(2025年)傳感器與應(yīng)用試題庫含答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種傳感器利用塞貝克效應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度測量？A.熱電阻傳感器B.熱電偶傳感器C.紅外溫度傳感器D.半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器答案：B2.壓電式傳感器不能用于靜態(tài)力測量的主要原因是？A.壓電材料的居里溫度限制B.電荷泄漏導(dǎo)致信號衰減C.輸出阻抗過高D.靈敏度隨頻率降低而下降答案：B3.下列哪項(xiàng)不是光纖傳感器的調(diào)制方式？A.強(qiáng)度調(diào)制B.波長調(diào)制C.頻率調(diào)制D.相位調(diào)制答案：C4.用于檢測可燃?xì)怏w（如甲烷）的催化燃燒式傳感器，其核心檢測原理是？A.氣體與催化劑反應(yīng)產(chǎn)生熱量B.氣體吸附導(dǎo)致電阻變化C.氣體分子對特定波長的吸收D.氣體電離產(chǎn)生電流答案：A5.電容式傳感器測量位移時(shí)，為提高靈敏度和線性度，通常采用？A.單極式結(jié)構(gòu)B.差動式結(jié)構(gòu)C.變面積式結(jié)構(gòu)D.變介電常數(shù)式結(jié)構(gòu)答案：B6.霍爾傳感器的輸出電壓與下列哪項(xiàng)參數(shù)無關(guān)？A.激勵電流B.磁場強(qiáng)度C.載流子濃度D.傳感器尺寸答案：D7.用于人體心率監(jiān)測的光電式傳感器，通常采用的光源是？A.紫外光B.紅光或紅外光C.白光D.激光答案：B8.以下哪種傳感器可實(shí)現(xiàn)非接觸式液位測量？A.浮子式液位傳感器B.壓力式液位傳感器C.超聲波液位傳感器D.電容式液位傳感器答案：C9.氣敏傳感器中，MQ-2型傳感器主要用于檢測？A.二氧化碳B.氧氣C.氫氣、甲烷D.氨氣答案：C10.應(yīng)變式傳感器中，金屬應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)主要取決于？A.材料的泊松比B.材料的電阻率變化C.幾何尺寸變化D.溫度系數(shù)答案：C11.磁阻傳感器的工作原理基于？A.霍爾效應(yīng)B.磁阻效應(yīng)（MR效應(yīng)）C.電磁感應(yīng)D.巨磁阻效應(yīng)（GMR）答案：B12.用于檢測加速度的MEMS傳感器，其核心結(jié)構(gòu)通常是？A.懸臂梁與質(zhì)量塊B.壓電薄膜C.電感線圈D.電容極板答案：A13.以下哪種傳感器可同時(shí)檢測溫度和濕度？A.DHT11B.DS18B20C.BH1750D.MQ-135答案：A14.激光位移傳感器的測量精度主要取決于？A.激光的波長B.光電探測器的分辨率C.被測物體的反射率D.環(huán)境光干擾答案：B15.生物傳感器中，酶傳感器的信號轉(zhuǎn)換元件通常是？A.離子選擇性電極B.光電二極管C.熱電偶D.壓電晶體答案：A二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器的基本組成包括敏感元件、________和信號調(diào)理電路。答案：轉(zhuǎn)換元件2.熱電阻傳感器常用的材料有________和銅，其中________的溫度系數(shù)更大。答案：鉑；鉑3.壓電式傳感器的輸出信號為________，因此需要配合________（選填“電壓放大器”或“電荷放大器”）使用。答案：電荷；電荷放大器4.光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、________和________，其中光電倍增管基于________。答案：內(nèi)光電效應(yīng)；光生伏特效應(yīng)；外光電效應(yīng)5.電容式傳感器按工作原理可分為變極距式、________和________三種類型。答案：變面積式；變介電常數(shù)式6.氣敏傳感器的主要特性參數(shù)包括________、響應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間和________。答案：靈敏度；選擇性7.MEMS傳感器的核心制造技術(shù)是________，其優(yōu)勢在于________和低成本。答案：微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)；微型化8.光纖傳感器的兩個(gè)基本組成部分是________和________，其中________負(fù)責(zé)將被測信號轉(zhuǎn)換為光信號的變化。答案：光源；光纖；敏感元件9.紅外溫度傳感器通過檢測物體的________輻射實(shí)現(xiàn)非接觸測溫，其測量精度受________影響較大。答案：紅外；發(fā)射率10.應(yīng)變式傳感器中，惠斯通電橋采用差動接法的主要目的是________和________。答案：提高靈敏度；抑制溫度誤差三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述電阻應(yīng)變片的工作原理及溫度誤差的補(bǔ)償方法。答案：電阻應(yīng)變片基于應(yīng)變效應(yīng)工作，即金屬導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的電阻隨機(jī)械變形（應(yīng)變）發(fā)生變化。溫度誤差主要由兩部分引起：一是應(yīng)變片材料的電阻隨溫度變化（熱阻效應(yīng)），二是應(yīng)變片與被測構(gòu)件材料的線膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的附加應(yīng)變。補(bǔ)償方法包括：（1）橋路補(bǔ)償法（如半橋差動接法，將補(bǔ)償片貼在與工件材料相同但不受力的試件上）；（2）應(yīng)變片自補(bǔ)償法（選用特定溫度系數(shù)的應(yīng)變片或組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片）。2.比較壓電式傳感器與壓阻式傳感器的異同點(diǎn)。答案：相同點(diǎn)：均通過力學(xué)量（力、壓力、加速度）引起電信號變化實(shí)現(xiàn)測量。不同點(diǎn)：（1）工作原理：壓電式基于壓電效應(yīng)（機(jī)械能→電能），壓阻式基于壓阻效應(yīng)（電阻率隨應(yīng)力變化）；（2）信號特性：壓電式輸出電荷/電壓，適用于動態(tài)測量；壓阻式輸出電阻變化，可測靜態(tài)和動態(tài)；（3）材料：壓電式常用石英、壓電陶瓷；壓阻式常用單晶硅；（4）溫度敏感性：壓阻式溫度漂移更顯著，需溫度補(bǔ)償。3.說明光電傳感器的分類及典型應(yīng)用場景。答案：分類：（1）直射式（對射式）：發(fā)射器與接收器相對，被測物遮擋光路時(shí)觸發(fā)信號，用于計(jì)數(shù)、安全光幕；（2）反射式：發(fā)射器與接收器同側(cè)，被測物反射光時(shí)觸發(fā)，用于接近檢測、表面檢測；（3）槽式（叉式）：光路被封裝在槽內(nèi)，被測物通過槽口時(shí)遮擋，用于轉(zhuǎn)速測量、編碼器；（4）漫反射式：利用被測物表面散射光，用于非接觸位移測量。典型應(yīng)用：工業(yè)自動化中的物體檢測、智能電梯的門控防夾、打印機(jī)的紙張檢測等。4.簡述氣體傳感器在智能家居中的應(yīng)用需求及關(guān)鍵性能指標(biāo)。答案：應(yīng)用需求：檢測室內(nèi)有害氣體（如甲醛、CO、VOCs）、可燃?xì)怏w（甲烷），實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量預(yù)警和安全防護(hù)。關(guān)鍵性能指標(biāo)：（1）靈敏度：對目標(biāo)氣體的響應(yīng)程度；（2）選擇性：區(qū)分目標(biāo)氣體與干擾氣體的能力；（3）響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間：快速檢測與恢復(fù)初始狀態(tài)；（4）穩(wěn)定性：長期使用的信號漂移；（5）工作溫度范圍：適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境溫度變化；（6）功耗：便于電池供電或低功耗設(shè)計(jì)。5.分析MEMS加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理及在手機(jī)中的應(yīng)用。答案：結(jié)構(gòu)原理：MEMS加速度傳感器通常采用懸臂梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，質(zhì)量塊在加速度作用下產(chǎn)生位移，通過電容極板（或壓阻、壓電元件）檢測位移變化，轉(zhuǎn)換為電信號。手機(jī)中的應(yīng)用：（1）重力感應(yīng)：屏幕自動旋轉(zhuǎn)；（2）運(yùn)動檢測：計(jì)步、手勢識別；（3）跌落檢測：觸發(fā)數(shù)據(jù)保護(hù)；（4）游戲操控：體感游戲的動作捕捉；（5）GPS輔助定位：在無GPS信號時(shí)通過加速度積分估算位移。四、分析題（每題8分，共16分）1.某工業(yè)場景需監(jiān)測管道內(nèi)液體的流量和壓力，試選擇合適的傳感器并說明選型依據(jù)。答案：（1）流量測量：可選用電磁流量計(jì)（適用于導(dǎo)電液體，無壓損，精度高）或渦輪流量計(jì)（適用于清潔液體，輸出頻率信號易數(shù)字化）。選型依據(jù)：若液體導(dǎo)電性良好（如水、污水），選電磁流量計(jì)；若液體清潔且需高精度（如石油），選渦輪流量計(jì)。（2）壓力測量：選用擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器（量程覆蓋0-10MPa，精度0.1%FS，耐腐蝕性好）或壓電式壓力傳感器（動態(tài)壓力測量，如脈動流體）。選型依據(jù)：若測量靜態(tài)或緩慢變化壓力，選壓阻式；若測量高頻脈動壓力（如泵出口），選壓電式。需注意傳感器的耐溫性（管道液體溫度）、耐腐蝕性（液體成分）及輸出信號（4-20mA或數(shù)字信號）與控制系統(tǒng)的兼容性。2.設(shè)計(jì)一個(gè)基于傳感器的智能花盆系統(tǒng)，需監(jiān)測土壤濕度、環(huán)境溫度/濕度、光照強(qiáng)度，并實(shí)現(xiàn)自動灌溉。請列出所需傳感器類型、信號處理流程及控制邏輯。答案：（1）傳感器類型：土壤濕度傳感器（電容式或電阻式，如YL-69）、溫濕度傳感器（DHT22，精度±0.5℃/±2%RH）、光照傳感器（BH1750，數(shù)字式，測量范圍0-65535lux）。（2）信號處理流程：傳感器輸出模擬/數(shù)字信號→微控制器（如Arduino）采集并轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換或I2C讀?。鷶?shù)據(jù)濾波（滑動平均法去除噪聲）→與設(shè)定閾值比較（如土壤濕度<30%觸發(fā)灌溉）。（3）控制邏輯：當(dāng)土壤濕度低于閾值且光照強(qiáng)度>1000lux（避免夜間灌溉）時(shí)，啟動微型水泵；灌溉時(shí)間由濕度差值決定（差值越大，灌溉時(shí)間越長）；同時(shí)記錄環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，通過Wi-Fi上傳至云平臺，用戶可通過APP查看狀態(tài)并手動控制。五、綜合應(yīng)用題（14分）某企業(yè)需開發(fā)一款用于冷鏈物流的溫濕度監(jiān)測終端，要求：（1）溫度測量范圍-40℃~85℃，精度±0.5℃；（2）濕度測量范圍10%RH~95%RH，精度±3%RH；（3）支持4G/NB-IoT無線通信；（4）低功耗設(shè)計(jì)（續(xù)航≥6個(gè)月）。請完成以下設(shè)計(jì)：（1）選擇溫濕度傳感器并說明理由；（2）設(shè)計(jì)低功耗數(shù)據(jù)采集與傳輸策略；（3）提出抗干擾措施（至少3項(xiàng)）。答案：（1）傳感器選擇：溫度傳感器選用MAX31855（K型熱電偶+冷端補(bǔ)償，測量范圍-200℃~1372℃，滿足-40℃~85℃需求，精度±1℃，通過校準(zhǔn)可提升至±0.5℃）；濕度傳感器選用SHT31（數(shù)字式，測量范圍0%RH~100%RH，精度±2%RH，滿足±3%RH要求，支持I2C接口，低功耗）。理由：MAX31855集成度高，適合寬溫區(qū)；SHT31精度高、功耗低（測量時(shí)電流<500μA），符合冷鏈需求。（2）低功耗策略：①休眠模式：微控制器（如STM32L0系列）平時(shí)處于低功耗睡眠狀態(tài)（電流<1μA），僅RTC定時(shí)器喚醒；②定時(shí)采樣：設(shè)置采樣周期（如每30分鐘一次），非采樣期間關(guān)閉傳感器電源；③數(shù)據(jù)壓縮：上傳時(shí)僅發(fā)送變化超過閾值（如溫度±0.5℃、濕度±5%RH）的數(shù)據(jù)，減少傳輸次數(shù)；④通信模塊控制：4G/NB-IoT模塊僅在需要傳輸時(shí)啟動，傳輸完成后立即關(guān)閉（如使用QuectelBC28模塊，休眠電流<2μA）。（3）抗干擾措