Un sensore fotoelettrico è un dispositivo che converte i segnali ottici in segnali elettrici. Il suo principio di funzionamento si basa sull'effetto fotoelettrico. L'effetto fotoelettrico si riferisce al fenomeno in cui, quando la luce colpisce determinati materiali, gli elettroni all'interno del materiale assorbono l'energia dei fotoni, provocando corrispondenti effetti elettrici. In base alla natura specifica di questi fenomeni, l'effetto fotoelettrico viene classificato in tre tipologie: effetto fotoelettrico esterno, effetto fotoelettrico interno ed effetto fotovoltaico. I dispositivi fotoelettrici includono fotocellule, tubi fotomoltiplicatori, fotoresistori, fotodiodi, fototransistor e celle solari. Vengono qui analizzate le prestazioni e le curve caratteristiche di questi dispositivi fotoelettrici.
Un sensore fotoelettrico è tipicamente costituito da due parti principali: un percorso di elaborazione e un elemento di rilevamento. Il suo principio fondamentale affonda le sue radici nell'effetto fotoelettrico: converte i cambiamenti nella variabile misurata in cambiamenti in un segnale ottico e quindi, utilizzando componenti fotoelettrici, converte ulteriormente questo segnale non-elettrico in un segnale elettrico. L'effetto fotoelettrico può essere visualizzato come un flusso di fotoni-ognuno dei quali trasporta una specifica quantità di energia-bombardando un oggetto. In questo processo l'energia dei fotoni viene trasferita agli elettroni; nello specifico, l'intera energia di un singolo fotone viene assorbita da un singolo elettrone in un singolo evento. Dopo aver ricevuto questa energia trasferita, l'elettrone subisce un cambiamento di stato, inducendo così un corrispondente effetto elettrico all'interno dell'oggetto illuminato dalla luce. Generalmente, l'effetto fotoelettrico è classificato in tre categorie: (1) Il fenomeno in cui la luce provoca l'emissione di elettroni dalla superficie di un oggetto è chiamato *effetto fotoelettrico esterno* (ad esempio, nelle fotocellule e nei tubi fotomoltiplicatori); (2) Il fenomeno in cui la luce provoca un cambiamento nella resistività di un oggetto è chiamato *effetto fotoelettrico interno* (ad esempio, nei fotoresistori e nei fototransistori); e (3) Il fenomeno in cui la luce genera una forza elettromotrice (tensione) in una direzione specifica all'interno di un oggetto è chiamato *effetto fotovoltaico* (ad esempio, nelle celle solari).
I metodi di rilevamento fotoelettrico offrono numerosi vantaggi, tra cui elevata precisione, tempi di risposta rapidi e funzionamento senza-contatto. Inoltre, sono in grado di misurare un'ampia varietà di parametri e i sensori stessi presentano strutture semplici e configurazioni diverse e altamente flessibili. Di conseguenza, i sensori fotoelettrici sono ampiamente utilizzati in varie applicazioni di rilevamento e controllo.
I sensori fotoelettrici fungono da componenti fondamentali per ottenere la conversione fotoelettrica all'interno di vari sistemi di rilevamento fotoelettrico; sono i dispositivi responsabili della trasformazione dei segnali ottici-compresa la luce visibile e la luce laser ultravioletta-in segnali elettrici.
Un sensore fotoelettrico è, per definizione, un sensore che utilizza un dispositivo fotoelettrico come elemento di rilevamento o conversione primario. Può essere utilizzato per rilevare quantità fisiche non-elettriche che inducono direttamente cambiamenti nei livelli di luce-come intensità della luce, illuminamento, temperatura radiometrica e composizione del gas-così come altre quantità non{{4}elettriche che possono essere convertite in variazioni della luce, inclusi diametro delle parti, rugosità superficiale, deformazione, spostamento, vibrazione, velocità, accelerazione e riconoscimento delle forme degli oggetti e degli stati operativi. Caratterizzati da funzionamento senza-contatto, risposta rapida e prestazioni affidabili, i sensori fotoelettrici hanno trovato ampia applicazione nei sistemi di automazione industriale e nella robotica. Nuovi dispositivi fotoelettrici continuano ad emergere; in particolare, l'avvento dei sensori di immagine CCD ha aperto un nuovo capitolo nell'ulteriore applicazione della tecnologia di rilevamento fotoelettrico.