1、1第四章第四章 传感器的特性传感器的特性 人类处于信息时代，信息技术的三大支柱人类处于信息时代，信息技术的三大支柱是测控技术、通信技术和计算机技术，而传感是测控技术、通信技术和计算机技术，而传感器技术是测控技术的基础。器技术是测控技术的基础。“没有传感器技术没有传感器技术就没有现代科学技术就没有现代科学技术”的观点已为全世界公认。的观点已为全世界公认。传感器处于自动检测与控制系统之首，是传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知、获取与检测信息的窗口。科学研究和生感知、获取与检测信息的窗口。科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过传感器转换成产过程要获取的信息，都要通过传感器转换成容易传输和处理
2、的电信号。容易传输和处理的电信号。2一、传感器的定义一、传感器的定义 国家标准中传感器（国家标准中传感器（Transducer/SensorTransducer/Sensor）的定义：）的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。输出信号的器件或装置。传感器是测量装置，能完成检测任务；传感器是测量装置，能完成检测任务；输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；量、生物量等；输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理
3、、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。传感器名称：敏感元件、变送器、换能器、检测器、探头传感器名称：敏感元件、变送器、换能器、检测器、探头第一节第一节 传感器的定义、组成与分类传感器的定义、组成与分类3二、传感器的组成二、传感器的组成 传感器组成框图传感器组成框图辅助电源辅助电源敏感元件敏感元件转换元件转换元件基本转换电路基本转换电路被测量被测量电量电量4敏感元件：敏感元件：是直接感受被测量，并输出与被测是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理
4、量的元件。量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。把输入转换成电路参量。基本转换电路：基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。路（简称转换电路），便可转换成电量输出。应该指出的是，并不是所有的传感器都必须应该指出的是，并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输包括敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件。出的是电量，它就同时兼为转换元件。51-弹簧管弹簧管 2-电位器电位器举例：测量
5、压力的电位器式压力传感器举例：测量压力的电位器式压力传感器6弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接感受被测量，敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。的非电量。7弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位移在下图中，弹簧管将压力转换为角位移8弹簧管放大图弹簧管放大图 当被测压力当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。角位移。9其他各种弹性敏感元
6、件其他各种弹性敏感元件 在上图中的各种弹性元件也能将压力转在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。换为角位移或直线位移。10被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量换成电参量 在右图在右图中，中，电位器电位器为传感元件，为传感元件，它将角位移它将角位移转换为电参转换为电参量量-电阻电阻的变化的变化（R）11 360360度圆盘形电位器度圆盘形电位器 右图所右图所示的示的360度圆度圆盘形电位器盘形电位器的中间焊片的中间焊片为滑动片，为滑动片，右边焊片接右边焊片接地，左边焊地，左边焊片接电源。片接电源。接地接地12 测量转换电路的
7、作用是将传感元件输出测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。率量。在左图中，当电在左图中，当电位器的两端加上电源位器的两端加上电源后，电位器就组成分后，电位器就组成分压比电路，它的输出压比电路，它的输出量是与压力成一定关量是与压力成一定关系的电压系的电压Uo。13二、传感器分类二、传感器分类 传感器的种类名目繁多，分类不尽相传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有：同。常用的分类方法有：）按被测参数分类：可分为位移、力、）按被测参数分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、力矩、转速、振动
8、、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。流量、流速等传感器。2）按测量原理分类：可分为电阻、电容、）按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。外、光导纤维等传感器。14第二节第二节 传感器的静态特性传感器的静态特性 传感器所测量的量传感器所测量的量(物理量、化学量及生物量等物理量、化学量及生物量等)经经常会发生各种各样的变化。例如，在测量某一液压系统常会发生各种各样的变化。例如，在测量某一液压系统的压力时，压力值在一段时间内可能很稳定，而在另一的压力时，压力值在一段时间内可能很稳定，而在另一段时间内则可能有
9、缓慢起伏，或者呈周期性的脉动变化，段时间内则可能有缓慢起伏，或者呈周期性的脉动变化，甚至出现突变的尖峰压力。传感器主要通过其两个基本甚至出现突变的尖峰压力。传感器主要通过其两个基本特性特性静态特性和动态特性，来反映被测量的这种变动静态特性和动态特性，来反映被测量的这种变动性。性。描述传感器输入一输出关系的方法有两种：一是传描述传感器输入一输出关系的方法有两种：一是传感器的感器的数学模型数学模型；二是传感器的各种；二是传感器的各种基本特性指标基本特性指标。两。两者都可用于描述传感器的输入、输出关系及其特性。者都可用于描述传感器的输入、输出关系及其特性。15一、传感器静态特性一般知识一、传感器静态
10、特性一般知识 传感器的静态特性是指传感器在静态工作传感器的静态特性是指传感器在静态工作状态下的输入输出特性。所谓状态下的输入输出特性。所谓静态工作状态静态工作状态是是指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也达到相应的稳定值时的工作状态。这时输出量达到相应的稳定值时的工作状态。这时输出量为输入量的确定函数。为输入量的确定函数。16对静态特性而言，传感器的输入量对静态特性而言，传感器的输入量x x与输出量与输出量y y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示：之间的关系通常可用一个如下的多项式表示：2012nnyaa xa xa x 实际使用中的大多数传感器，
11、其用代数多项式表示实际使用中的大多数传感器，其用代数多项式表示的特性方程的次数并不高，一般不超过五次。根据传的特性方程的次数并不高，一般不超过五次。根据传感器的实际特性所呈现的特点和实际应用场合的具体感器的实际特性所呈现的特点和实际应用场合的具体需要，其静特性方程并非一定要表示成上式所确定的需要，其静特性方程并非一定要表示成上式所确定的完整形式。完整形式。17 传感器的静态特性指标主要是通过校准试验来获取传感器的静态特性指标主要是通过校准试验来获取的。所谓的。所谓校准试验校准试验，就是在规定的试验条件下，给传，就是在规定的试验条件下，给传感器加上标准的输入量而测出其相应的输出量。在传感器加上标
12、准的输入量而测出其相应的输出量。在传感器的研制过程中可以通过其已知的元部件的静特性，感器的研制过程中可以通过其已知的元部件的静特性，采用采用图解法或解析法图解法或解析法而求出传感器可能具有的静态特而求出传感器可能具有的静态特性。性。传感器除了描述输出输入关系的特性之外，还有传感器除了描述输出输入关系的特性之外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。18二、传感器的静态特性指标二、传感器的静态特性指标 传感器的特性一般指输入、输出特性，传感器的特性一般指输入、输出特性，包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、
13、分辨力、稳定度、漂移、电磁兼容性、可靠性辨力、稳定度、漂移、电磁兼容性、可靠性等。等。19线性度：LmaxLmaxmin100%yy 线性度又称非线性误差线性度又称非线性误差，是指传感器实际，是指传感器实际特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之特性曲线与拟合直线（有时也称理论直线）之间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百间的最大偏差与传感器量程范围内的输出之百分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起分比。将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理来的直线作为拟合直线，这条直线称为端基理论直线，按上述方法得出的线性度称为端基线论直线，按上述方法得出的线性度称为
14、端基线性度，非线性误差越小越好性度，非线性误差越小越好 。线性度。线性度的计算的计算公式如下：公式如下：20作图法求线性度演示 （1 1拟合曲线拟合曲线 2 2实际特性曲线实际特性曲线）21 由于实际遇到的传感器大多为非线性。由于实际遇到的传感器大多为非线性。在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。希望得到线性关系。因此引入各种非线性补偿环节，如采用因此引入各种非线性补偿环节，如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理，非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近从而使传感器的输出与输入关系为线
15、性或接近线性，但如果传感器非线性的方次不高，线性，但如果传感器非线性的方次不高，输入输入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。线。22直线拟合方法 a)理论拟合 b)过零旋转拟合 c)端点连线拟合 d)端点连线平移拟合23设拟合直线方程：0yyiy=kx+bxI最小二乘拟合法min2112niiiniibkxy最小二乘法拟合最小二乘法拟合y=kx+b若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与
16、拟合直线上响应值之间的残差为最小二乘法拟合直线的原理就是使 为最小值，即i=yi-(kxi+b)对k和b一阶偏导数等于零，求出b和k的表达式2i2i24灵敏度：灵敏度是指传感器在灵敏度是指传感器在稳态下稳态下输出变化输出变化值值（输出增量）（输出增量）与引起输出变化值的输入变与引起输出变化值的输入变化值化值（输入量增量）（输入量增量）之比之比，用，用K 来表示：来表示：dyyKdxx25 显然灵敏度表示静态特性曲线上相应点的斜率。显然灵敏度表示静态特性曲线上相应点的斜率。对线性传感器，灵敏度为一个常数；对于非线性传感对线性传感器，灵敏度为一个常数；对于非线性传感器，灵敏度则为一个变量，随着输入
17、量的变化而变化，器，灵敏度则为一个变量，随着输入量的变化而变化，26迟滞迟滞:传感器在输入量由小到大（正行程）及传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出出特性曲线不重合特性曲线不重合的现象称为迟滞。也就是说，的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。传感器在全量程范围内最大的迟滞差值传感器在全量程范围内最大的迟滞差值 与满量程输出值之比称为迟滞误差，即与满量程输出值之比称为
18、迟滞误差，即 max100%HFSHYmaxH27迟滞特性 迟滞反映了传感器机械部分不可避免的缺陷，加轴迟滞反映了传感器机械部分不可避免的缺陷，加轴承摩擦、承摩擦、间隙间隙、螺钉松动、元件腐蚀或碎裂、材料的、螺钉松动、元件腐蚀或碎裂、材料的内摩擦、积塞灰尘等。迟滞大小一般由实验确定。内摩擦、积塞灰尘等。迟滞大小一般由实验确定。28重复性重复性(repeatability or reproducibility,precision)：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程
19、度。重复性误差属于随机误差，常用标准差复性误差属于随机误差，常用标准差计算，也可用计算，也可用正反行程中最大重复差值正反行程中最大重复差值R Rmaxmax计算，即计算，即%100)32(FSRY或或%100maxFSRYR29Rmax1Rmax1正行程的最大重复性偏差，正行程的最大重复性偏差，Rmax2Rmax2反行程的最大重复性偏差。反行程的最大重复性偏差。30分辨力：分辨力：指传感器能检出被测信号的指传感器能检出被测信号的最最小变化量小变化量。当被测量的变化小于分。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果任何反应。对数
20、字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。小于仪表的最大绝对误差。31漂移：漂移：传感器的漂移是指在传感器的漂移是指在输入量不变输入量不变的情况下，传感的情况下，传感器器输出输出量随着时间量随着时间变化变化，此现象称为漂移。产生漂移，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。周围环境（如温度、湿度等）。最常见的漂移是温
21、度最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为环境温度（一般为2020）时的输出值的变化量与温度）时的输出值的变化量与温度变化量之比变化量之比()来表示，来表示，即即 tyyt2032 可靠性可靠性 ：可靠性是反映检测系统在规定的条件下，可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质
22、量指标。量指标。浴盆浴盆曲线曲线33稳定性：稳定性：稳定性是指传感器在长时间工作的情况下稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。性或零点漂移。例如：测试时先将传感器输出调至零点或例如：测试时先将传感器输出调至零点或某一特定点，相隔某一特定点，相隔4h4h、8h8h或一定的工作次数后，或一定的工作次数后，再读出输出值，前后两次输出值之差即为稳定再读出输出值，前后两次输出值之差即为稳定性误差。它可用相对误差表示性误差。它可用相对误差表示,也可用绝对误差也可用绝对误差表示。表示。34精确度：精确度：精精确确度度
23、是反映测量系统中系统误差和随机误差是反映测量系统中系统误差和随机误差的综合评定指标。与精确度有关的指标有：精密度、的综合评定指标。与精确度有关的指标有：精密度、准确度和精确度。准确度和精确度。精密度：说明测量系统指示值的分散程度。精精密度：说明测量系统指示值的分散程度。精密度反映了随机误差的大小，精密度高则随机误差小。密度反映了随机误差的大小，精密度高则随机误差小。(思考：与重复性的关系？思考：与重复性的关系？)准确度：说明测量系统的输出值偏离真值的程准确度：说明测量系统的输出值偏离真值的程度。准确度是系统误差大小的标志，准确度高则系统度。准确度是系统误差大小的标志，准确度高则系统误差小。误差
24、小。精确度：是准确度与精密度两者的总和，常用精确度：是准确度与精密度两者的总和，常用仪表的基本误差表示。精确度高表示精密度和准确度仪表的基本误差表示。精确度高表示精密度和准确度都高。都高。35准确度高而精密度低准确度高而精密度低准确度低而精密度高准确度低而精密度高精确度高精确度高36第三节第三节 传感器的动态特性传感器的动态特性 传感器测量静态信号时，由于被测量不随时传感器测量静态信号时，由于被测量不随时间变化，测量和记录的过程不受时间限制，但间变化，测量和记录的过程不受时间限制，但是实际检测中的大量被测量是随时间变化的动是实际检测中的大量被测量是随时间变化的动态信号，传感器的输出不仅需要能精
25、确地显示态信号，传感器的输出不仅需要能精确地显示被测量的大小，而且还能显示被测量随时间变被测量的大小，而且还能显示被测量随时间变化的规律，即被测量的波形。传感器能测量动化的规律，即被测量的波形。传感器能测量动态信号的能力用动态特性来表示。态信号的能力用动态特性来表示。37一、动态参数测试的特殊性一、动态参数测试的特殊性 热电偶测温过程的动态特性热电偶测温过程的动态特性38二、传感器的动态模型二、传感器的动态模型1 1、微分方程、微分方程 传感器的种类和形式很多，但它们的动态特性一传感器的种类和形式很多，但它们的动态特性一般都可以用下述的微分方程来描述：般都可以用下述的微分方程来描述：xbdtd
26、xbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111 对于常见的传感器，其动态模型通常可用零阶、一阶或二对于常见的传感器，其动态模型通常可用零阶、一阶或二阶的常微分方程来描述，分别称为零阶系统、一阶系统和二阶系阶的常微分方程来描述，分别称为零阶系统、一阶系统和二阶系统。统。在实际中，经常遇到的是在实际中，经常遇到的是阶和二阶环节的传感器。阶和二阶环节的传感器。39 1 1）零阶系统零阶系统 在方程式中的系数除了在方程式中的系数除了a a0 0、b b0 0之外，其它的系数均为零，则之外，其它的系数均为零，则微分方程就变成简单的代数方程，微分方程
27、就变成简单的代数方程，即即 a0y(t)=b0 x(t)通常将该代数方程写成通常将该代数方程写成 y(t)=kx(t)式中，式中，k=b0/a0为传感器的静态灵敏度或放大系数。传感器的动为传感器的静态灵敏度或放大系数。传感器的动态特性用方程式态特性用方程式来描述的就称为零阶系统。来描述的就称为零阶系统。零阶系统具有理想的动态特性，无论被测量零阶系统具有理想的动态特性，无论被测量x(t)x(t)如何随时如何随时间变化，零阶系统的输出都不会失真，其输出在时间上也无任间变化，零阶系统的输出都不会失真，其输出在时间上也无任何滞后，何滞后，所以零阶系统又称为比例系统。所以零阶系统又称为比例系统。40 2
28、 2）一阶系统一阶系统 方程式中的系数除了方程式中的系数除了a a0 0、a a1 1与与b b0 0之外，其它的系数均为零，之外，其它的系数均为零，则微分方程为则微分方程为 )()()(001txbtyadttdya)()()(tkxtydttdy 时间常数时间常数具有时间的量纲，它反映传感器的惯性的大小，具有时间的量纲，它反映传感器的惯性的大小，静态灵敏度则说明其静态特性。用方程式描述其动态特性的传静态灵敏度则说明其静态特性。用方程式描述其动态特性的传感器就称为一阶系统，一阶系统又称为惯性系统。感器就称为一阶系统，一阶系统又称为惯性系统。413 3）二阶系统二阶系统二阶系统的微分方程为二阶
29、系统的微分方程为 )()()()(001222txbtyadttdyadttyda二阶系统的微分方程通常改写为二阶系统的微分方程通常改写为 )()()(2)(2222tkxtydttdydttydnnn根据二阶微分方程特征方程根的性质不同，根据二阶微分方程特征方程根的性质不同，二阶系统又可分为：二阶系统又可分为：二阶惯性系统：其特点是特征方程的根为两个负实根，二阶惯性系统：其特点是特征方程的根为两个负实根，它相当于两个一阶系统串联。它相当于两个一阶系统串联。二阶振荡系统：其特点是特征方程的根为一对带负实部二阶振荡系统：其特点是特征方程的根为一对带负实部的共轭复根。的共轭复根。422、传递函数、
30、传递函数 动态特性的传递函数在线性或线性化定常系统中是动态特性的传递函数在线性或线性化定常系统中是指初始条件为指初始条件为0 0时，系统输出量的拉氏变换与输入量的时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。当传感器的数学模型初值为拉氏变换之比。当传感器的数学模型初值为0 0时，对其时，对其进行拉氏变换，即可得出系统的传递函数进行拉氏变换，即可得出系统的传递函数0101)()()(asasabsbsbsWsXsYnnmm 等号右边是一个与输无关的表达式，它只与系统结等号右边是一个与输无关的表达式，它只与系统结构参数有关，因而等号右边是传感器特性的一种表达式，构参数有关，因而等号右边是传感器特
31、性的一种表达式，它联系了输入与输出的关系，是一个描述传感器传通信它联系了输入与输出的关系，是一个描述传感器传通信息特性的函数。息特性的函数。433、传感器的动态响应特性、传感器的动态响应特性 研究传感器的动态特性主要是为了分析测量时产研究传感器的动态特性主要是为了分析测量时产生动态误差的原因，传感器的生动态误差的原因，传感器的动态误差动态误差包括两部分：包括两部分：一一是输出量达到稳定状态后与理想输出量之间的差别；二是输出量达到稳定状态后与理想输出量之间的差别；二是当输入量跃变时，输出量由一个稳态到另一个稳态之是当输入量跃变时，输出量由一个稳态到另一个稳态之间的过渡状态中的误差间的过渡状态中的
32、误差。研究传感器的动态响应特性，。研究传感器的动态响应特性，实际上就是分析传感器的这两种动态误差。实际上就是分析传感器的这两种动态误差。传感器的动态特性不仅与传感器的传感器的动态特性不仅与传感器的“固有因素固有因素”有关，还与传感器输入量的变化形式有关。也就是说，有关，还与传感器输入量的变化形式有关。也就是说，同一个传感器在不同形式的输入信号作用下，输出量的同一个传感器在不同形式的输入信号作用下，输出量的变化是不同的，变化是不同的，通常选用几种典型的输入信号作为标通常选用几种典型的输入信号作为标准输入信号，研究传感器的响应特性准输入信号，研究传感器的响应特性。44n 系统的动态特性取决于系统本
33、身及输入信号的系统的动态特性取决于系统本身及输入信号的形式，工程上常用正弦函数和单位阶跃函数作为标形式，工程上常用正弦函数和单位阶跃函数作为标准的输入信号。准的输入信号。通常在时域主要分析传感器在单位通常在时域主要分析传感器在单位阶跃输入下的响应；而在频域主要分析在正弦输入阶跃输入下的响应；而在频域主要分析在正弦输入下的稳态响应，并着重从系统的幅频特性和相频特下的稳态响应，并着重从系统的幅频特性和相频特性来讨论。性来讨论。n （1）传感器阶跃响应）传感器阶跃响应 n 当传感器输入一个单位阶跃信号时，其输出信当传感器输入一个单位阶跃信号时，其输出信号称为号称为阶跃响应阶跃响应。10)(tu0t0
34、t45n常见的一阶、二阶传感器阶跃响应曲线见图，主要常见的一阶、二阶传感器阶跃响应曲线见图，主要动态指标包括：动态指标包括：一阶传感器的阶跃响应曲线一阶传感器的阶跃响应曲线 二阶传感器阶跃响应曲线二阶传感器阶跃响应曲线46n 时间常数时间常数 ：传感器输出：传感器输出 由零上升到稳态值由零上升到稳态值 的的63.2%所需的所需的时间，见图。时间，见图。n 上升时间上升时间 ：传感器输出：传感器输出 由稳态值的由稳态值的10%上升到上升到90%所需的时所需的时间，见图。间，见图。n 调节时间调节时间 ：传感器输出：传感器输出 由零上升达到并一直保持在允许误差由零上升达到并一直保持在允许误差范围范
35、围 所需的时间。所需的时间。可以是可以是2%、5%或或10%，根据实际情况确定。，根据实际情况确定。n 最大超调量最大超调量 ：输出最大值：输出最大值 与输出稳态值与输出稳态值 的相对误差，的相对误差，即即n 振荡次数振荡次数 ：调节时间内，输出量在稳态值附近上下波动的次数。：调节时间内，输出量在稳态值附近上下波动的次数。n 稳态误差稳态误差 ：无限长时间后传感器的稳态输出值：无限长时间后传感器的稳态输出值 与目标值与目标值n 之间偏差的相对值，即之间偏差的相对值，即Trtst)(tycy%100maxccyyya%1000ccssyyye)(ty)(ty%amaxycyNssecy0y47（2）频率响应特性）频率响应特性 传感器对不同频率成分的正弦输入信号的响传感器对不同频率成分的正弦输入信号的响应特性，称为频率响应特性。一个传感器输入端应特性，称为频率响应特性。一个传感器输入端有正弦信号作用时，其输出响应仍然是同频率的有正弦信号作用时，其输出响应仍然是同频率的正弦信号，正弦信号，只是与输入端正弦信号的幅值和相只是与输入端正弦信号的幅值和相位不同。频率响应法是从传感器的频率特性出发位不同。频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的输出与输入的幅值比和两者相位差研究传感器的输出与输入的幅值比和两者相位差的变化。的变化。
