बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर: Difference between revisions

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{{short description|Component used in mechanical computers}}{{More citations needed|date=November 2022}}[[Image:Harmonic analyser disc and sphere.jpg|thumb|right|[[लॉर्ड केल्विन]] के ज्वारीय कैलकुलेटर पर कई बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर्स का उपयोग किया गया था। बेलनाकार आउटपुट शाफ्ट, बॉल और इनपुट डिस्क स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं। शीर्ष पर दिखाई देने वाले रैक के साथ गेंदों को बाईं या दाईं ओर ले जाकर अनुपात बदल दिया जाता है।]]'''बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर''' कई उन्नत [[ यांत्रिक कंप्यूटर |यांत्रिक कंप्यूटरों]] का एक प्रमुख घटक है। सरल यांत्रिक साधनों के माध्यम से, यह किसी इनपुट के मूल्य का निरंतर एकीकरण करता है। विशिष्ट उपयोग औद्योगिक सेटिंग्स में क्षेत्र या सामग्री की मात्रा का माप, जहाजों पर रेंज-कीपिंग सिस्टम और टैकोमेट्रिक बमसाइट्स थे। [[वन्नेवर बुश]] द्वारा [[टॉर्क एम्पलीफायर]] को सम्मिलित करने से 1930 और 1940 के दशक के [[विभेदक विश्लेषक]] का निर्माण हुआ।
{{short description|Component used in mechanical computers}}{{More citations needed|date=November 2022}}[[Image:Harmonic analyser disc and sphere.jpg|thumb|right|[[लॉर्ड केल्विन]] के ज्वारीय गणना पर कई बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर का उपयोग किया गया था। बेलनाकार आउटपुट शाफ्ट, बॉल और इनपुट डिस्क स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं। शीर्ष पर दिखाई देने वाले रैक के साथ बॉल को बाईं या दाईं ओर ले जाकर अनुपात परिवर्तित कर दिया जाता है।]]'''बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर''' कई विकसित [[ यांत्रिक कंप्यूटर |यांत्रिक कंप्यूटरों]] का एक प्रमुख उपकरण है। सरल यांत्रिक साधनों के माध्यम से यह किसी इनपुट के मान का निरंतर एकीकरण करता है। इसका विशिष्ट उपयोग औद्योगिक क्षेत्र या सामग्री की मात्रा की माप, जहाजों पर रेंज-कीपिंग सिस्टम और घूर्णन वेगमापी बमसाइट्स मे किया जाता है। [[वन्नेवर बुश]] द्वारा [[टॉर्क एम्पलीफायर]] को सम्मिलित करने से 1930 और 1940 के दशक के [[विभेदक विश्लेषक|अंतरात्मक विश्लेषक]] नामक उपकरण का निर्माण हुआ था।


==विवरण और संचालन==
==विवरण और संचालन==
मूल तंत्र में दो इनपुट और एक आउटपुट होते हैं। पहला इनपुट एक घूमने वाली डिस्क है, जो आम तौर पर विद्युत चालित होती है, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह एक निश्चित दर पर घूमती है, किसी प्रकार के गवर्नर का उपयोग करती है। दूसरा इनपुट एक चल गाड़ी है जो अपने त्रिज्या के साथ इनपुट डिस्क के खिलाफ असर रखती है। बियरिंग डिस्क से आउटपुट शाफ्ट तक गति स्थानांतरित करता है। आउटपुट शाफ्ट की धुरी गाड़ी की पटरियों के समानांतर उन्मुख होती है। जैसे ही गाड़ी स्लाइड करती है, बेयरिंग डिस्क और आउटपुट दोनों के संपर्क में रहती है, जिससे एक को दूसरे को चलाने की अनुमति मिलती है।
मूल यांत्रिकी में एक आउटपुट और दो इनपुट होते हैं। पहला इनपुट एक घूमने वाली डिस्क है, जो सामान्यतः विद्युत चालित होती है और यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह एक निश्चित दर पर घूमती है और एक प्रकार के नियंत्रक का उपयोग करती है। दूसरा इनपुट एक गतिमान कुंडल की तरह है जो अपने त्रिज्या के साथ इनपुट डिस्क के विपरीत प्रभावित होती है। जिसमे बियरिंग डिस्क आउटपुट शाफ्ट तक गति स्थानांतरित करती है। आउटपुट शाफ्ट की धुरी रेलगाड़ी की पटरियों के समानांतर उन्मुख होती है। जैसे ही गाड़ी स्लाइड करती है तब बेयरिंग डिस्क और आउटपुट दोनों के संपर्क में रहती है, जिससे एक से दूसरे को संचालन की स्वीकृति प्राप्त होती है।


आउटपुट शाफ्ट की स्पिन दर गाड़ी के विस्थापन द्वारा नियंत्रित होती है; यह "एकीकरण" है। जब बियरिंग डिस्क के केंद्र में स्थित होती है, तो कोई शुद्ध गति प्रदान नहीं की जाती है; आउटपुट शाफ्ट स्थिर रहता है। जैसे ही गाड़ी बेयरिंग को केंद्र से दूर और डिस्क के किनारे की ओर ले जाती है, बेयरिंग और इस प्रकार आउटपुट शाफ्ट तेजी से घूमना प्रारम्भ कर देता है। प्रभावी रूप से, यह असीमित परिवर्तनशील गियर अनुपात के साथ दो गियर की एक प्रणाली है; जब बेयरिंग डिस्क के केंद्र के करीब होती है, तो अनुपात कम (या शून्य) होता है और जब बेयरिंग किनारे के करीब होती है, तो यह अधिक होता है।
आउटपुट शाफ्ट की स्पिन दर रेलगाड़ी के विस्थापन द्वारा नियंत्रित होती है और जब बियरिंग डिस्क के केंद्र में स्थित होती है, तो कोई शुद्ध गति प्रदान नहीं की जाती है जिससे आउटपुट शाफ्ट स्थिर रहता है। जैसे ही रेलगाड़ी बेयरिंग को केंद्र से दूर और डिस्क के किनारे की ओर ले जाती है तब बेयरिंग मे इस प्रकार के आउटपुट शाफ्ट तीव्रता से घूमना प्रारम्भ कर देते है। सामान्यतः यह असीमित परिवर्तनशील गियर अनुपात के साथ दो गियर की एक प्रणाली है। जब बेयरिंग डिस्क केंद्र के निकट होती है, तो अपेक्षाकृत अनुपात कम या शून्य होता है और जब बेयरिंग डिस्क किनारे के निकट होती है, तो यह अनुपात अधिक होता है।


बेयरिंग के विस्थापन की दिशा के आधार पर आउटपुट शाफ्ट आगे या पीछे घूम सकता है; यह एक इंटीग्रेटर के लिए एक उपयोगी संपत्ति है।
बेयरिंग के विस्थापन की दिशा के आधार पर आउटपुट शाफ्ट आगे या पीछे घूम सकता है। यह इंटीग्रेटर के लिए एक उपयोगी विशेषता है।


एक उदाहरण प्रणाली पर विचार करें जो स्लुइस के माध्यम से बहने वाले पानी की कुल मात्रा को मापती है: एक फ्लोट इनपुट कैरिज से जुड़ा होता है ताकि पानी के स्तर के साथ बीयरिंग ऊपर और नीचे चलती रहे। जैसे ही पानी का स्तर बढ़ता है, बेयरिंग को इनपुट डिस्क के केंद्र से दूर धकेल दिया जाता है, जिससे आउटपुट की रोटेशन दर बढ़ जाती है। आउटपुट शाफ्ट के घुमावों की कुल संख्या की गणना करके (उदाहरण के लिए, [[ओडोमीटर]]-प्रकार के उपकरण के साथ), और स्लुइस के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र से गुणा करके, मीटर के पिछले हिस्से में बहने वाले पानी की कुल मात्रा निर्धारित की जा सकती है।
एक उदाहरण प्रणाली पर विचार करें जो स्लुइस के माध्यम से प्रवाहित पानी की कुल मात्रा को मापती है जो एक फ्लोट इनपुट गाड़ी से संबद्ध होती है ताकि पानी के स्तर के साथ बीयरिंग ऊपर और नीचे चलती रहे। जैसे ही पानी का स्तर बढ़ता है, बेयरिंग को इनपुट डिस्क के केंद्र से दूर दिया जाता है, जिससे आउटपुट की घूर्णन दर बढ़ जाती है। आउटपुट शाफ्ट के घूर्णन की कुल संख्या की गणना करके (उदाहरण के लिए [[ओडोमीटर]] उपकरण के साथ) और स्लुइस के अंतः वर्ग क्षेत्र से गुणा करके मीटर के पिछले भाग में प्रवाहित पानी की कुल मात्रा निर्धारित की जा सकती है।


==इतिहास==
==इतिहास==


===आविष्कार और प्रारंभिक उपयोग===
===आविष्कार और प्रारंभिक उपयोग===
बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर की मूल अवधारणा का वर्णन सबसे पहले विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन के भाई जेम्स थॉमसन द्वारा किया गया था। विलियम ने 1886 में हार्मोनिक एनालाइज़र बनाने के लिए इस अवधारणा का उपयोग किया था। इस प्रणाली का उपयोग गेंदों की स्थिति के रूप में डायल किए गए इनपुट का प्रतिनिधित्व करने वाली फूरियर श्रृंखला के गुणांक की गणना करने के लिए किया गया था। अध्ययन किए जा रहे किसी भी बंदरगाह से ज्वार की ऊंचाई मापने के लिए इनपुट सेट किए गए थे। फिर आउटपुट को एक समान मशीन, हार्मोनिक सिंथेसाइज़र में डाला गया, जो सूर्य और चंद्रमा के योगदान के चरण का प्रतिनिधित्व करने के लिए कई पहियों को घुमाता था। पहियों के शीर्ष पर चलने वाले एक तार ने अधिकतम मान लिया, जो एक निश्चित समय में बंदरगाह में ज्वार का प्रतिनिधित्व करता था।{{sfn|Girvan|2003}} थॉमसन ने अंतर समीकरणों को हल करने के तरीके के रूप में उसी प्रणाली का उपयोग करने की संभावना का उल्लेख किया, लेकिन यह महसूस किया कि इंटीग्रेटर से आउटपुट टॉर्क पॉइंटर्स के आवश्यक डाउनस्ट्रीम सिस्टम को चलाने के लिए बहुत कम था।{{sfn|Girvan|2003}}
बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर की मूल अवधारणा का वर्णन सबसे पहले विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन के भाई जेम्स थॉमसन द्वारा किया गया था। विलियम ने 1886 में हार्मोनिक एनालाइज़र बनाने के लिए इस अवधारणा का उपयोग किया था। इस प्रणाली का उपयोग बॉल की स्थिति के रूप में डायल किए गए इनपुट का प्रतिनिधित्व करने वाली फूरियर श्रृंखला के गुणांक की गणना करने के लिए किया गया था। अध्ययन किए जा रहे किसी भी बंदरगाह से ज्वार की ऊंचाई मापने के लिए इनपुट किए गए थे। फिर आउटपुट को एक समान मशीन, हार्मोनिक सिंथेसाइज़र में डाला गया था जो सूर्य और चंद्रमा के योग के चरण का प्रतिनिधित्व करने के लिए कई पहियों को घुमाता था। पहियों के शीर्ष पर चलने वाले एक तार ने अधिकतम मान लिया, जो एक निश्चित समय में बंदरगाह में ज्वार का प्रतिनिधित्व करता था।{{sfn|Girvan|2003}} थॉमसन ने अवकल समीकरणों को हल करने के रूप में उसी प्रणाली का उपयोग करने की संभावना का उल्लेख किया है लेकिन यह अनुभव किया कि इंटीग्रेटर से आउटपुट टॉर्क पॉइंटर्स के आवश्यक डाउनस्ट्रीम सिस्टम को चलाने के लिए अपेक्षाकृत बहुत कम था।{{sfn|Girvan|2003}}


इसी तरह की कई प्रणालियों का अनुसरण किया गया, विशेष रूप से [[लियोनार्डो टोरेस क्यूवेडो]] की, जो एक स्पेनिश भौतिक विज्ञानी थे, जिन्होंने बहुपदों की वास्तविक और जटिल जड़ों को हल करने के लिए कई मशीनें बनाईं<ref name="Thomas2008">F. Thomas. ''[http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.81.7754 A Short Account on Leonardo Torres ’ Endless Spindle] ,'' Mechanism and Machine Theory, Vol.43, No.8, pp.1055-1063, 2008.</ref> और माइकलसन और स्ट्रैटन, जिनके हार्मोनिक विश्लेषक ने फूरियर विश्लेषण किया, लेकिन एक सरणी का उपयोग करके केल्विन इंटीग्रेटर्स के बजाय 80 स्प्रिंग्स। इस कार्य से फूरियर प्रतिनिधित्व में असंततता के निकट ओवरशूट की गिब्स घटना की गणितीय समझ विकसित हुई।{{sfn|Girvan|2003}}
इसी प्रकार की कई प्रणालियों का अनुसरण किया गया है जिसमे विशेष रूप से [[लियोनार्डो टोरेस क्यूवेडो]] की एक प्रणाली सम्मिलित है जो एक स्पेनिश भौतिक विज्ञानी थे, जिन्होंने बहुपदों की वास्तविक और समिश्र वर्गमूलों को हल करने के लिए कई उपकरण बनाए है।<ref name="Thomas2008">F. Thomas. ''[http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.81.7754 A Short Account on Leonardo Torres ’ Endless Spindle] ,'' Mechanism and Machine Theory, Vol.43, No.8, pp.1055-1063, 2008.</ref> जिसका माइकलसन और स्ट्रैटन ने हार्मोनिक विश्लेषक से फूरियर विश्लेषण किया है लेकिन केल्विन इंटीग्रेटर के अतिरिक्त 80 स्प्रिंग्स की एक श्रृंखला का उपयोग किया है। इस कार्य से फूरियर प्रतिनिधित्व में असंततता के निकट ओवरशूट की गिब्स घटना की गणितीय समझ विकसित हुई है।{{sfn|Girvan|2003}}


===सैन्य कंप्यूटर===
===सैन्य कंप्यूटर===
20वीं सदी के अंत तक, नौसैनिक जहाज़ों पर क्षितिज से अधिक दूरी तक बंदूकें स्थापित करना प्रारम्भ कर दिया गया था। इस प्रकार की दूरियों पर, टावरों में स्पॉटर्स आंखों से रेंज का सटीक अनुमान नहीं लगा सकते थे, जिससे और अधिक जटिल रेंज फाइंडिंग सिस्टम की शुरुआत हुई। इसके अतिरिक्त, बंदूकधारी अब सीधे अपने स्वयं के शॉट के गिरने का पता नहीं लगा सकते थे, ऐसा करने के लिए वे स्पॉटर्स पर निर्भर रहते थे और यह जानकारी उन्हें देते थे। उसी समय जहाजों की गति बढ़ रही थी, 1906 में [[एचएमएस ड्रेडनॉट (1906)|एचएमएस ड्रेडनॉट]] की प्रारम्भ के समय सामूहिक रूप से 20 समुद्री मील की बाधा को लगातार तोड़ना। सूचना प्रवाह और गणना को प्रबंधित करने के लिए केंद्रीकृत अग्नि नियंत्रण का पालन किया गया, लेकिन फायरिंग की गणना की गई बहुत जटिल और त्रुटि प्रवण सिद्ध हुआ।
20वीं शताब्दी के अंत तक नौसैनिक जहाज़ों पर क्षितिज से अधिक दूरी तक बंदूकों को स्थापित करना प्रारम्भ कर दिया गया था। इस प्रकार की दूरियों पर टावरों में स्पॉटर्स का आंखों से सही दूरी का अनुमान नहीं लगा सकते थे, जिससे और अधिक जटिल दूरी खोजने वाले सिस्टम का विकास हुआ। इसके अतिरिक्त बंदूकधारी अब सीधे अपने स्वयं के शॉट के गिरने का पता नहीं लगा सकते थे। ऐसा करने के लिए वे स्पॉटर्स पर निर्भर रहते थे और यह जानकारी उन्हें देते थे। उसी समय जहाजों की गति बढ़ रही थी, 1906 में [[एचएमएस ड्रेडनॉट (1906)|एचएमएस ड्रेडनॉट]] के प्रारम्भ के समय सामूहिक रूप से 20 समुद्री मील की बाधा को निरंतर सूचना प्रवाह और गणना को प्रबंधित करने के लिए केंद्रीकृत अग्नि नियंत्रण उपकरण का उपयोग किया गया था लेकिन फायरिंग की गणना बहुत जटिल और त्रुटि प्रवण सिद्ध हुई थी।


समाधान ड्रेयर टेबल था, जिसमें जहाज के सापेक्ष लक्ष्य की गति की तुलना करने के तरीके के रूप में एक बड़े बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर का उपयोग किया गया था, और इस प्रकार इसकी सीमा और गति की गणना की गई थी। आउटपुट कागज के एक रोल के लिए था। पहला सिस्टम 1912 के आसपास पेश किया गया था और 1914 में स्थापित किया गया था। समय के साथ, ड्रेयर सिस्टम ने हवा के प्रभावों को हल करने, जहाजों की गति के आधार पर स्पष्ट और वास्तविक हवा की गति और दिशा के बीच सुधार और इसी तरह की गणना के लिए अधिक से अधिक कैलकुलेटर जोड़े। 1918 के बाद जब मार्क वी सिस्टम को बाद के जहाजों पर स्थापित किया गया, तब तक सिस्टम को 50 लोग एक साथ संचालित कर रहे थे।
इसका समाधान ड्रेयर-टेबल था जिसमें जहाज के सापेक्ष लक्ष्य की गति की तुलना करने और इस प्रकार उसकी सीमा और गति की गणना करने के लिए एक बड़े बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर का उपयोग किया गया था।  जिसमे आउटपुट पेपर के एक रोल के लिए था। पहला सिस्टम 1912 के आसपास प्रस्तुत किया गया था और 1914 में स्थापित किया गया था। समय के साथ ड्रेयर सिस्टम ने जहाजों की गति और इसी प्रकार की गणनाओं के आधार पर स्पष्ट और वास्तविक वायु की गति और दिशा के बीच वायु के सुधार के प्रभावों को हल करने के लिए अधिक से अधिक गणना की। 1918 के बाद जब मार्क-वी सिस्टम को बाद के जहाजों पर स्थापित किया गया था तब तक सिस्टम को 50 लोग एक साथ संचालित कर रहे थे।


इसी तरह के उपकरण जल्द ही अन्य नौसेनाओं और अन्य भूमिकाओं के लिए दिखाई दिए। [[अमेरिकी नौसेना]] ने कुछ हद तक सरल उपकरण का उपयोग किया जिसे [[रेंजकीपर]] के नाम से जाना जाता है, लेकिन समय के साथ इसमें भी निरंतर संशोधन देखा गया और अंततः यूके संस्करणों के बराबर या अधिक परिष्कार की प्रणाली में बदल गया। एक समान कैलकुलेटर ने [[टारपीडो डेटा कंप्यूटर]] का आधार बनाया, जिसने टारपीडो आग के बहुत लंबे जुड़ाव समय की अधिक मांग वाली समस्या को हल किया।
इसी प्रकार के उपकरण शीघ्र ही अन्य नौसेनाओं और अन्य भूमिकाओं के लिए दिखाई दिए। [[अमेरिकी नौसेना]] ने कुछ स्थिति तक सरल उपकरण का उपयोग किया था जिसे [[रेंजकीपर]] के नाम से जाना जाता है, लेकिन समय के साथ इसमें भी निरंतर संशोधन देखा गया और अंततः अमेरिकी संस्करणों के बराबर या अधिक सामान्य सिस्टम में परिवर्तित कर दिया गया था। एक समान गणना ने [[टारपीडो डेटा कंप्यूटर]] का आधार बनाया था। जिसने टारपीडो के बहुत लंबे समय के लगने वाली समस्या को अपेक्षाकृत कम समय मे हल कर दिया था।


एक प्रसिद्ध उदाहरण नॉर्डेन बमसाइट है जिसने मूल डिज़ाइन में थोड़ा बदलाव किया, गेंद को दूसरी डिस्क से बदल दिया। इस प्रणाली में इंटीग्रेटर का उपयोग ऊंचाई, वायुगति और दिशा को देखते हुए जमीन पर वस्तुओं की सापेक्ष गति की गणना करने के लिए किया जाता था। जमीन पर वस्तुओं की वास्तविक गति के साथ गणना किए गए आउटपुट की तुलना करने पर, कोई भी अंतर विमान पर हवा के प्रभाव के कारण होगा। इन मानों को सेट करने वाले डायल का उपयोग किसी भी दृश्यमान बहाव को शून्य करने के लिए किया गया, जिसके परिणामस्वरूप सटीक हवा माप प्राप्त हुआ, जो पहले एक बहुत ही कठिन समस्या थी।
एक प्रसिद्ध उदाहरण नॉर्डेन बमसाइट है जिसमें बॉल को दूसरी डिस्क से परिवर्तित करके उसकी मूल डिज़ाइन में परिवर्तन किया गया था। इस प्रणाली में इंटीग्रेटर का उपयोग ऊंचाई, वायुगति और दिशा को देखते हुए सतह पर वस्तुओं की सापेक्ष गति की गणना करने के लिए किया जाता था। सतह पर वस्तुओं की वास्तविक गति के साथ गणना किए गए आउटपुट की तुलना करने पर कोई भी अंतर विमान पर वायु के प्रभाव के कारण हो सकता है। इन मानों को प्रयुक्त करने वाले डायल का उपयोग किसी भी दृश्यमान प्रवाह को शून्य करने के लिए किया गया था। जिसके परिणामस्वरूप शुद्ध वायु माप प्राप्त हुई जो पहले एक बहुत ही जटिल समस्या थी।


बॉल डिस्क इंटीग्रेटर्स का उपयोग 1970 के दशक के मध्य तक बैलिस्टिक मिसाइल हथियार प्रणालियों के एनालॉग मार्गदर्शन कंप्यूटरों में किया जाता था। पर्सिंग 1 मिसाइल प्रणाली ने सटीक मार्गदर्शन प्राप्त करने के लिए मैकेनिकल एनालॉग कंप्यूटर के साथ संयुक्त बेंडिक्स एसटी-120 जड़त्व मार्गदर्शन प्लेटफॉर्म का उपयोग किया। एसटी-120 ने तीनों अक्षों के लिए एक्सेलेरोमीटर जानकारी प्रदान की। आगे की गति के लिए [[एक्सेलेरोमीटर को कॉल करें|एक्सेलेरोमीटर]] ने अपनी स्थिति को गेंद की स्थिति रेडियल बांह में स्थानांतरित कर दिया, जिससे त्वरण बढ़ने पर गेंद की स्थिरता डिस्क केंद्र से दूर चली गई। डिस्क स्वयं समय का प्रतिनिधित्व करती है और स्थिर दर पर घूमती है। जैसे ही गेंद का फिक्स्चर डिस्क के केंद्र से आगे बढ़ता है, गेंद तेजी से घूमती है। गेंद की गति मिसाइल की गति को दर्शाती है, गेंद के घूमने की संख्या तय की गई दूरी को दर्शाती है। इन यांत्रिक स्थितियों का उपयोग स्टेजिंग घटनाओं, जोर समाप्ति और वारहेड पृथक्करण को निर्धारित करने के लिए किया गया था, साथ ही वारहेड के लिए आर्मिंग श्रृंखला को पूरा करने के लिए "अच्छे मार्गदर्शन" संकेतों का उपयोग किया गया था। इस सामान्य अवधारणा का पहला ज्ञात उपयोग पीनम्यूंडे में [[वर्नर वॉन ब्रौन]] समूह द्वारा विकसित [[वी-2 मिसाइल]] में था। PIGA एक्सेलेरोमीटर देखें। इसे बाद में रेडस्टोन शस्त्रागार में परिष्कृत किया गया और रेडस्टोन रॉकेट और बाद में [[पर्शिंग 1]] पर प्रयुक्त किया गया।
बॉल डिस्क इंटीग्रेटर का उपयोग 1970 के दशक के मध्य तक बैलिस्टिक मिसाइल सिस्टम के एनालॉग मार्गदर्शन कंप्यूटरों में किया जाता था। पर्सिंग 1 मिसाइल सिस्टम ने शुद्ध मार्गदर्शन प्राप्त करने के लिए यांत्रिक  एनालॉग कंप्यूटर के साथ संयुक्त बेंडिक्स एसटी-120 जड़त्व मार्गदर्शन प्लेटफॉर्म का उपयोग किया था। एसटी-120 ने तीनों अक्षों के लिए एक्सेलेरोमीटर की जानकारी प्रदान की। आगे की गति के लिए [[एक्सेलेरोमीटर को कॉल करें|एक्सेलेरोमीटर]] ने अपनी स्थिति को बॉल इंटीग्रेटर की स्थिति रेडियल-बांह में स्थानांतरित कर दिया था। जिससे त्वरण बढ़ने पर बॉल इंटीग्रेटर की स्थिरता डिस्क केंद्र से दूर चली गई थी। डिस्क स्वयं समय का प्रतिनिधित्व करती है और स्थिर दर पर घूर्णन करती है। जैसे ही बॉल इंटीग्रेटर का फिक्स्चर डिस्क के केंद्र से आगे बढ़ता है, तो बॉल इंटीग्रेटर तीव्रता से घूर्णन करती है। बॉल इंटीग्रेटर की गति मिसाइल की गति को दर्शाती है और बॉल इंटीग्रेटर के घूर्णन की संख्या तय की गई दूरी को दर्शाती है। इन यांत्रिक स्थितियों का उपयोग स्टेजिंग घटनाओं के महत्व समाप्ति और वारहेड पृथक्करण को निर्धारित करने के लिए किया गया था। साथ ही वारहेड और सैन्य श्रृंखला को पूरा करने के लिए "अच्छे मार्गदर्शन" संकेतों का उपयोग किया गया था। इस सामान्य अवधारणा का पहला ज्ञात उपयोग पीनम्यूंडे में [[वर्नर वॉन ब्रौन]] समूह द्वारा विकसित [[वी-2 मिसाइल]] में किया गया था। जिसके लिए पीआईजीए एक्सेलेरोमीटर देखें। इसे बाद में रेडस्टोन आर्सेनल (आरएसए) में प्रस्तुत किया और रेडस्टोन रॉकेट को बाद में [[पर्शिंग 1|पर्शिंग-1]] पर प्रयुक्त किया गया था।


==संदर्भ==
==संदर्भ==

Revision as of 12:35, 31 July 2023

लॉर्ड केल्विन के ज्वारीय गणना पर कई बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर का उपयोग किया गया था। बेलनाकार आउटपुट शाफ्ट, बॉल और इनपुट डिस्क स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं। शीर्ष पर दिखाई देने वाले रैक के साथ बॉल को बाईं या दाईं ओर ले जाकर अनुपात परिवर्तित कर दिया जाता है।

बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर कई विकसित यांत्रिक कंप्यूटरों का एक प्रमुख उपकरण है। सरल यांत्रिक साधनों के माध्यम से यह किसी इनपुट के मान का निरंतर एकीकरण करता है। इसका विशिष्ट उपयोग औद्योगिक क्षेत्र या सामग्री की मात्रा की माप, जहाजों पर रेंज-कीपिंग सिस्टम और घूर्णन वेगमापी बमसाइट्स मे किया जाता है। वन्नेवर बुश द्वारा टॉर्क एम्पलीफायर को सम्मिलित करने से 1930 और 1940 के दशक के अंतरात्मक विश्लेषक नामक उपकरण का निर्माण हुआ था।

विवरण और संचालन

मूल यांत्रिकी में एक आउटपुट और दो इनपुट होते हैं। पहला इनपुट एक घूमने वाली डिस्क है, जो सामान्यतः विद्युत चालित होती है और यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह एक निश्चित दर पर घूमती है और एक प्रकार के नियंत्रक का उपयोग करती है। दूसरा इनपुट एक गतिमान कुंडल की तरह है जो अपने त्रिज्या के साथ इनपुट डिस्क के विपरीत प्रभावित होती है। जिसमे बियरिंग डिस्क आउटपुट शाफ्ट तक गति स्थानांतरित करती है। आउटपुट शाफ्ट की धुरी रेलगाड़ी की पटरियों के समानांतर उन्मुख होती है। जैसे ही गाड़ी स्लाइड करती है तब बेयरिंग डिस्क और आउटपुट दोनों के संपर्क में रहती है, जिससे एक से दूसरे को संचालन की स्वीकृति प्राप्त होती है।

आउटपुट शाफ्ट की स्पिन दर रेलगाड़ी के विस्थापन द्वारा नियंत्रित होती है और जब बियरिंग डिस्क के केंद्र में स्थित होती है, तो कोई शुद्ध गति प्रदान नहीं की जाती है जिससे आउटपुट शाफ्ट स्थिर रहता है। जैसे ही रेलगाड़ी बेयरिंग को केंद्र से दूर और डिस्क के किनारे की ओर ले जाती है तब बेयरिंग मे इस प्रकार के आउटपुट शाफ्ट तीव्रता से घूमना प्रारम्भ कर देते है। सामान्यतः यह असीमित परिवर्तनशील गियर अनुपात के साथ दो गियर की एक प्रणाली है। जब बेयरिंग डिस्क केंद्र के निकट होती है, तो अपेक्षाकृत अनुपात कम या शून्य होता है और जब बेयरिंग डिस्क किनारे के निकट होती है, तो यह अनुपात अधिक होता है।

बेयरिंग के विस्थापन की दिशा के आधार पर आउटपुट शाफ्ट आगे या पीछे घूम सकता है। यह इंटीग्रेटर के लिए एक उपयोगी विशेषता है।

एक उदाहरण प्रणाली पर विचार करें जो स्लुइस के माध्यम से प्रवाहित पानी की कुल मात्रा को मापती है जो एक फ्लोट इनपुट गाड़ी से संबद्ध होती है ताकि पानी के स्तर के साथ बीयरिंग ऊपर और नीचे चलती रहे। जैसे ही पानी का स्तर बढ़ता है, बेयरिंग को इनपुट डिस्क के केंद्र से दूर दिया जाता है, जिससे आउटपुट की घूर्णन दर बढ़ जाती है। आउटपुट शाफ्ट के घूर्णन की कुल संख्या की गणना करके (उदाहरण के लिए ओडोमीटर उपकरण के साथ) और स्लुइस के अंतः वर्ग क्षेत्र से गुणा करके मीटर के पिछले भाग में प्रवाहित पानी की कुल मात्रा निर्धारित की जा सकती है।

इतिहास

आविष्कार और प्रारंभिक उपयोग

बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर की मूल अवधारणा का वर्णन सबसे पहले विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन के भाई जेम्स थॉमसन द्वारा किया गया था। विलियम ने 1886 में हार्मोनिक एनालाइज़र बनाने के लिए इस अवधारणा का उपयोग किया था। इस प्रणाली का उपयोग बॉल की स्थिति के रूप में डायल किए गए इनपुट का प्रतिनिधित्व करने वाली फूरियर श्रृंखला के गुणांक की गणना करने के लिए किया गया था। अध्ययन किए जा रहे किसी भी बंदरगाह से ज्वार की ऊंचाई मापने के लिए इनपुट किए गए थे। फिर आउटपुट को एक समान मशीन, हार्मोनिक सिंथेसाइज़र में डाला गया था जो सूर्य और चंद्रमा के योग के चरण का प्रतिनिधित्व करने के लिए कई पहियों को घुमाता था। पहियों के शीर्ष पर चलने वाले एक तार ने अधिकतम मान लिया, जो एक निश्चित समय में बंदरगाह में ज्वार का प्रतिनिधित्व करता था।[1] थॉमसन ने अवकल समीकरणों को हल करने के रूप में उसी प्रणाली का उपयोग करने की संभावना का उल्लेख किया है लेकिन यह अनुभव किया कि इंटीग्रेटर से आउटपुट टॉर्क पॉइंटर्स के आवश्यक डाउनस्ट्रीम सिस्टम को चलाने के लिए अपेक्षाकृत बहुत कम था।[1]

इसी प्रकार की कई प्रणालियों का अनुसरण किया गया है जिसमे विशेष रूप से लियोनार्डो टोरेस क्यूवेडो की एक प्रणाली सम्मिलित है जो एक स्पेनिश भौतिक विज्ञानी थे, जिन्होंने बहुपदों की वास्तविक और समिश्र वर्गमूलों को हल करने के लिए कई उपकरण बनाए है।[2] जिसका माइकलसन और स्ट्रैटन ने हार्मोनिक विश्लेषक से फूरियर विश्लेषण किया है लेकिन केल्विन इंटीग्रेटर के अतिरिक्त 80 स्प्रिंग्स की एक श्रृंखला का उपयोग किया है। इस कार्य से फूरियर प्रतिनिधित्व में असंततता के निकट ओवरशूट की गिब्स घटना की गणितीय समझ विकसित हुई है।[1]

सैन्य कंप्यूटर

20वीं शताब्दी के अंत तक नौसैनिक जहाज़ों पर क्षितिज से अधिक दूरी तक बंदूकों को स्थापित करना प्रारम्भ कर दिया गया था। इस प्रकार की दूरियों पर टावरों में स्पॉटर्स का आंखों से सही दूरी का अनुमान नहीं लगा सकते थे, जिससे और अधिक जटिल दूरी खोजने वाले सिस्टम का विकास हुआ। इसके अतिरिक्त बंदूकधारी अब सीधे अपने स्वयं के शॉट के गिरने का पता नहीं लगा सकते थे। ऐसा करने के लिए वे स्पॉटर्स पर निर्भर रहते थे और यह जानकारी उन्हें देते थे। उसी समय जहाजों की गति बढ़ रही थी, 1906 में एचएमएस ड्रेडनॉट के प्रारम्भ के समय सामूहिक रूप से 20 समुद्री मील की बाधा को निरंतर सूचना प्रवाह और गणना को प्रबंधित करने के लिए केंद्रीकृत अग्नि नियंत्रण उपकरण का उपयोग किया गया था लेकिन फायरिंग की गणना बहुत जटिल और त्रुटि प्रवण सिद्ध हुई थी।

इसका समाधान ड्रेयर-टेबल था जिसमें जहाज के सापेक्ष लक्ष्य की गति की तुलना करने और इस प्रकार उसकी सीमा और गति की गणना करने के लिए एक बड़े बॉल और डिस्क इंटीग्रेटर का उपयोग किया गया था। जिसमे आउटपुट पेपर के एक रोल के लिए था। पहला सिस्टम 1912 के आसपास प्रस्तुत किया गया था और 1914 में स्थापित किया गया था। समय के साथ ड्रेयर सिस्टम ने जहाजों की गति और इसी प्रकार की गणनाओं के आधार पर स्पष्ट और वास्तविक वायु की गति और दिशा के बीच वायु के सुधार के प्रभावों को हल करने के लिए अधिक से अधिक गणना की। 1918 के बाद जब मार्क-वी सिस्टम को बाद के जहाजों पर स्थापित किया गया था तब तक सिस्टम को 50 लोग एक साथ संचालित कर रहे थे।

इसी प्रकार के उपकरण शीघ्र ही अन्य नौसेनाओं और अन्य भूमिकाओं के लिए दिखाई दिए। अमेरिकी नौसेना ने कुछ स्थिति तक सरल उपकरण का उपयोग किया था जिसे रेंजकीपर के नाम से जाना जाता है, लेकिन समय के साथ इसमें भी निरंतर संशोधन देखा गया और अंततः अमेरिकी संस्करणों के बराबर या अधिक सामान्य सिस्टम में परिवर्तित कर दिया गया था। एक समान गणना ने टारपीडो डेटा कंप्यूटर का आधार बनाया था। जिसने टारपीडो के बहुत लंबे समय के लगने वाली समस्या को अपेक्षाकृत कम समय मे हल कर दिया था।

एक प्रसिद्ध उदाहरण नॉर्डेन बमसाइट है जिसमें बॉल को दूसरी डिस्क से परिवर्तित करके उसकी मूल डिज़ाइन में परिवर्तन किया गया था। इस प्रणाली में इंटीग्रेटर का उपयोग ऊंचाई, वायुगति और दिशा को देखते हुए सतह पर वस्तुओं की सापेक्ष गति की गणना करने के लिए किया जाता था। सतह पर वस्तुओं की वास्तविक गति के साथ गणना किए गए आउटपुट की तुलना करने पर कोई भी अंतर विमान पर वायु के प्रभाव के कारण हो सकता है। इन मानों को प्रयुक्त करने वाले डायल का उपयोग किसी भी दृश्यमान प्रवाह को शून्य करने के लिए किया गया था। जिसके परिणामस्वरूप शुद्ध वायु माप प्राप्त हुई जो पहले एक बहुत ही जटिल समस्या थी।

बॉल डिस्क इंटीग्रेटर का उपयोग 1970 के दशक के मध्य तक बैलिस्टिक मिसाइल सिस्टम के एनालॉग मार्गदर्शन कंप्यूटरों में किया जाता था। पर्सिंग 1 मिसाइल सिस्टम ने शुद्ध मार्गदर्शन प्राप्त करने के लिए यांत्रिक एनालॉग कंप्यूटर के साथ संयुक्त बेंडिक्स एसटी-120 जड़त्व मार्गदर्शन प्लेटफॉर्म का उपयोग किया था। एसटी-120 ने तीनों अक्षों के लिए एक्सेलेरोमीटर की जानकारी प्रदान की। आगे की गति के लिए एक्सेलेरोमीटर ने अपनी स्थिति को बॉल इंटीग्रेटर की स्थिति रेडियल-बांह में स्थानांतरित कर दिया था। जिससे त्वरण बढ़ने पर बॉल इंटीग्रेटर की स्थिरता डिस्क केंद्र से दूर चली गई थी। डिस्क स्वयं समय का प्रतिनिधित्व करती है और स्थिर दर पर घूर्णन करती है। जैसे ही बॉल इंटीग्रेटर का फिक्स्चर डिस्क के केंद्र से आगे बढ़ता है, तो बॉल इंटीग्रेटर तीव्रता से घूर्णन करती है। बॉल इंटीग्रेटर की गति मिसाइल की गति को दर्शाती है और बॉल इंटीग्रेटर के घूर्णन की संख्या तय की गई दूरी को दर्शाती है। इन यांत्रिक स्थितियों का उपयोग स्टेजिंग घटनाओं के महत्व समाप्ति और वारहेड पृथक्करण को निर्धारित करने के लिए किया गया था। साथ ही वारहेड और सैन्य श्रृंखला को पूरा करने के लिए "अच्छे मार्गदर्शन" संकेतों का उपयोग किया गया था। इस सामान्य अवधारणा का पहला ज्ञात उपयोग पीनम्यूंडे में वर्नर वॉन ब्रौन समूह द्वारा विकसित वी-2 मिसाइल में किया गया था। जिसके लिए पीआईजीए एक्सेलेरोमीटर देखें। इसे बाद में रेडस्टोन आर्सेनल (आरएसए) में प्रस्तुत किया और रेडस्टोन रॉकेट को बाद में पर्शिंग-1 पर प्रयुक्त किया गया था।

संदर्भ

  1. 1.0 1.1 1.2 Girvan 2003.
  2. F. Thomas. A Short Account on Leonardo Torres ’ Endless Spindle , Mechanism and Machine Theory, Vol.43, No.8, pp.1055-1063, 2008.

ग्रन्थसूची

  • Basic Mechanisms in Fire Control Computers, Part 1 (Motion picture). United States Navy. 1953. Event occurs at 30:53.
  • Girvan, Ray (May–June 2003). "The revealed grace of the mechanism: computing after Babbage". Scientific Computing World.