在选择位置传感器时，需要考虑许多因素。一些例子包括：
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位置测量可以是线性的、旋转的或角度的，也可以是静态的或动态的（测量速度和/或加速度）。
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线性传感器通常被限制在特定的测量范围内，而旋转传感器通常以转数或度数提供测量。
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这些传感器可以基于接触式或非接触式技术。接触式传感器通常更便宜，而非接触式传感器往往更可靠。
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旋转变压器是一种专门的非接触式旋转传感器，可以提供位置和速度反馈。
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一些传感器仅提供从一个点到另一个点的增量测量，而其他传感器则提供相对于特定参考点的绝 对位置信息。
电位位置传感器
电位位置传感器是基于电阻的设备，它将固定的电阻轨道与连接到需要感测位置的物体的雨刮器相结合。物体的运动使雨刮器沿轨道移动。物体的位置是用固定的直流电压测量的，使用轨道和游标形成一个分压器网络，以测量线性或旋转运动（图1）。电位传感器成本低，但通常精度和可重复性较低。
图 1：用于分压器的电位位置传感器，可设计用于测量圆周（左）或线性（右）运动。（图片来源：Cambridge Integrated Circuits)
电感式位置传感器
电感式位置传感器利用传感器线圈中感应的磁场特性的变化。根据其架构，它们可以测量线性或旋转位置。线性可变差动变压器 （LVDT） 位置传感器使用缠绕在空心管上的三个线圈;一个初级线圈和两个次级线圈。线圈与次级线圈的相位关系串联，与初级线圈相差 180°。一个称为电枢的铁磁芯被放置在管内，并连接到正在测量其位置的物体。对初级线圈施加激励电压，从而在次级线圈中感应出电磁力 （EMF）。通过测量次级线圈之间的电压差，可以确定电枢的相对位置以及它所连接的物体。旋转电压差动变压器 （RVDT） 使用相同的技术来跟踪旋转位置。LVDT 和 RVDT 传感器具有良好的精度、线性度、分辨率和高灵敏度。它们是无摩擦的，可以密封以在恶劣环境中使用。
涡流位置传感器
涡流位置传感器与导电物体一起工作。涡流是在磁场变化的情况下在导电材料中发生的感应电流。这些电流在闭合回路中流动并产生二次磁场。涡流传感器由线圈和线性化电路组成。交流电为线圈通电以产生初级磁场。当物体离线圈越来越近或越来越远时，可以通过涡流产生的次级场的相互作用来感应其位置，这会影响线圈的阻抗。随着物体越来越靠近线圈，涡流损耗增加，振荡电压变小（图2）。振荡电压通过线性化电路进行整流和处理，产生与物体距离成正比的线性直流输出。
图 2：当目标接近传感器（左）时，涡流损耗增加，振荡幅度减小（右）。（图片来源：Keyence)
涡流设备是坚固的非接触式设备，通常用作接近传感器。它们是全向的，可以确定到物体的相对距离，但不能确定到物体的方向或绝 对距离。
电容式位置传感器
顾名思义，电容式位置传感器测量电容的变化，以确定被感测物体的位置。这些非接触式传感器可用于测量线性或旋转位置。它们由两块用介电材料隔开的板组成，并使用以下两种方法之一来检测物体的位置：
为了引起介电常数的变化，将要检测位置的物体附着在介电材料上。随着介电材料的移动，由于介电材料面积和空气介电常数组合的变化，电容器的有效介电常数会发生变化。或者，可以将物体连接到其中一个电容器板上。随着物体的移动，板片之间的距离会越来越近或越来越远，电容的变化用于确定相对位置。
电容式传感器可以测量物体位移、距离、位置和厚度。由于其高信号稳定性和分辨率，电容式位移传感器被广泛用于实验室和工业环境。例如，电容式传感器用于测量薄膜厚度和粘合剂在自动化过程中的应用。在工业机器中，它们用于监控位移和工具位置。
磁致伸缩位置传感器
磁致伸缩是铁磁材料的一种特性，它会导致材料在外加磁场的存在下改变其大小或形状。在磁致伸缩位置传感器中，可移动的位置磁铁连接到被测物体上。它包括一个波导，该波导由一根导线组成，电流脉冲通过该导线传输，该导线连接到位于波导末端的传感器（图3）。当电流脉冲沿着波导向下发送时，在导线中产生一个磁场，该磁场与永磁体的轴向磁场相互作用（图3a中为气缸活塞中的磁体）。场相互作用是由扭曲（Wiedemann 效应）引起的，该扭曲在导线中引起应变，从而产生一个声波脉冲，该脉冲沿着波导传播，并被波导末端的传感器检测到（图 3b）。通过测量电流脉冲启动和声波脉冲检测之间的经过时间，可以测量位置磁铁的相对位置，从而测量物体的相对位置（图3c）。
图 3：磁致伸缩可实现高精度的非接触式位置传感，而不会对传感元件造成磨损。图片来源：Ametek
磁致伸缩位置传感器是非接触式传感器，用于检测线性位置。波导通常装在不锈钢或铝管中，使这些传感器能够在肮脏或潮湿的环境中使用。
霍尔效应位置传感器
当将一根薄而扁平的导体置于磁场中时，任何流动的电流都会积聚在导体的一侧，从而产生称为霍尔电压的电位差。如果导体中的电流是恒定的，则霍尔电压的大小将反映磁场的强度。在霍尔效应位置传感器中，物体连接到安装在传感器轴中的磁铁。当物体移动时，磁铁的位置相对于霍尔元件会发生变化，从而产生变化的霍尔电压。通过测量霍尔电压，可以确定物体的位置。可以使用专用的霍尔效应位置传感器来确定三维位置（图 4）。霍尔效应位置传感器是非接触式设备，可提供高可靠性和快速感应，并且可以在很宽的温度范围内工作。它们用于一系列消费、工业、汽车和医疗应用。
图 4：可以使用专用霍尔效应传感器来确定 3D 位置。（图片：Allegro Microsystems)
光纤位置传感器
光纤传感器有两种基本类型。在固有光纤传感器中，光纤用作传感元件。在外在光纤传感器中，光纤与另一种传感器技术相结合，将信号中继到远程电子设备进行处理。在固有光纤位置测量的情况下，可以使用光学时域反射仪等设备来确定时间延迟。可以使用实现光频域反射计的仪器来计算波长偏移。光纤传感器不受电磁干扰，可以设计为在高温下运行，并且不导电，因此它们可以在靠近高压或易燃材料的地方使用。
另一种基于光纤布拉格光栅 （FBG） 技术的光纤传感也可用于位置测量。光纤光栅充当陷波滤光片，反射以布拉格波长 （λ 为中心） 的狭窄光部分B） 当被宽光谱照射时。它被制造成一种微观结构，刻在光纤的核心中。光纤光栅可用于测量各种参数，如温度、应变、压力、倾斜、位移、加速度和负载。
光学位置传感器
有两种类型的光学位置传感器，也称为光学编码器。在一种情况下，光被发送到传感器另一端的接收器。在第 二种类型中，发射的光信号从被监测物体反射并返回到光源。根据传感器的设计，光特性的变化（如波长、强度、相位或偏振）用于确定物体的位置。基于编码器的光学位置传感器可用于线性和旋转运动。这些传感器分为三个主要类别;透射式光学编码器、反射式光学编码器和干涉式光学编码器。
超声波位置传感器
超声波位置传感器使用压电晶体换能器发射高频超声波。传感器测量反射的声音。超声波传感器可以用作简单的接近传感器，或者更复杂的设计可以提供测距信息。超声波位置传感器适用于各种材料和表面特性的目标物体，与许多其他类型的位置传感器相比，它可以检测更远距离的小物体。它们抵抗振动、环境噪声、红外辐射和电磁干扰。使用超声波位置传感器的应用示例包括液位检测、物体的高速计数、机器人导航系统和汽车传感。典型的汽车超声波传感器由塑料外壳、带膜的压电换能器以及带有电子电路和微控制器的印刷电路板组成，用于传输、接收和处理信号（图 5）。
图 5：典型的汽车压电超声波位置传感器系统设计。（图片：IEEE物联网杂志）)
总结
位置传感器可以测量物体的绝 对或相对线性、旋转和角运动。位置传感器可以测量执行器或电机等设备的运动。它们还用于机器人和汽车等移动平台。位置传感器使用了各种各样的技术，这些传感器具有环境耐用性、成本、精度、可重复性和其他属性的各种组合。
