在动态(快速变化)的输入信号情况下，要求传感器不仅能精确地测量信号的幅值，而且能测量出信号变化的过程。这就要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。也就是说，传感器要有良好的动态特性。在研究传感器的动态特性时，通常从时域和频域两方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。最常用的是通过几种特殊的输入时间函数(例如阶跃函数和正弦函数)来研究其响应特性，称为阶跃响应特性和频率响应特性。

1)阶跃响应特性

给传感器输入一个单位阶跃函数被测信号，即

其输出特性称为阶跃响应特性。传感器阶跃响应特性如图1-9 所示。可衡量阶跃响应的几项指标如下。

图1-9　传感器阶跃响应特性

(1)最大超调量σp。响应曲线偏离阶跃曲线的最大值，常用百分数表示，说明传感器的相对稳定性。

(2)延迟时间td。阶跃响应达到稳态值50%所需要的时间。

(3)上升时间tr。响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需要的时间。

(4)峰值时间tp。响应曲线上升到第一个峰值所需要的时间。

(5)响应时间ts。响应曲线逐渐趋于稳定到与稳态值之差不超过±(2% ～5%)所需要的时间，也称为过渡过程时间。

2)频率响应特性

给传感器输入各种频率不同而幅值相同、初相位为零的正弦函数被测输入量，其输出量的幅值和相位与频率之间的关系，则为频率响应曲线。

如图1-10 所示为由弹簧阻力器组成的机械压力传感器。

系统输入量为作用力F(t)，令其与弹簧刚度成正比，F(t)=Kx(t)。系统输出量为位移y(t)。根据牛顿第三定律，可知(www.daowen.com)

图1-10　由弹簧阻力器组成的机械压力传感器

式中，fc为阻力器摩擦力，即

式(1-7)中，fk为弹簧弹性力，即

以上式中，c 为阻尼系数；υ 为位移速度；K 为弹簧刚度(倔强系数)。

经计算，可得输出位移y(t)与输入作用力x(t)的传递函数。该传递函数的幅频特性A(ω)和相频特性φ(ω)分别为

式中，τ=c/K 为时间常数，ω=2πf 为输入作用力角频率，f 为频率。

如图1-11 所示，时间常数τ 越小，频率特性越好。ωτ＜＜1 时，幅频特性A(ω)≈1，为常数；相频特性φ(ω)≈-ωτ，与频率呈线性关系，即稳定的正比关系。这时保证测量是无失真的，输出位移y(t)能真实地反映输入作用力x(t)的变化规律。

图1-11　输出位移y(t)和输入作用力x(t)的频率特性

(a)幅频特性；(b)相频特性