Optiske måle- og kontrolsystemer, designet baseret på de forskellige principper, hvorved lysstrømmen interagerer med fotoelektriske komponenter, er meget forskellige. Baseret på arten af udgangssignalet, der genereres af de fotoelektriske komponenter (eller systemet som helhed), kan disse systemer bredt klassificeres i to kategorier: analoge fotoelektriske sensorer og puls (eller switching) fotoelektriske sensorer. En analog fotoelektrisk sensor konverterer den målte mængde til en kontinuerligt varierende fotostrøm, der etablerer et unikt, enkelt-værdiforhold mellem den målte mængde og udgangssignalet. Baseret på den metode, der bruges til at måle (eller detektere) målobjektet, kan analoge fotoelektriske sensorer kategoriseres yderligere i tre hovedtyper: transmissions (absorptions) type, diffus reflektionstype og lys-blokerende (stråleafbrydelse) type. "Transmissionstypen" refererer til en konfiguration, hvor objektet under måling er placeret inden for den optiske vej; lysenergi udsendt af en konstant lyskilde passerer gennem objektet-med en del, der absorberes-før det transmitterede lys rammer den fotoelektriske komponent. Den "diffuse reflektionstype" involverer en konstant lyskilde, der udsender lys på objektet under måling, hvorefter lyset diffust reflekteres fra objektets overflade og efterfølgende rammer den fotoelektriske komponent. "Lysblokeringstypen" beskriver et scenarie, hvor den lysstrøm, der udsendes af lyskilden, delvist blokeres af objektet, der måles, og derved ændrer mængden af lysflux, der falder ind på den fotoelektriske komponent. størrelsen af denne ændring er direkte relateret til objektets position inden for den optiske vej.
Fotodioden er den mest almindelige type optisk sensor. Fysisk ligner en fotodiode en standarddiode. I mangel af belysning opfører den sig som en konventionel diode, der udviser en meget lille omvendt strøm kendt som "mørkestrøm". Når de udsættes for lys, exciteres ladningsbærere og genererer elektron-hulpar, der omtales som "fotobærere". Under påvirkning af et eksternt elektrisk felt deltager disse fotobærere i elektrisk ledning, hvilket giver anledning til en omvendt strøm betydeligt større end den mørke strøm; denne resulterende strøm kaldes "fotostrømmen". Størrelsen af fotostrømmen er direkte proportional med intensiteten af det indfaldende lys; følgelig kan et elektrisk signal, der varierer i overensstemmelse med ændringer i lysintensitet, opnås over en belastningsmodstand.
Ud over at have evnen til at konvertere optiske signaler til elektriske signaler-en funktion, der deles med fotodioder-, har fototransistoren også den særlige evne til at forstærke disse elektriske signaler. Det fysiske udseende af en fototransistor adskiller sig ikke meget fra en standardtransistors udseende. Typisk har en fototransistor kun to eksterne ledninger-emitteren og kollektoren-mens basisledningen ikke er forbundet internt. Enhedens kabinet er designet med et gennemsigtigt vindue for at tillade lys at komme ind. For at maksimere lysabsorptionen er overfladearealet af basisområdet gjort væsentligt større end emitterområdet; følgelig absorberes indfaldende lys primært i basisområdet. Under drift er samler-basisforbindelsen omvendt-forspændt, mens udsender-basisforbindelsen er fremad-forspændt. I mangel af lys er strømmen, der flyder gennem enheden, kendt som "mørkestrømmen" (Iceo=(1 + ) Icbo); denne strøm er ekstremt lille-endnu lavere end den lækstrøm, der findes i standardtransistorer. Når de udsættes for lys, genereres et stort antal elektron-hulpar, hvilket resulterer i en stigning i basisstrømmen (Ib). Den strøm, der strømmer gennem enheden under disse forhold, kaldes "fotostrømmen", med emitterstrømmen givet af dvs.=(1 + ) Ib. Det er således tydeligt, at en fototransistor har højere følsomhed sammenlignet med en fotodiode.
Driftsprincip
En fotoelektrisk sensor opnår kontrol ved at konvertere variationer i lysintensitet til tilsvarende ændringer i elektriske signaler.
Generelt består en fotoelektrisk sensor af tre hovedkomponenter: en sender, en modtager og et detekteringskredsløb.
Senderen udsender en lysstråle rettet mod et målobjekt. Denne lysstråle genereres typisk af en halvlederlyskilde-såsom en lys-emitterende diode (LED), en laserdiode eller en infrarød emitterende diode. Lysstrålen kan udsendes kontinuerligt eller moduleres via puls-breddevariation. Modtagersamlingen omfatter typisk komponenter såsom fotodioder, fototransistorer eller fotoceller. Optiske elementer-såsom linser og blænder-er placeret foran modtageren for at konditionere det indkommende lys. Bagved modtageren er detektionskredsløbet, som tjener til at filtrere det relevante signal fra og behandle det til praktisk anvendelse.