本身作為敏感元件的是（）A.傳光型光纖傳感器B.功能型光纖傳感器C.強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器D.相位調(diào)制型光纖傳感器9.壓力傳感器中，基于壓阻效應(yīng)的典型結(jié)構(gòu)是（）A.應(yīng)變片式B.電容式C.壓電式D.諧振式10.物聯(lián)網(wǎng)感知層中，傳感器節(jié)點(diǎn)低功耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)不包括（）A.動(dòng)態(tài)電源管理B.高效編碼與壓縮C.全時(shí)數(shù)據(jù)傳輸D.任務(wù)調(diào)度優(yōu)化二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器的基本功能是將______轉(zhuǎn)換為______。2.靜態(tài)特性參數(shù)中，______描述輸出-輸入曲線與擬合直線的偏離程度；______是輸出變化量與輸入變化量的比值。3.MEMS傳感器的制造工藝主要基于______技術(shù)，其核心優(yōu)勢(shì)是______和______。4.光電傳感器按工作原理可分為______、______和______三類。5.溫度傳感器中，熱電偶的工作原理是______效應(yīng)；熱敏電阻的特性是______隨溫度變化顯著。6.智能傳感器的典型功能包括______、______、______和______。7.氣體傳感器中，半導(dǎo)體式常用敏感材料為______；電化學(xué)氣體傳感器通過測(cè)量______變化檢測(cè)氣體濃度。8.物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心是______，其數(shù)據(jù)傳輸常用協(xié)議包括______和______（列舉兩種）。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述壓阻效應(yīng)與壓電效應(yīng)的區(qū)別，分別舉例說明其應(yīng)用場(chǎng)景。2.分析智能傳感器中“自校準(zhǔn)”功能的實(shí)現(xiàn)原理及工程意義。3.對(duì)比接觸式溫度傳感器與非接觸式溫度傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，各舉一例說明適用場(chǎng)景。4.說明光纖傳感器在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)，并解釋其抗干擾機(jī)理。5.列舉三種新型傳感器技術(shù)（2020年后提出），簡述其技術(shù)特點(diǎn)及潛在應(yīng)用。四、綜合分析題（每題10分，共20分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)基于傳感器的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求：（1）列出所需傳感器類型及測(cè)量參數(shù)；（2）說明傳感器節(jié)點(diǎn)的通信方式與低功耗設(shè)計(jì)策略；（3）描述系統(tǒng)如何根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能化控制（如自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)、照明）。2.結(jié)合自動(dòng)駕駛技術(shù)需求，分析MEMS傳感器與激光雷達(dá)、攝像頭的協(xié)同工作機(jī)制，說明MEMS傳感器在其中的關(guān)鍵作用。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.C4.B5.B6.B7.B8.B9.A10.C二、填空題1.非電物理量；電信號(hào)（或可測(cè)量信號(hào)）2.線性度；靈敏度3.微加工（或半導(dǎo)體工藝）；微型化；集成化（或批量生產(chǎn)）4.外光電效應(yīng)型；內(nèi)光電效應(yīng)型；光生伏特效應(yīng)型5.塞貝克；電阻值6.自校準(zhǔn)；自診斷；數(shù)據(jù)處理；通信（或網(wǎng)絡(luò)化）7.二氧化錫（SnO2）；電流（或電壓）8.傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZigBee；LoRa（或NB-IoT、Wi-Fi等）三、簡答題1.壓阻效應(yīng)是半導(dǎo)體材料（如硅）在應(yīng)力作用下電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，常見于擴(kuò)散硅壓力傳感器，用于工業(yè)過程控制中的壓力測(cè)量；壓電效應(yīng)是壓電材料（如石英、PZT）在應(yīng)力作用下表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，典型應(yīng)用為壓電加速度計(jì)，用于機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)。兩者區(qū)別：材料類型（半導(dǎo)體vs壓電晶體）、物理機(jī)制（電阻率變化vs電荷產(chǎn)生）、輸出信號(hào)（電阻變化vs電荷/電壓）。2.自校準(zhǔn)功能通過內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)參考源（如溫度基準(zhǔn)、電壓基準(zhǔn)）或算法（如多項(xiàng)式擬合），在傳感器工作前或定期對(duì)輸出進(jìn)行修正。實(shí)現(xiàn)原理：傳感器內(nèi)置微處理器調(diào)用校準(zhǔn)參數(shù)，對(duì)比實(shí)際輸出與標(biāo)準(zhǔn)輸入，調(diào)整放大系數(shù)或偏移量。工程意義：減少人工校準(zhǔn)成本，提高長期使用精度，適應(yīng)環(huán)境變化（如溫度漂移補(bǔ)償）。3.接觸式傳感器（如熱電偶）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度高；缺點(diǎn)：響應(yīng)慢、需與被測(cè)物體接觸（可能污染或損壞被測(cè)體），適用于工業(yè)爐溫測(cè)量。非接觸式傳感器（如紅外測(cè)溫儀）優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快、不接觸被測(cè)體；缺點(diǎn)：易受環(huán)境干擾（如灰塵、發(fā)射率影響），適用于高溫熔體（如鋼水）或運(yùn)動(dòng)物體溫度監(jiān)測(cè)。4.優(yōu)勢(shì)：抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐高溫、傳輸距離遠(yuǎn)?？垢蓴_機(jī)理：光纖以光信號(hào)傳輸，光信號(hào)不受電磁干擾；光纖材料（如石英）為絕緣體，無電磁感應(yīng)效應(yīng)；功能型光纖傳感器利用光的相位、偏振等特性調(diào)制，噪聲難以耦合到光信號(hào)中。5.（1）柔性電子傳感器：基于有機(jī)半導(dǎo)體或納米材料（如石墨烯），可彎曲貼附于曲面，用于可穿戴健康監(jiān)測(cè)（如心率、血壓）；（2）生物酶傳感器：將生物酶固定于電極表面，通過酶促反應(yīng)檢測(cè)生物分子（如葡萄糖），應(yīng)用于醫(yī)療檢測(cè)；（3）太赫茲傳感器：利用太赫茲波對(duì)極性分子敏感特性，用于安檢（爆炸物檢測(cè)）或材料缺陷檢測(cè)。四、綜合分析題1.（1）傳感器類型及參數(shù)：溫濕度傳感器（溫度、濕度）、CO2傳感器（二氧化碳濃度）、光照傳感器（光照強(qiáng)度）、氣體傳感器（甲醛、VOCs）、人體存在傳感器（紅外或毫米波雷達(dá)，檢測(cè)人員活動(dòng)）。（2）通信方式：短距離采用ZigBee（低功耗）或藍(lán)牙Mesh（自組網(wǎng)），長距離可選NB-IoT（廣覆蓋）；低功耗設(shè)計(jì)：采用休眠-喚醒機(jī)制（如每5分鐘喚醒測(cè)量）、選擇低功耗芯片（如CC2640R2F）、數(shù)據(jù)壓縮（僅上傳變化量）。（3）智能化控制：當(dāng)溫濕度超標(biāo)時(shí)，聯(lián)動(dòng)空調(diào)/加濕器調(diào)節(jié)；CO2濃度過高時(shí)自動(dòng)開窗或啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)；光照不足且檢測(cè)到有人時(shí)開啟照明；檢測(cè)到無人時(shí)關(guān)閉非必要設(shè)備。2.協(xié)同機(jī)制：MEMS傳感器（如加速度計(jì)、陀螺儀）提供高頻動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（車輛姿態(tài)、加速度），用于實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制；激光雷達(dá)獲取高精度3D環(huán)境點(diǎn)云，識(shí)別障礙物；攝像頭捕捉視覺信息（交通標(biāo)志、行人）。MEMS關(guān)鍵作