化工儀器網
技術文章
傳感器性能指標與特性分析
閱讀：271 發布時間：2025-4-27一、靜態特性分析
靜態特性指傳感器在穩定輸入信號下的輸出與輸入關系，通常通過以下指標評估
線性度
定義：實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償算法改進
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，但量程變窄且穩定性可能下降（需通過差分放大或低噪聲電路設計平衡）
遲滯性
表現：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）或采用正反向校準算法
重復性
定義：同一輸入方向多次測量結果的一致性，反映傳感器隨機誤差水平
測試方法：全量程連續多次測量，計算標準差作為重復性指標
漂移
類型：包括零點漂移（無輸入時輸出偏移）和靈敏度漂移（溫度變化導致校準曲線斜率變化）
誘因：材料老化（如熱敏電阻）或環境溫濕度變化（需內置溫度補償模塊）
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0.01lux）
閾值：從零開始輸入時，觸發輸出變化的臨界值（如接近開關的觸發距離）
二、動態特性分析
動態特性反映傳感器對時變輸入信號的響應能力，主要通過以下指標評估
階躍響應
關鍵參數：上升時間（t r）、峰值時間（t p ）、調節時間（t s）和超調量（σ%）。
應用場景：適用于檢測突變信號（如沖擊力測量），要求快速響應（如壓電傳感器響應時間<1ms）
頻率響應
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。
優化方向：二階系統中，阻尼比取0.6-0.8可兼顧快速性和穩定性（如加速度計設計）
動態誤差來源
相位延遲：高頻信號下輸出滯后于輸入，需通過相位補償電路修正
幅值衰減：超出帶寬后信號幅值下降，需限制被測信號頻率在傳感器通頻帶內
三、綜合應用場景匹配
工業自動化：優先選擇高重復性（<0.1%）和抗干擾能力（如IP67防護）的傳感器，如電阻應變式稱重傳感器
醫療設備：需高靈敏度（如生物電信號檢測）和低漂移（<0.01%/h）特性，常用MEMS壓力傳感器
環境監測：側重分辨力（如PM2.5傳感器分辨1μg/m3）和長期穩定性（防腐蝕封裝）
總結
傳感器的性能指標需根據具體應用場景權衡選擇：
靜態精度由線性度、靈敏度主導，需結合校準技術；
動態性能取決于固有頻率和阻尼比，通過模型仿真優化；
環境適應性需通過材料工藝（如陶瓷封裝）和電路設計（如EMI濾波）實現
例如，汽車ABS系統需同時滿足高動態響應（階躍時間<5ms）和寬溫域穩定性（-40℃~125℃），通常選用硅基壓阻式壓力傳感器并集成溫度補償算法