說(shuō)到電機，相信每一個(gè)人都不會(huì )感到陌生。以1740年蘇格蘭僧侶安德魯·戈登創(chuàng )建第一個(gè)簡(jiǎn)單的靜電設備（被認為是世界上第一個(gè)電動(dòng)馬達）為起點(diǎn)，經(jīng)過(guò)了這幾百年的不斷探索、改進(jìn)，不同功率、不同尺寸、不同性能的龐大的電機家族已經(jīng)融入各行各業(yè)，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。
在另一篇關(guān)于無(wú)刷電機的博文中，也有提到電機控制的概念，為了使電機按照我們的需求工作，我們需要電機控制系統來(lái)對電機進(jìn)行良好的控制。電機消耗的能量幾乎占全球電力的50%。隨著(zhù)能源成本的持續上漲，業(yè)內開(kāi)始采用微處理器調速驅動(dòng)器替代效率低下的固定速率電機和驅動(dòng)器，這種新型電機控制技術(shù)與傳統驅動(dòng)器相比，能夠使能耗平均降低30%以上。
下圖是一個(gè)典型的直流電機控制系統的流程圖。
將所需的力矩、速度、方向等參數作為微控制器的輸入值，微控制器控制驅動(dòng)器，為電機提供相應的脈沖。各種傳感器構成了反饋系統，電流、速度、位移、旋轉方向等傳感器負責為微處理器提供反饋數據來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化、精確控制。這些傳感器被用在控制回路中，通過(guò)探測一些可能損壞馬達的情況來(lái)提升系統的穩定性、可靠性。當然，現在還有一些不需要傳感器的電機控制系統，今天我們先暫不做介紹。
隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)對電機控制精確度的要求的日益提升和傳感器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，人們可以以更低的價(jià)格獲得更高精確度的傳感器，在電機控制系統設計過(guò)程中對于傳感器，人們也有了更多不同種類(lèi)、價(jià)格、性能的選擇。接下來(lái)我們將談?wù)勲姍C控制系統中所需的探測的參數種類(lèi)，和為了探測這些參數使用的主流傳感器類(lèi)型。
電流傳感器
在電機控制中，電流的大小和方向，可直接提供電機速度、旋轉方向的信息。
目前最普遍的三種電流傳感器是分流器（shunt resistor）、霍爾效應傳感器（Hall effect）和電流檢測變壓器（Current sensing transformers）。
分流器：
分流器其實(shí)使用的是我們最為熟悉的歐姆定律。通過(guò)測量一個(gè)已知電阻值的電阻兩端的電壓來(lái)計算電流值，電阻值較小，使之不會(huì )對電機電路產(chǎn)生太大影響。分流器以它低廉的價(jià)格和可接受的準確性而受到歡迎。但它不能用于測量過(guò)大電流?？刹捎酶哌呺娏鞣至鳒y量法或是低邊電流分流測量法（High-Side / Low-Side Current Shunt Measurements），它們各有優(yōu)劣，在這里不做詳細介紹。
RS 提供了很多可供選擇的分流器，了解詳情請點(diǎn)擊右邊的產(chǎn)品連結。
霍爾效應電流傳感器：
在載流導體周?chē)a(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，而霍爾器件則用來(lái)測量這一磁場(chǎng)。因此，使電流的非接觸測量成為可能?；魻栃娏鱾鞲衅鬏^易于集成于嵌入式應用系統，這類(lèi)的傳感器IC通常產(chǎn)生能直接輸入到微控制器ADC的模擬輸出電壓?；魻杺鞲衅鞣譃殚_(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式，它們在性能、特性上略有差別?；魻栃獋鞲衅饔性S多優(yōu)勢，如可以非接觸監測、測量范圍廣、響應速度快、測量精度高等等，但它也有價(jià)格較高、精確度易受溫度等外界因素影響等弊端。
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電流檢測變壓器：
它主要運用變壓器原理：線(xiàn)圈匝數與電流大小的比例關(guān)系。它的優(yōu)點(diǎn)是可以監測大電流，但也有對于交流電需要進(jìn)行特別處理的劣勢。
監測電機速度、位置、位移的傳感器
編碼器（Encoder）：
編碼器可以用來(lái)測量旋轉中電機的速度、方向、軸位置等。編碼器使用的是光電探測原理，如下圖所示。將編碼器碼盤(pán)與電機旋轉軸相連，碼盤(pán)上有如圖所示的極細間隔，光源和光傳感器透過(guò)這些間隔產(chǎn)生可直接傳到編碼器邏輯IC或微處理器進(jìn)行處理的電信號，一般通過(guò)脈沖A、B來(lái)計算旋轉速度，通過(guò)脈沖Z來(lái)判斷旋轉方向。
由于需要安裝碼盤(pán)，對一些已固定的電機此方法會(huì )帶來(lái)一些不便。且會(huì )有不可避免的累積誤差需要矯正。
RS 提供的有關(guān)編碼器的相關(guān)產(chǎn)品，請點(diǎn)擊右邊的產(chǎn)品連結。
霍爾效應旋轉傳感器：
什么是霍爾效應我們在上文說(shuō)霍爾效應式電流傳感器時(shí)已有提及，霍爾效應式傳感器被廣泛應用于感應測量不同的物理量。在這里我們說(shuō)的霍爾轉速傳感器是一種小型封閉式傳感器，其原理是當磁力線(xiàn)穿過(guò)傳感器上感應元件時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢經(jīng)過(guò)霍爾芯片的放大整形后，成力電信號供二次儀表使用。
可變磁阻(VR)傳感器:
雖然霍爾式傳感器以其較好性能得到廣泛應用，但正如我們在前文中提到的那樣，溫度等外界環(huán)境的過(guò)大變化對霍爾式傳感器靈敏度的影響較大，因此在振動(dòng)、灰塵和高溫等極端工作環(huán)境下，我們訴諸于VR傳感器。它的基本工作原理是由一個(gè)穿過(guò)電磁鐵的線(xiàn)圈組成,一個(gè)齒輪輪齒（或其它靶的凸出部分）通過(guò)磁鐵表面,從而引起磁通量的數量的變化。但是由于信號處理系統價(jià)格較高，使得磁阻效應傳感器的價(jià)格也一直較高。但是在高溫條件下，人們還是會(huì )選擇磁阻傳感器，而非霍爾式，一個(gè)典型應用就是在噴氣發(fā)動(dòng)機中檢測渦輪的轉速。
