2025年大学仪器科学与技术（精密仪器设计）试题及答案.doc

2025年大学仪器科学与技术（精密仪器设计）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30分）

答题要求：请将每小题的正确答案填在括号内。(总共10题，每题3分)

1. 精密仪器设计中，衡量仪器精度的重要指标是（ ）
A. 分辨率 B. 灵敏度 C. 重复性 D. 线性度
2. 以下哪种传感器不属于光电式传感器（ ）
A. 光敏电阻 B. 光电倍增管 C. 热电偶 D. 光电池
3. 仪器的静态特性不包括（ ）
A. 精度 B. 稳定性 C. 响应特性 D. 重复性
4. 在精密仪器设计中，减小系统误差的方法不包括（ ）
A. 校准 B. 补偿 C. 多次测量取平均值 D. 增加采样频率
5. 以下关于微机电系统（MEMS）的说法错误的是（ ）
A. 尺寸小 B. 功耗低 C. 性能单一 D. 集成度高
6. 仪器设计中，选择材料时不需要考虑的因素是（ ）
A. 力学性能 B. 化学性能 C. 价格 D. 颜色
7. 精密仪器的机械结构应具备的特点不包括（ ）
A. 高刚度 B. 高精度 C. 高重量 D. 良好的热稳定性
8. 以下哪种滤波器常用于滤除高频噪声（ ）
A. 低通滤波器 B. 高通滤波器 C. 带通滤波器 D. 带阻滤波器
9. 仪器的动态特性中，反映系统对单位阶跃输入响应特性的是（ ）
A. 上升时间 B. 峰值时间 C. 调整时间 D. 以上都是
10. 精密仪器设计中，常用的误差补偿方法不包括（ ）
A. 软件补偿 B. 硬件补偿 C. 温度补偿 D. 人工补偿

第II卷（非选择题 共70分）

（一）填空题（每空2分，共20分）

答题要求：请在横线上填写正确答案。

1. 精密仪器设计的基本要求包括高精度、高可靠性、______、______等。
2. 传感器的组成通常包括敏感元件、______和______。
3. 仪器的精度包括______精度、______精度和______精度。
4. 微机电系统的制造工艺主要有______、______和______等。
5. 仪器设计中，常用的机械传动机构有______、______和______等。

（二）简答题（每题10分，共20分）

答题要求：简要回答问题，条理清晰。

1. 简述精密仪器设计中减小误差的主要途径。
2. 说明光电式传感器的工作原理及常见应用。

（三）分析题（每题15分，共15分）

答题要求：结合所学知识，对给定问题进行分析解答。

现有一台精密仪器，在使用过程中发现测量结果存在较大的系统误差。请分析可能导致系统误差的原因，并提出相应的解决措施。

（四）材料分析题（每题10分，共10分）

答题要求：阅读材料，回答问题。

材料：在精密仪器设计中，材料的选择至关重要。例如，在设计一款高精度的光学仪器时，需要考虑材料的光学性能、力学性能等。某研究团队在选择材料时，对几种候选材料进行了详细的测试和分析。其中材料A的光学均匀性较好，但力学性能稍差；材料B的力学性能优良，但光学性能存在一定的缺陷。

问题：从材料A和材料B中选择一种作为该光学仪器的主要材料，并说明理由。

（五）设计题（共5分）

答题要求：根据题目要求进行设计。

设计一个简单的温度测量系统，要求能够实时显示温度值，并具有一定的精度。请说明系统的组成部分及工作原理。

答案：
选择题：1. A 2. C 3. C 4. D 5. C 6. D 7. C 8. B 9. D 10. D
填空题：1. 高稳定性、高自动化程度 2. 转换元件、信号调理电路 3. 尺寸、形状、位置 （答案部分不要分行）4. 微机械加工技术、LIGA技术、外延生长技术 5. 齿轮传动、丝杠螺母传动、带传动
简答题：1. 减小误差的主要途径有：从设计上减小原理误差；提高制造精度，减小制造误差；采用适当的测量方法和测量器具，减小测量误差；对测量结果进行数据处理，减小偶然误差；进行误差补偿，减小系统误差。2. 光电式传感器是将光信号转换为电信号的传感器。工作原理是基于光电效应，即光照射到某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生相应的电效应现象。常见应用有光电开关、光电编码器、光电池等。
分析题：可能导致系统误差的原因有：仪器本身的缺陷，如零点不准、刻度不准等；环境因素的影响，如温度、湿度、气压等变化；测量方法的不完善；测量人员的习惯和偏向等。解决措施：对仪器进行校准和调整；改善测量环境，采取温度补偿等措施；改进测量方法；提高测量人员的技能和素质。
材料分析题：选择材料A作为主要材料。理由：该光学仪器对光学性能要求较高，材料A的光学均匀性较好，能满足仪器对光学性能的要求。虽然其力学性能稍差，但可以通过其他结构设计或辅助措施来弥补力学性能方面的不足，而材料B的光学性能存在缺陷，无法满足该光学仪器的核心需求。
设计题：温度测量系统由温度传感器、信号调理电路、显示器等组成。温度传感器将温度信号转换为电信号，信号调理电路对电信号进行放大、滤波等处理，然后将处理后的信号传输给显示器，显示器实时显示温度值。通过选用高精度的温度传感器和合理设计信号调理电路，可以保证系统具有一定的精度。