光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的小型电子设备和关键元件。它主要利用光的各种性质来检测物体的存在和表面状态的变化。光电传感器具有非接触、响应速度快、性能可靠的特点，因此广泛应用于工业自动化设备和机器人。

　　光电传感器。

　　光电传感器通常由三部分组成：光源、光路和光电元件。将测量的变化转换为光信号的变化，然后借助光电元件将光信号进一步转换为电信号。

　　光电效应原理。

　　光电元件是光电传感器最重要的组成部分，其核心工作原理是不同类型的光电效应。根据波粒二象性，光由光速运动的光子组成。当物体被光照射时，其内部电子吸收光子的能量并改变其状态，其自身的电气性质也会改变。这种现象被称为光电效应。

　　根据电气属性状态的不同变化，光电效应分为以下三种：

　　1)外部光电效应。

　　在光在光的作用下逃离物体表面的现象称为外部光电效应。基于外部光电效应的光电元件包括光电管、光电倍增管等。

　　2)光电导效应。

　　半导体中的电子在吸收光子后不能跳出半导体，从而改变物体的电导率，或产生光电势的现象称为内部光电效应。根据其工作原理，内部光电效应可分为光电导率效应和光伏效应。基于光电导率效应的光电元件包括光敏电阻、光敏晶体管等。

　　3)光生伏特效应。

　　在光的作用下，物体在一定方向上产生电动势的现象称为光伏效应。基于光伏效应的光电元件包括光电池和光敏二极管。三极管等。

　　光电元件的工作原理。

　　基于不同的光电效应，我们来看看它们是如何工作的：

　　外部光电效应器件。

　　光电器件是利用物质在光照下发射电子的外部光电效应制成的，通常是真空或充气的光电器件，如光电管和光电双管。

　　以光电管为例。当入射光照射在阴极上时，单个光子将其所有能量传递给阴极材料中的自由电子，从而增加自由电子的能量。当电子获得的能量大于阴极材料的逃逸时，它可以克服金属表面的束缚，形成电子发射，称为光电子。光电子只有在入射光频率高于极限频率时才会产生。

　　光电子产生后，它们被真空管中的阳极吸收，从而产生电流。如果此时增加光强度，更多的光子将照射到阴极材料上，从而产生更多的光电子，光电流将相应增加。当确定电阻R值时，电路中的光电流与入射光的光强度成函数关系，从而实现光电转换。光强度可以通过测量电路读取电流数来计算。

　　内部光电效应器件。

　　光电效应装置称为内部光电效应装置，它利用物质在光照下的电导能变化或产生电动势，常见的有光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。

　　根据能带理论，自由原子中电子的能量状态不是任意的，电子只能存在于一定的能量水平上。可分为价格带。禁止和导带。电子可以在导带中流动，而不是在价格带中。在外部影响下，电子可以通过价格带穿过带间隙进入导带，从而改变导体的电阻。

　　不同导体的带间隙厚度不同，绝缘体的带间隙较宽，导致电子难以从价格带转向导带，因此其电阻很大;金属导体没有带间隙，其价格带与导带连接，导电性好。

　　电子吸收光子能量后，导体电阻从价格带转移到导带的现象称为内部光电效应。利用这种效应，可以通过观察电阻的变化来确定测量的光量。

　　光生伏特效应器件。

　　光伏效应，简称光伏效应，是指物体在光照后产生电动势的现象。光电池是一种自发电光电元件。当它暴露在光下时，它可以在某个方向上产生电动势。没有电源，只要打开外部电路，电流就会通过。具体工作原理如下：

　　光伏电池是一个大面积的PN结，混合在一块N型硅片上而形成的大面积PN结。P区有大量的空穴，N区有大量的电子。当光照射到P区表面时，如果光子能量大于硅的禁止宽度，P区每吸收一个光子就会产生一个电子-空穴对。P区表面吸收的光子越多，刺激的电子空穴越多，PN结区越少。由于PN结内电场的方向是由N区指向P区，因此将扩散到PN结附近的电子-空穴对分开，生电子被推到N区，光生空穴留在P区。因此，N区带负电，P区带正电，形成光生电动力。如果P区和N区用导线连接，电路中会有光电流。

　　分类光电传感器。

　　根据检测方法，光电传感器分为漫反射型、反射板型。

　　根据相应的检测方法，有以下不同结构的光电传感器：

　　(1)槽型光电传感器。

　　一个光发射器和一个接收器面对面安装在一个凹槽的两侧。发光器可以发出红外线或可见光，光接收器可以在不受阻碍的情况下接收光。然而，当被检测到的物体通过凹槽时，光被阻挡，光电开关移动。输出开关控制信号，切断或连接负载电流，完成一次控制动作。由于整体结构的限制，槽开关的检测距离一般只有几厘米。

　　(2)对射光电传感器。

　　如果将发光器与接收器分开，可以增加检测距离。由发光器和接收器组成的光电开关称为对射分离光电开关，称为对射光电开关。它的检测距离可以达到几米甚至几十米。使用时，发光器和接收器分别安装在检测器通过路径的两侧。当检测器通过时，光路被阻挡，接收器将输出开关控制信号。

　　(3)反光板型光电开关。

　　在同一装置中安装发光器和集光器，在其前面安装反射器，利用反射原理完成光电控制，称为反射器反射型(或反射器反射型)光电开关。在正常情况下，发光器发出的光被反射器反射，并被集光器接收;一旦光路被检测物体堵塞，集光器无法接收光，光电开关将移动并输出开关控制信号。

　　(4)扩散反射光电开关。

　　它的检测头还配备了发光器和光收集器，但前面没有反射器。在正常情况下，无法找到发光器发出的光收集器。当检测器通过并反射光部分时，光收集器接收光信号并输出开关信号。

　　光电传感器的基本特性包括输出电流与接收器两端电压之间的关系曲线。输出电流与发射器输入电流之间的关系曲线。输出电流的关系曲线随温度的变化。脉冲响应特性曲线等。

　　光电传感器的特点。

　　在工业生产应用中具有以下特点：

　　1.检测距离长。

　　若在对射型中保持10m以上的检测距离等，则可实现其它检测手段(磁性、超声波等)不能远距离检测。

　　2.对检测对象的限制较少。

　　由于检测物体引起的阴影和反射是检测原理，它可以检测几乎所有的物体，如玻璃、塑料、木材和液体，而不是接近传感器，将检测物体限制在金属上。

　　3.响应时间短。

　　光本身是高速的，而且传感器的电路是由电子部件组成的，所以不包括机械工作时间，响应时间很短。

　　4.分辨率高。

　　高分辨率可以通过先进的设计技术将投影光束集中在小光点上，也可以通过形成特殊的接收光学系统来实现。它还可以检测小物体和高精度位置。

　　5.可以实现非接触检测。

　　不需要机械地接触检测测对象，因此不会对检测对象和传感器造成损害。所以，传感器可以长期使用。

　　6.颜色判别可以实现。

　　根据投射光的光波长和检测对象的颜色组合，检测对象形成的光的反射率和吸收率是不同的。利用这一性质，可以检测检测对象的颜色。

　　7.调整方便。

　　在投射可视光的类型中，眼睛可以看到投射光束，便于调整检测物体的位置。