अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर

अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर और अल्ट्रासोनिक सेंसर ऐसे उपकरण हैं जो अल्ट्रासाउंड ऊर्जा उत्पन्न करते हैं या समझते हैं। उन्हें तीन व्यापक श्रेणियों में बांटा जा सकता है: ट्रांसमीटर, रिसीवर और ट्रांसीवर। ट्रांसमीटर विद्युत संकेतों को अल्ट्रासाउंड में परिवर्तित करते हैं, रिसीवर अल्ट्रासाउंड को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं, और ट्रांसीवर अल्ट्रासाउंड को संचारित और प्राप्त दोनों कर सकते हैं।

अनुप्रयोग और प्रदर्शन
अल्ट्रासाउंड का उपयोग हवा की गति और दिशा (एनीमोमीटर), टैंक या चैनल द्रव स्तर, और हवा या पानी के माध्यम से गति को मापने के लिए किया जा सकता है। गति या दिशा मापने के लिए, उपकरण कई अभिज्ञापकों का उपयोग करता है और सापेक्ष दूरी से हवा या पानी में कणों की गति की गणना करता है। टैंक या चैनल के तरल स्तर, और समुद्र के स्तर (ज्वार गेज) को मापने के लिए, सेंसर तरल पदार्थ की सतह तक की दूरी (रेंज) को मापता है। आगे के अनुप्रयोगों में ह्यूमिडिफायर (नमी), सोनार, मेडिकल अल्ट्रासोनोग्राफी, बर्गलर अलार्म, गैर-विनाशकारी परीक्षण और वायरलेस चार्जिंग सम्मिलित हैं।

सिस्टम सामान्यतः ट्रांसड्यूसर का उपयोग करते हैं जो विद्युत ऊर्जा को ध्वनि में बदलकर 18 kHz से ऊपर की अल्ट्रासोनिक रेंज में ध्वनि तरंगें उत्पन्न करता है, फिर प्रतिध्वनि प्राप्त करने पर ध्वनि तरंगों को विद्युत ऊर्जा में बदल देता है जिसे मापा और प्रदर्शित किया जा सकता है।

यह तकनीक, साथ ही, आने वाली वस्तुओं का पता लगा सकती है और उनकी स्थिति को ट्रैक कर सकती है।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग ट्रांसड्यूसर के बीच अल्ट्रासाउंड के असतत फटने को प्रसारित और प्राप्त करके पॉइंट-टू-पॉइंट दूरी माप करने के लिए भी किया जा सकता है। इस तकनीक को सोनोमिक्रोमेट्री के रूप में जाना जाता है जहां अल्ट्रासाउंड सिग्नल के पारगमन समय को इलेक्ट्रॉनिक रूप से (अर्थात डिजिटल रूप से) मापा जाता है और ट्रांसड्यूसर के बीच माध्यम की ध्वनि की गति ज्ञात होने पर ट्रांसड्यूसर के बीच की दूरी को गणितीय रूप से परिवर्तित किया जाता है। यह विधि लौकिक और स्थानिक संकल्प के संदर्भ में बहुत सटीक हो सकती है क्योंकि समय-समय-उड़ान माप को एक ही घटना (प्राप्त) तरंग को संदर्भ स्तर या शून्य क्रॉसिंग द्वारा ट्रैक करने से प्राप्त किया जा सकता है। यह माप संकल्प को ट्रांसड्यूसर द्वारा उत्पन्न ध्वनि आवृत्ति की तरंग दैर्ध्य से कहीं अधिक करने में सक्षम बनाता है।

ट्रांसड्यूसर
अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर एसी को अल्ट्रासाउंड में परिवर्तित करते हैं, साथ ही रिवर्स भी। अल्ट्रासोनिक सामान्यतः पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर या कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर को संदर्भित करता है। जब वोल्टेज लगाया जाता है तो पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल अपना आकार और आकार बदलते हैं; एसी वोल्टेज उन्हें एक ही आवृत्ति पर दोलन करता है और अल्ट्रासोनिक ध्वनि उत्पन्न करता है। कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर प्रवाहकीय डायाफ्राम और बैकिंग प्लेट के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक फ़ील्ड का उपयोग करते हैं।

ट्रांसड्यूसर का बीम पैटर्न सक्रिय ट्रांसड्यूसर क्षेत्र और आकार, अल्ट्रासाउंड तरंग दैर्ध्य और प्रसार माध्यम की ध्वनि वेग द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। चित्र स्पष्ट रूप से विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर पानी में विकेन्द्रित और केंद्रित अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के ध्वनि क्षेत्रों को दिखाते हैं।

चूंकि पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री उन पर बल लागू होने पर वोल्टेज उत्पन्न करती है, इसलिए वे अल्ट्रासोनिक डिटेक्टरों के रूप में भी काम कर सकते हैं। कुछ प्रणालियाँ अलग-अलग ट्रांसमीटर और रिसीवर का उपयोग करती हैं, जबकि अन्य दोनों कार्यों को एक एकल पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसीवर में जोड़ती हैं।

अल्ट्रासाउंड ट्रांसमीटर भी गैर-पीजोइलेक्ट्रिक सिद्धांतों का उपयोग कर सकते हैं। जैसे मैग्नेटोस्ट्रिक्शन (चुंबकीय विरूपण)। चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने पर इस गुण वाली सामग्री का आकार थोड़ा बदल जाता है और व्यावहारिक ट्रांसड्यूसर बन जाता है।

कैपेसिटर ("संघनित्र") माइक्रोफोन में एक पतला डायाफ्राम होता है जो अल्ट्रासाउंड तरंगों पर प्रतिक्रिया करता है। डायफ्राम और निकट दूरी वाली बैकिंग प्लेट के बीच विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन ध्वनि संकेतों को विद्युत धाराओं में परिवर्तित करता है, जिसे बढ़ाया जा सकता है।

डायाफ्राम (या झिल्ली) सिद्धांत का उपयोग अपेक्षाकृत नए माइक्रो-मशीनयुक्त अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (एमयूटी) में भी किया जाता है। इन उपकरणों को सिलिकॉन माइक्रो-मशीनिंग प्रौद्योगिकी (एमईएमएस प्रौद्योगिकी) का उपयोग करके बनाया गया है, जो ट्रांसड्यूसर सरणियों के निर्माण के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। डायाफ्राम के कंपन को डायाफ्राम और निकटवर्ती बैकिंग प्लेट (सीएमयूटी CMUT) के बीच कैपेसिटेंस का उपयोग करके या डायाफ्राम (पीएमयूटी PMUT) पर पीजो-इलेक्ट्रिक सामग्री की एक पतली परत जोड़कर इलेक्ट्रॉनिक रूप से मापा या प्रेरित किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, हाल के शोध से पता चला है कि डायाफ्राम के कंपन को डायाफ्राम (ओएमयूएस) के अंदर एकीकृत छोटे ऑप्टिकल रिंग गुंजयमान यंत्र द्वारा मापा जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग ध्वनिक उत्तोलन में भी किया जाता है।

गहराई से ध्वनि का प्रयोग करें


इसमें ध्वनिक तरंगों को पानी में संचारित करना और उत्सर्जन और स्पंद की वापसी के बीच के समय अंतराल को रिकॉर्ड करना सम्मिलित है; पानी में ध्वनि की गति के ज्ञान के साथ-साथ उड़ान का परिणामी समय, सोनार और लक्ष्य के बीच की दूरी निर्धारित करने की अनुमति देता है। यह जानकारी सामान्यतः नेविगेशन उद्देश्यों के लिए या चार्टिंग (समुद्री चार्ट) उद्देश्यों के लिए गहराई प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाती है। दूरी को पानी में ध्वनि की गति से सिगनल के आउटगोइंग पल्स से इसकी वापसी तक आधे समय को गुणा करके मापा जाता है, जो लगभग 1.5 किलोमीटर प्रति सेकंड [T÷2×(4700 फीट प्रति सेकंड या 1.5 किलो प्रति सेकंड )] के लिए है इको साउंडिंग (प्रतिध्वनिक गहराई मापन) के सटीक अनुप्रयोग, जैसे कि हाइड्रोग्राफी (जल सर्वेक्षण), ध्वनि की गति को भी पानी में ध्वनि वेग जांच तैनात करके सामान्यतः मापा जाना चाहिए। इको साउंडिंग प्रभावी रूप से तल का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सोनार का एक विशेष प्रयोजन वाला अनुप्रयोग है। चूंकि पानी की गहराई की एक पारंपरिक पूर्व-एसआई इकाई थाह थी, इसलिए पानी की गहराई निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले उपकरण को कभी-कभी फैदोमीटर कहा जाता है। पहला व्यावहारिक फैथोमीटर हर्बर्ट ग्रोव डोरसी द्वारा आविष्कार किया गया था और 1928 में पेटेंट किया गया था।

दवा में प्रयोग


मेडिकल अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (जांच) शरीर के विभिन्न हिस्सों की क्रॉस-सेक्शनल छवियां बनाने में उपयोग के लिए विभिन्न प्रकार के आकार और आकार में आते हैं। ट्रांसड्यूसर का उपयोग त्वचा के संपर्क में किया जा सकता है, जैसा कि भ्रूण के अल्ट्रासाउंड इमेजिंग में किया जाता है, या मलाशय या योनि जैसे किसी शरीर के उद्घाटन में डाला जाता है। चिकित्सक जो अल्ट्रासाउंड-निर्देशित प्रक्रियाएं करते हैं, वे अक्सर अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को पकड़ने के लिए एक जांच स्थिति प्रणाली का उपयोग करते हैं।

अन्य मेडिकल इमेजिंग तौर-तरीकों की तुलना में, अल्ट्रासाउंड के कई फायदे हैं। यह रीयल-टाइम में छवियां प्रदान करता है, संवहन है, और इसके परिणामस्वरूप बेडसाइड पर लाया जा सकता है। यह अन्य इमेजिंग रणनीतियों की तुलना में लागत में काफी कम है और हानिकारक आयनियोजन विकिरण का उपयोग नहीं करता है। कमियों में इसके देखने के क्षेत्र में विभिन्न सीमाएँ सम्मिलित हैं, रोगी के सहयोग की आवश्यकता, रोगी की काया पर निर्भरता, हड्डी, वायु या गैसों द्वारा अस्पष्ट की गई इमेजिंग संरचनाओं में कठिनाई, [नोट 1] सामान्यतः पेशेवर प्रशिक्षण के साथ कुशल संक्रियक की आवश्यकता होती है। इन कमियों के कारण, नए पहनने योग्य अल्ट्रासाउंड कार्यान्वयन लोकप्रिय हो रहे हैं। ये लघु उपकरण लगातार महत्वपूर्ण निगरानी करते हैं और असामान्यता के शुरुआती संकेतों के उभरने पर सतर्क रहते हैं।

उद्योग में प्रयोग करें


अल्ट्रासोनिक सेंसर लक्ष्य की गति का पता लगा सकते हैं और कई स्वचालित कारखानों और प्रक्रिया संयंत्रों में उनसे दूरी को माप सकते हैं। वस्तुओं की गति का पता लगाने के लिए सेंसर में डिजिटल आउटपुट चालू या बंद हो सकता है, या दूरी के अनुपात में एक एनालॉग आउटपुट हो सकता है। वे वेब-गाइडिंग सिस्टम (वेब-मार्गदर्शक प्रणाली) के हिस्से के रूप में सामग्री के किनारे को महसूस कर सकते हैं।

कारों में पार्किंग सेंसर के रूप में अल्ट्रासोनिक सेंसर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है ताकि चालक को पार्किंग स्थानों में उलटने में सहायता मिल सके। अल्ट्रासोनिक लोगों का पता लगाने और स्वायत्त यूएवी नेविगेशन में सहायता करने सहित कई अन्य ऑटोमोटिव उपयोगों के लिए उनका परीक्षण किया जा रहा है।

क्योंकि अल्ट्रासोनिक सेंसर पता लगाने के लिए प्रकाश के बजाय ध्वनि का उपयोग करते हैं, वे उन अनुप्रयोगों में काम करते हैं जहां फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर नहीं हो सकते हैं। अल्ट्रासोनिक्स स्पष्ट वस्तु का पता लगाने और तरल स्तर माप के लिए एक बढ़िया समाधान है, ऐसे अनुप्रयोग जो फोटोइलेक्ट्रिकिटी संघर्ष करते हैं क्योंकि लक्ष्य पारभासी है। साथ ही, लक्ष्य रंग या परावर्तन अल्ट्रासोनिक सेंसर को प्रभावित नहीं करता है, जो उच्च-चमक वाले वातावरण में विश्वसनीय रूप से काम कर सकता है।

निष्क्रिय अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग उच्च दबाव वाली गैस या तरल रिसाव, या अन्य खतरनाक स्थितियों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है जो अल्ट्रासोनिक ध्वनि उत्पन्न करते हैं। इन उपकरणों में, ट्रांसड्यूसर (माइक्रोफ़ोन) से ऑडियो को नीचे की ओर मानव श्रवण सीमा में परिवर्तित किया जाता है।

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध अल्ट्रासोनिक सफाई उपकरणों में उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक उत्सर्जक का उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर एक स्टेनलेस स्टील के पैन से चिपका होता है जो विलायक (अक्सर पानी या इसोप्रोपानोल isopropanol) से भरा होता है। विद्युत वर्ग तरंग ट्रांसड्यूसर को खिलाती है, विलायक में ध्वनि पैदा करती है जो गुहिकायन का कारण बनती है।

सफाई के कई उद्देश्यों के लिए अल्ट्रासोनिक तकनीक का उपयोग किया गया है। जिनमें से जो पिछले एक दशक में अच्छी मात्रा में कर्षण प्राप्त कर रहा है, वह है अल्ट्रासोनिक गन क्लीनिंग।

विभिन्न प्रकार के स्कैन का उपयोग करके जंग, वेल्ड और भौतिक दोषों का मूल्यांकन करने के लिए अल्ट्रासोनिक परीक्षण का व्यापक रूप से धातु विज्ञान और इंजीनियरिंग में उपयोग किया जाता है।

अग्रिम पठन

 * Escolà, Alexandre; Planas, Santiago; Rosell, Joan Ramon; Pomar, Jesús; Camp, Ferran; Solanelles, Francesc; Gracia, Felip; Llorens, Jordi; Gil, Emilio (2011-02-28). "Performance of an Ultrasonic Ranging Sensor in Apple Tree Canopies". Sensors. 11 (3): 2459–2477. doi:10.3390/s110302459. ISSN 1424-8220. PMC 3231637..