(2025年)傳感器與智能檢測技術(shù)試卷附答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種傳感器利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)壓力測量？A.電容式壓力傳感器B.壓阻式壓力傳感器C.壓電式壓力傳感器D.應(yīng)變式壓力傳感器2.在智能檢測系統(tǒng)中，用于消除信號(hào)中高頻噪聲的常用濾波方法是？A.均值濾波B.中值濾波C.低通濾波D.高通濾波3.以下哪項(xiàng)不屬于傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)？A.線性度B.響應(yīng)時(shí)間C.重復(fù)性D.遲滯4.基于光纖的布拉格光柵（FBG）傳感器主要用于測量？A.溫度與應(yīng)變B.濕度與氣壓C.加速度與振動(dòng)D.氣體濃度5.智能檢測中，利用多個(gè)傳感器對(duì)同一被測對(duì)象進(jìn)行測量并融合數(shù)據(jù)的方法稱為？A.單傳感器檢測B.多源信息融合C.自適應(yīng)檢測D.模糊檢測6.以下哪種傳感器可實(shí)現(xiàn)非接觸式溫度測量？A.熱電偶B.熱電阻C.紅外測溫儀D.半導(dǎo)體溫度傳感器7.MEMS加速度計(jì)的核心敏感結(jié)構(gòu)通常是？A.懸臂梁-質(zhì)量塊系統(tǒng)B.壓電陶瓷片C.光纖光柵D.氣敏半導(dǎo)體8.在機(jī)器視覺檢測中，用于提取圖像邊緣特征的常用算子是？A.均值算子B.Sobel算子C.高斯算子D.中值算子9.以下哪種傳感器適用于易燃易爆環(huán)境中的氣體濃度檢測？A.電化學(xué)氣體傳感器B.催化燃燒式氣體傳感器C.半導(dǎo)體式氣體傳感器D.紅外氣體傳感器10.智能檢測系統(tǒng)中，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵部件是？A.放大器B.濾波器C.ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）D.DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器通常由敏感元件、________和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。2.壓電傳感器的工作原理基于________效應(yīng)，只能測量________信號(hào)。3.智能檢測技術(shù)的核心特征包括自校準(zhǔn)、自診斷、________和________。4.電渦流傳感器屬于________（接觸式/非接觸式）傳感器，主要用于測量________和________。5.溫度傳感器中，PT100屬于________（熱電偶/熱電阻），其名稱中的“100”表示________。6.多傳感器融合的常用方法包括________（如卡爾曼濾波）、________（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）和模糊邏輯法。7.氣體傳感器中，MQ-2型傳感器主要檢測________和________等可燃?xì)怏w。8.應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K表示單位________引起的________變化。9.光纖傳感器按調(diào)制方式可分為________調(diào)制型和________調(diào)制型，其中________調(diào)制型抗干擾能力更強(qiáng)。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述壓阻式傳感器與壓電式傳感器的工作原理差異，并說明各自適用的測量場景。2.智能檢測系統(tǒng)中為何需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理？請(qǐng)列舉三種常用的信號(hào)調(diào)理電路并說明其作用。3.對(duì)比傳統(tǒng)檢測技術(shù)與智能檢測技術(shù)，說明智能檢測的優(yōu)勢（至少列出四點(diǎn)）。4.解釋“傳感器標(biāo)定”的含義，并說明靜態(tài)標(biāo)定與動(dòng)態(tài)標(biāo)定的主要區(qū)別。5.以工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩檢測為例，設(shè)計(jì)一種基于應(yīng)變片的扭矩傳感器方案，需說明敏感元件布局、信號(hào)傳輸方式及抗干擾措施。四、綜合題（每題10分，共20分）1.某工廠需監(jiān)測大型電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，要求檢測參數(shù)包括溫度（0-200℃）、振動(dòng)（0-10g）、電流（0-50A）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套智能檢測系統(tǒng)方案，需包含：（1）傳感器選型及依據(jù)；（2）信號(hào)采集與處理流程；（3）基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷方法（需說明特征提取與分類模型選擇）。2.近年來柔性電子傳感器在可穿戴設(shè)備中應(yīng)用廣泛（如智能手環(huán)、電子皮膚）。請(qǐng)分析柔性傳感器的關(guān)鍵技術(shù)（如材料、結(jié)構(gòu)、信號(hào)處理），并說明其相對(duì)于傳統(tǒng)剛性傳感器的優(yōu)勢及面臨的挑戰(zhàn)。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.C3.B4.A5.B6.C7.A8.B9.D10.C二、填空題1.轉(zhuǎn)換元件2.壓電；動(dòng)態(tài)3.數(shù)據(jù)融合；自適應(yīng)4.非接觸式；位移；振動(dòng)5.熱電阻；0℃時(shí)的電阻值為100Ω6.統(tǒng)計(jì)方法；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法7.甲烷；丙烷8.應(yīng)變；電阻9.強(qiáng)度；相位；相位三、簡答題1.壓阻式傳感器利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)（應(yīng)力引起電阻率變化），輸出與被測壓力成正比的電阻信號(hào)，適用于靜態(tài)或低頻動(dòng)態(tài)壓力測量；壓電式傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)（應(yīng)力引起電荷輸出），僅能測量動(dòng)態(tài)信號(hào)（如振動(dòng)、沖擊），適用于高頻動(dòng)態(tài)力檢測。2.信號(hào)調(diào)理用于將傳感器輸出的微弱、非線性或含噪聲的信號(hào)轉(zhuǎn)換為后續(xù)處理電路可接受的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。常用電路：（1）放大器（如儀表放大器），用于放大微弱信號(hào)；（2）濾波器（如低通濾波器），用于抑制高頻噪聲；（3）線性化電路（如電橋電路），用于校正傳感器的非線性輸出。3.智能檢測優(yōu)勢：（1）自校準(zhǔn)：自動(dòng)補(bǔ)償傳感器漂移；（2）自診斷：實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)故障；（3）多參數(shù)融合：提高檢測精度；（4）自適應(yīng)：根據(jù)環(huán)境調(diào)整檢測策略；（5）數(shù)據(jù)智能化：支持預(yù)測性維護(hù)。4.傳感器標(biāo)定是通過實(shí)驗(yàn)建立傳感器輸入-輸出特性的過程。靜態(tài)標(biāo)定用于確定靜態(tài)特性（如線性度、靈敏度），使用標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)量輸入；動(dòng)態(tài)標(biāo)定用于確定動(dòng)態(tài)特性（如頻率響應(yīng)、階躍響應(yīng)），使用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)量（如正弦波、階躍信號(hào)）輸入。5.方案設(shè)計(jì)：（1）敏感元件布局：在機(jī)器人關(guān)節(jié)軸的圓周對(duì)稱位置粘貼4片應(yīng)變片，組成全橋電路，消除彎矩干擾；（2）信號(hào)傳輸：采用無線傳輸模塊（如藍(lán)牙）或滑環(huán)，避免旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)線纏繞；（3）抗干擾措施：使用屏蔽電纜、接地保護(hù)，在信號(hào)調(diào)理電路中加入RC低通濾波器抑制高頻噪聲。四、綜合題1.系統(tǒng)方案：（1）傳感器選型：溫度選用PT100熱電阻（精度高，適合0-200℃）；振動(dòng)選用MEMS加速度計(jì)（體積小，量程0-10g）；電流選用霍爾電流傳感器（非接觸式，適合0-50A）。（2）信號(hào)處理流程：傳感器輸出→信號(hào)調(diào)理（放大、濾波）→ADC轉(zhuǎn)換→微控制器（如STM32）采集→通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至邊緣計(jì)算單元。（3）故障診斷：特征提取（振動(dòng)信號(hào)的均方根值、頻譜峰值；溫度的變化率；電流的諧波含量）；分類模型選擇隨機(jī)森林（抗過擬合，適合多特征輸入），訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括正常、軸承故障、繞組短路等狀態(tài)樣本。2.柔性傳感器關(guān)鍵技術(shù)：（1）材料：使用聚酰亞胺（