2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫——聲學(xué)在聲波傳感器中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種效應(yīng)不是聲波傳感器（尤其是麥克風(fēng)）正常工作的基礎(chǔ)？A.聲壓變化引起介質(zhì)（如空氣）體積變化B.聲壓變化引起材料（如壓電晶體）產(chǎn)生電荷C.聲壓變化引起材料產(chǎn)生電阻變化D.聲波在介質(zhì)中的衍射現(xiàn)象2.在聲學(xué)傳聲器中，電容式麥克風(fēng)的核心工作原理是利用了？A.線性電磁感應(yīng)B.壓電材料的逆壓電效應(yīng)C.金屬振動片在磁場中的運動D.聲壓變化引起電容器極板距離或面積的改變，從而改變電容值3.超聲波傳感器通常使用的頻率范圍是？A.20Hz-20kHzB.1kHz-10kHzC.20kHz-200kHzD.20kHz-1MHz4.以下哪個參數(shù)是衡量傳聲器對聲音敏感程度的直接指標(biāo)？A.阻抗B.響度C.靈敏度D.頻率響應(yīng)5.聲強傳感器主要用于測量？A.聲波的頻率成分B.聲波的振幅或強度C.聲源的距離D.聲波的傳播方向6.聲表面波（SAW）傳感器主要利用了聲波在介質(zhì)表面的哪種特性？A.穿透深度B.傳播速度C.泛音效應(yīng)D.帶寬寬度7.在聲波傳感器的應(yīng)用中，噪聲級（NoiseFigure）越低表示？A.傳感器靈敏度越高B.傳感器本身產(chǎn)生的噪聲越小C.傳感器能檢測到的最遠距離越遠D.傳感器輸出信號越強8.醫(yī)學(xué)超聲成像利用的是超聲波的哪種特性？A.直線性傳播B.穿透能力強C.反射和折射D.多普勒效應(yīng)9.為了提高聲波傳感器的測量精度和信噪比，通常需要考慮？A.增大傳感器尺寸B.提高工作頻率C.優(yōu)化傳感器的聲阻抗匹配D.降低傳感器的動態(tài)范圍10.聲波流量計利用聲波在流體中傳播速度的變化來測量流量，這主要基于？A.聲波的多普勒效應(yīng)B.聲波的干涉效應(yīng)C.聲波的共振效應(yīng)D.聲波的衍射效應(yīng)二、填空題（每空2分，共20分）1.聲波傳感器是將______信號轉(zhuǎn)換為______信號的裝置。2.壓電式麥克風(fēng)利用了材料的______效應(yīng)將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號。3.超聲波測距的基本原理是測量超聲波從發(fā)射到接收______的時間。4.衡量傳聲器在寬頻率范圍內(nèi)輸出一致性的是其______特性。5.聲強是矢量，其方向表示聲能傳播的方向，大小表示______。6.聲表面波（SAW）傳感器具有______、______和______等特點。7.在聲學(xué)傳感器的標(biāo)定中，通常使用已知聲壓級的______或______作為參考源。8.聲波傳感器在入侵檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是利用其對______的敏感性。9.聲波在兩種不同介質(zhì)分界面處會發(fā)生______和______現(xiàn)象。10.基于骨傳導(dǎo)的麥克風(fēng)可以拾取通過______傳遞的聲音，適用于水下或耳道阻塞等情況。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述電容式麥克風(fēng)和壓電式麥克風(fēng)在結(jié)構(gòu)和工作原理上的主要區(qū)別。2.簡要說明聲波傳感器噪聲的主要來源有哪些。3.解釋什么是聲波傳感器的指向性，并簡述其有何實際意義。4.闡述超聲波傳感器在醫(yī)學(xué)成像中應(yīng)用的基本原理。四、計算題（每題10分，共20分）1.某傳聲器靈敏度為-50dB（相對于1V/Pa），現(xiàn)測得輸入該傳聲器聲壓有效值為20μPa，求傳聲器輸出端的電壓有效值是多少毫伏？2.設(shè)聲波在空氣中的傳播速度為343m/s。超聲波發(fā)射器向水面發(fā)射頻率為5MHz的超聲波，反射回波被接收器接收到時，總行程時間（往返）為0.0008秒。求：①水面到發(fā)射器的距離；②聲波在水中的傳播速度（假設(shè)空氣中聲速對水中影響忽略不計，且聲波在水中的速度約為空氣中的1.5倍）。五、論述題（10分）結(jié)合聲波傳感器的特性，論述其在環(huán)境監(jiān)測（如噪聲污染監(jiān)測、水質(zhì)檢測）中的一個具體應(yīng)用實例，說明其工作原理、關(guān)鍵性能指標(biāo)要求以及可能的局限性。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.D4.C5.B6.A7.B8.C9.C10.A二、填空題1.聲學(xué)，電學(xué)2.逆壓電3.往返4.頻率響應(yīng)5.聲強的大小6.小型化，低功耗，高性能7.純音聲源，聲級計8.噪聲9.反射，折射10.骨骼三、簡答題1.解析思路：區(qū)分核心結(jié)構(gòu)差異和原理差異。*結(jié)構(gòu)：電容式核心是聲電轉(zhuǎn)換膜片和兩個電極（或一個固定電極一個可動電極）構(gòu)成的電容器；壓電式核心是壓電材料（如石英）和電極。*原理：電容式利用聲壓使可動電極位移，改變電容器極板距離或有效面積，從而改變電容值，通過外部電路（如振蕩器）將電容變化轉(zhuǎn)換為電信號；壓電式利用聲壓直接作用在壓電材料上，使其發(fā)生形變，根據(jù)壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷，或產(chǎn)生電壓。2.解析思路：列舉噪聲主要來源類別。*傳感器自身噪聲：如熱噪聲、散粒噪聲（來自電子元件）、壓電材料的固有噪聲等。*環(huán)境噪聲：如空氣流動產(chǎn)生的風(fēng)噪聲、環(huán)境中的各種聲音干擾等。*信號處理電路引入的噪聲：放大器、濾波器等電路元件產(chǎn)生的噪聲。3.解析思路：解釋指向性的定義并說明其意義。*定義：指向性是指傳聲器靈敏度隨聲源相對于傳聲器方向變化的特性。*意義：具有指向性的傳聲器可以優(yōu)先接收來自特定方向的聲音，同時抑制來自其他方向的聲音，有助于提高信噪比、確定聲源方向、減少環(huán)境干擾等。4.解析思路：闡述超聲波成像的基本物理過程。*原理：向人體發(fā)射特定頻率的超聲波，超聲波在組織界面（如不同密度組織之間）發(fā)生反射和折射。不同組織對超聲波的吸收和反射程度不同。接收器接收返回的回波信號，根據(jù)回波到達的時間、強度和相位等信息，經(jīng)過信號處理和圖像重建，形成人體內(nèi)部的聲學(xué)圖像。四、計算題1.解析思路：利用靈敏度定義公式進行計算，注意單位換算和分貝轉(zhuǎn)換。*靈敏度S=-50dB=-50*10^(5/10)V/Pa≈-316.23V/Pa（注意：這里假設(shè)是電壓靈敏度，負號表示輸出電壓與聲壓極性相反，計算時通常取絕對值或按公式計算，題目要求輸出電壓有效值，直接用公式計算即可）。S=|S|≈316.23V/Pa。*聲壓p=20μPa=20*10^-6Pa。*輸出電壓V_out=S*p=316.23V/Pa*20*10^-6Pa=6.3246*10^-3V=6.3246mV。*答案：傳聲器輸出端的電壓有效值約為6.32mV。2.解析思路：第一步根據(jù)總時間和聲速計算單程距離。第二步根據(jù)距離和水中的聲速計算水中聲速（或直接用空氣中聲速比例關(guān)系）。第三步根據(jù)水中聲速和單程時間計算水面到發(fā)射器的距離。*總行程時間t_total=0.0008s?？諝庵新曀賤_air=343m/s。*①單程距離s=v_air*(t_total/2)=343m/s*(0.0008s/2)=343m/s*0.0004s=0.1372m=137.2mm。（水面到發(fā)射器的距離是總行程的一半）。*②聲波在水中的速度v_water=1.5*v_air=1.5*343m/s=514.5m/s。*（或者，用時間關(guān)系：水中單程時間t_water=2*s/v_water=2*0.1372m/514.5m/s≈0.000531s。總時間t_total=2*t_water=2*0.000531s=0.001062s。這與題目給出的總時間0.0008s不符，說明題目數(shù)據(jù)或假設(shè)可能有誤，但按水中速度是空氣速度1.5倍來計算水中單程距離：水中單程距離s_water=v_air*(t_total/2)*1.5=343*0.0004*1.5=0.2068m=206.8mm。）*答案：水面到發(fā)射器的距離約為137.2mm。聲波在水中的傳播速度（根據(jù)題設(shè)比例）約為514.5m/s。（注意：計算出的水中速度與空氣速度比例關(guān)系矛盾，按比例計算出的水中單程距離也與時間不符，提示題目數(shù)據(jù)設(shè)置可能存在問題。若僅求距離，按空氣聲速和一半時間計算為137.2mm。）五、論述題解析思路：*選擇應(yīng)用實例：選擇一個典型且能體現(xiàn)聲波傳感器特點的應(yīng)用，如噪聲監(jiān)測。*說明工作原理：描述噪聲如何被聲波傳感器（如麥克風(fēng)）接收，信號如何被處理（放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換），以及如何最終得到噪聲水平（如聲壓級）的讀數(shù)或顯示。*