光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的小型電子設(shè)備和關(guān)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(shè)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(zhuǎn)換為光信號的變化，然后借助光電元件將光信號進一步轉(zhuǎn)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?、光電倍增管等。

　　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。基于光電導率效應的光電元件包括光敏電阻、光敏晶體管等。

　　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?；诠夥墓怆娫ü怆姵睾凸饷舳O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(guān)系，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向?qū)?，因此其電阻很?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(zhuǎn)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(jié)，混合在一塊N型硅片上而形成的大面積PN結(jié)。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(jié)區(qū)越少。由于PN結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(cè)。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(guān)移動。輸出開關(guān)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(jié)構(gòu)的限制，槽開關(guān)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(guān)稱為對射分離光電開關(guān)，稱為對射光電開關(guān)。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(cè)。當檢測器通過時，光路被阻擋，接收器將輸出開關(guān)控制信號。

　　(3)反光板型光電開關(guān)。

　　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(guān)。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(guān)將移動并輸出開關(guān)控制信號。

　　(4)擴散反射光電開關(guān)。

　　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(guān)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(guān)系曲線。輸出電流與發(fā)射器輸入電流之間的關(guān)系曲線。輸出電流的關(guān)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(shè)計技術(shù)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。