Cảm biến quang điện là thiết bị chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện đề cập đến hiện tượng khi ánh sáng chiếu vào một số vật liệu nhất định, các electron bên trong vật liệu sẽ hấp thụ năng lượng của photon, dẫn đến hiệu ứng điện tương ứng. Dựa vào tính chất cụ thể của các hiện tượng này, hiệu ứng quang điện được phân thành ba loại: hiệu ứng quang điện bên ngoài, hiệu ứng quang điện bên trong và hiệu ứng quang điện. Các thiết bị quang điện bao gồm tế bào quang điện, ống nhân quang, điện trở quang, điốt quang, bóng bán dẫn quang và pin mặt trời. Hiệu suất và đường cong đặc tính của các thiết bị quang điện này được phân tích ở đây.
Cảm biến quang điện thường bao gồm hai phần chính: đường xử lý và phần tử cảm biến. Nguyên lý cơ bản của nó bắt nguồn từ hiệu ứng quang điện: nó chuyển đổi những thay đổi trong biến đo được thành những thay đổi trong tín hiệu quang, sau đó sử dụng các thành phần quang điện để chuyển đổi thêm tín hiệu không{1}}điện này thành tín hiệu điện. Hiệu ứng quang điện có thể được hình dung dưới dạng một luồng photon-mỗi photon mang một lượng năng lượng cụ thể-bắn phá một vật thể. Trong quá trình này, năng lượng của photon được truyền sang electron; cụ thể là toàn bộ năng lượng của một photon đơn lẻ được hấp thụ bởi một electron duy nhất trong một sự kiện. Khi nhận được năng lượng truyền này, electron sẽ trải qua một sự thay đổi trạng thái, từ đó tạo ra hiệu ứng điện tương ứng bên trong vật thể được chiếu sáng bởi ánh sáng. Nói chung, hiệu ứng quang điện được phân thành ba loại: (1) Hiện tượng ánh sáng làm cho các electron phát ra từ bề mặt của một vật thể được gọi là *hiệu ứng quang điện bên ngoài* (ví dụ, trong tế bào quang điện và ống nhân quang); (2) Hiện tượng trong đó ánh sáng gây ra sự thay đổi điện trở suất của một vật được gọi là *hiệu ứng quang điện bên trong* (ví dụ, trong điện trở quang và bóng bán dẫn quang); và (3) Hiện tượng trong đó ánh sáng tạo ra lực điện động (điện áp) theo một hướng cụ thể bên trong một vật thể được gọi là *hiệu ứng quang điện* (ví dụ: trong pin mặt trời).
Phương pháp phát hiện quang điện mang lại nhiều lợi ích, bao gồm độ chính xác cao, thời gian phản hồi nhanh và hoạt động không{0}}tiếp xúc. Hơn nữa, chúng có khả năng đo nhiều thông số khác nhau và bản thân các cảm biến có cấu trúc đơn giản và cấu hình đa dạng, rất linh hoạt. Do đó, cảm biến quang điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng phát hiện và điều khiển khác nhau.
Cảm biến quang điện đóng vai trò là thành phần then chốt để đạt được sự chuyển đổi quang điện trong các hệ thống phát hiện quang điện khác nhau; chúng là thiết bị chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu quang học-bao gồm ánh sáng nhìn thấy và tia laser cực tím-thành tín hiệu điện.
Theo định nghĩa, cảm biến quang điện là cảm biến sử dụng thiết bị quang điện làm thành phần cảm biến hoặc chuyển đổi chính. Nó có thể được sử dụng để phát hiện-các đại lượng vật lý phi điện trực tiếp gây ra những thay đổi về mức độ ánh sáng-chẳng hạn như cường độ ánh sáng, độ rọi, nhiệt độ đo phóng xạ và thành phần khí-cũng như các đại lượng phi điện khác-có thể chuyển đổi thành các biến thể trong ánh sáng, bao gồm đường kính bộ phận, độ nhám bề mặt, độ biến dạng, độ dịch chuyển, độ rung, vận tốc, gia tốc và khả năng nhận dạng hình dạng vật thể cũng như trạng thái hoạt động. Đặc trưng bởi hoạt động không-tiếp xúc, phản ứng nhanh và hiệu suất đáng tin cậy, cảm biến quang điện đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp và robot. Các thiết bị quang điện mới tiếp tục xuất hiện; Đặc biệt, sự ra đời của cảm biến hình ảnh CCD đã mở ra một chương mới trong việc ứng dụng sâu hơn công nghệ cảm biến quang điện.