फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर आम तौर पर दो भागों से बना होता है: एक प्रसंस्करण पथ और एक प्रसंस्करण तत्व। मूल सिद्धांत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित है, जो मापा परिवर्तनों को ऑप्टिकल सिग्नल परिवर्तनों में परिवर्तित करता है, और फिर फोटोइलेक्ट्रिक तत्वों की सहायता से गैर-विद्युत संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव किसी वस्तु को प्रकाश से रोशन करने के लिए संदर्भित करता है, जिसे वस्तु पर बमबारी करने वाली एक निश्चित ऊर्जा के साथ फोटॉन की एक श्रृंखला के रूप में देखा जा सकता है। इस समय, फोटॉन की ऊर्जा इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित हो जाती है, और एक फोटॉन की पूरी ऊर्जा एक ही बार में होती है। जब इलेक्ट्रॉन को अवशोषित किया जाता है, तो फोटॉन द्वारा ऊर्जा को स्थानांतरित करने के बाद इलेक्ट्रॉन की स्थिति बदल जाएगी, जिससे कि प्रकाश द्वारा विकिरणित वस्तु संबंधित विद्युत प्रभाव उत्पन्न करेगी। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को आमतौर पर 3 श्रेणियों में विभाजित किया जाता है:
(1) प्रकाश की क्रिया के तहत किसी वस्तु की सतह से इलेक्ट्रॉनों के बचने की घटना को बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, जैसे कि फोटोइलेक्ट्रिक ट्यूब, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, आदि;
(2) प्रकाश की क्रिया के तहत किसी वस्तु की प्रतिरोधकता को बदलने की घटना को आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, जैसे कि फोटोरेसिस्टर्स, फोटोट्रांसिस्टर्स, आदि;
(3) प्रकाश की क्रिया के तहत, किसी वस्तु द्वारा एक निश्चित दिशात्मक इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न करने की घटना को फोटोवोल्टिक प्रभाव कहा जाता है। फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर जैसे फोटोकल्स, प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन को विद्युत संकेतों में परिवर्तन में परिवर्तित करके नियंत्रण का एहसास करते हैं।
सामान्य तौर पर, फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर तीन भागों से बना होता है, जिन्हें इसमें विभाजित किया जाता है: ट्रांसमीटर, रिसीवर और डिटेक्शन सर्किट।
ट्रांसमीटर का लक्ष्य एक प्रकाश किरण का उत्सर्जन करना है, और उत्सर्जित प्रकाश किरण आम तौर पर अर्धचालक प्रकाश स्रोत, एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी), एक लेजर डायोड और एक अवरक्त उत्सर्जक डायोड से आती है। बीम निर्बाध रूप से उत्सर्जित होती है, या पल्स चौड़ाई बदल जाती है। रिसीवर एक फोटोडायोड, एक फोटोट्रांसिस्टर और एक फोटोकेल से बना होता है। रिसीवर के सामने, लेंस और एपर्चर जैसे ऑप्टिकल घटक स्थापित होते हैं। इसके पीछे डिटेक्शन सर्किट है, जो प्रभावी सिग्नल को फ़िल्टर कर सकता है और सिग्नल को लागू कर सकता है।