位置传感器是可以检测物体运动或确定从已建立的参考点测量的相对位置的设备。这些类型的传感器还可用于检测物体的存在或不存在。
位置传感器的总体目的是检测物体并通过生成提供位置反馈的信号来传递其位置。然后，此反馈可用于控制流程中的自动响应、发出警报或触发特定应用程序指示的其他活动。
一般来说，位置传感器可分为三大类，包括线性位置传感器、旋转位置传感器和角位置传感器。位置传感器的主要类型包括：
● 电位位置传感器（基于电阻）
● 电感式位置传感器
● 基于涡流的位置传感器
● 电容式位置传感器
● 磁致伸缩位置传感器
● 基于霍尔效应的磁性位置传感器
● 光纤位置传感器
● 光学位置传感器
● 超声波位置传感器
电位位置传感器
电位位置传感器是基于滑动变阻器的原理，它使用电阻轨道和游标，电刷连接到被监控位置的物体上。物体的移动会导致游标沿电阻轨道改变其位置，从而改变游标位置和轨道末端之间的测量电阻值。以这种方式，测得的电阻可以用作物体位置的指示器。这是通过使用分压器来实现的，在分压器中，在电阻走线的两端施加固定电压，从游标位置到走线一端的测量电压产生一个与游标位置成正比的值。这种方法适用于线性位移和旋转位移。
用于电位位置传感器的电位计类型包括绕线、金属陶瓷或塑料（聚合物）薄膜。这些类型的位置传感器成本相对较低，但精度和可重复性也较低。此外，设备在设计上的尺寸限制限制了可以测量位置变化的范围。
电感式位置传感器
电感式位置传感器通过传感器线圈中感应的磁场特性变化来检测物体的位置。一种类型称为LVDT，或线性可变差动变压器。在LVDT位置传感器中，三个独立的线圈缠绕在一个空心管上。其中一个是初级线圈，另外两个是次级线圈。它们以电气方式串联，但次级线圈的相位关系为 180o相对于初级线圈异相。铁磁芯或电枢放置在空心管内，电枢连接到被测量位置的物体上。激励电压信号施加到初级线圈，在LVDT的次级线圈中感应出电动势。通过测量两个次级线圈之间的电压差，可以确定电枢（以及它所连接的物体）的相对位置。当电枢正好位于管子的中心时，电动势会抵消，导致没有电压输出。但是当电枢离开零位置时，电压及其极性会发生变化。因此，电压的幅度及其相位角不仅反映了远离中心（零）位置的移动量，还反映了其方向。
这些类型的位置传感器具有良好的精度和分辨率，具有高灵敏度，并在整个感应范围内提供良好的线性度。它们也是无摩擦的，可以密封，以便在可能暴露于元素的条件下使用。
虽然 LVDT 的功能是跟踪线性运动，但称为 RVDT（用于旋转电压差动变压器）的等效设备可以跟踪物体的旋转位置。RVDT的功能与LVDT相同，仅在其结构细节上有所不同。
基于涡流的位置传感器
涡流是在磁场变化的导电材料中发生的感应电流，是法拉第感应定律的结果。这些电流在闭环中流动，进而产生二次磁场。
如果线圈由交流电通电以产生初级磁场，则由于涡流产生的次级磁场的相互作用，可以感应到线圈附近带电材料的存在，这会影响线圈的阻抗。因此，线圈阻抗的变化可用于确定物体与线圈的距离。
涡流位置传感器与导电物体一起工作。大多数涡流传感器用作接近传感器，旨在确定物体已接近传感器位置。它们作为位置传感器受到限制，因为它们是全向的，这意味着它们可以确定物体与传感器的相对距离，但不能确定物体相对于传感器的方向。
电容式位置传感器
电容式位置传感器依靠检测电容值的变化来确定被测物体的位置。电容器由两块板组成，两块板之间用介电材料相互隔开。使用电容式位置传感器检测物体位置的常用方法有两种：
1、通过改变电容器的介电常数
其工作原理是被测物体附着在介电材料上，介电材料相对于电容器板的位置随着物体的移动而变化。随着介电材料的移动，电容器的有效介电常数变化是介电材料的一部分面积的结果，平衡是空气的介电常数的结果。这种方法提供了电容值相对于物体相对位置的线性变化。
2、通过改变电容器板的重叠区域
它不是将物体连接到介电材料上，而是连接到其中一个电容器板。因此，当物体移动其位置时，电容器板的重叠面积会发生变化，从而再次改变电容值。
通过改变电容来测量物体位置的原理可以应用于线性和角度方向的运动。
磁致伸缩位置传感器
铁、镍和钴等铁磁材料表现出一种称为磁限制的特性，这意味着材料在施加磁场的情况下会改变其尺寸或形状。磁致伸缩位置传感器利用这一原理来确定物体的位置。
一个可移动的位置磁铁连接到被测物体上。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。位置磁体产生轴向磁场，其磁力线相对于磁致伸缩线和波导是共面的。当电流脉冲沿着波导发送时，在导线中产生一个磁场，该磁场与永磁体（位置磁体）的轴向磁场相互作用。场相互作用的结果是扭曲，称为维德曼效应。这种扭曲会导致导线产生应变，从而产生一个声波脉冲，该声波脉冲沿着波导传播，并被波导末端的传感器检测到。通过测量电流脉冲启动和声波脉冲检测之间经过的时间，磁致伸缩位置传感器可以确定位置磁体的相对位置。
由于声波将从位置磁铁所在的位置向两个方向传播（朝向拾音器传感器和远离拾音器传感器），因此阻尼装置位于波导的另一端，以吸收从传感器传播的脉冲，从而不会导致干扰信号被反射回拾取传感器。
就其性质而言，磁致伸缩位置传感器用于检测线性位置。它们可以配备多个位置磁铁，以提供沿同一轴的多个组件的位置信息。它们是非接触式传感器，由于波导通常安装在不锈钢或铝管中，因此这些传感器可用于可能受到污染的应用。此外，即使波导和位置磁铁之间存在屏障，只要屏障由非磁性材料制成，磁致伸缩位置传感器也可以正常工作。
这些传感器提供多种输出，包括直流电压、电流、PWM 信号和启停数字脉冲。
基于霍尔效应的磁性位置传感器
霍尔效应指出，当一根薄扁平的电导体有电流流过它并置于磁场中时，磁场会影响电荷载流子，迫使它们相对于另一侧聚集在导体的一侧，以平衡磁场的干扰。这种不均匀的电荷分布导致导体两侧之间产生电位差，称为霍尔电压。这种电势发生在与电流流动方向和磁场方向横向的方向上。如果导体中的电流保持恒定值，则霍尔电压的大小将直接反映磁场的强度。
在霍尔效应位置传感器中，被测量的物体的位置连接到安装在传感器轴中的磁铁。当物体移动时，磁铁的位置相对于传感器中的霍尔元件会发生变化。然后，这种位置移动会改变施加在霍尔元件上的磁场强度，而磁场又会作为测量霍尔电压的变化被反射出来。以这种方式，测得的霍尔电压成为物体位置的指示器。
光纤位置传感器
光纤位置传感器使用一根光纤，在光纤的两端有一组光电探测器。光源连接到正在观察运动的物体上。在物体位置直接进入荧光纤维的光能在光纤中被反射，并被发送到光纤的两端，在那里被光电探测器检测到。在两个光电探测器上观察到的测量光功率之比的对数将是物体与光纤末端距离的线性函数，因此该值可用于提供物体上的位置信息。
光学位置传感器
光学位置传感器的工作原理是以下两种。在第一种类型中，光从发射器传输，然后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回来，返回到光源。光特性（例如波长、强度、相位、偏振）的变化用于确定有关物体位置的信息。
这些类型的传感器分为三类：
● 透射式光学编码器
● 反射式光学编码器
● 干涉光学编码器
基于编码器的光学位置传感器可用于线性和旋转运动。
超声波位置传感器
与光学位置传感器类似，超声波位置传感器发出的高频声波通常由压电晶体换能器产生。从换能器产生的超声波从被测物体或目标反射回换能器，在那里产生输出信号。超声波传感器可以用作接近传感器，它们报告传感器指定范围内的物体，或作为提供测距信息的位置传感器。超声波位置传感器的优点是可以处理不同材料和表面特性的目标物体，并且可以比其他类型的位置传感器在更远的距离上检测小物体。它们还具有抗振动、环境噪声、EMI 和红外辐射的能力。
位置传感器参数
定义位置传感器性能的具体参数将根据所选传感器类型而有所不同，因为基础技术原理因类型而异。适用于大多数位置传感器的一些关键规格如下：
● 测量范围 – 传感器可测量的距离范围，可以获得的最大测量值。
● 分辨率 – 传感器可以测量的最小位置增量值
● 精度 – 测量位置与被测物体的实际位置一致的程度的量度
● 重复性 – 反映传感器随时间推移执行相同测量时获得的测量位置值范围
● 线性度 – 在传感器输出范围内测量的输出信号与线性行为的偏差程度
位置传感器的其他选择注意事项还包括：
1、传感器的尺寸和重量
2、传感器是提供绝对位置信息还是增量位置信息
3、设备的工作温度范围
4、传感器能够承受其他环境和操作条件，例如冷凝、污染或机械冲击和振动
5、易于安装
6、成本
无线位移传感器
● 内置电池或外接5V电源供电
● 高精度
● 无线传输方式支持4G、NB、WIFI、LORA等
● 手机端实时查看数据
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