2025年大学大一（机械电子工程）传感器应用基础阶段测试试题及答案.doc

2025年大学大一（机械电子工程）传感器应用基础阶段测试试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共40分）
答题要求：本卷共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在括号内。

1. 传感器的静态特性指标不包括以下哪一项（ ）
A. 线性度
B. 迟滞
C. 重复性
D. 响应时间

2. 以下哪种传感器不属于基于电磁感应原理工作的（ ）
A. 电感式传感器
B. 电涡流式传感器
C. 霍尔传感器
D. 磁电式传感器

3. 应变片的灵敏系数主要取决于（ ）
A. 材料的性质
B. 应变片的尺寸
C. 制作工艺
D. 测量环境

4. 电容式传感器测量电路采用变压器电桥的优点是（ ）
A. 灵敏度高
B. 线性度好
C. 抗干扰能力强
D. 以上都是

5. 压电式传感器测量电路前置放大器的主要作用是（ ）
A. 放大信号
B. 阻抗匹配
C. 滤波
D. 以上都不是

6. 下列哪种传感器可用于测量温度（ ）
A. 应变片
B. 热电偶
C. 电容式传感器
D. 霍尔传感器

7. 热电阻传感器测量温度时，其电阻值与温度的关系是（ ）
A. 线性关系
B. 非线性关系
C. 指数关系
D. 对数关系

8. 光电传感器的工作原理是基于（ ）
A. 光电效应
B. 电磁感应
C. 压电效应
D. 热电效应

9. 光纤传感器的优点不包括（ ）
A. 抗电磁干扰
B. 灵敏度高
C. 耐腐蚀
D. 可用于易燃易爆环境

10. 超声波传感器的工作频率范围一般在（ ）
A. 20Hz - 20kHz
B. 20kHz - 1MHz
C. 1MHz - 10MHz
D. 10MHz - 100MHz

11. 传感器的分辨率是指（ ）
A. 传感器能够检测到的最小输入变化量
B. 传感器输出信号与输入信号的比值
C. 传感器在规定条件下的最大测量值
D. 传感器的测量精度

12. 以下哪种传感器常用于汽车的防抱死制动系统（ ）
A. 加速度传感器
B. 压力传感器
C. 转速传感器
D. 以上都是

13. 智能传感器的特点不包括（ ）
A. 具有自诊断功能
B. 能自动补偿
C. 价格便宜
D. 可进行数据处理和通信

14. 传感器的迟滞现象是指（ ）
A. 正反行程输出特性不重合
B. 输出信号随时间变化
C. 输出信号与输入信号不成比例
D. 传感器不能正常工作

15. 下列哪种传感器可用于测量液位（ ）
A. 电容式传感器
B. 电感式传感器
C. 超声波传感器
D. 以上都可以

16. 传感器的零点输出是指（ ）
A. 输入为零时的输出信号
B. 输出信号的最小值
C. 传感器的初始状态
D. 以上都不是

17. 基于半导体材料的传感器不包括（ ）
A. 气敏传感器
B. 湿敏传感器
C. 力敏传感器
D. 光纤传感器

18. 传感器的动态特性指标不包括以下哪一项（ ）
A. 上升时间
B. 响应时间
C. 超调量
D. 线性度

19. 以下哪种传感器可用于测量振动（ ）
A. 加速度传感器
B. 位移传感器
C. 速度传感器
D. 以上都可以

20. 传感器的精度是指（ ）
A. 传感器输出值与真实值的接近程度
B. 传感器的分辨率
C. 传感器的线性度
D. 传感器的迟滞

第 II 卷（非选择题，共60分）
答题要求：请将答案写在相应的答题区域内，字迹要清晰，论述要准确。

填空题（共10分，每空1分）
1. 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由______、______和______三部分组成。
2. 电感式传感器可分为______、______和______等类型。
3. 电容式传感器的测量电路有______、______和______等。
4. 热电偶的热电势由______和______两部分组成。
5. 光电传感器可分为______、______和______等类型。

简答题（共20分，每题5分）
1. 简述传感器的分类方法。
2. 说明应变片测量应变的原理。
3. 分析电容式传感器的优缺点。
4. 简述光纤传感器的工作原理及特点。

综合题（共20分）
有一个基于压电效应的压力传感器，其灵敏度为20pC/Pa。当受到压力P作用时，输出电荷Q = 200pC。已知该传感器的电容C = 1000pF，连接的电荷放大器的反馈电容Cf = 100pF。求：
1. 所测压力P的大小。（5分）
2. 电荷放大器的输出电压Uo。（5分）
3. 若压力变化为10Pa，求电荷放大器输出电压的变化量ΔUo。（10分）

材料分析题（共10分）
材料：在工业自动化生产线上，需要对产品的尺寸进行精确测量。现采用激光位移传感器进行测量，其原理是通过发射激光束并接收反射光，根据激光束的传播时间计算出物体表面到传感器的距离。在实际测量过程中，发现测量结果存在一定的误差。经过分析，发现误差主要来源于环境温度的变化、被测物体表面的粗糙度以及激光束的发散等因素。

问题：
1. 请针对上述误差来源，提出相应的解决措施。（5分）
2. 说明激光位移传感器在工业自动化生产线上的应用优势。（5分）

设计题（共10分）
设计一个用于监测室内温度和湿度的传感器系统，要求：
1. 选择合适的传感器，并说明理由。（3分）
2. 画出系统的组成框图，并简要说明各部分的功能。（4分）
3. 简述如何实现对温度和湿度数据的采集与显示。（3分）

答案：
1. D
2. C
3. A
4. D
5. B
6. B
7. A
8. A
9. B
10. B
11. A
12. D
13. C
14. A
15. D
16. A
17. D
18. D
19. D
20. A

填空题答案：
1. 敏感元件、转换元件、基本转换电路
2. 自感式、互感式、涡流式
3. 调频电路、运算放大器电路、脉冲宽度调制电路
4. 接触电动势、温差电动势
5. 光电效应型、光导型、光电池型

简答题答案：
1. 按被测物理量分类，如位移传感器、压力传感器等；按工作原理分类，如电阻式、电容式等；按信号转换特征分类，如模拟式、数字式；按能量关系分类，如能量转换型（有源）、能量控制型（无源）。
2. 应变片粘贴在受力构件上，构件受力产生应变，应变片随之变形，其电阻值发生变化，通过测量电阻变化来测量应变。
3. 优点：灵敏度高、结构简单、动态响应好；缺点：输出阻抗高、易受干扰、非线性误差大。
4. 工作原理：利用光在光纤中传播时，因外界因素导致光的强度、相位、频率等参数变化来检测被测量。特点：抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、可用于恶劣环境。

综合题答案：
1. 由Q = kP，可得P = Q/k = 200pC / 20pC/Pa = 10Pa。
2. 电荷放大器输出电压Uo = Q / Cf = 200pC / 100pF = 2V。
3. 压力变化10Pa时，电荷变化量ΔQ = kΔP = 20pC/Pa×10Pa = 200pC，输出电压变化量ΔUo = ΔQ / Cf = 200pC / 100pF = 2V。

材料分析题答案：
1. 措施：控制环境温度稳定，对被测物体表面进行处理降低粗糙度，优化激光束发射装置减少发散。
2. 优势：非接触测量，精度高，响应速度快，可实时获取尺寸数据，便于工业自动化生产线进行精确控制和质量检测。

设计题答案：
1. 温度传感器选热敏电阻，灵敏度高、成本低；湿度传感器选湿敏电容，能较好测量湿度。
2. 框图：温度传感器、湿度传感器、信号调理电路、微控制器、显示电路。功能：传感器测温湿度，调理电路放大等，微控制器采集处理，显示电路显示结果。
3. 传感器将温湿度转电信号，调理后送微控制器，微控制器采集处理后送显示电路显示。