सेंसर: Difference between revisions

Latest revision as of 17:18, 11 September 2023

विभिन्न प्रकार के प्रकाश संवेदक

संवेदक (सेंसर) एक ऐसा उपकरण है जो किसी भौतिक घटना को संवेदन करने के उद्देश्य से एक आउटपुट सिग्नल प्रदान करता है।

व्यापक परिभाषा में, संवेदक एक उपकरण, मॉड्यूल, मशीन, या सबसिस्टम है जो अपने वातावरण में घटनाओं या परिवर्तन का पता लगाता है और जानकारी को अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स, अक्सर कंप्यूटर प्रोसेसर को भेजता है। संवेदक का उपयोग हमेशा अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ किया जाता है।

संवेदक का उपयोग रोजमर्रा की वस्तुओं में किया जाता है जैसे कि टच-सेंसिटिव एलेवेटर बटन (स्पर्श संवेदक) और लैंप जिनको आधार पर छूने से मंद या तेज रोशनी करते हैं, और असंख्य अनुप्रयोगों में, जिनमें से अधिकांश लोगों को कभी पता नहीं होता है। सूक्ष्म यंत्रों और आसानी से उपयोग करने वाले माइक्रोकंट्रोलर प्लेटफार्मों में प्रगति के साथ, संवेदकों के उपयोग का विस्तार तापमान, दबाव और प्रवाह माप के पारंपरिक क्षेत्रों से परे हो गया है,^[1] उदाहरण के लिए MARG संवेदक ।

एनालॉग संवेदक जैसे कि पोटेंशियोमीटर और फोर्स-सेंसिंग रेसिस्टर्स अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। उनके अनुप्रयोगों में विनिर्माण और मशीनरी, हवाई जहाज और एयरोस्पेस, कार, चिकित्सा, रोबोटिक्स और हमारे दिन-प्रतिदिन के जीवन के कई अन्य पहलू शामिल हैं। अन्य संवेदक की एक विस्तृत श्रृंखला है जो सामग्रियों के रासायनिक और भौतिक गुणों को मापती है, जिसमें अपवर्तक सूचकांक माप के लिए ऑप्टिकल संवेदक, द्रव चिपचिपापन माप के लिए कंपन संवेदक, और तरल पदार्थ के पीएच की निगरानी के लिए इलेक्ट्रो-रासायनिक संवेदक शामिल हैं।

संवेदक की संवेदनशीलता इंगित करती है कि इसका आउटपुट कितना बदलता है जब इनपुट मात्रा में परिवर्तन होता है। उदाहरण के लिए, यदि थर्मामीटर में पारा 1 cm चढ़ता है तब तापमान 1° C से बदल जाता है, तो इसकी संवेदनशीलता 1cm/° C है (यह मूल रूप से $dy/dx$ ढलान है, रैखिक विशेषता मानते हुए)। कुछ संवेदक, वे क्या मापते हैं उसको भी प्रभावित कर सकते हैं; उदाहरण के लिए, जब कमरे के तापमान पर थर्मामीटर को गर्म तरल वाले कप में डाला गया, वह तरल को ठंडा करता है जबकि तरल थर्मामीटर को गर्म करता है। संवेदक आमतौर पर मापने वाली वस्तु पर बहुत छोटा प्रभाव डालने के लिए डिज़ाइन किया जाता है; संवेदक को छोटा बनाने से अक्सर इसमें सुधार होता है और यह अन्य लाभों का परिचय दे सकता है।^[2]

तकनीकी प्रगति अधिक से अधिक संवेदकों को सूक्ष्म पैमाने उत्पादन की अनुमति देती है, जैसे एम्येआरजी तकनीक। ज्यादातर मामलों में, सूक्ष्मसंवेदक वृहत दृष्टिकोणों की तुलना में काफी तेज मापन और उच्च संवेदनशीलता दर्शाता है।^[2]^[3] आज की दुनिया में तेजी से, सस्ती और विश्वसनीय जानकारी के लिए बढ़ती मांग के कारण, सुलभ संवेदक, कम समय या एक ही बार मापन के लिए, कम-लागत और आसान उपयोग करने वाले उपकरणों का महत्व बढ़ रहा है। संवेदक के इस वर्ग का उपयोग करते हुए, महत्वपूर्ण विश्लेषणात्मक जानकारी किसी के द्वारा, कहीं भी और किसी भी समय, पुनर्गणना और संदूषण की चिंता के बिना प्राप्त की जा सकती है।^[4]

माप त्रुटियों का वर्गीकरण

File:Infrared Transceiver Circuit.jpg

एक अवरक्त संवेदक

अच्छा संवेदक निम्नलिखित नियमों का पालन करता है:^[4]

यह मापन की जाने वाली वस्तु के प्रति संवेदनशील होता है
यह किसी भी अन्य वस्तु के लिए असंवेदनशील है जिसके इसके विनियोग में सम्लित होने की संभावना है, और
यह मापन की जाने वाली वस्तु को प्रभावित नहीं करता है।

अधिकांश संवेदक में रैखिक हस्तांतरण फलन होता है। संवेदनशीलता (इलेक्ट्रॉनिक्स) को,आउटपुट सिग्नल और मापन की जाने वाली वस्तु के बीच के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि संवेदक तापमान को मापता है और वोल्टेज आउटपुट होता है, तो संवेदनशीलता [v/k] इकाइ के साथ एक स्थिर अंक है। संवेदनशीलता स्थानांतरण फलन की ढलान है। संवेदक के विद्युत आउटपुट (उदाहरण के लिए v) को मापन योग्य इकाइयों में परिवर्तित करने के लिए (उदाहरण के लिए k) विद्युत आउटपुट को ढलान द्वारा विभाजित करने की आवश्यकता होती है (या इसके पारस्परिक द्वारा गुणा करना)। इसके अलावा, एक ऑफसेट को अक्सर जोड़ा या घटाया जाता है। उदाहरण के लिए, −40 को आउटपुट में जोड़ा जाना चाहिए यदि 0 V आउटपुट −40 C इनपुट से मेल खाता है।

एनालॉग संवेदक सिग्नल को संसाधित करने, या डिजिटल उपकरणों में उपयोग करने के लिए, इसे एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर का उपयोग करके डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है।

संवेदक विचलन

चूंकि संवेदक एक आदर्श हस्तांतरण फलन को दोहरा नहीं सकते हैं, इसलिए कई प्रकार के विचलन हो सकते हैं जो संवेदक सटीकता को सीमित करते हैं:

चूंकि आउटपुट सिग्नल की सीमा हमेशा सीमित होती है, इसलिए आउटपुट सिग्नल अंततः न्यूनतम या अधिकतम सीमा तक पहुंच जाएगा जब मापन की जाने वाली वस्तु सीमा से अधिक हो जाती है। पूर्ण पैमाने की सीमा मापन की जाने वाली वस्तु के अधिकतम और न्यूनतम मूल्यों को परिभाषित करती है।^{[citation needed]}
संवेदनशीलता व्यवहार में निर्दिष्ट मूल्य से भिन्न हो सकती है। इसे संवेदनशीलता त्रुटि कहा जाता है। यह रैखिक हस्तांतरण फलन के ढलान में एक त्रुटि है।
यदि आउटपुट सिग्नल सही मूल्य से स्थिर मान द्वारा भिन्न होता है, तो संवेदक में ऑफसेट त्रुटि या पूर्वाग्रह होता है। यह रैखिक हस्तांतरण फलन के y- अवरोधन में एक त्रुटि है।
गैर-रैखिकता एक सीधी रेखा स्थानांतरण फलन से सेंसर के स्थानांतरण फलन का विचलन है। आमतौर पर, यह उस राशि से परिभाषित होता है जो आउटपुट संवेदक की पूरी सीमा पर आदर्श व्यवहार से भिन्न होता है, जिसे अक्सर पूर्ण सीमा के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है।
समय के साथ मापन की जाने वाली वस्तु के तेजी से परिवर्तन के कारण विचलन गतिशील त्रुटि है। अक्सर, इस व्यवहार को आवधिक इनपुट सिग्नल की आवृत्ति के एक फलन के रूप में संवेदनशीलता त्रुटि और चरण शिफ्ट दिखाते हुए बोड प्लॉट के साथ वर्णित किया जाता है।
यदि आउटपुट सिग्नल धीरे -धीरे मापन की जाने वाली वस्तु से स्वतंत्र रूप से बदलता है, तो इसे ड्रिफ्ट के रूप में परिभाषित किया जाता है। महीनों या वर्षों में दीर्घकालिक ड्रिफ्ट संवेदक में शारीरिक परिवर्तन के कारण होता है।
शोर संकेत का एक यादृच्छिक विचलन है जो समय के साथ बदलता है।
हिस्टैरिसीस त्रुटि के कारण पिछले इनपुट मानों के आधार पर आउटपुट मान अलग -अलग हो जाती है। यदि किसी संवेदक का आउटपुट इस बात पर निर्भर करता है कि क्या इनपुट को कम या ज्यादा करके एक विशिष्ट इनपुट मूल्य तक पहुंच गया था, तो संवेदक में हिस्टैरिसीस त्रुटि होती है।
यदि संवेदक में डिजिटल आउटपुट होता है, तो आउटपुट अनिवार्य रूप से मापन की जाने वाली वस्तु का अनुमान है। इस त्रुटि को परिमाणीकरण (सिग्नल प्रोसेसिंग) त्रुटि भी कहा जाता है।
यदि सिग्नल को डिजिटल रूप से मॉनिटर किया जाता है, तो नमूनाकरण आवृत्ति, गतिशील त्रुटि का कारण बन सकती है, या यदि इनपुट चर या जोड़ा गया शोर समय -समय पर एक आवृत्ति पर एक आवृत्ति में परिवर्तन दर के कई के पास बदलता है, तो अलियासिंग त्रुटियां हो सकती हैं।
संवेदक कुछ हद तक मापन की जाने वाली वस्तु के अलावा अन्य गुणों के प्रति संवेदनशील हो सकता है। उदाहरण के लिए, अधिकांश संवेदक उनके पर्यावरण के तापमान से प्रभावित होते हैं।

इन सभी विचलन को व्यवस्थित त्रुटियों या यादृच्छिक त्रुटियों के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। व्यवस्थित त्रुटियों को कभी-कभी किसी प्रकार की अंशांकन रणनीति के माध्यम से मुआवजा दिया जा सकता है। शोर एक यादृच्छिक त्रुटि है जिसे सिग्नल प्रोसेसिंग द्वारा कम किया जा सकता है, जैसे कि फ़िल्टरिंग, आमतौर पर संवेदक के गतिशील व्यवहार की कीमत पर।

रिज़ॉल्यूशन

संवेदक रिज़ॉल्यूशन या माप रिज़ॉल्यूशन सबसे छोटा परिवर्तन है जिसे उस मात्रा में पता लगाया जा सकता है जिसे मापा जा रहा है। डिजिटल आउटपुट के साथ संवेदक का रिज़ॉल्यूशन आमतौर पर डिजिटल आउटपुट का संख्यात्मक रिज़ॉल्यूशन होता है। रिज़ॉल्यूशन मापन करने की सटीकता से संबंधित है, लेकिन वे एक ही चीज नहीं हैं। संवेदक की सटीकता इसके रिज़ॉल्यूशन से काफी बदतर हो सकती है।

उदाहरण के लिए, 'डिस्टेंस रिज़ॉल्यूशन' न्यूनतम दूरी है जिसे, दूरी मापने वाले उपकरणों द्वारा सटीक रूप से मापा जा सकता है। समय-उड़ान कैमरे में, दूरी रिज़ॉल्यूशन आमतौर पर लंबाई की इकाई में व्यक्त सिग्नल के मानक विचलन (कुल शोर) के बराबर होता है।
संवेदक कुछ हद तक मापन की जाने वाली वस्तु के अलावा अन्य गुणों के प्रति संवेदनशील हो सकता है। उदाहरण के लिए, अधिकांश संवेदक उनके पर्यावरण के तापमान से प्रभावित होते हैं।

रासायनिक संवेदक

रासायनिक संवेदक एक स्व-निहित विश्लेषणात्मक उपकरण है जो अपने पर्यावरण की रासायनिक संरचना, यानी तरल या गैस अवस्था के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है।^[5]^[6] जानकारी मापन योग्य भौतिक संकेत के रूप में प्रदान की जाती है जो कुछ रासायनिक प्रजातियों ( दूसरे शब्द में अनलिटे ) की सांद्रता के साथ सहसंबद्ध है। रासायनिक संवेदक के कामकाज में दो मुख्य चरण शामिल हैं, अर्थात्, रिकग्निशन और ट्रांसडक्शन। रिकग्निशन चरण में अनलिटे अणु, रिसेप्टर या संवेदक के रिकग्निशन तत्व की संरचना में शामिल साइटों के साथ चुनिंदा रूप से बातचीत करते हैं। नतीजतन, विशिष्ट भौतिक राशी भिन्न बदलती है और यह भिन्नता एक एकीकृत ट्रांसड्यूसर के माध्यम से रिपोर्ट की जाती है जो आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करता है। जैविक प्रकृति की रिकग्निशन सामग्री पर आधारित रासायनिक संवेदक एक बायोसंवेदक है। हालांकि, जैसा कि सिंथेटिक बायोमिमेटिक सामग्री कुछ हद तक मान्य बायोमैटिरियल्स के लिए स्थानापन्न करने जा रही है, बायोसंवेदक और मानक रासायनिक संवेदक के बीच अत्यधिक भेद निरर्थक है। संवेदक विकास में उपयोग की जाने वाली विशिष्ट बायोमिमेटिक सामग्री आणविक रूप से अंकित पॉलिमर और एप्टामर्स हैं।^[7]

बायोसंवेदक

बायोमेडिसिन और बायोटेक्नोलॉजी में कोशिकाएं, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड या बायोमिमेटिक पॉलिमर जैसे जैविक पदार्थों को बायोसंवेदक कहा जाता है, जो अनलिटे का पता लगाते हैं। जबकि जैविक विश्लेषणों के लिए गैर-जैविक संवेदक, यहां तक कि कार्बनिक (कार्बन रसायन विज्ञान), संवेदक या नैनोसंवेदक के रूप में जाना जाता है। यह शब्दावली इन-विट्रो और विवो अनुप्रयोगों दोनों के लिए लागू होती है। बायोसंवेदक में जैविक घटक का एनकैप्सुलेशन, थोड़ी अलग समस्या प्रस्तुत करता है जो साधारण संवेदक;यह या तो एक सेमीपर्मेबल झिल्ली के माध्यम से किया जा सकता है, जैसे कि डायलिसिस (रसायन विज्ञान) झिल्ली या एक हाइड्रोजेल, या एक 3 डी बहुलक मैट्रिक्स, जो या तो शारीरिक रूप से संवेदनशील मैक्रोमोलेक्यूल को बाधित करता है या रासायनिक रूप से मैक्रोमोलेक्यूल को स्कैफोल्ड से बांधकर कसता है।

न्यूरोमॉर्फिक संवेदक

न्यूरोमॉर्फिक संवेदक ऐसे संवेदक हैं जो शारीरिक रूप से संरचनाओं और जैविक तंत्रिका संस्थाओं के कार्यों की नकल करते हैं।^[8] इसका एक उदाहरण ईवेंट कैमरा है।

एमओएस (MOS) संवेदक

मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर (एमवोएस) तकनीक मॉस्फेट (एमवोएस फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, या एमवोएस ट्रांजिस्टर) से उत्पन्न होती है, जिसका आविष्कार 1959 में मोहम्मद एम अटला और डावन काहंग द्वारा किया गया था, और 1960 में प्रदर्शित किया गया था।^[9] मॉस्फेट संवेदक (एमवोएस संवेदक) बाद में विकसित किए गए थे, और तब से वे भौतिकी, रसायन, जैविक और पर्यावरणीय घटकों को मापने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए गए हैं।^[10]

जैव रासायनिक संवेदक

भौतिकी, रसायन विज्ञान, जैविक और पर्यावरणीय घटकों को मापने के लिए कई मॉस्फेट संवेदक विकसित किए गए हैं।^[10]सबसे पहले मॉस्फेट संवेदक में 1970 में जोहानसेन द्वारा पेश किए गए ओपन-गेट फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (ओजीएफईटी) शामिल हैं,^[10]आयन-संवेदनशील क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (आईएसएफईटी) का आविष्कार 1970 में पीट बर्गवेल्ड द्वारा किया गया था,^[11] एडसोप्शन क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एडीएफईटी) का पी.एफ. कॉक्स ने 1974 में पेटेंट कराया, और हाइड्रोजन-संवेदनशील मॉस्फेट का आई लंडस्ट्रॉम, एम.एस. शिवरमन, सी.एस. स्वेन्सन और एल लुंडकविस्ट ने 1975 में डेमोंस्ट्रेटे किया।^[10]आईएसएफईटी एक निश्चित दूरी पर एक गेट के साथ एक विशेष प्रकार का मॉस्फेट है,^[10]और जहां धातु के गेट को आयन-संवेदनशील झिल्ली, इलेक्ट्रोलाइट समाधान और संदर्भ इलेक्ट्रोड द्वारा बदल दिया जाता है।^[12] आईएसएफईटी का उपयोग व्यापक रूप से बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि डीएनए संकरण का पता लगाना, रक्त से बायोमार्कर का पता लगाना, एंटीबॉडी का पता लगाने, ग्लूकोज माप, पीएच संवेदन और आनुवंशिक प्रौद्योगिकी।

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