आणविक इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसड्यूसर: Difference between revisions

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आणविक इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसड्यूसर (MET) एक इलेक्ट्रोकेमिकल तंत्र पर आधारित जड़त्वीय सेंसर (जिसमें एक्सेलेरोमीटर, गायरोस्कोप, झुकाव मीटर, सीस्मोमीटर और संबंधित उपकरण शामिल हैं) का एक वर्ग है।मेट्स भौतिक और रासायनिक घटनाओं को पकड़ते हैं जो हाइड्रोडायनामिक गति के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं में इलेक्ट्रोड की सतह पर होते हैं।वे एक विशेष प्रकार के इलेक्ट्रोलाइटिक सेल हैं, इसलिए मेट की गति, जो तरल इलेक्ट्रोलाइट में आंदोलन (संवहन) का कारण बनती है, को त्वरण या वेग के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल आनुपातिक में परिवर्तित किया जा सकता है।मिले सेंसर<ref>{{Cite web | url=http://www.mettechnology.com |title = MET TECHNOLOGY High-Performance Inertial Sensors}}</ref> स्वाभाविक रूप से कम शोर और संकेत के उच्च प्रवर्धन (10 के आदेश पर)<sup>6 </sup>)।
'''आणविक इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसड्यूसर''' (एमईटी) एक इलेक्ट्रोकेमिकल तंत्र पर आधारित जड़त्वीय सेंसर (जिसमें एक्सेलेरोमीटर, जाइरोस्कोप, टिल्ट मीटर, सिस्मोमीटर और संबंधित उपकरण सम्मलित हैं) का एक वर्ग है। एमईटी हाइड्रोडायनामिक गति के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं में इलेक्ट्रोड की सतह पर होने वाली भौतिक और रासायनिक घटनाओं को पकड़ते हैं। वे एक विशेष प्रकार के इलेक्ट्रोलाइटिक सेल हैं जिन्हें डिज़ाइन किया गया है जिससे की एमईटी की गति, जो तरल इलेक्ट्रोलाइट में गति (संवहन) का कारण बनती है, को त्वरण या वेग के आनुपातिक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में परिवर्तित किया जा सकता है। एमइटी सेंसर्स<ref>{{Cite web | url=http://www.mettechnology.com |title = MET TECHNOLOGY High-Performance Inertial Sensors}}</ref> में स्वाभाविक रूप से कम शोर और सिग्नल का (10<sup>6</sup> के क्रम पर) उच्च प्रवर्धन होता है।


== आणविक इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसड्यूसर का इतिहास ==
== आणविक इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसड्यूसर का इतिहास ==


मेट टेक्नोलॉजी की उत्पत्ति 1950 के दशक में हुई थी,<ref>R. M. Hurd and R. N. Lane, “Principles of Very Low Power Electrochemical Control Devices”, J. Electrochem. Soc. vol.104, p. 727 – 730 (1957).</ref><ref>I. Fusca, “Navy wants industry to share burden of solion development”, Aviation Week, vol.66, #26, p.37, 1957.</ref><ref>A. F. Wittenborn, “Analysis of a Logarithmic Solion Acoustic Pressure Detector”, J. Acoust. Soc Amer. vol.31, p. 474 (1959).</ref><ref>C. W. Larkam, “Theoretical Analysis of the Solion Polarized Cathode Acoustic Linear Transducer”, J. Acoust. Soc. Amer. vol.37, p. 664-78 (1965).</ref> जब यह पता चला कि बहुत संवेदनशील, कम-शक्ति, कम-शोर वाले डिटेक्टर और नियंत्रण उपकरणों को विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं (जिन्हें "सॉल्यूशन" के रूप में संदर्भित किया गया था, शब्द समाधान और आयनों से प्राप्त) के आधार पर बनाया जा सकता है।1970 के दशक के दौरान, अमेरिकी नौसेना और अन्य लोगों ने संवेदनशील सोनार और भूकंपीय अनुप्रयोगों के लिए सोलियन उपकरणों के विकास का समर्थन किया, और कई पेटेंट दायर किए गए।<ref>See for example US Patents 3,157,832; 3,223, 639; 3,295,028; 3,374,403; 3,377,520; 3,377,521; and 3,457,466</ref> हालांकि, शुरुआती सॉलियन उपकरणों में कई गंभीर समस्याएं थीं जैसे कि प्रजनन की कमी और खराब रैखिकता, और उपकरणों के व्यावहारिक उत्पादन को अमेरिका में छोड़ दिया गया और दशकों तक प्रगति हुई।
एमईटी प्रौद्योगिकी की उत्पत्ति 1950 के दशक में हुई थी,<ref>R. M. Hurd and R. N. Lane, “Principles of Very Low Power Electrochemical Control Devices”, J. Electrochem. Soc. vol.104, p. 727 – 730 (1957).</ref><ref>I. Fusca, “Navy wants industry to share burden of solion development”, Aviation Week, vol.66, #26, p.37, 1957.</ref><ref>A. F. Wittenborn, “Analysis of a Logarithmic Solion Acoustic Pressure Detector”, J. Acoust. Soc Amer. vol.31, p. 474 (1959).</ref><ref>C. W. Larkam, “Theoretical Analysis of the Solion Polarized Cathode Acoustic Linear Transducer”, J. Acoust. Soc. Amer. vol.37, p. 664-78 (1965).</ref> जब यह पता चला कि बहुत संवेदनशील, कम-शक्ति, कम शोर वाले डिटेक्टर और नियंत्रण उपकरण विशेष रूप से डिजाइन किए गए इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं के आधार पर बनाए जा सकते हैं ( जिन्हें "सोलिओन्स" कहा जाता था, जो विलयन और आयन शब्दों से लिया गया है)। 1970 के दशक तक, अमेरिकी नौसेना और अन्य ने संवेदनशील सोनार और भूकंपीय अनुप्रयोगों के लिए सॉलियन उपकरणों के विकास का समर्थन किया, और कई पेटेंट दायर किया गया है।<ref>See for example US Patents 3,157,832; 3,223, 639; 3,295,028; 3,374,403; 3,377,520; 3,377,521; and 3,457,466</ref> हालाँकि, शुरुआती सोलियन उपकरणों में कई गंभीर समस्याएं थीं जैसे कि पुनरुत्पादन की कमी और खराब रैखिकता, और अमेरिका में उपकरणों का व्यावहारिक उत्पादन छोड़ दिया गया और दशकों तक प्रगति धीमी रही हैं।


हालांकि, अंतर्निहित इलेक्ट्रोकेमिकल और द्रव प्रवाह गतिशील प्रक्रियाओं के मौलिक भौतिकी और गणितीय अध्ययन मुख्य रूप से रूस में जारी रहे, जहां क्षेत्र को "आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स" के रूप में जाना जाता है।<ref>N. S. Lidorenko et al., Introduction to Molecular Electronics [in Russian], Énergoatomizdat, Moscow (1985).</ref> हाल के वर्षों में गणितीय मॉडलिंग और निर्माण क्षमताओं दोनों में नाटकीय रूप से सुधार हुआ, और कई उच्च प्रदर्शन वाले मेट डिवाइस विकसित किए गए हैं।<ref>see www.mettechnology.com</ref>
हालाँकि, अंतर्निहित विद्युत रासायनिक और द्रव प्रवाह गतिशील प्रक्रियाओं का मौलिक भौतिकी और गणितीय अध्ययन मुख्य रूप से रूस में जारी रहा, जहाँ इस क्षेत्र को "आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स" के रूप में जाना जाने लगा है।<ref>N. S. Lidorenko et al., Introduction to Molecular Electronics [in Russian], Énergoatomizdat, Moscow (1985).</ref> हाल के वर्षों में गणितीय मॉडलिंग और निर्माण क्षमताओं दोनों में नाटकीय रूप से सुधार हुआ है, और कई उच्च-प्रदर्शन एमईटी डिवाइस विकसित किए गए हैं।<ref>see www.mettechnology.com</ref>
== ऑपरेशन के सिद्धांत ==
== ऑपरेशन के सिद्धांत ==


एक मेट डिवाइस के दिल में दो (या अधिक) अक्रिय इलेक्ट्रोड होते हैं, जिस पर एक प्रतिवर्ती रेडॉक्स प्रतिक्रिया होती है, जिसमें या तो धातु का चढ़ाना या गैस के विकास को शामिल नहीं किया जाता है।आमतौर पर, जलीय आयोडाइड-ट्रायोडाइड युगल का उपयोग किया जाता है:
एमईटी डिवाइस के केंद्र में दो (या अधिक) अक्रिय इलेक्ट्रोड होते हैं, जिन पर एक प्रतिवर्ती रेडॉक्स प्रतिक्रिया होती है, जिसमें धातु की परत चढ़ाना या गैस का विकास सम्मलित नहीं होता है। आमतौर पर, जलीय आयोडाइड-ट्राईआयोडाइड युगल का उपयोग किया जाता है:


3 मैं<sup>- </sup> → मैं<sub>3</sub><sup>- </up> + 2 और<sup>- </sup> एनोड प्रतिक्रिया
3 I<sup>−</sup> → I<sub>3</sub><sup>−</sup> + 2 e<sup>−</sup> एनोड प्रतिक्रिया


मैं<sub>3</sub><sup>- </up> + 2 और<sup>- </sup> → 3 i<sup>- </sup> कैथोड प्रतिक्रिया
I<sub>3</sub><sup>−</sup> + 2 e<sup>−</sup> → 3 I<sup>−</sup> कैथोड प्रतिक्रिया


जब ~ 0.2 से 0.9V की सीमा में एक वोल्टेज को इलेक्ट्रोड में लागू किया जाता है, तो ये दोनों प्रतिक्रियाएं एक निरंतर फैशन में होती हैं।थोड़े समय के बाद, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाएं ट्रायोडाइड आयनों की एकाग्रता को कम करती हैं [i<sub>3</sub><sup>कैथोड में - </sup>] और इसे एनोड पर समृद्ध करें, [i की एकाग्रता ढाल बनाएं<sub>3</sub><sup>इलेक्ट्रोड के बीच - </sup>]।जब सेल गतिहीन होता है, तो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया I के प्रसार से सीमित होती है<sub>3</sub><sup>-</sup> कैथोड (एक धीमी प्रक्रिया) के लिए, और वर्तमान कम स्थिर-राज्य मूल्य तक मर जाता है।
जब इलेक्ट्रोड पर ~ 0.2 से 0.9V की रेंज में वोल्टेज लगाया जाता है, तो ये दोनों प्रतिक्रियाएं निरंतर होती रहती हैं। थोड़े समय के बाद, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाएं कैथोड पर ट्राईआयोडाइड आयनों [I<sub>3</sub><sup>−</sup>] की सांद्रता को कम कर देती हैं और इसे एनोड पर समृद्ध कर देती हैं, जिससे इलेक्ट्रोड के बीच [I<sub>3</sub><sup>−</sup>] की सांद्रता प्रवणता बन जाती है। जब कोशिका गतिहीन होती है, तो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया कैथोड (एक धीमी प्रक्रिया) तक I<sub>3</sub><sup>−</sup> के प्रसार द्वारा सीमित होती है, और करंट कम स्थिर-अवस्था मान तक कम हो जाता है।


डिवाइस की गति इलेक्ट्रोलाइट में संवहन (सरगर्मी) का कारण बनती है।यह और अधिक लाता है<sub>3</sub><sup>- </sup> कैथोड के लिए, जो बदले में गति के लिए आनुपातिक सेल में वृद्धि का कारण बनता है।यह प्रभाव बहुत संवेदनशील है, जिसमें बहुत छोटी गति होती है, जिससे औसत दर्जे का (और कम शोर) जड़त्वीय संकेत होते हैं।
उपकरण की गति से इलेक्ट्रोलाइट में संवहन (हलचल) होता है। यह कैथोड में अधिक I<sub>3</sub><sup>−</sup> लाता है, जिसके परिणामस्वरूप गति के अनुपात में सेल धारा में वृद्धि होती है। यह प्रभाव बहुत संवेदनशील है, बेहद छोटी गतियों के कारण मापने योग्य (और कम शोर) जड़त्वीय संकेत उत्पन्न होते हैं।


व्यवहार में, अच्छे प्रदर्शन (उच्च रैखिकता, विस्तृत गतिशील रेंज, कम विरूपण, छोटे बसने का समय) के साथ एक उपकरण बनाने के लिए इलेक्ट्रोड का डिज़ाइन एक जटिल हाइड्रोडायनामिक समस्या है।
व्यवहार में, अच्छे प्रदर्शन (उच्च रैखिकता, विस्तृत गतिशील रेंज, कम विरूपण, छोटे निपटान समय) के साथ एक उपकरण बनाने के लिए इलेक्ट्रोड का डिज़ाइन एक जटिल हाइड्रोडायनामिक समस्या है।


== मेट सेंसर के फायदे ==
== एमईटी सेंसर के लाभ ==


प्रतिस्पर्धा करने वाले जड़त्वीय प्रौद्योगिकियों पर मेट सेंसर का मुख्य लाभ उनके आकार, प्रदर्शन और लागत का संयोजन है।MET सेंसर में MEMS सेंसर के करीब के आकार के आकार पर फाइबर ऑप्टिक गायरोस्कोप (FOGS) और रिंग लेजर गायरोस (RLGs) के साथ प्रदर्शन होता है, और संभावित रूप से कम लागत (उत्पादन में दसियों सैकड़ों डॉलर रेंज में)।इसके अलावा, तथ्य यह है कि उनके पास एक तरल जड़त्वीय द्रव्यमान है, जिसमें कोई चलते हुए भाग नहीं होते हैं, जो उन्हें बीहड़ और सदमे सहिष्णु बनाता है (बुनियादी उत्तरजीविता को> 20 किलोग्राम तक प्रदर्शित किया गया है);वे स्वाभाविक रूप से विकिरण भी कठिन हैं।
प्रतिस्पर्धी जड़त्वीय प्रौद्योगिकियों की तुलना में एमईटी सेंसर का मुख्य लाभ उनके आकार, प्रदर्शन और लागत का संयोजन है। एमईटी सेंसर का प्रदर्शन फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप (एफओजी) और रिंग लेजर जाइरोस (आरएलजी) के बराबर होता है, जिसका आकार एमईएमएस सेंसर के करीब और संभावित रूप से कम लागत पर (उत्पादन में दसियों से सैकड़ों डॉलर की सीमा में) होता है। इसके अलावा, तथ्य यह है कि उनके पास एक तरल जड़त्वीय द्रव्यमान है जिसमें कोई हिलने वाला भाग नहीं है, जो उन्हें मजबूत और आघात सहने योग्य बनाता है (बुनियादी उत्तरजीविता> 20 किलोग्राम तक प्रदर्शित की गई है); वे स्वाभाविक रूप से विकिरण-कठोर भी हैं।


== अनुप्रयोग ==
== अनुप्रयोग ==


MET डिवाइस के कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर, विभिन्न प्रकार के जड़त्वीय सेंसर का उत्पादन किया जा सकता है:
एमइटी डिवाइस के कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर, विभिन्न प्रकार के जड़त्वीय सेंसर का उत्पादन किया जा सकता है:
*रैखिक एक्सेलेरोमीटर
*रैखिक एक्सेलेरोमीटर
*रैखिक वेग मीटर
*रैखिक वेग मीटर
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*कोणीय त्वरक
*कोणीय त्वरक
*कोणीय दर सेंसर
*कोणीय दर सेंसर
*Gyroscopes
*जाइरोस्कोप
*Tiltmeters
*टिल्टमीटर
*दबाव ट्रांसड्यूसर
*दबाव ट्रांसड्यूसर


Revision as of 08:56, 27 June 2023

आणविक इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसड्यूसर (एमईटी) एक इलेक्ट्रोकेमिकल तंत्र पर आधारित जड़त्वीय सेंसर (जिसमें एक्सेलेरोमीटर, जाइरोस्कोप, टिल्ट मीटर, सिस्मोमीटर और संबंधित उपकरण सम्मलित हैं) का एक वर्ग है। एमईटी हाइड्रोडायनामिक गति के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं में इलेक्ट्रोड की सतह पर होने वाली भौतिक और रासायनिक घटनाओं को पकड़ते हैं। वे एक विशेष प्रकार के इलेक्ट्रोलाइटिक सेल हैं जिन्हें डिज़ाइन किया गया है जिससे की एमईटी की गति, जो तरल इलेक्ट्रोलाइट में गति (संवहन) का कारण बनती है, को त्वरण या वेग के आनुपातिक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में परिवर्तित किया जा सकता है। एमइटी सेंसर्स[1] में स्वाभाविक रूप से कम शोर और सिग्नल का (106 के क्रम पर) उच्च प्रवर्धन होता है।

आणविक इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसड्यूसर का इतिहास

एमईटी प्रौद्योगिकी की उत्पत्ति 1950 के दशक में हुई थी,[2][3][4][5] जब यह पता चला कि बहुत संवेदनशील, कम-शक्ति, कम शोर वाले डिटेक्टर और नियंत्रण उपकरण विशेष रूप से डिजाइन किए गए इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं के आधार पर बनाए जा सकते हैं ( जिन्हें "सोलिओन्स" कहा जाता था, जो विलयन और आयन शब्दों से लिया गया है)। 1970 के दशक तक, अमेरिकी नौसेना और अन्य ने संवेदनशील सोनार और भूकंपीय अनुप्रयोगों के लिए सॉलियन उपकरणों के विकास का समर्थन किया, और कई पेटेंट दायर किया गया है।[6] हालाँकि, शुरुआती सोलियन उपकरणों में कई गंभीर समस्याएं थीं जैसे कि पुनरुत्पादन की कमी और खराब रैखिकता, और अमेरिका में उपकरणों का व्यावहारिक उत्पादन छोड़ दिया गया और दशकों तक प्रगति धीमी रही हैं।

हालाँकि, अंतर्निहित विद्युत रासायनिक और द्रव प्रवाह गतिशील प्रक्रियाओं का मौलिक भौतिकी और गणितीय अध्ययन मुख्य रूप से रूस में जारी रहा, जहाँ इस क्षेत्र को "आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स" के रूप में जाना जाने लगा है।[7] हाल के वर्षों में गणितीय मॉडलिंग और निर्माण क्षमताओं दोनों में नाटकीय रूप से सुधार हुआ है, और कई उच्च-प्रदर्शन एमईटी डिवाइस विकसित किए गए हैं।[8]

ऑपरेशन के सिद्धांत

एमईटी डिवाइस के केंद्र में दो (या अधिक) अक्रिय इलेक्ट्रोड होते हैं, जिन पर एक प्रतिवर्ती रेडॉक्स प्रतिक्रिया होती है, जिसमें धातु की परत चढ़ाना या गैस का विकास सम्मलित नहीं होता है। आमतौर पर, जलीय आयोडाइड-ट्राईआयोडाइड युगल का उपयोग किया जाता है:

3 I− → I3− + 2 e− एनोड प्रतिक्रिया

I3− + 2 e− → 3 I− कैथोड प्रतिक्रिया

जब इलेक्ट्रोड पर ~ 0.2 से 0.9V की रेंज में वोल्टेज लगाया जाता है, तो ये दोनों प्रतिक्रियाएं निरंतर होती रहती हैं। थोड़े समय के बाद, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाएं कैथोड पर ट्राईआयोडाइड आयनों [I3−] की सांद्रता को कम कर देती हैं और इसे एनोड पर समृद्ध कर देती हैं, जिससे इलेक्ट्रोड के बीच [I3−] की सांद्रता प्रवणता बन जाती है। जब कोशिका गतिहीन होती है, तो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया कैथोड (एक धीमी प्रक्रिया) तक I3− के प्रसार द्वारा सीमित होती है, और करंट कम स्थिर-अवस्था मान तक कम हो जाता है।

उपकरण की गति से इलेक्ट्रोलाइट में संवहन (हलचल) होता है। यह कैथोड में अधिक I3− लाता है, जिसके परिणामस्वरूप गति के अनुपात में सेल धारा में वृद्धि होती है। यह प्रभाव बहुत संवेदनशील है, बेहद छोटी गतियों के कारण मापने योग्य (और कम शोर) जड़त्वीय संकेत उत्पन्न होते हैं।

व्यवहार में, अच्छे प्रदर्शन (उच्च रैखिकता, विस्तृत गतिशील रेंज, कम विरूपण, छोटे निपटान समय) के साथ एक उपकरण बनाने के लिए इलेक्ट्रोड का डिज़ाइन एक जटिल हाइड्रोडायनामिक समस्या है।

एमईटी सेंसर के लाभ

प्रतिस्पर्धी जड़त्वीय प्रौद्योगिकियों की तुलना में एमईटी सेंसर का मुख्य लाभ उनके आकार, प्रदर्शन और लागत का संयोजन है। एमईटी सेंसर का प्रदर्शन फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप (एफओजी) और रिंग लेजर जाइरोस (आरएलजी) के बराबर होता है, जिसका आकार एमईएमएस सेंसर के करीब और संभावित रूप से कम लागत पर (उत्पादन में दसियों से सैकड़ों डॉलर की सीमा में) होता है। इसके अलावा, तथ्य यह है कि उनके पास एक तरल जड़त्वीय द्रव्यमान है जिसमें कोई हिलने वाला भाग नहीं है, जो उन्हें मजबूत और आघात सहने योग्य बनाता है (बुनियादी उत्तरजीविता> 20 किलोग्राम तक प्रदर्शित की गई है); वे स्वाभाविक रूप से विकिरण-कठोर भी हैं।

अनुप्रयोग

एमइटी डिवाइस के कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर, विभिन्न प्रकार के जड़त्वीय सेंसर का उत्पादन किया जा सकता है:

  • रैखिक एक्सेलेरोमीटर
  • रैखिक वेग मीटर
  • भूकंपीय सेंसर
  • सीस्मोमीटर
  • कोणीय त्वरक
  • कोणीय दर सेंसर
  • जाइरोस्कोप
  • टिल्टमीटर
  • दबाव ट्रांसड्यूसर

संदर्भ

  1. ↑ "MET TECHNOLOGY High-Performance Inertial Sensors".
  2. ↑ R. M. Hurd and R. N. Lane, “Principles of Very Low Power Electrochemical Control Devices”, J. Electrochem. Soc. vol.104, p. 727 – 730 (1957).
  3. ↑ I. Fusca, “Navy wants industry to share burden of solion development”, Aviation Week, vol.66, #26, p.37, 1957.
  4. ↑ A. F. Wittenborn, “Analysis of a Logarithmic Solion Acoustic Pressure Detector”, J. Acoust. Soc Amer. vol.31, p. 474 (1959).
  5. ↑ C. W. Larkam, “Theoretical Analysis of the Solion Polarized Cathode Acoustic Linear Transducer”, J. Acoust. Soc. Amer. vol.37, p. 664-78 (1965).
  6. ↑ See for example US Patents 3,157,832; 3,223, 639; 3,295,028; 3,374,403; 3,377,520; 3,377,521; and 3,457,466
  7. ↑ N. S. Lidorenko et al., Introduction to Molecular Electronics [in Russian], Énergoatomizdat, Moscow (1985).
  8. ↑ see www.mettechnology.com
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