電子發燒友網報道(文/周凱揚)位置傳感器作為萬物互聯下的重要傳感器件之一，可將被測物體的位置轉換為輸出信號，給到準確的線性位置、旋轉和角度位置信息。然而，在復雜的工業場景中，任何一個傳感器的選取都不能馬虎，位置傳感器也不例外。

磁性位置傳感器

磁性位置傳感器作為目前使用廣泛的位置傳感器之一，由于其小尺寸封裝和低功耗等優勢，在汽車和電機等應用中獲得了廣泛的應用。這類傳感器通過磁場變化來測量相對位移，從而判斷角度的變化，最常見的形式就是基于霍爾效應的角度位置傳感器。角度位置檢測在工業場景中可謂屢見不鮮，比如定向噴灑、閥門控制以及擋板調整等等，也讓這類磁性位置傳感器有了大展身手的空間。

以AMS的AS5070為例，AS5070就是一款基于霍爾效應的高分辨率角度位置傳感器，可用于精確的絕對角度測量，分為模擬輸出的AS5070A版本和數字輸出的AS5070B版本，后者可以編程為一個PWM或SENT輸出接口。AS5070提供14位的分辨率，可以有效解決小角度便宜的問題。

雖然這類磁性位置傳感器可以做到小型化集成化，在角度測量上也能實現高精度和低功耗，但也不是毫無缺陷。比如這類磁性傳感器由于對周圍的導磁材料和磁場較為敏感，所以傳感器廠商都會加入一定的抗磁干擾技術。比如上述的AS5070就通過其傳感器陣列+模擬前端組成的架構來補償外部雜散磁場，從而省去屏蔽減少系統成本。

此外，由于多數磁性位置傳感器用到的都是NdFeB永磁體，雖然這類傳感器本身可靠性極高，但這種永磁材料由于眾所周知的脆性原因，也讓這類傳感器與一些存在惡劣沖擊的工業環境失之交臂。

聞聲定位的超聲波

然而對于不適宜直接接觸測量的物體，還有一種方案，那就是利用超聲波技術。與光學位置傳感器類似，超聲波位置傳感器在非接觸式位置傳感上有著獨到的優勢，尤其是一些表面、顏色或結構復雜讓光電傳感器束手無策的物體。超聲波位置傳感器由換能器產生高頻聲波，接收物體反射的信號，通過飛行時間來計算距離，可對各種形態等進行可靠的位置檢測和精確的連續距離測量，特別是用于封閉容器內的液位檢測。

然而這類超聲波傳感器有的雖然可編程，具備自學習功能，但自適應性并不算強。就拿它擅長的容器液位監測來說，容器的不同直徑乃至不同高度都會對測量精度造成影響，需要選擇正確量程的傳感器，或是用束波管或IO-Link來調整波束寬度，從而確保聲音不會與容器內部起沖突。

與其他位置傳感器一樣，超聲波位置傳感器也不是全場景適用的。聲學的特質為超聲波位置傳感器帶來了不少優點，卻也引入了一些限制。比如在真空環境中，超聲波傳感器就沒轍了，因為聲音無法在該環境下傳播。你可能會說哪有那么多真空環境，然而大部分真空環境都是在工業場景中，所以不得不將其納入考量。

傳統的不一定是最差的

雖然位置傳感器上一直在追求創新，但這并不意味著LVDT/RVDT等傳統感應式位置傳感器失去了市場。固然他們有著又大又貴的缺陷，但在準確性和可靠性上依然是數一數二的，為此有的廠商也開始在傳統感應式位置傳感器的原理上構思新點子。

比如Celera Motion的IncOder位置傳感器，就通過PCB技術消除了傳統感應式傳感器的相擾結構。以IncOder角度位置傳感器為例，該傳感器主要有定子和轉子兩個部件組成，定子上電后即可得出轉子相對定子的絕對角度，而無需兩者之間產生運動。而且多層PCB可將多個傳感器集成在一起，用于一些冗余安全設計。

從以上的簡要介紹中可以看出，在各種復雜的工業應用場景下，并沒有一款位置傳感器能給到十全十美的表現，這也是為何工業應用定制化方案多的原因之一。對位置傳感器的選取也不僅僅只看范圍、分辨率和精度，還得從尺寸、工作溫度范圍、成本和安裝難易度上考慮。

原文標題：位置傳感器在工業場景下的選擇困難

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審核編輯：湯梓紅