一文詳解位置傳感器選取

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/周凱揚(yáng))位置傳感器作為萬(wàn)物互聯(lián)下的重要傳感器件之一，可將被測(cè)物體的位置轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)，給到準(zhǔn)確的線性位置、旋轉(zhuǎn)和角度位置信息。然而，在復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)景中，任何一個(gè)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(yōu)勢(shì)，在汽車和電機(jī)等應(yīng)用中獲得了廣泛的應(yīng)用。這類傳感器通過磁場(chǎng)變化來(lái)測(cè)量相對(duì)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(yīng)的角度位置傳感器。角度位置檢測(cè)在工業(yè)場(chǎng)景中可謂屢見不鮮，比如定向噴灑、閥門控制以及擋板調(diào)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(yīng)的高分辨率角度位置傳感器，可用于精確的絕對(duì)角度測(cè)量，分為模擬輸出的AS5070A版本和數(shù)字輸出的AS5070B版本，后者可以編程為一個(gè)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(cè)量上也能實(shí)現(xiàn)高精度和低功耗，但也不是毫無(wú)缺陷。比如這類磁性傳感器由于對(duì)周圍的導(dǎo)磁材料和磁場(chǎng)較為敏感，所以傳感器廠商都會(huì)加入一定的抗磁干擾技術(shù)。比如上述的AS5070就通過其傳感器陣列+模擬前端組成的架構(gòu)來(lái)補(bǔ)償外部雜散磁場(chǎng)，從而省去屏蔽減少系統(tǒng)成本。

此外，由于多數(shù)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(yè)環(huán)境失之交臂。

聞聲定位的超聲波

然而對(duì)于不適宜直接接觸測(cè)量的物體，還有一種方案，那就是利用超聲波技術(shù)。與光學(xué)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(dú)到的優(yōu)勢(shì)，尤其是一些表面、顏色或結(jié)構(gòu)復(fù)雜讓光電傳感器束手無(wú)策的物體。超聲波位置傳感器由換能器產(chǎn)生高頻聲波，接收物體反射的信號(hào)，通過飛行時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，可對(duì)各種形態(tài)等進(jìn)行可靠的位置檢測(cè)和精確的連續(xù)距離測(cè)量，特別是用于封閉容器內(nèi)的液位檢測(cè)。

然而這類超聲波傳感器有的雖然可編程，具備自學(xué)習(xí)功能，但自適應(yīng)性并不算強(qiáng)。就拿它擅長(zhǎng)的容器液位監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，容器的不同直徑乃至不同高度都會(huì)對(duì)測(cè)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(lái)調(diào)整波束寬度，從而確保聲音不會(huì)與容器內(nèi)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(chǎng)景適用的。聲學(xué)的特質(zhì)為超聲波位置傳感器帶來(lái)了不少優(yōu)點(diǎn)，卻也引入了一些限制。比如在真空環(huán)境中，超聲波傳感器就沒轍了，因?yàn)槁曇魺o(wú)法在該環(huán)境下傳播。你可能會(huì)說(shuō)哪有那么多真空環(huán)境，然而大部分真空環(huán)境都是在工業(yè)場(chǎng)景中，所以不得不將其納入考量。

傳統(tǒng)的不一定是最差的

雖然位置傳感器上一直在追求創(chuàng)新，但這并不意味著LVDT/RVDT等傳統(tǒng)感應(yīng)式位置傳感器失去了市場(chǎng)。固然他們有著又大又貴的缺陷，但在準(zhǔn)確性和可靠性上依然是數(shù)一數(shù)二的，為此有的廠商也開始在傳統(tǒng)感應(yīng)式位置傳感器的原理上構(gòu)思新點(diǎn)子。

比如Celera Motion的IncOder位置傳感器，就通過PCB技術(shù)消除了傳統(tǒng)感應(yīng)式傳感器的相擾結(jié)構(gòu)。以IncOder角度位置傳感器為例，該傳感器主要有定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部件組成，定子上電后即可得出轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的絕對(duì)角度，而無(wú)需兩者之間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。而且多層PCB可將多個(gè)傳感器集成在一起，用于一些冗余安全設(shè)計(jì)。

從以上的簡(jiǎn)要介紹中可以看出，在各種復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景下，并沒有一款位置傳感器能給到十全十美的表現(xiàn)，這也是為何工業(yè)應(yīng)用定制化方案多的原因之一。對(duì)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(biāo)題：位置傳感器在工業(yè)場(chǎng)景下的選擇困難

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審核編輯：湯梓紅