ระบบการวัดและการควบคุมด้วยแสง ซึ่งได้รับการออกแบบตามหลักการที่แตกต่างกันโดยที่ฟลักซ์ส่องสว่างทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบโฟโตอิเล็กทริกนั้นมีความหลากหลายมาก ตามลักษณะของสัญญาณเอาท์พุตที่สร้างโดยส่วนประกอบโฟโตอิเล็กทริก (หรือทั้งระบบ) ระบบเหล่านี้สามารถแบ่งกว้าง ๆ ได้เป็นสองประเภท: โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์แบบอะนาล็อกและโฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์แบบพัลส์ (หรือสวิตชิ่ง) โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์แบบอะนาล็อกจะแปลงปริมาณที่วัดได้เป็นกระแสโฟโตปัจจุบันที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดความสัมพันธ์เฉพาะค่าเดียว-ระหว่างปริมาณที่วัดได้กับสัญญาณเอาท์พุต ตามวิธีการที่ใช้ในการวัด (หรือตรวจจับ) วัตถุเป้าหมาย โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์แบบอะนาล็อกสามารถแบ่งประเภทเพิ่มเติมได้เป็นสามประเภทหลัก: ประเภทการส่งผ่าน (การดูดซับ) ประเภทการสะท้อนแบบกระจาย และประเภท-การปิดกั้นแสง (การรบกวนลำแสง) "ประเภทการส่งผ่าน" หมายถึงการกำหนดค่าโดยวางวัตถุภายใต้การวัดไว้ภายในเส้นทางแสง พลังงานแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงคงที่จะผ่านวัตถุ-โดยส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับ-ก่อนที่แสงที่ส่องส่องจะกระทบกับส่วนประกอบโฟโตอิเล็กทริก "ประเภทการสะท้อนแบบกระจาย" เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดแสงคงที่ซึ่งเปล่งแสงไปยังวัตถุภายใต้การวัด จากนั้นแสงจะสะท้อนอย่างกระจายจากพื้นผิวของวัตถุ และต่อมากระทบกับส่วนประกอบโฟโตอิเล็กทริก "ประเภทการปิดกั้นแสง" อธิบายสถานการณ์ที่ฟลักซ์การส่องสว่างที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงถูกบดบังบางส่วนโดยวัตถุภายใต้การวัด ดังนั้นจึงเปลี่ยนปริมาณฟลักซ์การส่องสว่างที่ตกกระทบกับส่วนประกอบโฟโตอิเล็กทริก ขนาดของการเปลี่ยนแปลงนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับตำแหน่งของวัตถุภายในเส้นทางแสง
โฟโตไดโอดเป็นเซนเซอร์ออปติคัลชนิดที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ในทางกายภาพ โฟโตไดโอดมีลักษณะคล้ายกับไดโอดมาตรฐาน ในกรณีที่ไม่มีแสงสว่าง มันจะทำงานเหมือนไดโอดทั่วไป โดยแสดงกระแสย้อนกลับขนาดเล็กมากที่เรียกว่า "กระแสมืด" เมื่อสัมผัสกับแสง ตัวพาประจุจะตื่นเต้น โดยสร้าง-รูอิเล็กตรอนคู่ที่เรียกว่า "โฟโตแคริเออร์" ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก โฟโตแคริเออร์เหล่านี้มีส่วนร่วมในการนำไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสย้อนกลับที่มีขนาดใหญ่กว่ากระแสมืดอย่างมาก กระแสที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า "โฟโตปัจจุบัน" ขนาดของโฟโตปัจจุบันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสงที่ตกกระทบ ด้วยเหตุนี้จึงสามารถรับสัญญาณไฟฟ้าที่แปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแสงได้จากตัวต้านทานโหลด
นอกจากจะมีความสามารถในการแปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าแล้ว-ฟังก์ชันที่ใช้ร่วมกันกับโฟโตไดโอด-แล้ว โฟโตทรานซิสเตอร์ยังมีความสามารถที่แตกต่างในการขยายสัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้อีกด้วย ลักษณะทางกายภาพของโฟโตทรานซิสเตอร์แตกต่างไปจากทรานซิสเตอร์มาตรฐานเล็กน้อย โดยทั่วไปแล้ว โฟโต้ทรานซิสเตอร์จะมีลีดภายนอกเพียงสองตัว-ตัวส่งและตัวรวบรวม- ในขณะที่ลีดฐานไม่ได้เชื่อมต่อกันภายใน ตัวเคสได้รับการออกแบบให้มีหน้าต่างโปร่งใสเพื่อให้แสงเข้ามาได้ เพื่อเพิ่มการดูดกลืนแสงให้สูงสุด พื้นที่ผิวของบริเวณฐานจะถูกทำให้ใหญ่กว่าบริเวณตัวปล่อยแสงอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ แสงตกกระทบจึงถูกดูดซับไว้ในบริเวณฐานเป็นหลัก ระหว่างการดำเนินการ จุดเชื่อมต่อฐานตัวรวบรวม-จะมีอคติย้อนกลับ- ในขณะที่จุดเชื่อมต่อฐานตัวส่ง-จะมีอคติไปข้างหน้า- ในกรณีที่ไม่มีแสง กระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์เรียกว่า "กระแสมืด" (Iceo=(1 + ) Icbo); กระแสไฟฟ้านี้มีขนาดเล็กมาก-แม้จะต่ำกว่ากระแสไฟฟ้ารั่วที่พบในทรานซิสเตอร์มาตรฐานด้วยซ้ำ เมื่อสัมผัสกับแสง คู่อิเล็กตรอน-จำนวนมากจะถูกสร้างขึ้น ส่งผลให้กระแสเบส (Ib) เพิ่มขึ้น กระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เรียกว่า "โฟโตปัจจุบัน" โดยกระแสอิมิตเตอร์กำหนดโดย Ie=(1 + ) Ib ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าโฟโตทรานซิสเตอร์มีความไวสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโฟโตไดโอด
หลักการทำงาน
โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์ควบคุมได้โดยการแปลงความเข้มของแสงที่แปรผันไปเป็นการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน
โดยทั่วไป โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ ตัวส่ง ตัวรับ และวงจรตรวจจับ
เครื่องส่งจะปล่อยลำแสงพุ่งตรงไปยังวัตถุเป้าหมาย โดยทั่วไปแล้วลำแสงนี้จะถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดแสงเซมิคอนดักเตอร์- เช่น -ไดโอดเปล่งแสง (LED) ไดโอดเลเซอร์ หรือไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด ลำแสงอาจถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องหรือถูกมอดูเลตผ่านการแปรผันของความกว้างพัลส์- โดยทั่วไปชุดเครื่องรับจะประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น โฟโตไดโอด โฟโตทรานซิสเตอร์ หรือโฟโตเซลล์ องค์ประกอบทางแสง-เช่น เลนส์และรูรับแสง- จะถูกวางไว้ด้านหน้าเครื่องรับเพื่อปรับสภาพแสงที่เข้ามา ด้านหลังเครื่องรับคือวงจรการตรวจจับ ซึ่งทำหน้าที่กรองสัญญาณที่เกี่ยวข้องและประมวลผลเพื่อการใช้งานจริง