光電傳感器是在各種光電檢測系統(tǒng)中獲得光電轉換的小型電子產品和關鍵部件。它主要利用光的各種特性來測試物體的存在和表面狀態(tài)的變化。光電傳感器廣泛應用于工業(yè)自動化設備和機器人，因為它具有非接觸、響應速度快、性能可靠的特點。

　　光電傳感器。

　　光電傳感器通常由光源、光路和光電元件三部分組成。將檢測到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。根據波粒的二象性，光由光速運動光子組成。當物體被光照射時，其內部電子吸收光子的能量并改變其狀態(tài)，其電氣特性也會發(fā)生變化。這種情況被稱為光電效應。

　　光電效應根據電氣特性狀態(tài)的不同變化分為以下三類：

　　外部光電效應。

　　在光線作用下逃離材料表面的情況稱為外部光電效應。光電元件基于外部光電效應包括光電管、光電倍增管等。

　　二是光電導向效應。

　　吸收光子后，半導體中的電子不能跳出半導體，從而改變物體的電導率，或者產生光電勢的現象稱為內部光電效應。根據其工作原理，內部光電效應可分為光電導率效應和光伏效應。光電元件基于光電導率效應包括光敏電阻和光敏晶體管。

　　三是光生伏特效。

　　在光線的作用下，物體在一定方向上產生電動勢稱為光伏效應。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。

　　電力元件的工作原理。

　　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在光照下發(fā)射電子的外部光電效應制成的，一般是真空或充氣的光電器件，如光電管和光電多管。

　　以光電管為例。當入射光直接射向負極時，單個光子將其所有能量傳遞給負極材料中的自由電荷，從而增加自由電子的能量。當電子獲得的能量大于負極材料時，它可以克服金屬表面的束縛，產生電子發(fā)射，這就是所謂的光電子。只有當入射光頻率高于極限頻率時，才會產生光電子。

　　光電產生后，它們被真空管中的陽極吸收，然后產生電流。如果此時光強度增加，更多的光子會照射到負極材料上，從而產生更多的光電子，光電流也會相應增加。當確定電阻R值時，電路中的光電流與入射光的光強度成為函數關系，從而實現光電轉換。光強可以通過測量電路讀取的電流來計算。

　　內部光電效應器件。

　　光電效應設備被稱為內部光電效應設備，它利用光照下物質的電導能量進行變化或產生電動勢，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。

　　根據能帶理論，電子在自由原子中的能量狀態(tài)并不是任意的，電子只能存在于一定的能量水平?？梢苑譃閮r格帶。禁止和導帶。電子可以在導帶中流動，而不是在價格帶中流動。在外部影響下，電子可以通過價格帶的間隙通過價格帶進入導帶，從而改變導體的電阻。

　　不同導體的縫隙厚度不同，絕緣物體的縫隙較寬，使得電子很難從價格帶變成導帶，所以電阻很大;金屬導體沒有縫隙，價格帶與導帶連接，導電性能好。

　　電子吸收光子能量后，導體電阻從價格帶轉移到導帶，稱為內部光電效應。利用這種效果，檢測的光量可以通過觀察電阻的變化來決定。

　　光生伏特效器件。

　　光伏效應，簡稱光伏效應，是指光照后物體產生電動勢的情況。光電池是一種自發(fā)光電元件。當它暴露在光下時，它可以在某個方向產生電動勢。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，混合在一個N型硅片上形成的大規(guī)模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嚴禁總寬度，P區(qū)每吸收一個光子就會產生一個電子-空穴對。P區(qū)表面吸收的光子越多，刺激的電子空穴就越多，PN結區(qū)就越少。由于PN結內電場的方向是由N區(qū)指向P區(qū)，所以會擴散到PN結周圍的電子-空穴對分離，生電子被推到N區(qū)，光生空穴留在P區(qū)。因此，如果N區(qū)有負電，P區(qū)就會產生電。

　　光電傳感器的分類。

　　光電傳感器按檢測方法分為漫反射型、反射型。

　　根據相應的檢測方法，光電傳感器的結構如下：

　　槽型光電傳感器(1)。

　　一個光發(fā)射器和一個接收器零距離安裝在一個凹槽的兩側。發(fā)光器可以傳輸紅外線或看到光線，光接收器可以接收光線而不受阻礙。然而，當檢測到的物體通過凹槽時，光線被阻擋，光電開關移動。導出開關控制信號，切斷或連接負載電流，完成一個控制動作。由于整體結構的限制，槽開關的檢測距離一般只有幾厘米。

　　對射光電傳感器(2)。

　　如果發(fā)光器與接收器分離，可以增加檢查距離。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。它的檢查距離可以達到幾米甚至幾十米。在使用過程中，發(fā)光器和接收器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，接收器將導出開關控制信號。

　　反光板型光電開關。

　　發(fā)光器和集光器安裝在同一設備中，反射器安裝在前面，光電控制按反射原理完成，稱為反射反射(或反射反射)光電開關。一般情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反射器反射，被集光器接收;一旦光路被檢測物體堵塞，集光器無法接收光線，光電開關就會移動并導出開關控制信號。

　　(4)擴散反射光電開關。它的檢測頭也配備了發(fā)光器和光收集器，但是前面沒有反射器。一般情況下，發(fā)光器發(fā)出的光收集器是找不到的。當檢測器通過并折射光部時，光收集器接收光信號并導出開關信號。光電傳感器的基本特征包括輸出電流和接收器兩端電壓之間的關系曲線。輸出電流和發(fā)射器輸入電流之間的關系曲線。輸出電流的關系曲線隨著溫度的變化而變化。脈沖響應特性曲線等。

　　光電傳感器的特點。

　　具有下列特點的工業(yè)生產應用：

　　檢測距離長。

　　若在對射型中保持超過10m的檢測距離等，則可實現其他檢測方法(磁性、超聲等)無法進行長距離檢測。

　　對檢測目標的限制較少。

　　由于檢測對象造成的陰影和反射是檢測原理，它能檢測出玻璃、塑料、木材、液體等大部分物體，而非靠近傳感器，將檢測對象控制在金屬上。

　　響應時間短。

　　光線本身是高速的，而且傳感器電路是由電子元件組成的，因此不包括機械工作時間，響應時間短。

　　4.高分辨率。

　　高分辨率可以通過先進的設計技術將投射光束集中在小光斑上，并通過生成特殊的接收光學系統(tǒng)來實現。它還可以檢查小物體和高精度位置。

　　能實現非接觸檢查。

　　無需機械地觸摸檢測對象，因此不會對檢測對象和傳感器造成傷害。所以，傳感器可以長期使用。

　　可以實現色彩判別。

　　根據投射光的光波長和檢驗對象的顏色組合，檢驗對象形成的光的折射率和吸收率是不同的。利用這種性質，我們可以檢測測試對象的顏色。

　　方便調整。

　　可視光投射類型中，雙眼可以看到投射光束，便于調整檢測對象的位置。