光电传感器通过光电装置将接收到的光信号迅速转换为电信号。光电传感器由发射机、接收机和检测电路三部分组成。发射机对准目标发射半导体光源、发光二极管、激光二极管和红外发光二极管发出的光束。光束持续发射，或者改变脉冲宽度。接收机由光电二极管、光电三极管和光电管组成。在接收器的前面，有光学元件，如透镜和光圈。后面是检测电路，可以滤除有效信号。光电传感器的框图如下：

光电传感器的主要种类：

1.槽型光电传感器是一种u形控制开关。u形槽的两端分别安装有信号发射机和接收机。当一个对象通过时，它等价于提供一个指令操作。光电开关会迅速接收到指令并输出相应的开关动作。它不仅可以接收不透明物体通过时所发送的信号，还可以检测快速移动的透明或半透明物体。

2.目标光电感、信号发射机和接收机可以形成一个目标光路。发射机发出光后，接收机要经过一定的发射距离才能接收到信号。此时，在发射机和接收机之间形成一条光路。当被检测物体通过传感器范围时，光路的传播将被阻挡。收发信机将迅速作出反应并输出相应的动作。

3.反射型光电传感器，除了信号发射机、接收机等部件外，还必须有一个反射面，以保证发射机发出的光能够反射到接收机。在一个固定的位置，从反射器直接反射的光被接收。一旦有物体挡住光路，接收器就会做出相应的反应，发送控制开关的信号。

4.光纤光电传感器，配置一个发射机和接收机之间的连接光纤的测试点，在这种作用下光纤的光路测试后光的性质本身的物质一定程度的变化，接收方可以快速获得GuangXianXing这种转变，迅速做出反应。[1]

光发射器的类型和原理

利用自发发射原理制作了一个LED（W+5W）。LED的基本结构是一种电致发光半导体材料。在p型半导体和n型半导体之间存在一过渡层，该过渡层成为p-N结。当注入的少数载流子与多数载流子结合时，多余的能量以光的形式释放出来，从而将电能直接转化为光能。

LD（laserdiode）使用受激辐射原理制成。半导体激光二极管的基本结构：垂直于pN结面的一对平行平面构成法布里-珀罗谐振腔，其余两侧面相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子-空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子，如果注入电流够大，就会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射产生感应辐射，造成选频正反馈，或者对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可以从pN结发出具有良好谱线的激光。

光接收机原理

接收机由光电二极管、光电三极管和光电管组成。根据内部光电效应，在光的作用下，物体内部的原子释放电子，但电子不脱离物体表面，而是留在物体内部，从而使物体的电阻率发生变化或产生电动势。[2]

光电二极管在反向电压作用下工作。它的核心是pN结。为了接收光，使pN结的面积增大，电极面积尽可能小，pN结的深度很浅，小于1微米。在没有光的情况下，反向电流很小，称为暗电流。当有光时，携带能量的光子进入pN结并将能量传递给共价键上的束缚电子，因此一些电子脱离共价键，从而产生电子-空穴对，被称为光载子。光电三极管原理图如下：

光电三极管B-C具有光结并吸收入射光。基底面积大，发射面积小。当光入射到基础表面，产生光的电子-空穴对，在电场的作用下b，c，漂移的电子收集器，和洞底，底部可能上升，外加电压的作用下c和e电子发射器之间注入，除了少数之外用复合孔，固定在底座与非常薄的基地收集器收集，被称为输出光电流。光电三极管的工作原理分为两个过程：一个是光电转换，另一个是光电流放大，输出电流达到mA级，但响应比光电二极管慢得多，温度效应也比二极管大。

光电管是一种在有光的情况下产生电动势的半导体器件。原理是半导体的p-N结在光的作用下产生新的电子-空穴对，电子和空穴在p-N结电场的作用下移动到结的两侧，形成附加的电位差。

光电检测电路

光电探测器接收到的信号一般较弱，而光电探测器的输出信号可能包含在噪声中。因此，需要进行预处理，滤除大部分噪声，并将微弱信号放大到后续处理器所需的电压幅值。通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路，将待测信号以适当的幅度输出，滤除大部分噪声。其框图如下：

由于光电转换器所获得的信号为弱电流信号，需要利用输入电阻较大的换位放大器（TIA）实现I-V变换和阻抗匹配。跨阻型前置放大电路结构如下：

为了保证测量的准确性和良好的信噪比，在前置放大电路后加一个二阶带通滤波电路，去除有用信号频带外的噪声，包括环境噪声和前置放大带来的噪声。过滤结构如下：

为了更好地抑制共模干扰，减少背景光辐射等外部干扰对测量系统的影响，对放大和滤波后的信号必须进行差分处理。差分放大电路原理如下图所示：