1、光电传感器

　　光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，测量形式灵活多样，在检测和控制中应用非常广泛。

　　2、光电元件

　　光电元件是光电传感器中最重要的组成部分，它的核心工作原理是不同类型的光电效应。根据波粒二象性，光是由光速运动的光子所组成，每个光子的能量E = h * v，h是普朗克常数，v是光的频率。当物体受到光线照射时，其内部的电子吸收了光子的能量后改变状态，自身的电性质也会发生改变，这样的现象称为光电效应。根据电属性状态的不同变化，将光电效应分为以下三种：

　　1)外光电效应——在光线作用下使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电元件有光电管，光电倍增管等

　　2)光电导效应——在光线作用下使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻，光敏晶体管等

　　3)光生伏特效应——在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电元件有光电池等

　　2.1 外光电效应器件

　　1)工作原理

　　以光电管为例，当入射光照射在阴极上时，单个光子把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加W。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功W0时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射，这种电子称为光电子。光电子逸出之后的动能E = W — W0。光的能量和频率的关系为 W = h * v ，h为普朗克常数，v 是光的频率。所以光电子动能E = h (v — v0)，也就是说，只有当入射光的频率高于极限频率时，才会产生光电子。

　　光电子产生之后，被真空管中的阳极所吸收，从而产生电流。若此时增加光照强度，更多的光子将会照射到阴极材料，从而产生更多光电子，光电流也会相应增加。在电阻R值确定的情况下，回路中的光电流与入射光的光照强度成函数关系，从而实现光电转化，通过测量电路读取电流数，即可算出光照强度。

　　2.2 内光电效应器件

　　根据能带理论，自由原子中电子具有的能量状态不是任意的，电子只能存在在一定的能级上。能级通常用能带图表示，能带分为价带、禁带和导带。电子可以在导带中流动，不可以在价带中流动，在外界影响下，电子可由价带越过带隙进入到导带，从而改变导体的电阻。

　　不同导体的带隙厚度不一样，如下图所示，绝缘体的带隙较宽，导致电子很难从价带跃迁至导带，所以其电阻很大;金属导体没有带隙，其价带和导带相连，因此导电性能好。

　　电子吸收光子能量后，由价带跃迁至导带从而改变导体电阻的现象称为内光电效应。利用该效应可以制作光敏电阻，通过观察电阻的变化来确定被测光量。

　　2.3 光生伏特效应

　　光生伏特效应简称光伏效应，指的是物体在受到光照之后产生电动势的现象。光电池是一种自发电式的光电元件，它受到光照时自身能产生一定方向的电动势，在不加电源的情况下，只要接通外电路，便有电流通过。具体的工作原理如下：

　　光伏电池在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型杂质而形成的一个大面积PN结，P区有大量的空穴，N区有大量的电子。当光照射P区表面时，若光子能量大于硅的禁带宽度，则在P型区内每吸收一个光子便产生一个电子—空穴对，P区表面吸收的光子越多，激发的电子空穴越多，越向PN结区越少。由于PN结内电场的方向是由N区指向P区的，它使扩散到PN结附近的电子—空穴对分离，光生电子被推向N区，光生空穴被留在P区。从而使N区带负电，P区带正电，形成光生电动势。若用导线连接P区和N区，电路中就有光电流流过。

　　3、光电传感器组成

　　光电传感器通常由发射器、接收器和检测电路三部分组成，在发射器中由光源发射光线，经由光路将被测量转化为光信号，到达接收器中的感光元件后将光信号转化为电信号，最后再经过检测电路读取电信号，计算出光信号数值，根据被测量与光信号的关系，再得出被测量。

　　4、光电传感器应用

　　相比于传统的电阻、电容、电感等传感器，光电传感器具有“精度高，反应快，非接触”等优点，被广泛的用于检测和控制领域。

　　4.1 包装充填物高度检测

　　用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对充填高度有一定的要求，以保证商品的外观质量，不符合充填高度的成品将不许出厂。下图所示为借助光电检测技术控制充填高度的原理。当充填高度h偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。

　　4.2 光电色质检测

　　若包装物品规定底色为白色，因质量不佳，有的出现泛黄，在产品包装前先由光电检测色质，物品泛黄时就有比较电压差输出，接通电磁阀，由压缩空气将泛黄物品吹出。