位置傳感器可分為兩種，直線位移傳感器和角位移傳感器。其中直線位移傳感器常用的有直線位移定位器等，具有工作原理簡單、測量精度高、可靠性強(qiáng)的特點；角位移傳感器則可選旋轉(zhuǎn)式電位器，具有可靠性高、成本低的優(yōu)點。角位移器還可使用光電編碼器，，有增量式與絕對式兩種形式。其中增量式碼盤在機(jī)器人控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

 

    典型位置測量系統(tǒng)

 

    1）單探測器位置測量系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)線性范圍

 

    單探測器通常只能測量光通量的變化，把位置變化轉(zhuǎn)換為光通量變化，常借助于像分析器，其原理是在像面上形成測光窗口作為位置基準(zhǔn)。該窗口可以是狹縫、圓孔、棱尖或刀口，也可以是調(diào)制圓盤。這些基準(zhǔn)窗口或調(diào)制盤，在工作時可做周期性掃描運動或轉(zhuǎn)動，使光敏元件輸出周期性信號以便提高信噪比。上述位置測量過程實際上也是光信號邊緣位置檢測過程。單探測器構(gòu)成的像分析器可以有很高的位置分辨力。一個典型的位置測量系統(tǒng)是振子式光電瞄準(zhǔn)裝置，其位置分辨力可達(dá)零點零幾微米，它被用于光電顯微鏡和光電自準(zhǔn)直儀等。振子上有一狹縫置于位敏元件之前，它以50Hz振動，當(dāng)光信號亮線與狹縫的中心位置重合時，對應(yīng)光通量的變化，光電器件有100Hz頻率對稱波形輸出。

 

    若光信號亮線與狹縫中心不重合，則輸出波形除有100Hz成分外還有50Hz成分，根據(jù)相位可判斷偏離方向，根據(jù)幅值可以判斷偏離大小。但由于光敏元件的非均勻性、光信號分布的非均勻性以及亮度變化等因素的影響，使得這種測量的線性范圍很小，通常這種掃描式像分析器適于光電瞄準(zhǔn)。如果要擴(kuò)大位置測量范圍、提高精度，需用伺服機(jī)構(gòu)，目前已有帶伺服系統(tǒng)的光電自準(zhǔn)直光管產(chǎn)品。另一個典型例子”是使用具有伺服鎖定功能的析像管構(gòu)成的光子式位移傳感器，其分辨力可達(dá)零點零幾微米。在較寬的測量范圍內(nèi)，非線性低于1％，可超過100kHz。

 

    2）PSD位敏元件構(gòu)成的位受測量系統(tǒng)

 

    PSD是專為光學(xué)信號位置測量而研制的元件。其輸出的位置信號是光信號的亮度中心坐標(biāo)。例如，一種在長25m范圍內(nèi)測量直線度的PSD應(yīng)用系統(tǒng)，用He—Ne激光器作為光源，PSD像面上光斑直徑為5mm，其測量精度可達(dá)2.5um。PSD型號是S1200，為表面分離改進(jìn)型元件。一般來說PSD位置測量系統(tǒng)比較簡單，具有很好的抗雜光干擾能力和較小的位置溫度系數(shù)(波長低于900nm時溫度系數(shù)可低于0.2％／℃)。

 

    3)象限位置測量系統(tǒng)

 

    象限位置測量系統(tǒng)檢測的也是光恬號的亮度干心位置，其輸出一服再問種電路連接萬案：和差電路連接和直差電路連接。和差電路的特點是測量靈敏度較高，非線性影響較小，直差電路這兩方面性能要差一些。采用差動連接，光信號亮度起伏以及背景影響可以被抵消，靈敏度也有所提高。這些特點都是單探測器所沒有的，線性也比單探測器好。

 

    但是，由于象限探測器中每個光敏元之間的特性差別，每個光敏元自身響應(yīng)的不均勻以及光信號形狀和分布的不規(guī)則性，使得象限位置測量的線性范圍，比PSD別要小很多。采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)可使線性得到很大改善，如采用四象限光電池、檢差電路和伺服電機(jī)構(gòu)成的測量系統(tǒng)，在土1．5mm的范圍內(nèi)可以得到0.05％的線性度。

 

    4）陣列式探測器位置測量系統(tǒng)

 

    目前，這種測量系統(tǒng)較多，它們具有測量范圍大、分辨力高的特點。用面陣位置傳感器進(jìn)行光電位置測量的最好結(jié)果是在CCD星體跟蹤器中得到的。由于采用亞像素分辨技術(shù)，其位置測量精度接近1／100像素尺寸(0.3um)，抖動率為1／250像素尺寸(約為0.1um)，成功地將視場分為1／50000(所用CCD為512×320像元)，獲得高精度的關(guān)鍵在于提高信噪比。

 

    該系統(tǒng)采用慢掃描工作方式讀出信號電荷，采用相關(guān)四重采樣放大器，使讀出噪聲大大降低，利用半導(dǎo)體制冷技術(shù)降低暗電流，使整個系統(tǒng)噪聲控制在信號散粒噪聲水平。一般來說，面陣位置測量系統(tǒng)較復(fù)雜，一維位置測量系統(tǒng)相對簡單。二維大型面陣位置測量系統(tǒng)不太適于動態(tài)位置測量，因為它需要較長的光積分時間和電荷轉(zhuǎn)移時間