電機的高性能控制中，往往需要知道電機轉子的位置或者是速度信息，最直接的方法就是通過傳感器或是后面說的編碼器測量轉子的位置或是轉速。值得一提的是，速度是位置相對時間的變化率，因此一個位置傳感器也可以看作一個速度傳感器。當然，使用Sensorless的一系列算法，例如利用電機數學模型，或是電機的非理想特性等，也可以間接獲取轉子的位置或速度信息，但是這些方法往往存在一些難以克服的問題，比如低速和零速轉速不能觀測，或是諧波信號太小無法提取。所以使用傳感器測量轉子位置才是最穩妥的選擇。這篇筆記主要把位置傳感器的種類及其特點進行一個記錄。
介紹各種位置傳感器之前，為了衡量測量的效果，這里先回顧一下分辨率、重復精度以及線性度的概念。我想用一個簡單的例子說明，比如一名炮兵在操作他的炮進行炮擊，他的炮通過GPS進行制導，可以把炮彈精確到1m的范圍落下，也就是說他最小能調整炮彈落點移動的距離就是1m，這也就是分辨率了；當然打了50發炮彈不可能每一發都落在同一個地方，或多或少都會受到環境的影響，吹個風，下個雨都會讓炮彈偏一點，但這個偏移不超過+/-0.1m，這就是重復精度了；最后我們發現大樣本下的平均落點總和我們要瞄準的那個點偏差了0.2m，那我們就需要重新調校一下炮管或者是制導系統，這也就反映了線性度的概念。一個傳感器的好壞當然不能僅憑以上三個指標來衡量，工程的角度還有最重要的成本問題，以及可靠性問題等等，這都是需要考慮到的。
所有位置傳感器都可以被劃分為絕對式和增量式。增量式傳感器的輸出只有在位置改變時才會改變。絕對式傳感器的輸出與所測量的真實位置成正比，無論是靜止，還是運動。判斷傳感器是絕對式的還是增量式的一個好測試方法是考慮電源上電時會發生什么，如果有一個真實的位置信號輸出，但沒有任何運動，那它就是一個絕對式傳感器。
2.Various Position Sensor
2.1 電位計
雖然現在非接觸式傳感器是主流，但電位計（pot）仍然是常見的位置傳感器。這種傳感器通過測量電觸點在電阻條上的電壓降，而測量位置與電壓輸出成比例。電位計有旋轉型、直線型和曲線型結構形式，結構緊湊、重量輕。一個簡單的電位計只需花費幾便士，而高精度的電位計則可能需要200美元以上。通過激光對電阻條進行微調，線性度可達到小于0.01%。電位計在適當的工作循環、良好的環境和性能要求不嚴格的應用場合中工作良好。不幸的是，電位計容易磨損，尤其是在高振動環境，或者灰塵/沙粒等外來物質會使電阻條受到磨損。高質量的電位計以工作循環數給出壽命指標，但往往忽略了振動的影響。
還必須注意的是，電位計指標種經常引用“無限分辨率”。雖然理論上是這樣，但許多控制系統需要數字數據，因此實際的分辨率將是模擬/數字轉換器的分辨率（設計時要考慮這個成本）。奇怪的是，在航空航天、醫療和石化行業的一些安全相關應用中，電位計被歸類為“簡單傳感器”。這意味著，雖然電位計有很多的故障模式，但它們并不像電子傳感器那樣受到嚴格的設計和選型審查。這是一個愚蠢但是真實的情形，使得在某些應用中取代不可靠的電位計很困難。
優勢: 低成本；結構簡潔；重量輕；制造精度高。
劣勢： 易磨損；耐振動差；對外來物敏感；不適合苛刻溫度環境。
2.2 光電式位置傳感器
當然也就是encoder了，從簡單的價格幾美元的編碼器到價格超過1萬美元的高精密編碼器。在所有這些傳感器中，基本原理都是一樣的：光束照射到光柵，光電探測器測量光，產生一個位置信號。
整體式旋轉編碼器應用很廣泛，通常每一轉有50-5000脈沖（cpr）輸出，實踐證明在良好的應用環境中工作良好。然而，在更苛刻的環境中，如果鏡頭或光柵系統被諸如灰塵、碎屑或水等外來雜志遮擋，那么測量就會失效。
在光電傳感器選型時，需要特別注意的是，如果傳感器標稱每一轉1000個脈沖（cpr）輸出，這并不意味著它能達到1/1000轉的準確度。傳感器的數據表需要仔細閱讀，特別是編碼器套件或環形編碼器，傳感器安裝要求非常精密，并且確保沒有被污染。如果編碼器采用是玻璃編碼盤，該編碼器只有有限的抗沖擊能力。
優勢: 高分辨率；精密安裝可得到良好準確度；廣泛應用。
劣勢: 對外來物體敏感；失效前無任何征兆；耐沖擊差；不適合極端溫度。
2.3 磁位置傳感器
也叫磁編碼器。磁傳感器都使用類似的測量原理：當永磁體與磁探測器有相對移動時，磁場的變化與它們的相對位移成比例。一種常見的形式是Hall效應傳感器，可以制造成芯片形式。它們常用于汽車和電動機的應用場合，性能適中。
磁傳感器克服了許多與光電編碼器有關的缺陷，因為它們對環境因素有更強的魯棒性。然而，這些傳感器很少被用于高準確度要求的應用，這是由于磁滯效應，以及運動和靜止部件之間的精密機械加工的影響。應仔細研究任何磁傳感器數據表中的安裝公差、溫度系數和工作溫度指標。
更進一步，要考慮磁性材料或電纜的接近。永磁體可能吸引一些外部雜質，傳感器失效的一個因素就是雜質碎屑隨時間的累積。在有惡劣沖擊的環境中，通常不選擇磁傳感器，因為NdFeB永磁體的脆性。
優點： 非常堅固牢靠；大多數液體沒有影響。
缺點: 溫漂；滯環；不適合高準確度應用；對附近導磁材料、直流磁場敏感；耐沖擊能力差。
2.4 電容式位置傳感器
電容器是一種積累電荷的電子元件。通常，它有兩個電極板，由絕緣體隔開。電容器可以儲存的電荷量根據電極板的尺寸大小、它們之間的重疊百分比、他們之間的距離以及板間材料的介電常數而變化。在最簡單的形式中，電容式位置傳感器可用來測量電極板間的距離。在力、應變和壓力測量中，位移通常在小于1mm范圍內。
另一種旋轉或直線位置傳感形式，在測量軸上，切割或蝕刻了一系列的電極板。當另一個板塊移動時，電路中沿著軸方向上的電容會變化，反映出兩個極板之間的相對位置。電容式位置傳感器是不常見的，很少用于安全相關的應用。不幸的是，除了電極板的重疊因素等，電容會隨著溫度、濕度、周圍材料和外界異物的不同而變化，這使得研發一個穩定的、高準確度的位置傳感器具有挑戰性。
電容式傳感器在經驗豐富的工程師中名聲不佳，不太可能被選用在與安全相關的場合中。一些制造商已經不再提及“電容式”，取而代之的是使用諸如電荷存儲、電荷耦合或電效應之類的替代術語來混淆視聽。這種做法很不好，因為有太多的可能性傳感器要出錯，除非你是在高度穩定和臨床應用中進行高精度的測量，否則最好避免使用電容式位置傳感器。
優點: 結構簡單；低功耗。
缺點: 溫度和濕度漂移系數大；對外部物質進入很敏感；安裝公差要求嚴格。
2.5 傳統感應式位置傳感器
當然最熟知就是旋轉變壓器了。傳統的感應式位置傳感器利用感應或變壓器原理，已經使用了100多年。它們在惡劣環境下安全、可靠的工作特性贏得了極佳的聲譽，使得它們在許多安全相關的應用中幾乎成了首選傳感器。
直線感應式位置傳感器通常被稱為可變磁阻或線性差動變壓器（LVDT）。旋轉形式的有同步器，旋轉變壓器和RVDT。LVDT采用變壓器結構，至少有3個線圈：一個初級線圈，二個級線圈級。當磁棒在線圈中移動時，它會改變初級線圈和次級線圈之間的電磁耦合。感應信號的比值表明了磁棒相對于線圈的位置。這種比率測量技術是LVDT實現高穩定性和測量性能的關鍵。
光電和磁傳感器需要電子電路部分就在測量點附近，而感應式傳感器可以將電子電路部分從測量點移開，這樣傳感器就可以工作在惡劣的環境中，而電子電路部分可工作在更溫和的環境中。然而，由于繞繞變壓器的結構，它們往往體積大，價格昂貴。
優點: 高準確度；高可靠；堅固牢靠；適合苛刻環境；使用廣泛。
缺點: 價格昂貴，體積、重量大。
新一代的感應傳感器，通常稱為Incoder，采用與傳統感應式傳感器相同的原理，因此可在惡劣的環境中提供優異的、非接觸的測量性能。然而，這些傳感器并沒有采用傳統感應式傳感器笨重的線繞結構，而是在柔性或剛性的基板上使用印刷電路板技術。
優勢：
生產成本、尺寸和重量大幅降低
結構形式上更大的靈活性
消除了傳統感應式傳感器繞線過程中的不準確性
可實現復雜的幾何圖形測量，如曲線、二維和三維位置測量
采用多層印制電路板可將多個傳感器集成在一起（安全相關應用冗余傳感器）