2025年物聯(lián)網(wǎng)(傳感器應(yīng)用)專項(xiàng)訓(xùn)練試卷及答案（一）單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種傳感器利用壓阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換？A.電容式壓力傳感器B.金屬電阻應(yīng)變片C.半導(dǎo)體應(yīng)變片D.壓電式加速度傳感器2.衡量傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時(shí)，輸出輸入特性曲線不一致程度的指標(biāo)是：A.線性度B.遲滯C.重復(fù)性D.靈敏度3.工業(yè)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)中，最常用的傳感器類型是：A.溫度傳感器B.加速度傳感器C.氣體傳感器D.光電傳感器4.下列不屬于MEMS傳感器典型特點(diǎn)的是：A.體積小B.功耗低C.成本高D.可批量生產(chǎn)5.土壤濕度傳感器中，基于介電常數(shù)測(cè)量原理的是：A.電阻式濕度傳感器B.電容式濕度傳感器C.時(shí)域反射（TDR）傳感器D.熱電偶式傳感器6.用于檢測(cè)可燃?xì)怏w（如甲烷）泄漏的催化燃燒式傳感器，其核心檢測(cè)原理是：A.氣體與催化劑反應(yīng)產(chǎn)生熱量變化B.氣體吸收特定波長(zhǎng)的紅外光C.氣體分子吸附導(dǎo)致電阻變化D.氣體電離產(chǎn)生電流變化7.以下傳感器中，輸出信號(hào)為數(shù)字量的是：A.熱電偶（溫度）B.鉑電阻PT100（溫度）C.壓力變送器（420mA）D.數(shù)字式溫濕度傳感器DHT228.冷鏈物流中監(jiān)測(cè)藥品存儲(chǔ)環(huán)境時(shí)，需同時(shí)關(guān)注的關(guān)鍵參數(shù)不包括：A.溫度B.濕度C.光照強(qiáng)度D.振動(dòng)沖擊9.物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，為延長(zhǎng)電池壽命，最關(guān)鍵的優(yōu)化措施是：A.提高傳感器精度B.降低通信模塊功耗C.增大電池容量D.增加數(shù)據(jù)傳輸頻率10.以下關(guān)于傳感器標(biāo)定的描述，錯(cuò)誤的是：A.需使用高精度標(biāo)準(zhǔn)儀器作為參考B.標(biāo)定結(jié)果可用于修正傳感器誤差C.僅需在傳感器出廠前進(jìn)行一次標(biāo)定D.動(dòng)態(tài)標(biāo)定需模擬實(shí)際工作中的動(dòng)態(tài)輸入（二）多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯(cuò)選不得分）1.以下屬于傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的有：A.靈敏度B.頻率響應(yīng)C.分辨率D.漂移2.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中常用的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器包括：A.光照傳感器（如光敏電阻）B.CO?濃度傳感器C.土壤pH值傳感器D.加速度傳感器3.影響氣體傳感器選擇性的因素有：A.敏感材料類型B.工作溫度C.氣體濃度D.傳感器封裝結(jié)構(gòu)4.物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）中，常用的短距離無(wú)線通信協(xié)議包括：A.ZigBeeB.LoRaC.藍(lán)牙（Bluetooth）D.5G5.以下關(guān)于壓電式傳感器的描述，正確的有：A.適用于靜態(tài)信號(hào)測(cè)量B.輸出信號(hào)為電荷或電壓C.需配合電荷放大器使用D.常用材料有石英晶體和壓電陶瓷（三）填空題（每空2分，共20分）1.傳感器的基本組成通常包括敏感元件、__________和信號(hào)調(diào)理電路三部分。2.紅外溫度傳感器通過(guò)檢測(cè)物體發(fā)射的__________來(lái)測(cè)量溫度，屬于非接觸式測(cè)量。3.霍爾傳感器利用__________效應(yīng)，可用于測(cè)量磁場(chǎng)、電流或位移。4.氣體傳感器中，電化學(xué)型主要用于檢測(cè)__________氣體（如氧氣、一氧化碳）。5.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的420mA電流信號(hào)傳輸方式，其抗干擾能力優(yōu)于__________傳輸。6.物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量管理策略包括休眠機(jī)制、__________和低功耗電路設(shè)計(jì)。7.應(yīng)變式壓力傳感器中，應(yīng)變片通常粘貼在__________上，通過(guò)壓力引起的形變轉(zhuǎn)換為電阻變化。8.光纖傳感器的核心優(yōu)勢(shì)是__________，適用于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境。9.濕度傳感器的主要性能指標(biāo)包括量程、精度、__________和溫度系數(shù)。10.半導(dǎo)體氣體傳感器（如MQ系列）的敏感材料通常為_(kāi)_________金屬氧化物（如SnO?）。（四）簡(jiǎn)答題（共30分）1.（封閉型，8分）簡(jiǎn)述傳感器動(dòng)態(tài)特性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)及其含義。2.（開(kāi)放型，7分）對(duì)比分析電阻式、電容式和電感式位移傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。3.（封閉型，7分）說(shuō)明MEMS傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的核心作用，并列舉3個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景。4.（開(kāi)放型，8分）某智能溫室需監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度、光照、CO?濃度），請(qǐng)為每個(gè)參數(shù)選擇一種適用的傳感器，并說(shuō)明選擇理由（需具體到傳感器型號(hào)或類型）。（五）應(yīng)用題（共25分）1.（計(jì)算類，8分）某應(yīng)變式力傳感器的靈敏度為2.1mV/V，供橋電壓為5V。當(dāng)測(cè)量1000N力時(shí)，輸出電壓為4.2mV。（1）計(jì)算該傳感器的實(shí)際靈敏度（單位：mV/N）；（2）若理論靈敏度為0.005mV/N，計(jì)算相對(duì)誤差（保留兩位小數(shù)）。2.（分析類，9分）某化工廠需監(jiān)測(cè)車(chē)間內(nèi)甲烷（CH?）濃度，要求檢測(cè)范圍0100%LEL（爆炸下限，LEL=5%體積濃度），精度±5%FS，響應(yīng)時(shí)間＜30s?，F(xiàn)有三種傳感器可選：催化燃燒式傳感器（量程0100%LEL，精度±3%FS，響應(yīng)時(shí)間20s）紅外式氣體傳感器（量程0100%LEL，精度±2%FS，響應(yīng)時(shí)間15s）半導(dǎo)體式氣體傳感器（量程05000ppm，精度±10%FS，響應(yīng)時(shí)間40s）（1）分析各傳感器是否滿足要求；（2）推薦最優(yōu)方案并說(shuō)明理由。3.（綜合類，8分）設(shè)計(jì)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求包含以下模塊：傳感器節(jié)點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)平臺(tái)。需說(shuō)明：（1）傳感器節(jié)點(diǎn)的組成（至少4種傳感器及測(cè)量參數(shù)）；（2）通信網(wǎng)絡(luò)的選擇（需考慮傳輸距離、功耗、成本）；（3）數(shù)據(jù)平臺(tái)的主要功能（至少3項(xiàng)）。答案及解析（一）單項(xiàng)選擇題1.C（半導(dǎo)體應(yīng)變片利用壓阻效應(yīng)，金屬應(yīng)變片利用應(yīng)變效應(yīng)）2.B（遲滯描述正反行程的不一致性，重復(fù)性是多次同一方向的分散性）3.B（振動(dòng)監(jiān)測(cè)需測(cè)量加速度）4.C（MEMS可批量生產(chǎn)，成本低）5.C（TDR通過(guò)測(cè)量土壤介電常數(shù)確定濕度）6.A（催化燃燒式傳感器通過(guò)氣體燃燒產(chǎn)熱改變電阻）7.D（DHT22輸出數(shù)字信號(hào)，其他為模擬信號(hào)）8.C（藥品存儲(chǔ)主要關(guān)注溫濕度、振動(dòng)，光照非關(guān)鍵）9.B（通信模塊功耗占比高，降低其功耗最有效）10.C（傳感器需定期標(biāo)定，非僅出廠一次）（二）多項(xiàng)選擇題1.ACD（頻率響應(yīng)是動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)）2.ABC（加速度傳感器用于設(shè)備監(jiān)測(cè)，非環(huán)境監(jiān)測(cè)）3.AB（敏感材料和工作溫度決定選擇性）4.ABC（5G屬于廣域網(wǎng)，非短距離）5.BCD（壓電式傳感器不適用于靜態(tài)測(cè)量）（三）填空題1.轉(zhuǎn)換元件2.紅外輻射（或紅外光）3.霍爾4.毒性（或還原性）5.電壓信號(hào)（或05V電壓）6.能量收集（或太陽(yáng)能/電池管理）7.彈性元件（或彈性膜片）8.抗電磁干擾（或電絕緣性好）9.響應(yīng)時(shí)間（或恢復(fù)時(shí)間）10.半導(dǎo)體（或金屬氧化物半導(dǎo)體）（四）簡(jiǎn)答題1.動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：時(shí)間常數(shù)τ：指?jìng)鞲衅鬏敵鲞_(dá)到穩(wěn)態(tài)值63.2%所需時(shí)間，τ越小響應(yīng)越快；上升時(shí)間tr：輸出從穩(wěn)態(tài)值10%上升到90%的時(shí)間，反映快速性；超調(diào)量σ：輸出超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值的百分比，衡量振蕩程度；頻響特性（幅頻特性、相頻特性）：描述傳感器對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)能力，截止頻率越高，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍越寬。2.對(duì)比分析：電阻式：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；缺點(diǎn)是量程小、易受溫度影響。適用于小位移測(cè)量（如電子秤形變檢測(cè)）。電容式：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；缺點(diǎn)是寄生電容干擾大、需屏蔽。適用于微位移測(cè)量（如加速度傳感器）。電感式：優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大、抗干擾強(qiáng)；缺點(diǎn)是分辨率較低、線性范圍小。適用于中位移測(cè)量（如機(jī)械位移監(jiān)測(cè)）。3.MEMS傳感器的核心作用：實(shí)現(xiàn)微型化、低功耗、低成本的傳感器集成，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)小型化和大規(guī)模部署。典型應(yīng)用：智能手環(huán)（加速度計(jì)、陀螺儀）；汽車(chē)胎壓監(jiān)測(cè)（MEMS壓力傳感器）；工業(yè)設(shè)備健康監(jiān)測(cè)（MEMS振動(dòng)傳感器）。4.參數(shù)與傳感器選擇：溫度：DS18B20（數(shù)字式，精度±0.5℃，適合溫室環(huán)境）；濕度：SHT30（電容式，精度±2%RH，抗干擾強(qiáng)）；光照：BH1750（數(shù)字式光強(qiáng)度傳感器，量程065535lux，適合植物光照監(jiān)測(cè)）；CO?濃度：MHZ19B（紅外式，量程05000ppm，精度±(50ppm+3%讀值)，適合溫室氣體監(jiān)測(cè)）。選擇理由：各傳感器均為數(shù)字接口，便于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)集成；精度滿足溫室調(diào)控需求；成本適中，適合大規(guī)模部署。（五）應(yīng)用題1.（1）實(shí)際靈敏度=輸出電壓/(供橋電壓×力)=4.2mV/(5V×1000N)=0.00084mV/(V·N)？不，正確計(jì)算應(yīng)為：靈敏度定義為輸出變化量與輸入變化量的比值。已知供橋電壓5V時(shí)，靈敏度2.1mV/V表示每伏激勵(lì)輸出2.1mV。當(dāng)輸入1000N時(shí)，輸出電壓=2.1mV/V×5V=10.5mV（理論值），但實(shí)際輸出4.2mV，說(shuō)明實(shí)際靈敏度=4.2mV/1000N=0.0042mV/N。（2）相對(duì)誤差=(實(shí)際理論)/理論×100%=(0.00420.005)/0.005×100%=16.00%（負(fù)號(hào)表示實(shí)際靈敏度低于理論值）。2.（1）催化燃燒式：量程、精度（±3%FS≤±5%FS）、響應(yīng)時(shí)間（20s＜30s）均滿足；紅外式：量程、精度（±2%FS≤±5%FS）、響應(yīng)時(shí)間（15s＜30s）均滿足；半導(dǎo)體式：量程（05000ppm＜100%LEL=50000ppm）不滿足，響應(yīng)時(shí)間（40s＞30s）不滿足。（2）推薦紅外式：精度更高（±2%FS），且紅外傳感器無(wú)催化燃燒式的高溫元件（防爆性更優(yōu)），適合化工廠可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)：（1）傳感器節(jié)點(diǎn)組成：溫濕度傳感器（SHT30，測(cè)量溫度、濕度）；氨氣傳感器（MQ137，監(jiān)測(cè)養(yǎng)