സെൻസർ

സ്വന്തം പരിതഃസ്ഥിതിയിലെ സംഭവങ്ങളോ മാറ്റങ്ങളോ കണ്ടെത്തുകയും വിവരങ്ങൾ കമ്പ്യൂട്ടർ പ്രോസസർ പോലെയുളള ഇലക്ട്രോണിക ഉപകരണങ്ങളിലേക്ക് അയയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഘടകമോ ഉപവ്യൂഹമോ ആണ‌് സെൻസ൪ അഥവാ സംവേദിനി എന്നറിയപ്പെടുന്നത്. സംവേദിനികളെ എല്ലായ്പ്പോഴും മറ്റ് ഇലക്ട്രോണിക ഉപകരണങ്ങളോടൊപ്പമാണ് ഉപയോഗിക്കാറുളളത്. 

സ്പ൪ശ സംവേദക പൊന്തിക്കൽ ബട്ടണുകൾ  (സ്പ൪ശീയ സംവേദിനി https://en.wikipedia.org/wiki/Tactile_sensor) ചുവട്ടിൽ സ്പ൪ശിക്കുമ്പോൾ മങ്ങുകയും തെളിയുകയും ചെയ്യുന്ന വിളക്കുകൾ എന്നിവയൊക്കെപ്പോലെ സംവേദിനികളുടെ അംസഖ്യം ഉപയോഗങ്ങൾ 
നമ്മളറിയാതെ തന്നെ നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു. 

സൂക്ഷ്മയന്ത്രസംവിധാനങ്ങളുടെയും എളുപ്പത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന മൈക്രോകണ്ട്രോളറുകളുടെയും വേദിക പുരോഗമിച്ചതോടുകൂടി സംവേദിനികളുടെ ഉപയോഗം പരമ്പരാഗതരീതിയിലുളള താപനില, മ൪ദ്ദം ‌അല്ലെങ്കിൽ ഒഴുക്ക് എന്നിവയുടെ അളക്കലിനപ്പുറം വികാസം പ്രാപിച്ചു. അതിനുദാഹരണമാണ് MARG സെൻസറുകൾ. കൂടാതെ പൊട്ടെൻഷ്യോമീറ്ററുകൾ, ബലസംവേദന പ്രതിരോധങ്ങൾ എന്നിവ പോലുളള അനലോഗ് സംവേദിനികളും ഇന്ന് ധാരാളമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. ഉൽപ്പാദനയന്ത്രങ്ങൾ, വിമാനങ്ങൾ, വ്യോമഗതാഗതം, കാറുകൾ, മരുന്ന്, റോബോട്ടിക്‌സ് എന്നിവയും നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിന്റെ മറ്റു പല വശങ്ങളും ഇവയുടെ പ്രയോഗങ്ങളിൽപെടുന്നു.

ഇൻപുട്ട് അളവ് അളക്കുമ്പോൾ സെൻസറിന്റെ ഔട്ട്‌പുട്ട് എത്രമാത്രം മാറുന്നുവെന്ന് ഒരു സെൻസറിന്റെ സംവേദനക്ഷമത സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, താപനില 1 സെന്റിഗ്രേഡിലേക്ക് മാറുമ്പോൾ ഒരു തെർമോമീറ്ററിലെ മെർക്കുറി 1 സെന്റിമീറ്റർ ചലിച്ചാൽ, സംവേദനക്ഷമത 1 സെന്റിമീറ്റർ / ° C ആണ് (ഇത് അടിസ്ഥാനപരമായി ഒരു രേഖീയ സ്വഭാവം അനുമാനിക്കുന്ന ചരിവ് Dy / Dx ആണ്). ചില സെൻസറുകൾ അവ അളക്കുന്നതിനെ ബാധിക്കും; ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ചൂടുള്ള ഒരു കപ്പ് ദ്രാവകത്തിൽ റൂം താപനില തെർമോമീറ്റർ ദ്രാവകത്തെ തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ അതേ ദ്രാവകം തന്നെ തെർമോമീറ്റർ ചൂടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സെൻസറുകൾ സാധാരണയായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത് അളക്കുന്നതിൽ ചെറിയ സ്വാധീനം ചെലുത്താനാണ്; സെൻസർ ചെറുതാക്കുന്നത് പലപ്പോഴും ഇത് മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും മറ്റ് ഗുണങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യാം.

സാങ്കേതിക പുരോഗതി മൂലം മെംമ്സ്(MEMS) സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് മൈക്രോസെൻസറുകളായി മൈക്രോസ്കോപ്പിക് സ്കെയിലിൽ കൂടുതൽ സെൻസറുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. മിക്ക കേസുകളിലും, മൈക്രോസെൻസർ മാക്രോസ്കോപ്പിക് സമീപനങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ വളരെ വേഗത്തിൽ അളക്കാനുള്ള സമയവും ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും കൈവരിക്കുന്നു.ഇന്നത്തെ ലോകത്ത് ദ്രുതവും താങ്ങാവുന്നതും വിശ്വസനീയവുമായ വിവരങ്ങൾക്കായുള്ള വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യം കാരണം, ഡിസ്പോസിബിൾ സെൻസറുകൾ - കുറഞ്ഞ ചെലവും എളുപ്പവുമായ ഹ്രസ്വകാല നിരീക്ഷണത്തിനോ സിംഗിൾ - ഷോട്ട് അളവുകൾക്കോ ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് അടുത്തിടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന പ്രാധാന്യം നേടി. ഈ ക്ലാസ് സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, പുനർവിചിന്തനത്തിന്റെ ആവശ്യമില്ലാതെ, മലിനീകരണത്തെക്കുറിച്ച് വേവലാതിപ്പെടാതെ ആർക്കും എവിടെ നിന്നും ഏത് സമയത്തും നിർണായക വിശകലന വിവരങ്ങൾ ലഭിക്കും.
അളക്കൽ പിശകുകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം
ഒരു നല്ല സെൻസർ ഇനിപ്പറയുന്ന നിയമങ്ങൾ അനുസരിക്കുന്നു
അളന്നെടുത്ത പ്രൊപ്പർട്ടി സംവേദനക്ഷമമാണ്
അതിന്റെ ആപ്ലിക്കേഷനിൽ മറ്റേതെങ്കിലും പ്രൊപ്പർട്ടിയിൽ ഇതിന് സെൻസ് ചെയ്യാനുള്ള കഴിവ് ഇല്ല, കൂടാതെ
ഇത് അളന്നെടുത്ത പ്രൊപ്പർട്ടിയെ സ്വാധീനിക്കുന്നില്ല.
മിക്ക സെൻസറുകൾക്കും ഒരു ലീനിയർ ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷൻ ഉണ്ട്. ഔട്ട്‌പുട്ട് സിഗ്നലും മെഷേർഡ് പ്രോപെർട്ടിയും തമ്മിലുള്ള അനുപാതമായി സംവേദനക്ഷമതയെ നിർവചിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു സെൻസർ താപനില അളക്കുകയും വോൾട്ടേജ് ഔട്ട്പുട്ടാണെങ്കിൽ, സംവേദനക്ഷമത [V / K] യൂണിറ്റുകൾ സ്ഥിരമായിരിക്കും. ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷന്റെ സ്ലോപ്പാണ് സംവേദനക്ഷമത. സെൻസറിന്റെ വൈദ്യുത ഔട്ട്‌പുട്ട് (ഉദാഹരണത്തിന് വി) അളന്ന യൂണിറ്റുകളിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നതിന് (ഉദാഹരണത്തിന് കെ) വൈദ്യുത ഔട്ട്‌പുട്ടിനെ ചരിവ് കൊണ്ട് ഹരിക്കേണ്ടതുണ്ട് (അല്ലെങ്കിൽ അതിന്റെ പരസ്പര ഗുണിതം). കൂടാതെ, ഒരു ഓഫ്‌സെറ്റ് പതിവായി ചേർക്കുകയോ കുറയ്ക്കുകയോ ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, 0 V ഔട്ട്‌പുട്ട് −40 C ഇൻപുട്ടിന് തുല്യമാണെങ്കിൽ −40 ഔട്ട്‌പുട്ടിലേക്ക് ചേർക്കണം.

ഒരു അനലോഗ് സെൻസർ സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിനോ അല്ലെങ്കിൽ ഡിജിറ്റൽ ഉപകരണങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനോ, അനലോഗ്-ടു-ഡിജിറ്റൽ കൺവെർട്ടർ ഉപയോഗിച്ച് ഇത് ഡിജിറ്റൽ സിഗ്നലിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്.
സെൻസർ വ്യതിയാനങ്ങൾ
അനുയോജ്യമായ ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷൻ ആവർത്തിക്കാൻ സെൻസറുകൾക്ക് കഴിയാത്തതിനാൽ, സെൻസർ കൃത്യതയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന നിരവധി തരം വ്യതിയാനങ്ങൾ സംഭവിക്കാം:
ഔട്ട്‌പുട്ട് സിഗ്‌നലിന്റെ പരിധി എല്ലായ്പ്പോഴും പരിമിതപ്പെടുത്തി യിരിക്കുന്നതിനാൽ, കണക്കാക്കിയ പ്രോപ്പർട്ടി പരിധി കവിയുമ്പോൾ ഔട്ട്‌പുട്ട് സിഗ്നൽ ക്രമേണ കുറഞ്ഞ് വരികയും അല്ലെങ്കിൽ പരമാവധി എത്തുകയും ചെയ്യും. അളന്ന പ്രോപ്പർട്ടിയുടെ പരമാവധി, കുറഞ്ഞ മൂല്യങ്ങൾ പൂർണ്ണ സ്‌കെയിൽ പരിധി നിർവചിക്കുന്നു.
സംവേദനക്ഷമത പ്രായോഗികമായി വ്യക്തമാക്കിയ മൂല്യത്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും. ഇതിനെ സംവേദനക്ഷമത പിശക് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു ലീനിയർ ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷൻ സ്ലോപ്പ് പിശകാണിത്.
ഔട്ട്‌പുട്ട് സിഗ്നൽ ശരിയായ മൂല്യത്തിൽ നിന്ന് സ്ഥിരമായി വ്യത്യാസപ്പെടുന്നുവെങ്കിൽ, സെൻസറിന് ഒരു ഓഫ്‌സെറ്റ് പിശക് അല്ലെങ്കിൽ പക്ഷപാതമുണ്ട്. ഒരു ലീനിയർ ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷന്റെ വൈ-ഇന്റർസെപ്റ്റിലെ(y-intercept)ഒരു പിശകാണിത്.
ഒരു നേർരേഖയിലുള്ള ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷനിൽ നിന്ന് സെൻസറിന്റെ ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷന്റെ വ്യതിയാനമാണ് നോൺ‌ലീനിയറിറ്റി. സാധാരണയായി, സെൻസറിന്റെ മുഴുവൻ ശ്രേണിയിലും അനുയോജ്യമായ പെരുമാറ്റത്തിൽ നിന്ന് ഔട്ട്‌പുട്ട് വ്യത്യാസപ്പെടുന്ന അളവിനാൽ ഇത് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് പലപ്പോഴും പൂർണ്ണ ശ്രേണിയുടെ ശതമാനമായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.
അളന്നെടുത്ത പ്രോപ്പർട്ടിയുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള മാറ്റങ്ങൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനം ഡൈനാമിക് പിശകാണ്. മിക്കപ്പോഴും, ഒരു ആവർത്തന ഇൻപുട്ട് സിഗ്നലിന്റെ ആവൃത്തിയുടെ പ്രവർത്തനമായി സംവേദനക്ഷമത പിശകും ഫേസ് ഷിഫ്റ്റും കാണിക്കുന്ന ഒരു ബോഡ് പ്ലോട്ട്(bode plot) ഉപയോഗിച്ച് ഈ സ്വഭാവത്തെ വിവരിക്കുന്നു.
ഔട്ട്‌പുട്ട് സിഗ്നൽ അളന്നെടുക്കുമ്പോൾ പ്രോപ്രട്ടിയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമായി മാറുകയാണെങ്കിൽ, അത് ഡ്രിഫ്റ്റ് ആയി നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. മാസങ്ങളായോ വർഷങ്ങളായോ ഉള്ള ദീർഘകാല ഡ്രിഫ്റ്റ് സെൻസറിലെ ഫിസിക്കൽ മാറ്റങ്ങൾ മൂലമാണ്.

അവലംബം