在对光的感知和检测中，尽可能地防止光的扩散和能量损失是非常重要的，这对传感器的精度有很大的影响。因此，精度更高的光电传感器，如光纤传感器、激光传感器、CMOS可见光传感器等相继被开发出来，成为现在乃至未来几年的热门光电传感器。
光电传感器是指利用光电元件检测物体的有无和表面状态变化的传感器。一般由发射器、接收器和检测电路组成。它的工作原理是先将测量的变化转化为光信号的变化，再将光信号的变化转化为电信号的变化。
所以光电传感器的本质就是通过把光强的变化转化为电信号的变化来实现控制。
比如光学传感器条形码扫描仪的应用就是通过检测条形码反射的光强变化来识别条形码。在条码扫描器中，LED是光电传感器的发射器，光电晶体管是接收器，对电脉冲信号进行放大整形的电路是检测电路。
140年，光电传感器的发展史“改朝换代”
来源：白炽灯传感器
1879年爱迪生发明了白炽灯，最早的光电传感器使用白炽灯作为发射光源。一个小小的金属圆柱形装置，以白炽灯为光源，配有校准透镜，可以将光线聚焦在接收器上，然后通过接收器电缆连接到真空管放大器上。这是早期的白炽灯传感器，也是光电传感器的雏形，可以用来检测物体的有无。
发展：LED取代白炽灯
20世纪60年代，LED(发光二极管)开始出现。发现用LED制作的光电传感器性能比白炽灯传感器更好更可靠，于是LED开始取代白炽灯。
与白炽灯相比，LED的优势主要在于以下四点：
1、寿命更长。白炽灯的原理是高温钨丝产生光辐射，但钨丝温度越高升华越快，所以白炽灯的寿命较短；LED是实心的，不存在升华问题，有助于延长传感器的使用寿命。
2、耗能少。LED发出的光能只是同等大小白炽灯发出的光能的一部分。
3、比较快。LED可以以非常快的速度开关，开关速度可以达到KHz。
4、LED体积小，抗冲击、抗震性更好。
进化一：未调制LED光电传感器退出历史舞台。
1970年，人们将接收器的放大器调制到发射器的调制频率，使传感器只能放大某一频率振动的光信号，大大加快了LED光电传感器的开关速度。
另外，对于LED光电传感器来说，调制本身是非常必要的，因为一个LED发出的光能量是非常小的，所以需要对其进行调制，使其能量变得非常高，从而改进光电传感器的设计，增加探测距离，扩大光束的角度，提高传感器的精度和对环境的抗干扰能力。
于是，1980年，未调制的光电传感器逐渐退出历史舞台。
进化二：高效可见光LED的出现和色标传感器的革新。
如果说调制型LED传感器提高了光电传感器的开关性能，那么高效可见光LED的出现就是色标传感器的一次革新。
LED可以发出很多种光，包括红外光、绿光、红光、蓝光或白光，但早期的LED发出的光相对较弱，其中红外LED的效率最高，但对于需要区分不同颜色的光电传感器(如色码传感器)，不可见的红外光并不适合，它们需要可见光光源。
因此，早期的LED不适用于颜色编码传感器。当时的色标传感器都是用白炽灯做光源，直到发明了高效可见光LED。
LED m的发展历程
从可见光LED的发展历史可以发现，1985年以后，逐渐出现了AlGaInP、SiC、GaN等材质的LED。这些材料具有较大的带隙，通过调节掺杂成分可以改变带隙宽度，从而获得超高亮度可见光LED。
目前，大多数色码传感器使用各种颜色的调制可见光LED发射器。
前景：光纤传感器、激光传感器和CMOS可见光传感器
在对光的感知和检测中，尽可能地防止光的扩散和能量损失是非常重要的，这对传感器的精度有很大的影响。因此，精度更高的光电传感器，如光纤传感器、激光传感器、CMOS可见光传感器等相继被开发出来，成为现在乃至未来几年的热门光电传感器。
三种光电效应解读光电传感器的核心工作原理
没有光电效应，就没有光电传感器。
光电传感器可以将光信号转化为电信号，检测物体的有无和表面状态的变化，主要依靠各种光电元件，包括光敏电阻、光电二极管、光电晶体管等。这些光电元件一般用作光电传感器的接收器，其工作原理是光电效应：
当物体受到光照射时，其内部的电子吸收光子的能量并改变其状态，其自身的电学性质也会发生变化。
光电效应的本质是光电转换。
光电效应可分为外光电效应和内光电效应，内光电效应可分为光电导效应和光伏效应。光电导效应需要给电路加电压，而光伏效应不需要。这三种光电效应的区别很简单，就是在光的作用下，它们的电子变化是不同的。
制图：传感器专家网络
在光的作用下，电子从物体表面逸出，物体的伏安特性发生了变化，这是一种外部光电效应，如光电管、光电倍增管等。
外光电效应
(2)吸收光能后，电子不逃逸，物体电阻率发生明显变化，这是一种光电导效应，如光敏电阻、光电晶体管等。
光导效应
(3)吸收光能后，电子不逃逸，在物体内部自建场产生光电压，这就是光伏效应，如光电二极管、三极管、光伏电池等。
光生伏打效应
通过上述光电元件，我们可以将被测物体的光变化转化为电变化。
如用光电管(外接光电效应)作为接收器制作光控电器，可用于自动控制、自动计数、自动报警、自动跟踪等。当光线照射到光电池上时，光电池的电路中产生一股电光电流，经放大器放大后使电磁铁磁化，进而吸引衔铁。当光电池上没有光时，光电池的电路中就没有电流，电磁铁与衔铁分离。
再比如最常见的光电二极管(光电导效应)。光电传感器的光电二极管的形状和一般的二极管一样，只是它的外壳上有一个嵌有玻璃的窗口，便于光线进入。为了增加光接收面积，PN结的面积变得更大。无光时，其反向电流很小，电路被切断；有光时，载流子被激发，产生光电载流子，电路接通。
一般来说，光电效应使光电传感器具有感知光变化的能力，并将光信号变化转化为电信号变化进行数据处理和应用。
结构有四种，光电传感器的检测方法也有很大不同。
光电传感器具有精度高、响应快、非接触、灵活、探测距离远等优点，广泛应用于检测和控制中。它们可以检测物体的存在与否、光信号的强度、光的颜色等参数，然后对其进行控制。常见的有开关控制、自动计件、颜色分拣等等。
根据检测方法的不同，光电传感器可以分为
漫反射型安装最简单方便，但工作距离最短，检测最不稳定。
反射镜类型：反射镜光电开关。
带反射器的反射式光电开关，其中一个光发射器和一个光接收器安装在同一器件中，在其前面安装一个反射器，利用反射原理完成光电控制功能。正常情况下，光发射器发出的光被反射器反射，被光接收器接收；一旦光路被被检测物体遮挡，光接收器无法接收光线，光电开关就会动作，输出开关控制信号。
反射板光电传感器可以检测透明物体和高亮度物体，作用距离远，安装方便，检测稳定。但是，当反光板中有灰尘时，检测精度会降低。
对置式：对置式光电传感器。
对射分离式光电开关由光发射器和光接收器组成。如果把光发射器和光接收器分开，可以增加探测距离，所以它的探测距离可以达到几米甚至几十米。使用时，光发射器和光接收器分别安装在被检测物体通过路径的两侧，当被检测物体通过时，光路被阻断，光接收器动作输出开关控制信号。
对面的光电传感器探测精度最高，可以很远，但安装不方便，占用空间大，不能探测透明小物体。
距离型：漫反射光电开关。
漫反射光电开关的探测头中有一个光发射器和一个光接收器，但前面没有反射器。一般情况下，光发射器发出的光接收器是找不到的。当被检测物体通过时，阻挡光线并部分反射回光线，光接收器接收光信号并输出开关信号。
距离光电传感器的发射器是点发射，接收器是面接收，所以可以允许被测物体有较大的偏转角。
你什么意思？
从上面的示意图可以发现，距离光电传感器设置的探测距离是一定的，所以我们可以设置一个固定的出射光——和反射光的角度。当被检测物体经过时，检测到的反射光与被检测物体返回的反射光之间的角度肯定与我们设定的角度不同，这有助于传感器检测到物体的存在。也就是说，除了设定的角度判断没有物体，其他所有角度都会判断有物体，这样被测物体的偏转角就变大了，可以大大提高传感器的精度和灵敏度。
五、光电传感器的广泛应用实例
接下来将列举六种常见的光电传感器应用，从现实生活中更好地理解光电传感器。
1、光电烟雾报警器
没有烟的时候，LED发出的光是直线传播的，光电晶体管收不到信号。当没有输出，有烟雾时，LED发出的光被烟雾颗粒折射，使三极管接收到光，有信号输出并报警。
2、光电转速表
电机的转轴涂有黑白两色。当它旋转时，反射光和非反射光交替出现。光电传感器相应地不连续接收光的反射信号，输出间歇的电信号，经放大器和整形电路放大整形后输出方波信号。最后，电子数字显示器输出电机的转速。
3、产品柜台
当产品在传送带上运行时，不断阻挡从光源到光电传感器的光路，使光电脉冲电路产生一个又一个电脉冲信号。产品每被遮挡一次，光电传感器电路就产生一个脉冲信号，所以输出的脉冲数代表产品的数量，由计数电路计数，由显示电路显示。
4、光电检测和自动控制
光电池用作光电检测时，其基本原理与光电二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺并不完全相同。因为
光电传感器还能为汽车提供更舒适的显示品质体验，使汽车显示设备在任何环境光下都能达到完整的背光效果。
包括车载娱乐/导航/DVD系统背光控制、后座娱乐显示屏背光控制、组合仪表背光控制(车速表/转速表)、自动后视镜亮度控制等。可以通过光学传感器来完成。
除上述应用外，光电传感器还广泛应用于高电压大电流测量、继电保护、烟雾浊度监测等方面。
四大市场趋势，展望光电传感器的未来
激光传感器：超极性光电传感器
激光传感器具有非接触式长距离测量、速度快、精度高、测量范围大、抗干扰能力强等优点，被称为超级光电传感器。近年来，自动驾驶非常流行，可以远距离精确测量并形成三维地图的激光雷达也是紫色的，这是业界公认的自动驾驶最精确的传感器。
据国外媒体报道，随着自动驾驶汽车技术的发展，汽车激光雷达传感器市场到2022年将达到8.18亿美元，年复合增长率为47%。
未来，随着自动驾驶越来越多功能的完善和落地，人们对自动驾驶不再只是幻想。汽车配备辅助驾驶系统肯定是大势所趋，激光雷达的市场也大有可为。
光纤传感器：搭5G快车开拓市场
与普通光电传感器相比，光纤传感器具有更高的精度。由于光扩散等原因，普通光电传感器接收的光量无法精确控制，导致检测精度无法提高。而光纤传感器通过光纤线路传输光线，提高光束的会聚度，容易判断接收到的光量，检测精度高。
此外，光纤传感器具有体积小、响应快、耐水、耐高温、耐腐蚀等优点，可以测量磁性、声音、压力、温度、加速度、位移、液位、扭矩、光声、电流等物理量，应用广泛。
再加上5G的到来，光纤传感作为5G的基础，未来可以搭上5G的快车，进一步打开市场。
CMOS传感器：智能时代的硬件标准
可见光传感器是目前产量最大、应用最广的传感器之一。其中，以CMOS线性可见光传感器为代表的高端可见光传感器，以其暗电流小、灵敏度高、照度响应低的优势，受到背光调节和节能控制市场的青睐，广泛应用于电视机、电脑显示器、LED背光源、智能手机、数码相机等产品。
据介绍，2018年，全球独联体市场规模为155亿美元，预计2019年将同比增长10%，达到170亿美元。目前，独联体市场正处于稳定增长期。预计2024年市场将逐渐饱和，市场规模将达到240亿美元。
未来，随着智能时代的到来，我们的智能硬件终端在日常生活中会与日俱增，CMOS传感器的市场也会相应扩大。因此，CMOS传感器是未来光电传感器的重要发展方向之一。
多功能MEMS光电传感器：发展的必然趋势
不仅是光电传感器，多功能、智能化和小型化也是所有传感器的未来发展趋势。
首先，随着终端用户体验的不断升级和消费习惯的逐渐改变，要求光电传感器具有保密性高、传输距离远、抗干扰性强、自适应性强、具有通信功能等特点。因此，光电传感器内置微处理器实现智能化是必然趋势。
其次，传统的光电传感器往往体积较大，功能不完善，应用领域有限，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。随着精密加工、微电子、集成电路的发展和新材料的应用
最后，随着光电传感器应用的不断扩大，为了全面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，以满足终端应用的集成要求。因此，多功能是未来光电传感器的必然趋势。hfy
