位置傳感器可用來檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開關(guān)，和位移傳感器不同，位置傳感器有接觸式和接近式兩種。
接觸式傳感器
接觸式傳感器的觸頭由兩個(gè)物體接觸擠壓而動(dòng)作，常見的有行程開關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉。當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中，碰到行程開關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會(huì)動(dòng)作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關(guān)，則可以控制移動(dòng)范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與某個(gè)物體的接觸位置。接近開關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的開關(guān)，它無需和物體直接接觸。接近開關(guān)有很多種類，主要有電磁式、光電式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。
霍爾傳感器
霍爾傳感器是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。將鍺等半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，在一個(gè)方向通以電流時(shí)，則在垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。將小磁體固定在運(yùn)動(dòng)部件上，當(dāng)部件靠近霍爾元件時(shí)，便產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，從而判斷物體是否到位。
直流無刷電機(jī)
位置傳感器是組成無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的三大部分之一，也是區(qū)別于有刷直流電動(dòng)機(jī)的主要標(biāo)志。其作用是檢測(cè)主轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，以控制它們的導(dǎo)通與截止，使電動(dòng)機(jī)電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化按次序換向，形成氣隙中步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。
直流無刷電機(jī)需要位置傳感器來測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置，電機(jī)控制器通過接受位置傳感器信號(hào)來讓逆變器換相與轉(zhuǎn)子同步來驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管直流無刷電機(jī)也可以通過定子繞組產(chǎn)生的反感生電動(dòng)勢(shì)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，而省去位置傳感器，但是電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速太小，反感生電動(dòng)勢(shì)信號(hào)太小而無法檢測(cè)。
可以用作直流無刷電機(jī)位置傳感器的霍爾傳感器芯片分為開關(guān)型和鎖定型兩種。對(duì)于電動(dòng)自行車電機(jī)，這兩種霍爾傳感器芯片都可以用來精確測(cè)量轉(zhuǎn)子磁鋼的位置。用這兩種霍爾傳感器芯片制作的直流無刷電機(jī)的性能，包括電機(jī)的輸出功率、效率和轉(zhuǎn)矩等沒有任何差別，并可以兼容相同的電機(jī)控制器。位置傳感器的應(yīng)用，降低電機(jī)運(yùn)行的噪音、提高電機(jī)的壽命與性能，同時(shí)達(dá)到降低耗能的效果。位置傳感器的應(yīng)用無疑給電機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力。
曲軸與凸輪軸
凸輪軸位置傳感器(Camshaft Position Sensor，CPS)又稱為氣缸識(shí)別傳感器(Cylinder Identification Sensor，CIS)，為了區(qū)別于曲軸位置傳感器(CPS)，凸輪軸位置傳感器一般都用CIS表示。凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號(hào)，并輸入ECU，以便ECU識(shí)別氣缸1壓縮上止點(diǎn)，從而進(jìn)行順序噴油控制、點(diǎn)火時(shí)刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號(hào)還用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)識(shí)別出第一次點(diǎn)火時(shí)刻。因?yàn)橥馆嗇S位置傳感器能夠識(shí)別哪一個(gè)氣缸活塞即將到達(dá)上止點(diǎn)，所以稱為氣缸識(shí)別傳感器。
(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
日產(chǎn)公司生產(chǎn)的光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器是由分電器改進(jìn)而成的，主要由信號(hào)盤(即信號(hào)轉(zhuǎn)子)、信號(hào)發(fā)生器、配電器、傳感器殼體和線束插頭等組成。
信號(hào)盤是傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)子，壓裝在傳感器軸上，如圖2-22所示。在靠近信號(hào)盤的邊緣位置制作有均勻間隔弧度的內(nèi)、外兩圈透光孔。其中，外圈制作有360個(gè)透光孔(縫隙)，間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，用于產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速信號(hào)；內(nèi)圈制作有6個(gè)透光孔(長(zhǎng)方形孑L)，間隔弧度為60。，用于產(chǎn)生各個(gè)氣缸的上止點(diǎn)信號(hào)，其中有一個(gè)長(zhǎng)方形的寬邊稍長(zhǎng)，用于產(chǎn)生氣缸1的上止點(diǎn)信號(hào)。
信號(hào)發(fā)生器固定在傳感器殼體上，它由Ne信號(hào)(轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào))發(fā)生器、G信號(hào)(上止點(diǎn)信號(hào))發(fā)生器以及信號(hào)處理電路組成。Ne信號(hào)與G信號(hào)發(fā)生器均由一個(gè)發(fā)光二極管(LED)和一個(gè)光敏晶體管(或光敏二極管)組成，兩個(gè)LED分別正對(duì)著兩個(gè)光敏晶體管。
(2)工作原理
信號(hào)盤安裝在發(fā)光二極管(LED)與光敏晶體管(或光敏二極管)之間。當(dāng)信號(hào)盤上的透光孔旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時(shí)，LED發(fā)出的光線就會(huì)照射到光敏晶體管上，此時(shí)光敏晶體管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當(dāng)信號(hào)盤上的遮光部分旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時(shí)，LED發(fā)出的光線就不能照射到光敏晶體管上，此時(shí)光敏晶體管截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。
如果信號(hào)盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)，透光孔和遮光部分就會(huì)交替地轉(zhuǎn)過LED而透光或遮光，光敏晶體管集電極就會(huì)交替地輸出高電平和低電平。當(dāng)傳感器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)盤上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉(zhuǎn)過，LED發(fā)出的光線受信號(hào)盤透光和遮光作用就會(huì)交替照射到信號(hào)發(fā)生器的光敏晶體管上，信號(hào)傳感器中就會(huì)產(chǎn)生與曲軸位置和凸輪軸位置對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。
