Optiske måle- og kontrollsystemer, utformet basert på de forskjellige prinsippene som lysstrømmen samhandler med fotoelektriske komponenter, er svært forskjellige. Basert på arten av utgangssignalet generert av de fotoelektriske komponentene (eller systemet som helhet), kan disse systemene grovt klassifiseres i to kategorier: analoge fotoelektriske sensorer og puls (eller svitsje) fotoelektriske sensorer. En analog fotoelektrisk sensor konverterer den målte mengden til en kontinuerlig varierende fotostrøm, og etablerer et unikt, enkelt-verdig forhold mellom den målte mengden og utgangssignalet. Basert på metoden som brukes til å måle (eller oppdage) målobjektet, kan analoge fotoelektriske sensorer kategoriseres videre i tre hovedtyper: transmisjons (absorpsjons) type, diffus refleksjonstype og lys-blokkerende (stråleavbrudd) type. "Transmisjonstypen" refererer til en konfigurasjon der objektet som måles er plassert innenfor den optiske banen; lysenergi som sendes ut av en konstant lyskilde, passerer gjennom objektet-med en del som absorberes-før det transmitterte lyset treffer den fotoelektriske komponenten. "Diffus refleksjonstypen" innebærer en konstant lyskilde som sender ut lys på objektet som måles, hvorpå lyset reflekteres diffust fra objektets overflate og deretter treffer den fotoelektriske komponenten. «Lysblokkeringstypen» beskriver et scenario der lysfluksen som sendes ut av lyskilden er delvis blokkert av objektet som måles, og dermed endre mengden lysstrøm som faller inn på den fotoelektriske komponenten. størrelsen på denne endringen er direkte relatert til posisjonen til objektet innenfor den optiske banen.
Fotodioden er den vanligste typen optisk sensor. Fysisk ligner en fotodiode på en standard diode. I fravær av belysning oppfører den seg som en konvensjonell diode, og viser en veldig liten reversstrøm kjent som "mørkstrøm". Når de utsettes for lys, eksiteres ladningsbærere, og genererer elektron-hullpar referert til som "fotobærere". Under påvirkning av et eksternt elektrisk felt deltar disse fotobærerne i elektrisk ledning, og gir opphav til en reversstrøm betydelig større enn den mørke strømmen; denne resulterende strømmen kalles "fotostrømmen". Størrelsen på fotostrømmen er direkte proporsjonal med intensiteten til det innfallende lyset; følgelig kan et elektrisk signal som varierer i samsvar med endringer i lysintensitet oppnås over en belastningsmotstand.
I tillegg til å ha evnen til å konvertere optiske signaler til elektriske signaler-en funksjon som deles med fotodioder-har fototransistoren også den distinkte evnen til å forsterke disse elektriske signalene. Det fysiske utseendet til en fototransistor skiller seg lite fra det til en standard transistor. Vanligvis har en fototransistor bare to eksterne ledninger-emitteren og kollektoren-mens basisledningen ikke er tilkoblet internt. Enhetshuset er designet med et gjennomsiktig vindu for å slippe inn lys. For å maksimere lysabsorpsjonen gjøres overflatearealet til basisområdet betydelig større enn emitterområdet; følgelig absorberes innfallende lys primært innenfor basisområdet. Under drift er kollektor-basekrysset reversert-, mens emitter-basekrysset er forover-spent. I fravær av lys er strømmen som flyter gjennom enheten kjent som "mørkestrømmen" (Iceo=(1 +) Icbo); denne strømmen er ekstremt liten-til og med lavere enn lekkasjestrømmen som finnes i standard transistorer. Når de utsettes for lys, genereres et stort antall elektron-hullpar, noe som resulterer i en økning i basisstrømmen (Ib). Strømmen som strømmer gjennom enheten under disse forholdene kalles "fotostrømmen", med emitterstrømmen gitt av dvs.=(1 + ) Ib. Dermed er det tydelig at en fototransistor har høyere følsomhet sammenlignet med en fotodiode.
Driftsprinsipp
En fotoelektrisk sensor oppnår kontroll ved å konvertere variasjoner i lysintensitet til tilsvarende endringer i elektriske signaler.
Vanligvis består en fotoelektrisk sensor av tre hovedkomponenter: en sender, en mottaker og en deteksjonskrets.
Senderen sender ut en lysstråle rettet mot et målobjekt. Denne lysstrålen genereres vanligvis av en halvlederlyskilde-som en lys-emitterende diode (LED), en laserdiode eller en infrarød emitterende diode. Lysstrålen kan sendes ut kontinuerlig eller moduleres via puls-breddevariasjon. Mottakersammenstillingen omfatter typisk komponenter som fotodioder, fototransistorer eller fotoceller. Optiske elementer-som linser og blenderåpninger-er plassert foran mottakeren for å behandle det innkommende lyset. Plassert bak mottakeren er deteksjonskretsen, som tjener til å filtrere ut det relevante signalet og behandle det for praktisk bruk.