多樣傳感技術(shù)如何應(yīng)對(duì)位置感測(cè)需求

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）從消費(fèi)電子領(lǐng)域到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，再到汽車領(lǐng)域，很多應(yīng)用場(chǎng)景里都有檢測(cè)物體位置的需要。不斷采集位置數(shù)據(jù)的高度自動(dòng)化系統(tǒng)在現(xiàn)如今越來(lái)越常見(jiàn)，這些系統(tǒng)通過(guò)傳感器收集的準(zhǔn)確信息提供精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)位置控制。很多設(shè)備都需要位置傳感來(lái)收集數(shù)據(jù)進(jìn)而提升性能。

線性可變差動(dòng)變壓器位置測(cè)量應(yīng)用

LVDT是一類直線位移傳感器，由線圈、鐵芯等部件組成的機(jī)電傳感器，是很多機(jī)械設(shè)備用來(lái)反饋位置的裝置。這種絕對(duì)位置傳感器，能夠以出色的分辨率和可重復(fù)性進(jìn)行測(cè)量，無(wú)摩擦、分辨率上限高、壽命長(zhǎng)是這類位置傳感的優(yōu)點(diǎn)。

雖然LVDT一直是很多機(jī)械設(shè)備中可靠的位置反饋工具，但是它也很容易受到溫度影響。溫度的變化會(huì)以兩種不同方式影響 LVDT 的輸出信號(hào)，包括機(jī)械膨脹和 LVDT 電氣屬性的變化。機(jī)械膨脹會(huì)影響鐵芯與繞組，讓傳感器產(chǎn)生錯(cuò)誤的信號(hào)，溫度則可能直接改變鐵芯的磁屬性，讓整個(gè)傳感器的電氣屬性發(fā)生變化，不過(guò)這種情況多在極端的工業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)。

LVDT整個(gè)測(cè)量過(guò)程無(wú)摩擦的操作，在材料測(cè)試、振動(dòng)位移測(cè)量和高分辨率尺寸測(cè)量系統(tǒng)中尤其有用。通過(guò)簡(jiǎn)單地增加幾個(gè)外部無(wú)源元件以設(shè)置環(huán)路帶寬、激勵(lì)頻率和增益也能很輕易地增加LVDT的靈活性，大大拓展這種高精傳感的用途。

旋轉(zhuǎn)變壓器位置測(cè)量應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)變壓器是一類角位置傳感器，由為轉(zhuǎn)子供電的變壓器和用于測(cè)定角度的輔助變壓器構(gòu)成。在伺服電機(jī)、PMSM電機(jī)應(yīng)用中有很多旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用，尤其是工業(yè)機(jī)器人中很多在伺服電機(jī)上都會(huì)配置旋轉(zhuǎn)變壓器。

旋轉(zhuǎn)變壓器分辨率上限很高，除了這些以外，在工業(yè)環(huán)境中旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)輸出可以不受振動(dòng)粉塵油污的影響，特別適合在惡劣的環(huán)境下使用，所以工業(yè)場(chǎng)景中的角度位置測(cè)量很青睞這種傳感器。

旋轉(zhuǎn)變壓器的這些特性很容易讓人聯(lián)想到另一類工業(yè)中常見(jiàn)的傳感器，編碼器。二者作為角位置傳感器，都是通過(guò)將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)位置。編碼器提供的是數(shù)字輸出信號(hào)，而旋轉(zhuǎn)變壓器提供的是模擬輸出信號(hào)。

雖然旋轉(zhuǎn)變壓器需要進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，但旋轉(zhuǎn)變壓器相比編碼器，在極端環(huán)境條件如高溫、沖擊和振動(dòng)下可靠性會(huì)更高。

編碼器位置測(cè)量應(yīng)用

上面已經(jīng)提到了編碼器，作為伺服系統(tǒng)中最關(guān)鍵的零部件之一，編碼器一直以來(lái)扮演著能夠決定伺服系統(tǒng)上限的重要角色。雖然旋轉(zhuǎn)變壓器更適合嚴(yán)苛的環(huán)境，但是編碼器不可否認(rèn)的具有高精度，并且集成到控制電子裝置的過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)也不那么復(fù)雜。

不管使用光電檢測(cè)還是磁性檢測(cè)來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)或者直線位移，編碼器都可以用增量式和絕對(duì)值式加以嚴(yán)格的區(qū)分。增量式編碼成本低，通用性強(qiáng)；絕對(duì)值編碼器分辨率和碼盤位數(shù)有關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)很高的精度，相對(duì)來(lái)說(shuō)其結(jié)構(gòu)和處理電路就復(fù)雜得多，價(jià)格也高出不少。

目前編碼器的進(jìn)展多集中在磁編碼上，因?yàn)榇啪幋a的耐用性和成本比光電編碼更有優(yōu)勢(shì)，目前很多廠商都能為編碼器提供ASIC級(jí)整體解決方案。光電編碼可以實(shí)現(xiàn)極高精準(zhǔn)度的精密測(cè)量，但技術(shù)工藝門檻高，相較于磁編碼的更新迭代就慢了很多。

小結(jié)

還有很多我們熟悉的位置傳感，PLCD、霍爾、3D霍爾、各種磁阻xMR技術(shù)等等。這些多種多樣的位置傳感技術(shù)都在不同場(chǎng)景中有著各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為各類系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、快速和可靠的位置測(cè)量。