2025年傳感器技術(shù)模擬測試題及答案一、單項選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.以下關(guān)于傳感器的定義，最準(zhǔn)確的是（）A.能感受被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置B.僅能將物理量轉(zhuǎn)換為電信號的裝置C.用于檢測溫度、壓力的專用儀器D.具有數(shù)據(jù)處理功能的智能設(shè)備2.應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K定義為（）A.電阻變化率與應(yīng)變的比值B.應(yīng)變與電阻變化率的比值C.輸出電壓與輸入力的比值D.溫度變化與電阻變化的比值3.熱電偶的熱電勢主要由（）組成A.接觸電勢和溫差電勢B.霍爾電勢和壓電電勢C.壓阻電勢和光電勢D.磁阻電勢和電容變化電勢4.壓阻式傳感器的核心物理效應(yīng)是（）A.半導(dǎo)體材料的電阻率隨應(yīng)力變化B.金屬材料的電阻隨應(yīng)變變化C.壓電材料的電荷隨壓力變化D.電容極板間距隨壓力變化5.以下屬于光電傳感器的是（）A.熱釋電紅外傳感器B.熱電偶C.壓阻式壓力傳感器D.電感式位移傳感器6.氣敏傳感器檢測甲烷氣體時，常用的敏感材料是（）A.SnO?（二氧化錫）B.壓電陶瓷C.光纖D.鉑電阻7.霍爾傳感器的輸出電壓與（）成正比A.磁感應(yīng)強度和控制電流B.溫度和壓力C.應(yīng)變和電阻率D.電容和頻率8.光纖傳感器的主要優(yōu)勢不包括（）A.抗電磁干擾B.耐高溫高壓C.信號傳輸距離短D.耐腐蝕9.MEMS傳感器的核心制造技術(shù)是（）A.微機(jī)電系統(tǒng)加工工藝B.傳統(tǒng)機(jī)械加工C.手工組裝D.化學(xué)氣相沉積10.紅外傳感器按探測機(jī)理可分為（）A.光子型和熱型B.主動型和被動型C.接觸式和非接觸式D.模擬型和數(shù)字型11.電容式傳感器測量位移時，變面積型的輸出特性為（）A.線性B.非線性C.指數(shù)型D.對數(shù)型12.以下不屬于傳感器靜態(tài)特性參數(shù)的是（）A.線性度B.響應(yīng)時間C.靈敏度D.遲滯13.壓電式傳感器適用于測量（）A.動態(tài)力或加速度B.靜態(tài)壓力C.直流電壓D.恒定溫度14.磁阻傳感器的工作原理基于（）A.材料電阻率隨磁場變化B.電磁感應(yīng)定律C.霍爾效應(yīng)D.壓磁效應(yīng)15.生物傳感器的關(guān)鍵組件是（）A.生物敏感膜和信號轉(zhuǎn)換器B.微處理器和顯示屏C.電池和外殼D.光纖和光源二、多項選擇題（共5題，每題3分，共15分，多選、錯選不得分）1.傳感器的動態(tài)特性指標(biāo)包括（）A.上升時間B.超調(diào)量C.線性度D.穩(wěn)態(tài)誤差2.MEMS傳感器的特點包括（）A.微型化B.集成化C.高成本D.批量生產(chǎn)3.光纖傳感器可用于檢測的物理量有（）A.溫度B.位移C.磁場D.濕度4.半導(dǎo)體氣敏傳感器的工作條件通常需要（）A.加熱至一定溫度B.光照C.施加偏置電壓D.暴露于真空環(huán)境5.智能傳感器的功能包括（）A.自校準(zhǔn)B.自診斷C.數(shù)據(jù)處理D.單一參數(shù)檢測三、填空題（共10空，每空2分，共20分）1.傳感器一般由敏感元件、__________和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。2.應(yīng)變片的溫度誤差補償方法主要有__________補償法和電橋補償法。3.熱電偶的冷端溫度補償方法包括冰浴法、__________和電橋補償法。4.壓電材料分為壓電晶體和__________兩大類。5.電感式傳感器按轉(zhuǎn)換原理可分為變磁阻式、__________和渦流式。6.光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、__________和光生伏特效應(yīng)。7.氣敏傳感器的響應(yīng)時間是指從接觸被測氣體到輸出達(dá)到__________所需的時間。8.霍爾元件的不等位電勢是由于__________不一致引起的。9.光纖的基本結(jié)構(gòu)由纖芯、__________和涂覆層組成。10.生物傳感器中，常用的生物敏感材料有酶、抗體、__________等。四、簡答題（共5題，第13題每題6分，第45題每題8分，共34分）1.（封閉型）簡述傳感器線性度的定義及計算方法。2.（封閉型）說明壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量的原因。3.（封閉型）列舉三種常見的溫度傳感器，并簡述其工作原理。4.（開放型）分析5G通信技術(shù)對傳感器發(fā)展的新需求（至少3點）。5.（開放型）對比傳統(tǒng)傳感器與智能傳感器的差異（從功能、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場景三方面說明）。五、應(yīng)用題（共3題，第1題8分，第2題10分，第3題13分，共31分）1.（計算類）某金屬應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K=2.0，初始電阻R?=120Ω。當(dāng)被測應(yīng)變ε=1000με（1με=1×10??）時，求應(yīng)變片的電阻變化量ΔR。若將該應(yīng)變片接入單臂電橋（電源電壓U=5V，其余橋臂電阻均為120Ω），求電橋的輸出電壓U?。（提示：電橋輸出公式U?≈(U/4)(ΔR/R?)）2.（分析類）某電感式位移傳感器在實際應(yīng)用中出現(xiàn)非線性誤差，試分析可能的誤差來源（至少3點），并提出對應(yīng)的補償措施。3.（綜合類）設(shè)計一個基于MEMS的汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS），要求說明系統(tǒng)的核心組件（至少5個）、各組件的功能及信號傳輸流程。答案及解析一、單項選擇題1.A（傳感器的標(biāo)準(zhǔn)定義是能感受被測量并轉(zhuǎn)換為可用輸出信號的器件）2.A（靈敏度系數(shù)K=ΔR/(R?·ε)，即電阻變化率與應(yīng)變的比值）3.A（熱電偶熱電勢由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢組成）4.A（壓阻效應(yīng)是半導(dǎo)體電阻率隨應(yīng)力變化的現(xiàn)象）5.A（熱釋電紅外傳感器利用紅外輻射引起的熱電效應(yīng)，屬于光電傳感器）6.A（SnO?是常用的甲烷檢測氣敏材料）7.A（霍爾電壓U_H=K_H·I·B，與控制電流I和磁感應(yīng)強度B成正比）8.C（光纖傳感器信號傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強）9.A（MEMS基于微機(jī)電系統(tǒng)加工工藝，如光刻、刻蝕等）10.A（紅外傳感器按機(jī)理分為光子型（量子型）和熱型（熱敏型））11.A（變面積型電容傳感器的電容C=εA/d，A為變量時輸出線性）12.B（響應(yīng)時間屬于動態(tài)特性參數(shù)）13.A（壓電傳感器依賴電荷積累，靜態(tài)力會導(dǎo)致電荷泄漏，適用于動態(tài)測量）14.A（磁阻效應(yīng)指材料電阻率隨磁場變化的現(xiàn)象）15.A（生物傳感器由生物敏感膜（識別被測物）和信號轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換為電信號）組成）二、多項選擇題1.ABD（線性度是靜態(tài)特性，動態(tài)特性包括上升時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等）2.ABD（MEMS傳感器因批量生產(chǎn)成本低，故C錯誤）3.ABCD（光纖傳感器可通過調(diào)制檢測溫度、位移、磁場、濕度等多種物理量）4.AC（半導(dǎo)體氣敏傳感器需加熱激活表面反應(yīng)，并施加偏置電壓檢測電阻變化）5.ABC（智能傳感器具備自校準(zhǔn)、自診斷、數(shù)據(jù)處理功能，可檢測多參數(shù)）三、填空題1.轉(zhuǎn)換元件2.溫度自3.補償導(dǎo)線法4.壓電陶瓷（或壓電聚合物）5.變壓器式（或互感式）6.內(nèi)光電效應(yīng)（或光電導(dǎo)效應(yīng)）7.穩(wěn)定值的90%（或設(shè)定閾值）8.霍爾電極安裝位置（或電極對稱性）9.包層10.微生物（或DNA、細(xì)胞）四、簡答題1.線性度定義：傳感器實際輸出輸入特性曲線與理論擬合直線之間的最大偏差與滿量程輸出的百分比。計算方法：①選擇擬合直線（如最小二乘法、端點連線法）；②計算實際曲線與擬合直線的最大偏差ΔL_max；③線性度=ΔL_max/滿量程輸出×100%。2.原因：壓電式傳感器的工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)（應(yīng)力→電荷）。當(dāng)測量靜態(tài)力時，電荷會通過傳感器內(nèi)部的絕緣電阻和測量電路的輸入電阻緩慢泄漏，導(dǎo)致輸出信號逐漸衰減直至為零，無法穩(wěn)定反映靜態(tài)量。因此僅適用于動態(tài)測量（如振動、沖擊）。3.①熱電偶：基于塞貝克效應(yīng)，兩種不同材料的導(dǎo)體組成閉合回路，兩端溫度差產(chǎn)生熱電勢，通過測量熱電勢反推溫度；②鉑電阻（RTD）：利用鉑金屬的電阻隨溫度升高而線性增大的特性，通過測量電阻值確定溫度；③熱敏電阻：采用半導(dǎo)體材料（如金屬氧化物），電阻隨溫度變化顯著（正或負(fù)溫度系數(shù)），通過電橋測量電阻變化。4.①高速數(shù)據(jù)傳輸需求：5G的高帶寬（eMBB）要求傳感器支持高頻采樣（如工業(yè)傳感器需μs級采樣），以滿足實時數(shù)據(jù)傳輸；②低時延要求：5G的uRLLC場景（如自動駕駛）需要傳感器響應(yīng)時間≤1ms，推動傳感器信號處理集成化（如邊緣計算）；③大規(guī)模連接（mMTC）：5G支持百萬級設(shè)備/平方公里，要求傳感器低功耗（如NBIoT兼容傳感器）、低成本（如MEMS批量生產(chǎn)）；④高精度同步：5G的時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）需要傳感器時鐘同步精度達(dá)ns級，促進(jìn)傳感器內(nèi)置高精度時鐘模塊。5.①功能：傳統(tǒng)傳感器僅實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換（物理量→電信號）；智能傳感器集成微處理器，具備自校準(zhǔn)、自診斷、數(shù)據(jù)融合、通信（如485/CAN）等功能。②結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)傳感器由敏感元件+轉(zhuǎn)換電路組成；智能傳感器增加MCU、存儲單元（EEPROM）、通信接口（如I2C），部分集成A/D轉(zhuǎn)換器。③應(yīng)用場景：傳統(tǒng)傳感器用于簡單檢測（如工業(yè)溫度計）；智能傳感器用于復(fù)雜系統(tǒng)（如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車），支持多參數(shù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制及故障預(yù)警。五、應(yīng)用題1.計算過程：①ΔR=K·R?·ε=2.0×120Ω×1000×10??=0.24Ω②電橋輸出U?≈(U/4)(ΔR/R?)=(5V/4)(0.24Ω/120Ω)=(1.25V)(0.002)=0.0025V=2.5mV答案：ΔR=0.24Ω，U?=2.5mV2.誤差來源及補償措施：①鐵芯非線性磁化：電感式傳感器的磁路中，鐵芯在高磁場下會飽和，導(dǎo)致電感與位移的非線性關(guān)系。補償措施：選用高磁導(dǎo)率、低飽和磁感應(yīng)強度的材料（如坡莫合金），或限制工作在鐵芯的線性磁化區(qū)域。②線圈分布電容影響：線圈的寄生電容會改變電感的等效阻抗，尤其在高頻下導(dǎo)致輸出非線性。補償措施：采用屏蔽線減少分布電容，或在電路中加入補償電容抵消寄生效應(yīng)。③激勵電源不穩(wěn)定：交流激勵電壓的幅值或頻率波動會導(dǎo)致電感輸出信號失真。補償措施：使用穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源（如鎖相環(huán)控制的正弦波發(fā)生器），或在電路中加入自動增益控制（AGC）模塊。3.系統(tǒng)設(shè)計：核心組件及功能：①MEMS壓力傳感器：采用壓阻式或電容式MEMS芯片，集成在輪胎內(nèi)部，檢測胎內(nèi)氣壓（量程01000kPa，精度±1%FS）。②MEMS溫度傳感器：與壓力傳感器集成（多參數(shù)芯片），監(jiān)測胎溫（40℃~125℃），用于氣壓的溫度補償（理想氣體定律P/T=常數(shù)）。③微控制器（MCU）：如ARMCortexM0，負(fù)責(zé)讀取傳感器數(shù)據(jù)、執(zhí)行校準(zhǔn)算法（如溫度補償公式P_comp=P_raw×(T_ref+273.15)/(T_raw+273.15)）、控制無線發(fā)射。④無線發(fā)射器（RFTransmitter）：采用433MHz或2.4GHz頻段（符合ISO21