《传感器及应用技术》综合测试题
考试时间： 120分钟 总分： 100分
填空题（每空1分，共20分）
- 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为__或其他所需形式的信息输出。
- 传感器通常由__、__和转换电路三部分组成。
- 传感器的静态特性主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性和__等。
- 金属应变片的工作原理是基于__效应，半导体应变片的工作原理是基于__效应。
- 热电偶的测温原理是基于__效应，热电阻的测温原理是基于__效应。
- 电容式传感器可以改变__、__或__三个参数来改变电容值,从而实现测量。
- 霍尔传感器是利用__效应进行工作的，常用于测量__、转速和__等。
- 光电效应分为外光电效应、__效应和__效应，光电管和光电倍增管基于__效应。
- 压电式传感器是典型的__传感器，其输出信号通常需要经过__放大才能测量。
- 智能传感器是集成了__、__和__于一体的传感器系统。
选择题（每题2分，共20分）
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在以下传感器中，哪一种最适合用于测量微小位移？ A. 电阻应变片 B. 电位器式传感器 C. 电感式传感器（如差动变压器） D. 电容式传感器
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测量快速变化的振动信号，应选择哪种类型的传感器？ A. 电位器式 B. 电感式 C. 压电式 D. 电阻应变片
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热电偶的冷端补偿是为了消除__对测量精度的影响。 A. 环境温度 B. 热端温度 C. 测量仪表内阻 D. 热电偶材料
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光纤传感器的主要优点不包括以下哪一项？ A. 抗电磁干扰能力强 B. 可用于易燃易爆环境 C. 结构简单，成本低廉 D. 可实现远距离测量
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以下哪种传感器不属于结构型传感器？ A. 电容式传感器 B. 电感式传感器 C. 压电式传感器 D. 电位器式传感器
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气敏传感器中，N型半导体材料与还原性气体（如H₂、CO）接触时，其电阻值会。 A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 先变小后变大
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超声波测距的原理是。 A. 光时域反射法 B. 声波时差法 C. 多普勒效应 D. 相位比较法
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湿敏电阻的阻值通常随环境湿度的增加而。 A. 增大 B. 减小 C. 呈线性关系 D. 无规律变化
（图片来源网络，侵删） -
MEMS技术主要应用于制造。 A. 光纤传感器 B. 生物传感器 C. 微型化、集成化的传感器 D. 磁电式传感器
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智能手机中的加速度计最可能基于原理。 A. 压电效应 B. 电容变化 C. 霍尔效应 D. 热电效应
判断题（对的打“√”，错的打“×”，每题2分，共10分）
- 传感器的灵敏度越高,测量范围就越大。
- 热电阻通常使用铜丝或铂丝制成,因为它们的电阻值与温度有良好的线性关系。
- 电涡流式传感器对被测物体的材质不敏感,只与距离有关。
- 光敏二极管在反向偏置状态下工作时，光照越强,流过它的光电流越大。
- 压电式传感器可以用于测量静态力或压力。
简答题（每题8分，共24分）
- 简述传感器的定义及其在现代工业和生活中的重要性。
- 解释金属应变片的工作原理,并说明为什么通常采用差动电桥来测量应变？
- 比较热电偶和热电阻（如Pt100）两种测温传感器的优缺点。
分析与设计题（共26分）
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（12分） 设计一个基于单片机和传感器的智能小车循迹系统,请简述：
- 你会选择哪种类型的传感器来检测地面上的黑线？为什么？
- 画出系统的基本硬件框图，包括传感器、信号调理电路、控制器和执行器（如电机驱动）。
- 简述其基本工作流程。
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（14分） 某工厂需要监测一个大型储油罐的液位，要求测量精度高，且能输出标准的4-20mA电流信号以远传至控制室。
- 请至少提出两种可行的液位测量方案,并分别说明其工作原理。
- 从成本、精度、安装维护和适用环境等方面,比较这两种方案的优劣。
- 选择你认为最合适的方案，并解释为什么它能满足“输出4-20mA标准信号”的要求。
参考答案
填空题
- 电信号
- 敏感元件，转换元件
- 精度
- 电阻应变，压阻
- 热电，热阻
- 极板面积，极板间距离，介电常数
- 霍尔，磁场强度，电流
- 内光电，光生伏特，外光电
- 有源，电荷
- 敏感元件，转换元件，信号处理电路
选择题
- D (电容式传感器分辨率极高)
- C (压电式传感器固有频率高,适合动态测量)
- A (冷端温度变化会产生附加电动势)
- C (光纤传感器结构相对复杂,成本较高)
- C (压电式传感器是基于材料物理特性的物性型传感器)
- B (N型半导体与还原性气体反应，载流子增多,电阻减小)
- B (测量超声波发射和接收的时间差来计算距离)
- A (湿敏电阻吸湿后，离子导电增强,电阻减小)
- C (MEMS的核心就是微型化)
- B (现代手机加速度计普遍采用MEMS电容式原理)
判断题
- × (灵敏度与量程通常成反比)
- √ (铂电阻线性度好，铜电阻在-50~150℃范围内线性度较好)
- × (对材质敏感,不同材质的涡流效应不同)
- √ (光生载流子在反向电场作用下形成光电流)
- × (压电效应产生的电荷在静态或缓变时会被内部泄漏掉,只适合动态测量)
简答题
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定义： 传感器是一种能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 重要性： 传感器是现代信息技术的三大支柱（传感器、通信、计算机）之一，它是获取自然和生产领域中信息的主要途径，是实现自动检测和自动控制的首要环节，从工业自动化、智能家居、汽车电子到航空航天、医疗健康，传感器无处不在,是万物互联和人工智能的基础。
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工作原理： 金属应变片基于“电阻应变效应”，即当金属导体受到机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值会发生变化，电阻相对变化率与应变（长度相对变化率）成正比。 采用差动电桥的原因：
- 提高灵敏度： 差动电桥将两个应变片（一个受拉，一个受压）的电阻变化相加,输出电压是单臂电桥的两倍。
- 实现温度补偿： 两个应变片处于同一温度场，温度变化引起的电阻变化相互抵消,从而消除了温度误差。
- 减小非线性： 差动结构可以改善电桥输出的线性度。
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热电偶：
- 优点： 测量范围宽（-200~1800
