电机的高性能控制中，往往需要知道电机转子的位置或者是速度信息，最直接的方法就是通过传感器或是后面说的编码器测量转子的位置或是转速。值得一提的是，速度是位置相对时间的变化率，因此一个位置传感器也可以看作一个速度传感器。当然，使用Sensorless的一系列算法，例如利用电机数学模型，或是电机的非理想特性等，也可以间接获取转子的位置或速度信息，但是这些方法往往存在一些难以克服的问题，比如低速和零速转速不能观测，或是谐波信号太小无法提取。所以使用传感器测量转子位置才是最稳妥的选择。这篇笔记主要把位置传感器的种类及其特点进行一个记录。
介绍各种位置传感器之前，为了衡量测量的效果，这里先回顾一下分辨率、重复精度以及线性度的概念。我想用一个简单的例子说明，比如一名炮兵在操作他的炮进行炮击，他的炮通过GPS进行制导，可以把炮弹精确到1m的范围落下，也就是说他最小能调整炮弹落点移动的距离就是1m，这也就是分辨率了；当然打了50发炮弹不可能每一发都落在同一个地方，或多或少都会受到环境的影响，吹个风，下个雨都会让炮弹偏一点，但这个偏移不超过+/-0.1m，这就是重复精度了；最后我们发现大样本下的平均落点总和我们要瞄准的那个点偏差了0.2m，那我们就需要重新调校一下炮管或者是制导系统，这也就反映了线性度的概念。一个传感器的好坏当然不能仅凭以上三个指标来衡量，工程的角度还有最重要的成本问题，以及可靠性问题等等，这都是需要考虑到的。
所有位置传感器都可以被划分为绝对式和增量式。增量式传感器的输出只有在位置改变时才会改变。绝对式传感器的输出与所测量的真实位置成正比，无论是静止，还是运动。判断传感器是绝对式的还是增量式的一个好测试方法是考虑电源上电时会发生什么，如果有一个真实的位置信号输出，但没有任何运动，那它就是一个绝对式传感器。
2.Various Position Sensor
2.1 电位计
虽然现在非接触式传感器是主流，但电位计（pot）仍然是常见的位置传感器。这种传感器通过测量电触点在电阻条上的电压降，而测量位置与电压输出成比例。电位计有旋转型、直线型和曲线型结构形式，结构紧凑、重量轻。一个简单的电位计只需花费几便士，而高精度的电位计则可能需要200美元以上。通过激光对电阻条进行微调，线性度可达到小于0.01%。电位计在适当的工作循环、良好的环境和性能要求不严格的应用场合中工作良好。不幸的是，电位计容易磨损，尤其是在高振动环境，或者灰尘/沙粒等外来物质会使电阻条受到磨损。高质量的电位计以工作循环数给出寿命指标，但往往忽略了振动的影响。
还必须注意的是，电位计指标种经常引用“无限分辨率”。虽然理论上是这样，但许多控制系统需要数字数据，因此实际的分辨率将是模拟/数字转换器的分辨率（设计时要考虑这个成本）。奇怪的是，在航空航天、医疗和石化行业的一些安全相关应用中，电位计被归类为“简单传感器”。这意味着，虽然电位计有很多的故障模式，但它们并不像电子传感器那样受到严格的设计和选型审查。这是一个愚蠢但是真实的情形，使得在某些应用中取代不可靠的电位计很困难。
优势: 低成本；结构简洁；重量轻；制造精度高。
劣势： 易磨损；耐振动差；对外来物敏感；不适合苛刻温度环境。
2.2 光电式位置传感器
当然也就是encoder了，从简单的价格几美元的编码器到价格超过1万美元的高精密编码器。在所有这些传感器中，基本原理都是一样的：光束照射到光栅，光电探测器测量光，产生一个位置信号。
整体式旋转编码器应用很广泛，通常每一转有50-5000脉冲（cpr）输出，实践证明在良好的应用环境中工作良好。然而，在更苛刻的环境中，如果镜头或光栅系统被诸如灰尘、碎屑或水等外来杂志遮挡，那么测量就会失效。
在光电传感器选型时，需要特别注意的是，如果传感器标称每一转1000个脉冲（cpr）输出，这并不意味着它能达到1/1000转的准确度。传感器的数据表需要仔细阅读，特别是编码器套件或环形编码器，传感器安装要求非常精密，并且确保没有被污染。如果编码器采用是玻璃编码盘，该编码器只有有限的抗冲击能力。
优势: 高分辨率；精密安装可得到良好准确度；广泛应用。
劣势: 对外来物体敏感；失效前无任何征兆；耐冲击差；不适合极端温度。
2.3 磁位置传感器
也叫磁编码器。磁传感器都使用类似的测量原理：当永磁体与磁探测器有相对移动时，磁场的变化与它们的相对位移成比例。一种常见的形式是Hall效应传感器，可以制造成芯片形式。它们常用于汽车和电动机的应用场合，性能适中。
磁传感器克服了许多与光电编码器有关的缺陷，因为它们对环境因素有更强的鲁棒性。然而，这些传感器很少被用于高准确度要求的应用，这是由于磁滞效应，以及运动和静止部件之间的精密机械加工的影响。应仔细研究任何磁传感器数据表中的安装公差、温度系数和工作温度指标。
更进一步，要考虑磁性材料或电缆的接近。永磁体可能吸引一些外部杂质，传感器失效的一个因素就是杂质碎屑随时间的累积。在有恶劣冲击的环境中，通常不选择磁传感器，因为NdFeB永磁体的脆性。
优点： 非常坚固牢靠；大多数液体没有影响。
缺点: 温漂；滞环；不适合高准确度应用；对附近导磁材料、直流磁场敏感；耐冲击能力差。
2.4 电容式位置传感器
电容器是一种积累电荷的电子元件。通常，它有两个电极板，由绝缘体隔开。电容器可以储存的电荷量根据电极板的尺寸大小、它们之间的重叠百分比、他们之间的距离以及板间材料的介电常数而变化。在最简单的形式中，电容式位置传感器可用来测量电极板间的距离。在力、应变和压力测量中，位移通常在小于1mm范围内。
另一种旋转或直线位置传感形式，在测量轴上，切割或蚀刻了一系列的电极板。当另一个板块移动时，电路中沿着轴方向上的电容会变化，反映出两个极板之间的相对位置。电容式位置传感器是不常见的，很少用于安全相关的应用。不幸的是，除了电极板的重叠因素等，电容会随着温度、湿度、周围材料和外界异物的不同而变化，这使得研发一个稳定的、高准确度的位置传感器具有挑战性。
电容式传感器在经验丰富的工程师中名声不佳，不太可能被选用在与安全相关的场合中。一些制造商已经不再提及“电容式”，取而代之的是使用诸如电荷存储、电荷耦合或电效应之类的替代术语来混淆视听。这种做法很不好，因为有太多的可能性传感器要出错，除非你是在高度稳定和临床应用中进行高精度的测量，否则最好避免使用电容式位置传感器。
优点: 结构简单；低功耗。
缺点: 温度和湿度漂移系数大；对外部物质进入很敏感；安装公差要求严格。
2.5 传统感应式位置传感器
当然最熟知就是旋转变压器了。传统的感应式位置传感器利用感应或变压器原理，已经使用了100多年。它们在恶劣环境下安全、可靠的工作特性赢得了极佳的声誉，使得它们在许多安全相关的应用中几乎成了首选传感器。
直线感应式位置传感器通常被称为可变磁阻或线性差动变压器（LVDT）。旋转形式的有同步器，旋转变压器和RVDT。LVDT采用变压器结构，至少有3个线圈：一个初级线圈，二个级线圈级。当磁棒在线圈中移动时，它会改变初级线圈和次级线圈之间的电磁耦合。感应信号的比值表明了磁棒相对于线圈的位置。这种比率测量技术是LVDT实现高稳定性和测量性能的关键。
光电和磁传感器需要电子电路部分就在测量点附近，而感应式传感器可以将电子电路部分从测量点移开，这样传感器就可以工作在恶劣的环境中，而电子电路部分可工作在更温和的环境中。然而，由于绕绕变压器的结构，它们往往体积大，价格昂贵。
优点: 高准确度；高可靠；坚固牢靠；适合苛刻环境；使用广泛。
缺点: 价格昂贵，体积、重量大。
新一代的感应传感器，通常称为Incoder，采用与传统感应式传感器相同的原理，因此可在恶劣的环境中提供优异的、非接触的测量性能。然而，这些传感器并没有采用传统感应式传感器笨重的线绕结构，而是在柔性或刚性的基板上使用印刷电路板技术。
优势：
生产成本、尺寸和重量大幅降低
结构形式上更大的灵活性
消除了传统感应式传感器绕线过程中的不准确性
可实现复杂的几何图形测量，如曲线、二维和三维位置测量
采用多层印制电路板可将多个传感器集成在一起（安全相关应用冗余传感器）
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