高考物理新电磁学知识点之传感器全集汇编含答案解析(2)
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高考物理新电磁学知识点之传感器全集汇编含答案解析(2)
一、选择题
1.某种角速度计,其结构如图所示.当整个装置绕轴OO′转动时,元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号.已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k、自然长度为l,电源的电动势为E、内阻不计.滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端,当系统以角速度ω转动时,则()
A.电路中电流随角速度的增大而增大
B.电路中电流随角速度的增大而减小
C.弹簧的伸长量为x=
D.输出电压U与ω的函数式为U=
2.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学变化的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用,如图所示是一种测量液面高度的电容式传感器的示意图,金属芯线与导电体之间形成一个电容器,从电容大小的变化就能反映液面的升降情况,当测得电容值减小,可以确定h将()
A.减小
B.增大
C.不变
D.无法判断
3.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小.一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置,如图甲所示,将压敏电阻平放在升降机内,受压面朝上,在上面放一物体m,升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示,则在此过程中
A.升降机一定是先向上做匀加速运动然后做匀减速运动
B.升降机可能是先向上做匀减速运动然后做匀加速运动
C.物体一定是先超重后失重
D.物体一定是先失重后超重
4.压敏电阻能够把压力这个力学量转换为电阻这个电学量,压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,在升降机中将重物放在压敏电阻上,压敏电阻接在如图甲所示的电路中,R 为定值电阻,电流表示数随时间变化如图乙所示,某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态,下列说法中正确的是()
A.0~1t时间内,升降机可能匀速运动
B.0~1t时间内,升降机一定匀速上升
C.1t~2t时间内,升降机可能匀速上升
D.1t~2t时间内,升降机一定匀加速上升
5.火警报警系统原理如图甲所示,M是一个小型理想变压器,原副线圈匝数之比n1:n2
=10:1,接线柱a、b接上一个正弦交变电源,电压随时间变化规律如图乙所示,在变压器右侧部分,R2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器,R1为一定值电阻.下列说法中正确的是
A.此交变电源的每秒钟电流变化50次
B.电压表示数为22 V
C.当传感器R2所在处出现火警时,电流表的示数减小
D.当传感器R2所在处出现火警时,电压表的示数减小
6.酒精测试仪(主要部件是二氧化锡半导体型酒精气体传感器)用于测试机动车驾驶人员是否酒驾.酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比,那么电压表的示数U与酒精
气体浓度C之间的对应关系正确的是()
A.U越大,表示C越小,C与U成反比
B.U越大,表示C越大,C与U成正比
C.U越大,表示C越小,但是C与U不成反比
D.U越大,表示C越大,但是C与U不成正比
7.下列说法不正确的是()
A.话筒是一种常见的红外线传感器
B.电慰斗内一般装有双金属片温度传感器
C.电子秤所使用的测力装置是力传感器
D.热敏电阻能够把温度大转换为电阻大小
8.通常当人走向银行门口时,门就会自动打开,是因为门上安装了下列那种传感器( ) A.温度传感器B.压力传感器
C.红外线传感器D.声音传感器
9.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置,如图所示,将压敏电阻固定在升降机底板上并接入电路,其上放置物块;合上电键后,在升降机运动过程的某一段时间内,发现电流表的示数I不变,且I大于升降机静止时电流表的示数I0,在这段时间内
A.升降机可能匀速上升B.升降机一定在匀减速上升
C.升降机一定处于失重状态D.升降机一定在匀加速上升
10.在如图所示的电路中,电源的电动势E恒定,内阻r=1Ω,R1为光敏电阻(其阻值随光照的增强而减小),定值电阻R2=2Ω,R3=5Ω,电表均为理想电表.则下列说法正确的是()
A .当光照增强时,电源的效率增大
B .当光照增强时,电容器的电荷量减小
C .光照强度变化时,电压表示数的变化量和电流表示数的变化量之比不变
D .若光敏电阻R 1阻值变化范围为2~9Ω,则光照强度变化前后,ab 段电路消耗的电功率可能相同
11.某种角速度计,其结构如图所示.当整个装置绕轴OO ′ 转动时,元件A 相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号.已知A 的质量为m ,弹簧的劲度系数为k 、自然长度为l ,电源的电动势为E 、内阻不计.滑动变阻器总长也为l ,电阻分布均匀,装置静止时滑片P 在变阻器的最左端B 端,当系统以角速度ω转动时,则( )
A .电路中电流随角速度的增大而增大
B .弹簧的伸长量为2ml x k m ωω=-
C .输出电压U 与ω的函数式为2Em U k m ωω
=- D .此装置能测量的角速度最大不超过2k m
12.如图所示, R 4是半导体材料制成的热敏电阻,电阻率随温度的升高而减小,这就是一个火警报警器的电路,电流表是安放在值班室的显示器,电源两极之间接一个报警器,当R 4所在处出现火情时,显示器的电流I 和报警器两端的电压U 的变化情况是( )
A .I 变大,U 变小
B .I 变大,U 变大
C .I 变小,U 变大
D .I 变小,U 变小
13.某兴趣小组利用压敏电阻(压敏电阻的阻值R随所受压力的增大而减小)设计了判断电梯运动状态的装置, 示意图如图甲所示.将压敏电阻平放在电梯内,受压面朝上,在上面放一物体A,电梯静止时电压表示数为U0,电梯在某次运动过程中,电压表的示数变化情况如图乙所示,下列判断中正确的是( )
A.O-t1内电梯可能匀加速上升
B.t1-t2内电梯可能匀速上升
C.t1-t2内电梯可能在减速上升
D.t2-t3内电梯可能匀减速下降
14.下列关于传感器的说法中正确的是()
A.金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
B.电饭锅通过压力传感器实现温度的自动控制
C.干簧管是一种能够感知电场的传感器
D.传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量或者电路的通断
15.下列说法正确的是()
A.话筒是一种常用的声传感器,其作用是将电信号转换为声信号
B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,这种传感器的作用是控制电路的通断
C.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电流这个电学量
D.半导体热敏电阻常用作温度传感器,温度升高,它的电阻值变大
16.下列情况中,应用了温度传感器的是( )
A.夜间自动打开的路灯
B.商场里的自动玻璃门
C.电视遥控器
D.自动恒温冰箱
R为光敏电阻(光照强度增加时,其阻值17.如图所示,电源的电动势为E,内阻为r,G
减小).现增加光照强度,则下列判断正确的是()
A.B灯变暗,A灯变亮
B.0R两端的电压变大
C.B灯变亮,A灯变暗
D.电源的总功率变小
18.视觉是人类最重要的知觉方式,视觉受损的病人生活质量深受困扰.目前研发的人工视网膜阵列可以模拟视网膜感光细胞对视觉通路施加特定电刺激,从而产生视觉感受.按工作原理来看,目前的人工视网膜阵列主要有两种,分为微光电二极管阵列和微电极阵列.微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞,但电流强度不足,需要配备放大电路.微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列,可以最小化植入体积.人工视网膜无论采用哪一种阵列,工作时如果使用直流电,都可能造成电荷累积对神经细胞损伤,以及电解水产生化学腐蚀和气泡.下列说法正确的是()A.微光电二极管阵列在正常工作时不需要额外电源提供能量
B.微电极阵列直接将进入人眼的光线转化成视觉电信号
C.微电极阵列传输信号的原理是电流的磁效应
D.人造视网膜假体工作时应采用交流电信号
19.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。
某实验小组在升降机水平地板上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。
其工作原理如图甲所示,将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源E连成电路,在压敏电阻上放置一个绝缘重物。
0-t时间内升降机停在某一楼层处,t1时刻升降机开始运动,从电流显示器中得到电路中电流i随时间t变化的情况如图乙所示。
则下列判断正确的是
A.t1~t2时间内绝缘重物处于超重状态
B.t2~t3时间内绝缘重物处于失重状态
C.升降机开始时可能停在10楼,从t1时刻开始,经向下加速、匀速、减速,最后停在1楼
D.升降机开始时可能停在1楼,从t1时刻开始,经向上加速、匀速、减速,最后停在10楼
20.如图所示,R4是半导体材料制成的热敏电阻,电阻率随温度的升高而减小,这就是一个火警报警器的电路,电流表是安放在值班室的显示器,电源两极之间接一个报警器,当R4所在处出现火情时,显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是( )
A.I变大,U变小 B.I变大,U变大
C.I变小,U变大 D.I变小,U变小
21.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置,其工作原理图如图甲所示,将压敏电阻固定在升降机底板上,其上放置一个物块,在升降机运动的过程中,电流表示数如图乙所示,已知升降机静止时电流表的示数1I.下列判断正确的是()
甲乙
A.从0到1t时间内,升降机一定静止
B.从1t到2t时间内,升降机可能做匀加速直线运动
C.从1t到2t时间内,升降机运动时的加速度在变化
D.从2t到3t时间内,升降机可能向下匀加速运动
22.为了保证汽车刹车时车轮不被抱死,使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动,这样既可以提高刹车效果,又不使车轮失去控制.为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置,这种检测装置称为电磁脉冲传感器,如果该装置检测出车轮不再转动,它就会自动放松刹车机构,让车轮仍保持转动状态,这就是ABS防抱死系统.如图是电磁脉冲传感器示意图,B是一根永久磁体,外面绕有线圈,它们的左端靠近一个铁质齿轮A.齿轮与转动的车轮是同步的,则以下说法正确的是()
A.车轮转动时,由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线,产生感应电流
B.车轮转动时,由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化,产生感应电流
C.车轮转速减慢时,输出电流的周期变小.电流强度也变小
D.车轮转速减慢时,输出电流的周期变大,电流强度也变大
23.如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器,其原理是:导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器,当振动膜片在声压的作用下振动时,两个电极之间的电容发生变化,电路中电流随之变化,这样声信号就变成了电信号,则当振动膜片向左振动时()
A.电容器的电容增大
B.电容器带电荷量减少
C.电容器两极板间的场强增大
D.电阻R中的电流方向自右向左
24.下列说法中正确的是( )
A.电饭锅中的敏感元件是光敏电阻
B.测温仪中的测温元件可以是热敏电阻
C.机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线,输出不连续的电脉冲
D.火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态,有烟雾时呈现高电阻状态25.电源、开关S和S′、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图所示电路,电容器的两平行板水平放置.当开关S、S′闭合,并且无光照射光敏电阻R2时,一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点.当用强光照射光敏电阻R2时,光敏电阻的阻值变小,则
A.液滴向下运动
B.液滴仍然静止
C.R2两端的电势差是否升高无法分析
D.当光照强度不变时断开S′,把电容器的上极板向上移一小段距离,则上极板的电势比A点的电势高
【参考答案】***试卷处理标记,请不要删除
一、选择题
1.D
解析:D
【分析】
当系统在水平面内以角速度ω转动时,电路中电阻保持不变,根据闭合电路欧姆定律分析电路中电流的变化情况.系统匀速转动时,由弹簧的弹力提供元件A 的向心力,根据牛顿第二定律得到角速度ω与弹簧伸长的长度x 的关系式.根据串联电路电压与电阻成正比和电阻定律,得到电压U 与x 的关系式,再联立解得电压U 与ω的函数关系式.
【详解】
系统在水平面内以角速度ω转动时,无论角速度增大还是减小,BC 的总电阻不变,根据闭合电路欧姆定律得知,电路中电流保持不变,故A 、B 错误;设系统在水平面内以角速度ω转动时,弹簧伸长的长度为x ,则对元件A ,根据牛顿第二定律得kx =mω2(l +x ),又输出电压U =,联立两式得 ,,故C 错误,D 正
确;故选D. 2.A
解析:A
【解析】
【分析】
【详解】
电容C 减小时,根据电容的决定式4s C kd επ=
分析正对面积应减小,则知液面高度h 减小,所以A 选项是正确的。
故选A 。
点睛:金属芯线与导电液体形成一个电容器,液面高度h 变化相当于正对面积变化,根据电容的决定式4s C kd
επ=分析电容的变化. 3.C
解析:C
【解析】
升降机静止时电流表示数为I 0,某过程中电流表示数为2I 0,由欧姆定律分析压敏电阻的阻值变小,说明压敏电阻所受压力增大,则物体处于超重状态;当电流表示数为0.5I 0,由欧姆定律分析压敏电阻的阻值变大,说明压敏电阻所受压力减小,则物体处于失重状态;物体处于超重状态时,加速度方向向上,故升降机可能向上加速运动,也可能向下减速运动;物体处于失重状态时,加速度方向向下,故升降机可能向下加速运动,也可能向上减速运动;故C 正确,ABD 错误;
故选D .
【点睛】根据I-t 图象得到电流变化情况,然后结合电路特点得到电阻变化情况,再有压敏电阻特性得到压力变化情况,最后得到加速度变化情况.
4.A
解析:A
【详解】
AB .0~t 1时间内,电流不变,则电阻R 不变,说明重物对压敏电阻的压力不变,则加速度不变,所以升降机可能匀速运动,可能匀变速运动,故A 正确,B 错误;
CD .t 1~t 2时间内,电流随时间增大,则电阻减小,所以压力增大,根据牛顿第二定律可知加速度变化,所以升降机不可能匀速上升,不可能匀加速上升,故CD 错误。
故选A 。
5.D
解析:D
【解析】
由原线圈两端输入电压U 随时间变化的图象可知,U 1=220V ,T =0.02s .
A 、变压器的电压与匝数成正比,由此可得副线圈的电压为22V ,电压表V 1测的是R 2两端电压,故A 错误;
B 、T =0.02s ,每个周期电流方向改变两次,故每秒钟电流方向改变100次,故B 错误;
C 、当出现火警时,温度升高,电阻R 2减小,副线圈的电阻减小,副线圈的电流变大,所以原线圈的电流也就要增大,故C 错误;
D 、当出现火警时,温度升高,电阻R 2减小,副线圈的电流变大,所以R 1的电压要增大,由于副线圈的总电压不变,所以R 2的电压就要减小,故D 正确;
故选D .
【点睛】输出电压是由输入电压和匝数比决定的,电压与匝数程正比,电流与匝数成反比,根据理想变压器的原理分析即可,本题主要考查变压器的知识,要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解.
6.D
解析:D
【解析】
题中给出传感器电阻 的倒数与酒精气体浓度 是正比关系,即1kc r '
= ,电压表示数00001ER ER U R R r r R R r kc
=
=++'++++ ,可以看出电压与浓度的关系不是正反比关系,但
随浓度的增大而增大.故D 正确;
综上所述本题答案是:D 7.A
解析:A
【解析】
动圈式话筒是通电导体在磁场中受力,变化的电流通过线圈,产生变化的磁场,从而让扬声器的膜片振动,产生声音,A 错误;电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制,B 正确;电子秤所使用的测力装置是力转换成电信号来显示大小,属于力传感器,C 正确;金属热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化来测量温度的一种温度敏感元件,
8.C
解析:C
【解析】
人体有温度,会有红外线辐射,所以用红外线传感器,能够感应出人来了.所以选C 9.C
解析:C
【解析】
【分析】
通过压敏电阻将压力信号转换成电信号,从而根据电路中电表的示数来确定升降机的运动状态;
【详解】
A 、在升降机运动过程中发现I 大于升降机静止时电流表的示数0I ,则说明不可能匀速运动,故A 错误;
B 、在升降机运动过程中发现电流表不变,则说明是匀变速运动,且I 大于升降机静止时电流表的示数0I ,则可知外电压变大,内电压变小,说明电流变小,所以是电阻变大,由压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,则压力变小,因此加速度方向向下,可能向下匀加速,也可能向上匀减速,故BD 错误
C 正确。
【点睛】
电流表的示数I 不变,说明压力不变,而I 大于升降机静止时电流表的示数I 0,则说明压力不等于重力,结合压敏电阻的性质来分析。
10.B
解析:B
【解析】
【分析】
【详解】
当光照增强时,光敏电阻阻值减小,总电流增大,则电源的功率P EI =增大,故A 正确;当光照增强时,光敏电阻阻值减小,总电流增大,2R 两端的电压增大,则电容器两端的电压增大,根据Q UC =可知,电容器的电荷量增大,故B 错误;根据闭合电路欧姆定
律得:3U E I r R =-+(),所以3U r R I
∆=+∆,不发生变化,故C 正确;将3R 看成电源的内阻,则等效电源的内阻为36r R +=Ω,22R =Ω,则光敏电阻14R =Ω时,外电路总电阻与等效电源的内阻相等,电源的输出功率有最大值,则若光敏电阻1R 阻值变化范围为29~Ω,则光照强度变化前后,ab 两段电路的功率可能相同,故D 正确;
【考点】
考查了电路动态变化分析
11.D
【解析】
【详解】
系统在水平面内以角速度ω转动时,无论角速度增大还是减小,BC 的电阻不变,根据闭合电路欧姆定律得知,电路中电流保持不变,与角速度无关。
故A 错误。
设系统在水平面内以角速度ω转动时,弹簧伸长的长度为x ,则对元件A ,根据牛顿第二定律得kx=mω2
(l+x )解得22
ml x k m ωω=-,选项B 错误;又输出电压BP BC R x U E E R l == ,联立两式得2
2Em U k m ωω
=-.故C 错误。
当x=l 时角速度最大,则由kx=mω2(l+x
)解得max ω=
,选项D 正确;故选D 。
12.A
解析:A 【解析】
试题分析:当4R 所在处出现火情时,4R 的电阻减小,路端总电阻减小,所以路端电压减小即报警器两端的电压U 减小,总电流增大,故通过1R 的电流增大,所以1R 两端的电压增大,故并联电路的电压减小,所以通过3R 的电流减小,而总电流是增大的,所以通过4R 支路的电流增大,故电流表的示数增大,A 正确
考点:考查了电路动态分析
13.C
解析:C
【解析】
【详解】
0-t 1内,电压表读数大于U 0,可知压敏电阻B 的阻值增大,则所受的压力小于A 的重力,物块A 失重,则电梯不可能匀加速上升,选项A 错误;t 1-t 2内,电压表读数大于U 0保持不变,则压敏电阻的阻值不变且大于静止时的阻值,说明物块A 失重,则电梯可能匀减速上升,选项B 错误,C 正确;t 2-t 3内电压表读数大于U 0,说明压敏电阻阻值大于原来静止时的值,则物块A 失重,则电梯加速度向下,则选项D 错误,故选C.
14.D
解析:D
【解析】
【分析】
【详解】
金属热电阻作为温度传感器是利用导体的电阻随温度变化来工作的,可以将热学量转换为电学量,故A 错误;
电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制,故B 错误;
干簧管是一种能够感知磁场的传感器,故C 错误;
传感器作为一种将其他形式的信号转换为电信号的装置,能将非电学量按一定规律转换成电学量或者电路的通断,故D正确.
故选D
15.B
解析:B
【解析】
试题分析:话筒是将声信号转化为电信号的声传感器,A错误,电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制,B正确;霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量,C错误;半导体热敏电阻常用作温度传感器,因为温度越高,它的电阻值越小,D错误
故选B
考点:常见传感器的工作原理.
点评:了解各种传感器的特点、工作原理,在仪器设备中的应用是解决本题的关键.16.D
解析:D
【解析】
【分析】
【详解】
A.夜间自动打开的路灯是利用了光传感器,A错误;
B.商场里的自动玻璃门应用了红外线传感器,B错误;
C.电视机的遥控器是应用了红外线传感器,C错误;
D.自动恒温冰箱是利用了温度传感器,D正确;
17.B
解析:B
【解析】
【分析】
【详解】
增加光照强度时,R G的阻值减小,电路的总电阻减小.根据闭合电路的欧姆定律可知,电路中的总电流增大,路端电压减小,A灯变暗,0R两端的电压变大,R G两端的电压变小,B 灯变暗,电源的总功率增大,选项B正确.ACD错;
故选B
18.D
解析:D
【解析】
【详解】
A、由于微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞,但电流强度不足,需要配备放大电路,所以微光电二极管阵列在正常工作时需要额外电源提供能量,故选项A错误;
BC 、微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列,将图像信号转化为电流脉冲,不是电流的磁效应,故选项B 、C 错误;
D 、工作时如果使用直流电,都可能造成电荷累积对神经细胞损伤,以及电解水产生化学腐蚀和气泡,所以人造视网膜假体工作时应采用交流电信号,故选项D 正确.
19.C
解析:C
【解析】
【详解】
A.t 1~t 2时间内电路中电流i 比升降机静止时小,说明压敏电阻增大,压力减小,重物处于失重状态。
故A 错误。
B.t 3~t 4时间内电路中电流i 比升降机静止时大,说明压敏电阻减小,压力增大,重物处于超重状态。
故B 错误。
C.根据重物的状态可知,若升降机开始时停在10楼,则t 1时刻开始,向下加速、匀速、减速,最后停在1楼。
故C 正确。
D.若升降机开始时停在l 楼,t 1时刻开始向上加速、匀速、减速,重物应先处于超重、既不超重也不失重、失重状态,与上分析不符,故D 错误。
20.A
解析:A 【解析】试题分析:当所在处出现火情时,的电阻减小,路端总电阻减小,所以路端
电压减小即报警器两端的电压U 减小,总电流增大,故通过的电流增大,所以两端的电压增大,故并联电路的电压减小,所以通过
的电流减小,而总电流是增大的,所以通过
支路的电流增大,故电流表的示数增大,A 正确
考点:考查了电路动态分析 21.C
解析:C
【解析】
从0-t 1时间内,电流不变,根据欧姆定律可知电路中的总阻值不变,升降机可能静止也可能匀速运动,故A 错误;t 1到t 2时间内,电流增大,电阻减小,因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,所以压力增大,静止时N F mg =,t 1到t 2时间内根据牛顿第二定律N F mg ma -=,合力向上,加速度向上,向上做加速度增大的加速运动,故B 错误,C 正确;t 2到t 3时间内电流不变,电阻不变,压力不变,电流大于静止时的电流,压力大于静止时的压力,对物块受力分析,受到重力和支持力,根据牛顿第二定律
N F mg ma -=,合力向上,加速度向上,加速度不变,所以t 2到t 3时间内升降机匀加速上升,故D 错误.所以C 正确,ABD 错误.
22.B
解析:B
【解析】
AB 、此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的,当车轮转动。