光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉換的小型電子設備和關鍵元件。它主要利用光的各種性質(zhì)來檢測物體的存在和表面狀態(tài)的變化。光電傳感器具有非接觸、響應速度快、性能可靠的特點，因此廣泛應用于工業(yè)自動化設備和機器人。

　　光電傳感器。

　　光電傳感器通常由三部分組成：光源、光路和光電元件。將測量的變化轉換為光信號的變化，然后借助光電元件將光信號進一步轉換為電信號。

　　光電效應原理。

　　光電元件是光電傳感器最重要的組成部分，其核心工作原理是不同類型的光電效應。根據(jù)波粒二象性，光由光速運動的光子組成。當物體被光照射時，其內(nèi)部電子吸收光子的能量并改變其狀態(tài)，其自身的電氣性質(zhì)也會改變。這種現(xiàn)象被稱為光電效應。

　　根據(jù)電氣屬性狀態(tài)的不同變化，光電效應分為以下三種：

　　1)外部光電效應。

　　在光在光的作用下逃離物體表面的現(xiàn)象稱為外部光電效應?；谕獠抗怆娦墓怆娫ü怆姽堋⒐怆姳对龉艿?。

　　2)光電導效應。

　　半導體中的電子在吸收光子后不能跳出半導體，從而改變物體的電導率，或產(chǎn)生光電勢的現(xiàn)象稱為內(nèi)部光電效應。根據(jù)其工作原理，內(nèi)部光電效應可分為光電導率效應和光伏效應?；诠怆妼市墓怆娫ü饷綦娮琛⒐饷艟w管等。

　　3)光生伏特效應。

　　在光的作用下，物體在一定方向上產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光伏效應。基于光伏效應的光電元件包括光電池和光敏二極管。三極管等。

　　光電元件的工作原理。

　　基于不同的光電效應，我們來看看它們是如何工作的：

　　外部光電效應器件。

　　光電器件是利用物質(zhì)在光照下發(fā)射電子的外部光電效應制成的，通常是真空或充氣的光電器件，如光電管和光電雙管。

　　以光電管為例。當入射光照射在陰極上時，單個光子將其所有能量傳遞給陰極材料中的自由電子，從而增加自由電子的能量。當電子獲得的能量大于陰極材料的逃逸時，它可以克服金屬表面的束縛，形成電子發(fā)射，稱為光電子。光電子只有在入射光頻率高于極限頻率時才會產(chǎn)生。

　　光電子產(chǎn)生后，它們被真空管中的陽極吸收，從而產(chǎn)生電流。如果此時增加光強度，更多的光子將照射到陰極材料上，從而產(chǎn)生更多的光電子，光電流將相應增加。當確定電阻R值時，電路中的光電流與入射光的光強度成函數(shù)關系，從而實現(xiàn)光電轉換。光強度可以通過測量電路讀取電流數(shù)來計算。

　　內(nèi)部光電效應器件。

　　光電效應裝置稱為內(nèi)部光電效應裝置，它利用物質(zhì)在光照下的電導能變化或產(chǎn)生電動勢，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。

　　根據(jù)能帶理論，自由原子中電子的能量狀態(tài)不是任意的，電子只能存在于一定的能量水平上?？煞譃閮r格帶。禁止和導帶。電子可以在導帶中流動，而不是在價格帶中。在外部影響下，電子可以通過價格帶穿過帶間隙進入導帶，從而改變導體的電阻。

　　不同導體的帶間隙厚度不同，絕緣體的帶間隙較寬，導致電子難以從價格帶轉向導帶，因此其電阻很大;金屬導體沒有帶間隙，其價格帶與導帶連接，導電性好。

　　電子吸收光子能量后，導體電阻從價格帶轉移到導帶的現(xiàn)象稱為內(nèi)部光電效應。利用這種效應，可以通過觀察電阻的變化來確定測量的光量。

　　光生伏特效應器件。

　　光伏效應，簡稱光伏效應，是指物體在光照后產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。光電池是一種自發(fā)電光電元件。當它暴露在光下時，它可以在某個方向上產(chǎn)生電動勢。沒有電源，只要打開外部電路，電流就會通過。具體工作原理如下：

　　光伏電池是一個大面積的PN結，混合在一塊N型硅片上而形成的大面積PN結。P區(qū)有大量的空穴，N區(qū)有大量的電子。當光照射到P區(qū)表面時，如果光子能量大于硅的禁止寬度，P區(qū)每吸收一個光子就會產(chǎn)生一個電子-空穴對。P區(qū)表面吸收的光子越多，刺激的電子空穴越多，PN結區(qū)越少。由于PN結內(nèi)電場的方向是由N區(qū)指向P區(qū)，因此將擴散到PN結附近的電子-空穴對分開，生電子被推到N區(qū)，光生空穴留在P區(qū)。因此，N區(qū)帶負電，P區(qū)帶正電，形成光生電動力。如果P區(qū)和N區(qū)用導線連接，電路中會有光電流。

　　分類光電傳感器。

　　根據(jù)檢測方法，光電傳感器分為漫反射型、反射板型。

　　根據(jù)相應的檢測方法，有以下不同結構的光電傳感器：

　　(1)槽型光電傳感器。

　　一個光發(fā)射器和一個接收器面對面安裝在一個凹槽的兩側。發(fā)光器可以發(fā)出紅外線或可見光，光接收器可以在不受阻礙的情況下接收光。然而，當被檢測到的物體通過凹槽時，光被阻擋，光電開關移動。輸出開關控制信號，切斷或連接負載電流，完成一次控制動作。由于整體結構的限制，槽開關的檢測距離一般只有幾厘米。

　　(2)對射光電傳感器。

　　如果將發(fā)光器與接收器分開，可以增加檢測距離。由發(fā)光器和接收器組成的光電開關稱為對射分離光電開關，稱為對射光電開關。它的檢測距離可以達到幾米甚至幾十米。使用時，發(fā)光器和接收器分別安裝在檢測器通過路徑的兩側。當檢測器通過時，光路被阻擋，接收器將輸出開關控制信號。

　　(3)反光板型光電開關。

　　在同一裝置中安裝發(fā)光器和集光器，在其前面安裝反射器，利用反射原理完成光電控制，稱為反射器反射型(或反射器反射型)光電開關。在正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反射器反射，并被集光器接收;一旦光路被檢測物體堵塞，集光器無法接收光，光電開關將移動并輸出開關控制信號。

　　(4)擴散反射光電開關。

　　它的檢測頭還配備了發(fā)光器和光收集器，但前面沒有反射器。在正常情況下，無法找到發(fā)光器發(fā)出的光收集器。當檢測器通過并反射光部分時，光收集器接收光信號并輸出開關信號。

　　光電傳感器的基本特性包括輸出電流與接收器兩端電壓之間的關系曲線。輸出電流與發(fā)射器輸入電流之間的關系曲線。輸出電流的關系曲線隨溫度的變化。脈沖響應特性曲線等。

　　光電傳感器的特點。

　　在工業(yè)生產(chǎn)應用中具有以下特點：

　　1.檢測距離長。

　　若在對射型中保持10m以上的檢測距離等，則可實現(xiàn)其它檢測手段(磁性、超聲波等)不能遠距離檢測。

　　2.對檢測對象的限制較少。

　　由于檢測物體引起的陰影和反射是檢測原理，它可以檢測幾乎所有的物體，如玻璃、塑料、木材和液體，而不是接近傳感器，將檢測物體限制在金屬上。

　　3.響應時間短。

　　光本身是高速的，而且傳感器的電路是由電子部件組成的，所以不包括機械工作時間，響應時間很短。

　　4.分辨率高。

　　高分辨率可以通過先進的設計技術將投影光束集中在小光點上，也可以通過形成特殊的接收光學系統(tǒng)來實現(xiàn)。它還可以檢測小物體和高精度位置。

　　5.可以實現(xiàn)非接觸檢測。

　　不需要機械地接觸檢測測對象，因此不會對檢測對象和傳感器造成損害。所以，傳感器可以長期使用。

　　6.顏色判別可以實現(xiàn)。

　　根據(jù)投射光的光波長和檢測對象的顏色組合，檢測對象形成的光的反射率和吸收率是不同的。利用這一性質(zhì)，可以檢測檢測對象的顏色。

　　7.調(diào)整方便。

　　在投射可視光的類型中，眼睛可以看到投射光束，便于調(diào)整檢測物體的位置。