Um sensor fotoelétrico é um dispositivo que converte sinais ópticos em sinais elétricos. Seu princípio de funcionamento é baseado no efeito fotoelétrico. O efeito fotoelétrico refere-se ao fenômeno no qual, quando a luz atinge determinados materiais, os elétrons dentro do material absorvem a energia dos fótons, resultando em efeitos elétricos correspondentes. Com base na natureza específica desses fenômenos, o efeito fotoelétrico é categorizado em três tipos: o efeito fotoelétrico externo, o efeito fotoelétrico interno e o efeito fotovoltaico. Os dispositivos fotoelétricos incluem fotocélulas, tubos fotomultiplicadores, fotorresistores, fotodiodos, fototransistores e células solares. O desempenho e as curvas características desses dispositivos fotoelétricos são aqui analisados.
Um sensor fotoelétrico normalmente consiste em duas partes principais: um caminho de processamento e um elemento sensor. Seu princípio fundamental está enraizado no efeito fotoelétrico: ele converte alterações na variável medida em alterações em um sinal óptico e, em seguida, utilizando componentes fotoelétricos, converte ainda mais esse sinal não-elétrico em um sinal elétrico. O efeito fotoelétrico pode ser visualizado como um fluxo de fótons-cada um carregando uma quantidade específica de energia-bombardeando um objeto. Neste processo, a energia dos fótons é transferida para os elétrons; especificamente, toda a energia de um único fóton é absorvida por um único elétron em um único evento. Ao receber esta energia transferida, o elétron sofre uma mudança de estado, induzindo assim um efeito elétrico correspondente dentro do objeto iluminado pela luz. Geralmente, o efeito fotoelétrico é classificado em três categorias: (1) O fenômeno no qual a luz faz com que elétrons sejam emitidos da superfície de um objeto é denominado *efeito fotoelétrico externo* (por exemplo, em fotocélulas e tubos fotomultiplicadores); (2) O fenômeno no qual a luz causa uma mudança na resistividade de um objeto é denominado *efeito fotoelétrico interno* (por exemplo, em fotorresistores e fototransistores); e (3) O fenômeno no qual a luz gera uma força eletromotriz (tensão) em uma direção específica dentro de um objeto é denominado *efeito fotovoltaico* (por exemplo, em células solares).
Os métodos de detecção fotoelétrica oferecem inúmeras vantagens, incluindo alta precisão, tempos de resposta rápidos e operação sem-contato. Além disso, eles são capazes de medir uma ampla variedade de parâmetros, e os próprios sensores apresentam estruturas simples e configurações diversas e altamente flexíveis. Consequentemente, os sensores fotoelétricos são amplamente utilizados em diversas aplicações de detecção e controle.
Os sensores fotoelétricos servem como componentes essenciais para alcançar a conversão fotoelétrica em vários sistemas de detecção fotoelétrica; eles são os dispositivos responsáveis por transformar sinais ópticos-incluindo luz visível e luz laser ultravioleta-em sinais elétricos.
Um sensor fotoelétrico é, por definição, um sensor que emprega um dispositivo fotoelétrico como seu principal elemento de detecção ou conversão. Ele pode ser utilizado para detectar grandezas físicas não{1}}elétricas que induzem diretamente mudanças nos níveis de luz-como intensidade de luz, iluminância, temperatura radiométrica e composição de gás-bem como outras grandezas não{4}}elétricas que podem ser convertidas em variações na luz, incluindo diâmetro de peça, rugosidade de superfície, deformação, deslocamento, vibração, velocidade, aceleração e reconhecimento de formatos de objetos e estados operacionais. Caracterizados por sua operação sem{6}}contato, resposta rápida e desempenho confiável, os sensores fotoelétricos encontraram ampla aplicação em sistemas de automação industrial e robótica. Novos dispositivos fotoelétricos continuam a surgir; em particular, o advento dos sensores de imagem CCD abriu um novo capítulo na aplicação adicional da tecnologia de detecção fotoelétrica.