光电传感器（electro-optical pickoff，photoelec-transducer）是一种利用光电导效应的原理，将光的能量转化为电信号的设备。光电传感器的主要功能是检测光的强度以及物体的温度、透光能力、位移及表面状态等其他相关参数，具有精度高、反应快、非接触、参数多、结构简单等优点。

光电传感器的原理基于光电效应，光电效应是指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。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、太阳能板组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。根据光电导效应的不同机制，光电传感器分为基外光电效应类型、基于光电导效应类型、基于光生伏特效应三种类型。光电传感器广泛应用于工业自动化、汽车传感器、通信技术等领域，如LED 照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等，未来随着物联网技术的发展和普及，光电传感器应用将渗透到人类生活的方方面面。

机械化时代（人类出现-1870年前后）——开启了人类传感器的雏形。电气自动化时代（1870年前后-2009年）——传感器成为不可或缺的关键性配套器件。智能时代（2009年至今）——传感器已成为发展瓶颈、同时也是物联网的核心基础和突破口。

1839年，A.E.贝可勒尔发现了光生伏特效应，即光照能够使得半导体材料的不同部位之间产生电压，这种现象后来被称为“光生伏特效应”。1873年，W.史密斯和Ch.梅伊在1873年发现了的光电导效应。1887年H.R.赫兹发现了外光电效应。

1902年，菲利普·莱纳德通过实验系统地总结了光电效应的重要规律。IBM、Fairchild等企业开发光电以及双极二极管阵列。1905年，爱因斯坦获苏黎世大学物理学博士学位，并提出光子假设、成功解释了光电效应。在1919年早期，T.W.凯斯获得了硫化铊光导探测器的专利权，后随着半导体技术的发展，半导体光敏元件在60年代之后开始迅速发展。 到20 世纪 40 年代末，第一款红外传感器问世。随后，许许多多的传感器不断被催生出来。

20世纪50年代，结构传感器是第一次工业批量生产的传感器，比较典型的代表是：电阻式传感器，90%都用在称重上。

1962年，微小器件的先驱——第一个硅微压力传感器问世，开创了MEMS技术的先河，也是MEMS微传感器的起始点。80年代发展起来的智能传感器以微处理器为核心，把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯上。90年代智能化测量技术进一步的提高，可在传感器一级实现智能化， 使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。2000年开始，智能型传感器得到快速发展。2011年，美国认为MEMS工艺已经成熟，可以广泛推广应用。

光电传感器其基本原理是以光电导效应为基础，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、太阳能板组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

光电效应主要分为外光电效应和内光电效应。

在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电导效应，如光电管、光电倍增管等；在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等。

内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。

光电导效应是一种光照变化引起材料电导变化的基本物理现象。对于半导体材料，在吸收大于带隙的单射光子能量后产生光生载流子，根据导致材料导电性的增强或减弱，光电导效应也相应分为正光电导和负光电导两种效应。这两种光电效应在低能耗、高频率响应光电器件等领域展现了重要的应用前景。

“光生伏特效应”，简称“太阳能光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电压的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。

光电传感器在一般情况下， 由三部分构成：发送器 、接收器和检测电路 。

发送器是光电传感器中的一个重要组成部分，通常包括一个光源和一个聚光透镜组件，其作用是发出一束光束，用于照射目标物体并产生反射光线。

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聚光透镜组件是通过调整光束的聚焦来求得更高的照射效果，同时也可以增加光线的亮度。

接收器通常由光电二极管、光电三极管、太阳能板组成构成，作用是收集反射光，将其转化为电信号，并将其发送到检测电路中。光电二极管或者光电三极管是主要用于收集反射光，而透镜组件通常用于聚焦反射光，并将其传递到光敏元件中。

光电二极管传感器利用PN结的光电导效应，当光照射到PN结时，会产生电流,具有高速响应和高灵敏度的特点。光电三极管传感器利用光照射到基极和发射极之间的PN结，引发电流的变化。光电三极管传感器具有较高的增益和灵敏度。

红外接收头一般是接收、放大、解调一体头，一般红外信号经接收头解调后，数据 “0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。3条腿的红外接收头一般是接收、放大、解调一体头，接收头输出的是解调后的数据信号（具体的信号格式，搜“红外信号格式”，一大把），单片机里面需要相应的读取程序。

检测电路负责将通过光线照射到光电传感器上的光信号转化为电信号，并对电信号进行放大、滤波、变换等处理，以便获取和分析光信号相关信息，如光强度、光反射程度、物体距离、位置或运动等。

通常情况下，检测电路有以下两种方式：

比较电路：比较电路是将接收器得到的电信号与预设的阈值进行比较，从而判断目标物体是否存在。比较电路简单，可靠性高，但是不能确定目标物体的具体距离。

时差电路：时差电路利用反射光线经过传输的时间计算目标物体与光电传感器的距离。时差电路经常运用的是一个计算电路，用于计算反射光线经过传输的时间，并将其转换成目标物体与设备之间的距离。

光电传感器的外壳可分为圆柱型和方型。

1.圆柱形：支持灵敏度调节 、配备持续可变调节器 、采用市场常见的螺丝刀调节（十字调节钮） 超长检测距离 、透过型检测距离达到20m。

2.方型：光照射到检测物体上，并接收来自检测物体的反射光后进行检测。仅安装传感器本体即可，不占空间。无需光轴调整。若反射率较高，也可检测透明体。

1.可见红光：随着检测物体、检测环境选择而变化会随着距离的远近而改变光斑的大小。

2.不可见远红外线：随着检测物体、检测环境选择而变化会随着距离的远近而改变光斑的大小。

3.激光：随着检测物体、检测环境选择而变化,激光不会因为距离而改变光斑的大小，激光适合检测小物体或微型物体的有无，计数，定位等应用。

光电传感器按工作原理可分为模拟式和脉冲式两类。模拟式光电传感器是输出电信号为模拟式的一种光电传感器，它的工作原理是基于光电元件的光电特性，其光通量是随被测量而变，光电流就成为被测量的函数，故称为光电传感器的函数运用状态。

光电传感器按检测方式分为漫反射型、反射板型、对射型。根据相应的检测方式有下列这些不同结构的光电传感器：

槽型光电传感器：槽形光电是把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧。发光器能发出远红外线或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光，但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作，槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

对射型光电传感器：由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米，使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

反光板型光电开关：把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

扩散反射型光电开关：扩散反射型光电开关检测头里装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下收光器不能收到发光器发出的光，当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。

光电传感器的重要参数表征光电探测器性能参数主要有：量子效率、响应度、频率响应、噪声和探测度等。其中量子效率和响应度表征了光电探测器将入射光转换成光电流本领的大小，频率响应表征了光电探测器工作速度的快慢，噪声和探测度表征了光电探测器所能探测到最小的入射光能量。

响应度/灵敏度：单位单射功率下探测器的输出信号（电压或电流），通常情况下，灵敏度和响应度不做区分。输出信号电压与输入光功率之比，单位为V/W，或者用光度学表示时，可表示探测器的输出信号电压与输入照度之比，单位为V/lx。灵敏度（Sλ）：输出信号电流与输入光功率之比，单位为A/W，或者用光度学表示时，可表示为探测器输出电流与输入照度之比，单位为A/lx。​​

光谱响应度：单位光功率单色光照射下探测器的输出信号（电压或电流）光谱相应度随波长λ的变化关系称为光谱响应。探测器将单射辐射能转变为电压或者电流的豫驰时间，通常用上升时间和下降时间表征。

探测度：探测器探测能力的指标，D越大，噪声等效功率越小，探测器性能越好。

时间常数：探测器的惰性：当入射光功率发生突然变化时（如开始或停止照射），光电探测器的输出总不能完全跟随输入而变化。

探测介质的不同：介质的不同对的影响主要是由于其反光率(透光率)的不同。 由于不同的介质，其材料不同，因此反射率也有差别。不同介质的反射率不同的介质对不同波长的光其反光率有很大的差别。 因此在选用传感器时，应考虑传感器探测光源的波长，以及对应此波长的介质反光率是否能满足要求。

探测距离不同：传感器有最佳的探测距离。在最佳探测距离范围以外，传感器的灵敏度大大降低，甚至无法正常工作。

环境：环境对传感器的影响主要是自然界的远红外线、灰尘等因素。我们目前使用的传感器类型主要是漫反射型，是当发射管发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，对环境中的灰尘和光照条件敏感。

全球光电传感器行业技术来源国分布：目前中国专利奖申请数量占比最高，全球光电传感器第一大技术来源国为中国光电传感器专利申请量战全球光电传感器专利总申请量的45.45%；其次是光电传感器专利申请量占全球光电传感器专利总申请量的21.95%；和分别排名第三和第四。

E3Z系列光电传感器命名

透过型：通过检测物体遮挡对置的发射器和接收器之间的光轴来进行检测。

回归反射型：通过检测物体遮挡传感器发射后由反光板返回的光来进行检测。

反射型：将光照射到检测物体上，并接收来自检测物体的反射光后进行检测。

窄光束反射型：在检测物体上进行光斑照射，并接收来自检测物体的反射光后进行检测。

限定反射型：采用以发射器和接收器为角度的结构，仅检测各自光轴交叉的受限区域。

距离设定型：将光斑照射到检测物体上，并通过来自检测物体反射光的角度差异进行检测。

1.检测距离长：光电传感器一般为高功率，因此可进行长距离检测。

2.可检测大多数物体：通过物体的表面反射或遮光量进行检测，因此可检测大多数物体（玻璃、金属、塑料、木料及液体等）。

3.响应时间短：光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不含机械性工作时间，响应时间非常短。

4.分辨率高：能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率，也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

5.可实现非接触的检测：可以无须机械性地接触检测物体实现检测因此不会对检测物体和传感器造成损伤。传感器能长期使用。

6.可实现颜色判别：通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。

7.便于调整：在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

1.光电传感器通常有一个最佳的探测距离范围，在这个范围内，光电传感器可以提供最佳的性能和灵敏度，能够准确地检测到光线的存在或变化，当超出最佳探测距离范围时，光电传感器的灵敏度会大大降低甚至无法正常工作。

2.光电传感器不耐受潮湿环境，仪器表面出现水雾可能导致检测误差。

3.需要定期清理光电传感器镜头上的灰尘或油污，避免影响检测精度。

光电传感器在各个领域具有广泛的应用。

由于光电传感器对红外辐射，或可见光，或对二者都特别灵敏，因而就更加容易成为激光攻击的目标。此外，电子系统及传感器本身还极易受到激光产生的热噪声和电磁噪声的干扰而无法正常工作。战场上的激光武器攻击光电传感器的方式主要有以下几种：用适当能量的激光束将传感器“致盲”，使其无法探测或继续跟踪已经探测到的目标。或者，如果传感器正在导引武器飞向目标，则致盲将使其失去目标。

电能表的铝盘受电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转，采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。如：在旋转的光亮的铝盘上局部涂黑，再配以反射式光电发射接收对管，则当铝盘旋转时，在局部涂黑处便产生脉冲，并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数，并经光电耦合隔离电路，送至CPU的T0端口进行计数处理，采用光电耦合隔离器可有效地防止干扰信号进入微机，再结合其它传输方式便可以形成自动抄表系统。

当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。整个条形码被扫描过之后，光敏三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。

光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导 、红外热成像 、红外遥感 等方面。

光电传感器在环境监测和控制中发挥着不可替代的重要作用。它可以感知和测量光线的强度、波长和分布，帮助我们更好地了解和控制环境。同时，光电传感器可以检测物体的存在和位置，用于精确控制机械装置的运动轨迹。在水质监测方面，利用光电传感器可以对水中的溶解氧、pH值、痕量金属进行监测。

光电传感器在市场上有许多企业公司从事相关的研发和生产。

巴鲁夫（BALLUFF）成立于1921年，是一个世界领先的传感器制造商，提供创新和实际检测解决方案，为汽车行业、冶金行业、机床行业、风电行业提供广泛的应用。总部位于德国斯图加特的挪因豪森，享有最高的国家之一增长率在自动化产业、能源产业，在德国、美国、瑞典、巴西、匈牙利、中国及日本拥有生产基地。市场遍布全球，注重本土化与全球化共同发展 。

伯恩斯坦（Bernstein）德国伯恩斯坦BERNSTEIN公司，成立于1947年，在工业自动化领域，是发展、生产和分销电子和机电系统和部件的领导者。涉及领域有电梯行业，汽车生产，农业技术，工业技术，自动化技术，木材加工，能源技术，AS-i接口和ATEX 。

邦纳（BANNER）邦纳始建于1966年，经过40多年的发展，现已成为全球最大的光电传感器、测量检测、视觉传感器和机床安全产品的专业制造商之一。在BANNER有20%的员工参与产品的设计，是同行业中最高比例，6条高速自动化生产线生产超过15000种不同产品，包括光电及超声波传感器，机床安全产品和测量检测产品，在美国，BANNER在光电及超声波传感器领域的销售额占据第一的位置 。

北阳电机（HOKUYO）日本北阳电机HOKUYO于1946年在日本大阪成立，开发并继续提供一些原始自动化技术，包括计数器、光电传感器和自动门等产品，用于广泛的工厂自动化系统和各种生产过程 。

基恩士（KEYENCE）自1974 年以来一直稳步成长，现已成为开发与制造传感设备的世界领先者备有多种配备高精度CMOS的光电传感器，可支持各种应用。产品阵容包括：不易受工件材质影响即可稳定检测的传感器；可远距离检测的传感器；采用金属框体的坚固型传感器；内置放大器且实现超小型的传感器等。

光电传感器的智能化是在传感器中内置微处理器，使其具有自动检测、自动补偿、数据存储、逻辑判断等功能。随着终端用户体验的不断升级及消费习惯的逐渐改变，光电传感器要求具有保密性高、传输距离远、抗干扰性强、自适应性强、通信功能等特点，因此，智能化是光电传感器发展的必然趋势。

传统的光电传感器往往体积较大，功能不完善，应用领域受限，难以满足便携设备、可穿戴设备等下游应用领域不断升级的消费需求。精密加工、微电子、集成电路等技术的发展及新材料的应用，使得传感器中敏感元件、转换元件和调理电路的尺寸正在从毫米级走向微米级甚至纳米级，助推了传感器的微型化趋势。

通常情况下，一只传感器只能用来探测一种被测变量，但在许多应用领域中，为了能够全面而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量多种被测变量，因此实现多功能化无疑是当前光电传感器技术发展中一个重要的研究方向。随着光电传感器应用领城的不断扩大，借助半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密微加工及组装技术等，使多种敏感元件整合在同一基板上成为可能。终端应用的集成化要求，推动了多功能化传感器的发展。