一、靜態(tài)特性分析

靜態(tài)特性指傳感器在穩(wěn)定輸入信號(hào)下的輸出與輸入關(guān)系，通常通過以下指標(biāo)評(píng)估

線性度

定義：實(shí)際輸出曲線與理想擬合直線之間的最大偏差與滿量程輸出的比值（公式：δ L= Y FSΔ max×100%）。

優(yōu)化方法：常用最小二乘法擬合直線降低非線性誤差，部分高精度傳感器通過分段線性化補(bǔ)償算法改進(jìn)

靈敏度

定義：輸出增量與輸入增量的比值（S=ΔY/ΔX），如位移傳感器靈敏度為200mV/mm

矛盾性：靈敏度越高，測量精度提升，但量程變窄且穩(wěn)定性可能下降（需通過差分放大或低噪聲電路設(shè)計(jì)平衡）

遲滯性

表現(xiàn)：正行程與反行程輸出曲線不重合，差值稱為遲滯差值（如壓力傳感器因材料彈性滯后導(dǎo)致0.5%誤差）

改善措施：選用低彈性滯后材料（如硅基MEMS）或采用正反向校準(zhǔn)算法

重復(fù)性

定義：同一輸入方向多次測量結(jié)果的一致性，反映傳感器隨機(jī)誤差水平

測試方法：全量程連續(xù)多次測量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差作為重復(fù)性指標(biāo)

漂移

類型：包括零點(diǎn)漂移（無輸入時(shí)輸出偏移）和靈敏度漂移（溫度變化導(dǎo)致校準(zhǔn)曲線斜率變化）

誘因：材料老化（如熱敏電阻）或環(huán)境溫濕度變化（需內(nèi)置溫度補(bǔ)償模塊）

分辨力與閾值

分辨力：可檢測的最小輸入變化量（如光電傳感器分辨力達(dá)0.01lux）

閾值：從零開始輸入時(shí)，觸發(fā)輸出變化的臨界值（如接近開關(guān)的觸發(fā)距離）

二、動(dòng)態(tài)特性分析

動(dòng)態(tài)特性反映傳感器對(duì)時(shí)變輸入信號(hào)的響應(yīng)能力，主要通過以下指標(biāo)評(píng)估

階躍響應(yīng)

關(guān)鍵參數(shù)：上升時(shí)間（t r）、峰值時(shí)間（t p ）、調(diào)節(jié)時(shí)間（t s）和超調(diào)量（σ%）。

應(yīng)用場景：適用于檢測突變信號(hào)（如沖擊力測量），要求快速響應(yīng)（如壓電傳感器響應(yīng)時(shí)間<1ms）

頻率響應(yīng)

帶寬：傳感器有效工作的頻率范圍，由固有頻率（ω 0）和阻尼比（ξ）決定。

優(yōu)化方向：二階系統(tǒng)中，阻尼比取0.6-0.8可兼顧快速性和穩(wěn)定性（如加速度計(jì)設(shè)計(jì)）

動(dòng)態(tài)誤差來源

相位延遲：高頻信號(hào)下輸出滯后于輸入，需通過相位補(bǔ)償電路修正

幅值衰減：超出帶寬后信號(hào)幅值下降，需限制被測信號(hào)頻率在傳感器通頻帶內(nèi)

三、綜合應(yīng)用場景匹配

工業(yè)自動(dòng)化：優(yōu)先選擇高重復(fù)性（<0.1%）和抗干擾能力（如IP67防護(hù)）的傳感器，如電阻應(yīng)變式稱重傳感器

醫(yī)療設(shè)備：需高靈敏度（如生物電信號(hào)檢測）和低漂移（<0.01%/h）特性，常用MEMS壓力傳感器

環(huán)境監(jiān)測：側(cè)重分辨力（如PM2.5傳感器分辨1μg/m3）和長期穩(wěn)定性（防腐蝕封裝）

總結(jié)

傳感器的性能指標(biāo)需根據(jù)具體應(yīng)用場景權(quán)衡選擇：

靜態(tài)精度由線性度、靈敏度主導(dǎo)，需結(jié)合校準(zhǔn)技術(shù)；

動(dòng)態(tài)性能取決于固有頻率和阻尼比，通過模型仿真優(yōu)化；

環(huán)境適應(yīng)性需通過材料工藝（如陶瓷封裝）和電路設(shè)計(jì)（如EMI濾波）實(shí)現(xiàn)

例如，汽車ABS系統(tǒng)需同時(shí)滿足高動(dòng)態(tài)響應(yīng)（階躍時(shí)間<5ms）和寬溫域穩(wěn)定性（-40℃~125℃），通常選用硅基壓阻式壓力傳感器并集成溫度補(bǔ)償算法