1、光電傳感器
光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源，光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，測量形式靈活多樣，在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。
2、光電元件
光電元件是光電傳感器中最重要的組成部分，它的核心工作原理是不同類型的光電效應(yīng)。根據(jù)波粒二象性，光是由光速運動的光子所組成，每個光子的能量E = h * v，h是普朗克常數(shù)，v是光的頻率。當(dāng)物體受到光線照射時，其內(nèi)部的電子吸收了光子的能量后改變狀態(tài)，自身的電性質(zhì)也會發(fā)生改變，這樣的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。根據(jù)電屬性狀態(tài)的不同變化，將光電效應(yīng)分為以下三種：
1)外光電效應(yīng)——在光線作用下使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管，光電倍增管等
2)光電導(dǎo)效應(yīng)——在光線作用下使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻，光敏晶體管等
3)光生伏特效應(yīng)——在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等
2.1 外光電效應(yīng)器件
1)工作原理
以光電管為例，當(dāng)入射光照射在陰極上時，單個光子把它的全部能量傳遞給陰極材料中的一個自由電子，從而使自由電子的能量增加W。當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功W0時，它就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成電子發(fā)射，這種電子稱為光電子。光電子逸出之后的動能E = W — W0。光的能量和頻率的關(guān)系為 W = h * v ，h為普朗克常數(shù)，v 是光的頻率。所以光電子動能E = h (v — v0)，也就是說，只有當(dāng)入射光的頻率高于極限頻率時，才會產(chǎn)生光電子。
光電子產(chǎn)生之后，被真空管中的陽極所吸收，從而產(chǎn)生電流。若此時增加光照強(qiáng)度，更多的光子將會照射到陰極材料，從而產(chǎn)生更多光電子，光電流也會相應(yīng)增加。在電阻R值確定的情況下，回路中的光電流與入射光的光照強(qiáng)度成函數(shù)關(guān)系，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化，通過測量電路讀取電流數(shù)，即可算出光照強(qiáng)度。
2.2 內(nèi)光電效應(yīng)器件
根據(jù)能帶理論，自由原子中電子具有的能量狀態(tài)不是任意的，電子只能存在在一定的能級上。能級通常用能帶圖表示，能帶分為價帶、禁帶和導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶中流動，不可以在價帶中流動，在外界影響下，電子可由價帶越過帶隙進(jìn)入到導(dǎo)帶，從而改變導(dǎo)體的電阻。
不同導(dǎo)體的帶隙厚度不一樣，如下圖所示，絕緣體的帶隙較寬，導(dǎo)致電子很難從價帶躍遷至導(dǎo)帶，所以其電阻很大;金屬導(dǎo)體沒有帶隙，其價帶和導(dǎo)帶相連，因此導(dǎo)電性能好。
電子吸收光子能量后，由價帶躍遷至導(dǎo)帶從而改變導(dǎo)體電阻的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。利用該效應(yīng)可以制作光敏電阻，通過觀察電阻的變化來確定被測光量。
2.3 光生伏特效應(yīng)
光生伏特效應(yīng)簡稱光伏效應(yīng)，指的是物體在受到光照之后產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。光電池是一種自發(fā)電式的光電元件，它受到光照時自身能產(chǎn)生一定方向的電動勢，在不加電源的情況下，只要接通外電路，便有電流通過。具體的工作原理如下：
光伏電池在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成的一個大面積PN結(jié)，P區(qū)有大量的空穴，N區(qū)有大量的電子。當(dāng)光照射P區(qū)表面時，若光子能量大于硅的禁帶寬度，則在P型區(qū)內(nèi)每吸收一個光子便產(chǎn)生一個電子—空穴對，P區(qū)表面吸收的光子越多，激發(fā)的電子空穴越多，越向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)的，它使擴(kuò)散到PN結(jié)附近的電子—空穴對分離，光生電子被推向N區(qū)，光生空穴被留在P區(qū)。從而使N區(qū)帶負(fù)電，P區(qū)帶正電，形成光生電動勢。若用導(dǎo)線連接P區(qū)和N區(qū)，電路中就有光電流流過。
3、光電傳感器組成
光電傳感器通常由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成，在發(fā)射器中由光源發(fā)射光線，經(jīng)由光路將被測量轉(zhuǎn)化為光信號，到達(dá)接收器中的感光元件后將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，最后再經(jīng)過檢測電路讀取電信號，計算出光信號數(shù)值，根據(jù)被測量與光信號的關(guān)系，再得出被測量。
4、光電傳感器應(yīng)用
相比于傳統(tǒng)的電阻、電容、電感等傳感器，光電傳感器具有“精度高，反應(yīng)快，非接觸”等優(yōu)點，被廣泛的用于檢測和控制領(lǐng)域。
4.1 包裝充填物高度檢測
用容積法計量包裝的成品，除了對重量有一定誤差范圍要求外，一般還對充填高度有一定的要求，以保證商品的外觀質(zhì)量，不符合充填高度的成品將不許出廠。下圖所示為借助光電檢測技術(shù)控制充填高度的原理。當(dāng)充填高度h偏差太大時，光電接頭沒有電信號，即由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將包裝物品推出進(jìn)行處理。
4.2 光電色質(zhì)檢測
若包裝物品規(guī)定底色為白色，因質(zhì)量不佳，有的出現(xiàn)泛黃，在產(chǎn)品包裝前先由光電檢測色質(zhì)，物品泛黃時就有比較電壓差輸出，接通電磁閥，由壓縮空氣將泛黃物品吹出。
