多样传感技术如何应对位置感测需求

电子发烧友网报道（文/李宁远）从消费电子领域到工业自动化领域，再到汽车领域，很多应用场景里都有检测物体位置的需要。不断采集位置数据的高度自动化系统在现如今越来越常见，这些系统通过传感器收集的准确信息提供精准的实时位置控制。很多设备都需要位置传感来收集数据进而提升性能。

线性可变差动变压器位置测量应用

LVDT是一类直线位移传感器，由线圈、铁芯等部件组成的机电传感器，是很多机械设备用来反馈位置的装置。这种绝对位置传感器，能够以出色的分辨率和可重复性进行测量，无摩擦、分辨率上限高、寿命长是这类位置传感的优点。

虽然LVDT一直是很多机械设备中可靠的位置反馈工具，但是它也很容易受到温度影响。温度的变化会以两种不同方式影响 LVDT 的输出信号，包括机械膨胀和 LVDT 电气属性的变化。机械膨胀会影响铁芯与绕组，让传感器产生错误的信号，温度则可能直接改变铁芯的磁属性，让整个传感器的电气属性发生变化，不过这种情况多在极端的工业环境中出现。

LVDT整个测量过程无摩擦的操作，在材料测试、振动位移测量和高分辨率尺寸测量系统中尤其有用。通过简单地增加几个外部无源元件以设置环路带宽、激励频率和增益也能很轻易地增加LVDT的灵活性，大大拓展这种高精传感的用途。

旋转变压器位置测量应用

旋转变压器是一类角位置传感器，由为转子供电的变压器和用于测定角度的辅助变压器构成。在伺服电机、PMSM电机应用中有很多旋转变压器的应用，尤其是工业机器人中很多在伺服电机上都会配置旋转变压器。

旋转变压器分辨率上限很高，除了这些以外，在工业环境中旋转变压器的信号输出可以不受振动粉尘油污的影响，特别适合在恶劣的环境下使用，所以工业场景中的角度位置测量很青睐这种传感器。

旋转变压器的这些特性很容易让人联想到另一类工业中常见的传感器，编码器。二者作为角位置传感器，都是通过将机械运动转换为电信号来测量轴的旋转位置。编码器提供的是数字输出信号，而旋转变压器提供的是模拟输出信号。

虽然旋转变压器需要进行数字转换，但旋转变压器相比编码器，在极端环境条件如高温、冲击和振动下可靠性会更高。

编码器位置测量应用

上面已经提到了编码器，作为伺服系统中最关键的零部件之一，编码器一直以来扮演着能够决定伺服系统上限的重要角色。虽然旋转变压器更适合严苛的环境，但是编码器不可否认的具有高精度，并且集成到控制电子装置的过程相对来说也不那么复杂。

不管使用光电检测还是磁性检测来检测旋转或者直线位移，编码器都可以用增量式和绝对值式加以严格的区分。增量式编码成本低，通用性强；绝对值编码器分辨率和码盘位数有关，可以实现很高的精度，相对来说其结构和处理电路就复杂得多，价格也高出不少。

目前编码器的进展多集中在磁编码上，因为磁编码的耐用性和成本比光电编码更有优势，目前很多厂商都能为编码器提供ASIC级整体解决方案。光电编码可以实现极高精准度的精密测量，但技术工艺门槛高，相较于磁编码的更新迭代就慢了很多。

小结

还有很多我们熟悉的位置传感，PLCD、霍尔、3D霍尔、各种磁阻xMR技术等等。这些多种多样的位置传感技术都在不同场景中有着各自独特的优势，为各类系统提供准确、快速和可靠的位置测量。