सेंसर एक पता लगाने वाला उपकरण है जो मापी गई जानकारी को महसूस कर सकता है, और महसूस की गई जानकारी को सूचना संचरण, प्रसंस्करण, भंडारण, प्रदर्शन, रिकॉर्डिंग और नियंत्रण की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक निश्चित कानून के अनुसार विद्युत संकेत या सूचना आउटपुट के अन्य आवश्यक रूप में परिवर्तित कर सकता है।
सेंसर्स का अस्तित्व और विकास, जिससे वस्तु में स्पर्श, स्वाद और गंध की भावना होती है, जिससे वस्तु जीवंत हो जाती है, सेंसर मानवीय विशेषताओं का विस्तार है।
सेंसर में लघुकरण, डिजिटलीकरण, बुद्धिमत्ता, बहु-कार्य, व्यवस्थितकरण, नेटवर्किंग आदि विशेषताएं हैं। यह स्वचालित पहचान और स्वचालित नियंत्रण को साकार करने की प्राथमिक कड़ी है।
नया एल्युमीनियम नाइट्राइड सेंसर 900 डिग्री सेल्सियस तक के उच्च तापमान पर काम कर सकता है।
राष्ट्रीय मानक जी.बी.7665-87 एक सेंसर को इस प्रकार परिभाषित करता है: "एक उपकरण या युक्ति जो निर्दिष्ट माप को महसूस कर सकती है और एक निश्चित कानून (गणितीय फ़ंक्शन नियम) के अनुसार प्रयोग करने योग्य संकेत में परिवर्तित हो सकती है, जिसमें आमतौर पर एक संवेदनशील तत्व और एक रूपांतरण तत्व शामिल होता है।"
चाइना इंटरनेट ऑफ थिंग्स स्कूल-एंटरप्राइज अलायंस का मानना है कि सेंसरों के अस्तित्व और विकास से वस्तुओं में स्पर्श, स्वाद और गंध जैसी इंद्रियां उत्पन्न होती हैं, तथा वस्तुएं धीरे-धीरे सजीव हो जाती हैं।"
"सेंसर" को "एक प्रणाली से, आमतौर पर दूसरे रूप में, दूसरे सिस्टम में एक डिवाइस तक शक्ति प्राप्त करना" के रूप में परिभाषित किया गया है।
मुख्य वर्गीकरण
उद्देश्य से
दबाव और बल सेंसर, स्थिति सेंसर, तरल स्तर सेंसर, ऊर्जा खपत सेंसर, गति सेंसर, त्वरण सेंसर, विकिरण सेंसर, थर्मल सेंसर।
सैद्धांतिक रूप में
कंपन सेंसर, आर्द्रता सेंसर, चुंबकीय सेंसर, गैस सेंसर, वैक्यूम सेंसर, जैविक सेंसर, आदि।
प्रति आउटपुट
डिजिटल सेंसर: मापी गई गैर-विद्युत मात्रा को डिजिटल आउटपुट सिग्नल (प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष रूपांतरण सहित) में परिवर्तित करता है।
छद्म डिजिटल सेंसर: मापे गए सेमाफोर का आवृत्ति संकेत या लघु-अवधि संकेत (प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूपांतरण सहित) में आउटपुट।
स्विच सेंसर: जब मापा गया सिग्नल एक निश्चित सीमा तक पहुंच जाता है, तो सेंसर तदनुसार एक निर्धारित निम्न या उच्च स्तर का सिग्नल आउटपुट करता है।
इसकी निर्माण प्रक्रिया के अनुसार
एकीकृत सेंसर का निर्माण सिलिकॉन-आधारित अर्धचालक एकीकृत सर्किट के उत्पादन के लिए मानक प्रक्रिया तकनीकों का उपयोग करके किया जाता है। आम तौर पर, परीक्षण के तहत सिग्नल की प्रारंभिक प्रसंस्करण के लिए उपयोग किए जाने वाले सर्किट का हिस्सा भी उसी चिप पर एकीकृत होता है।
पतली फिल्म सेंसर एक डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट (सब्सट्रेट) पर संबंधित संवेदनशील सामग्री की एक पतली फिल्म जमा करके बनाए जाते हैं। जब हाइब्रिड प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है, तो सर्किट का हिस्सा इस सब्सट्रेट पर भी निर्मित किया जा सकता है।
मोटी फिल्म सेंसर एक सिरेमिक सब्सट्रेट पर लेपित संबंधित सामग्री के घोल से बना होता है, जो आमतौर पर Al2O3 से बना होता है, और फिर मोटी फिल्म बनाने के लिए गर्मी का उपचार किया जाता है।
सिरेमिक सेंसर मानक सिरेमिक प्रक्रियाओं या उनके कुछ प्रकार (सोल, जेल, आदि) द्वारा उत्पादित किए जाते हैं।
उपयुक्त प्रारंभिक ऑपरेशन पूरा होने के बाद, गठित घटकों को उच्च तापमान पर सिन्टर किया जाता है। मोटी फिल्म और सिरेमिक सेंसर की दो प्रक्रियाओं के बीच कई सामान्य विशेषताएं हैं, और कुछ मामलों में, मोटी फिल्म प्रक्रिया को सिरेमिक प्रक्रिया का एक प्रकार माना जा सकता है।
प्रत्येक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के अपने फायदे और नुकसान हैं। अनुसंधान, विकास और उत्पादन के लिए आवश्यक कम पूंजी निवेश के साथ-साथ सेंसर मापदंडों की उच्च स्थिरता के कारण, सिरेमिक और मोटी फिल्म सेंसर का उपयोग अधिक उचित है।
माप से
भौतिक सेंसर मापे जाने वाले पदार्थ के कुछ भौतिक गुणों में महत्वपूर्ण परिवर्तन लाने के लिए बनाए जाते हैं।
रासायनिक सेंसर संवेदनशील तत्वों से बने होते हैं जो रासायनिक मात्राओं जैसे रासायनिक पदार्थों की संरचना और सांद्रता को विद्युत मात्राओं में परिवर्तित कर सकते हैं।
बायोसेंसर ऐसे सेंसर होते हैं जो जीवों में रासायनिक घटकों का पता लगाने और उन्हें पहचानने के लिए विभिन्न जीवों या जैविक पदार्थों की विशेषताओं का उपयोग करते हैं।
इसकी संरचना में
बेसिक सेंसर: यह सबसे बुनियादी एकल रूपांतरण डिवाइस है।
संयुक्त सेंसर: यह विभिन्न व्यक्तिगत रूपांतरण उपकरणों से बना सेंसर है।
अनुप्रयोग सेंसर: यह एक मूल सेंसर या एक संयुक्त सेंसर और अन्य तंत्रों से बना सेंसर है।
क्रिया रूप में
क्रिया के स्वरूप के अनुसार इन्हें सक्रिय और निष्क्रिय सेंसर में विभाजित किया जा सकता है।
सक्रिय सेंसर में एक क्रिया प्रकार और एक प्रतिक्रिया प्रकार होता है, जो परीक्षण की गई वस्तु को एक निश्चित पहचान संकेत भेज सकता है, और परीक्षण की गई वस्तु में पहचान संकेत के परिवर्तन का पता लगा सकता है, या संकेत परीक्षण की गई वस्तु में पहचान संकेत द्वारा बनता है। पहचान संकेत के परिवर्तन का पता लगाने के तरीके को क्रिया प्रकार कहा जाता है, और प्रतिक्रिया का पता लगाने और संकेत बनाने के तरीके को प्रतिक्रिया प्रकार कहा जाता है। रडार और रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज डिटेक्टर क्रिया के उदाहरण हैं, जबकि फोटोएकॉस्टिक प्रभाव विश्लेषण उपकरण और लेजर विश्लेषक प्रतिक्रिया के उदाहरण हैं।
निष्क्रिय सेंसर केवल मापी गई वस्तु द्वारा ही उत्पन्न संकेतों को प्राप्त करते हैं, जैसे कि अवरक्त विकिरण थर्मामीटर और अवरक्त कैमरा उपकरण।
मुख्य लक्षण
सेंसर स्थैतिक
1. रैखिकता: सेंसर आउटपुट और इनपुट के बीच वास्तविक संबंध वक्र किस हद तक फिट की गई सीधी रेखा से विचलित होता है, इसे संदर्भित करता है। इसे वास्तविक अभिलक्षणिक वक्र और पूर्ण पैमाने की सीमा में फिट की गई रेखा के बीच अधिकतम विचलन और पूर्ण पैमाने के आउटपुट मान के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।
2. संवेदनशीलता: संवेदनशीलता सेंसर की स्थैतिक विशेषताओं का एक महत्वपूर्ण संकेतक है। इसे आउटपुट मात्रा की वृद्धि और इनपुट मात्रा की संगत वृद्धि के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है जो वृद्धि का कारण बनती है। संवेदनशीलता को S द्वारा दर्शाया जाता है।
3. हिस्टैरिसिस: जब सेंसर का इनपुट वॉल्यूम छोटे से बड़े (पॉजिटिव स्ट्रोक) में बदलता है और इनपुट वॉल्यूम बड़े से छोटे (रिवर्स स्ट्रोक) में बदलता है, तो इनपुट और आउटपुट विशेषता वक्रों के गैर-संयोग की घटना हिस्टैरिसिस बन जाती है। इनपुट सिग्नल के समान आकार के लिए, सेंसर का पॉजिटिव और नेगेटिव स्ट्रोक आउटपुट सिग्नल बराबर नहीं होता है, और इस अंतर को हिस्टैरिसिस मान कहा जाता है।
4. पुनरावृत्ति: पुनरावृत्ति से तात्पर्य अभिलक्षणिक वक्र की असंगति की डिग्री से है जो तब प्राप्त होती है जब सेंसर की इनपुट मात्रा एक ही दिशा में पूर्ण रेंज में लगातार बदली जाती है।
5. बहाव: सेंसर के बहाव का मतलब है कि इनपुट अपरिवर्तित रहने पर सेंसर का आउटपुट समय के साथ बदलता है, जिसे बहाव कहा जाता है। बहाव के दो कारण हैं: एक तो सेंसर के संरचनात्मक पैरामीटर हैं; दूसरा आस-पास का वातावरण (जैसे तापमान, आर्द्रता, आदि)।
6. रिज़ॉल्यूशन: जब सेंसर का इनपुट गैर-शून्य मान से धीरे-धीरे बढ़ता है, तो आउटपुट एक निश्चित वृद्धि से अधिक होने के बाद अवलोकन योग्य बदल जाता है, इनपुट वृद्धि को सेंसर का रिज़ॉल्यूशन कहा जाता है, अर्थात न्यूनतम इनपुट वृद्धि।
7. थ्रेशोल्ड मान: जब सेंसर का इनपुट शून्य से धीरे-धीरे बढ़ता है, तो आउटपुट एक निश्चित मूल्य तक पहुंचने के बाद अवलोकन योग्य परिवर्तन करता है, जिसे सेंसर का थ्रेशोल्ड वोल्टेज कहा जाता है।
सेंसर गतिशीलता
तथाकथित गतिशील विशेषताएँ इनपुट में परिवर्तन होने पर सेंसर के आउटपुट की विशेषताओं को संदर्भित करती हैं। व्यवहार में, सेंसर की गतिशील विशेषताएँ अक्सर कुछ मानक इनपुट संकेतों के प्रति इसकी प्रतिक्रिया द्वारा व्यक्त की जाती हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि मानक इनपुट सिग्नल के प्रति सेंसर की प्रतिक्रिया प्रायोगिक तरीकों से प्राप्त करना आसान है, और मानक इनपुट सिग्नल के प्रति इसकी प्रतिक्रिया और किसी भी इनपुट सिग्नल के प्रति इसकी प्रतिक्रिया के बीच एक निश्चित संबंध है, अक्सर पूर्व को जानने से उत्तरार्द्ध का अनुमान लगाया जा सकता है। सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले मानक इनपुट सिग्नल स्टेप सिग्नल और साइनसोइडल सिग्नल हैं, इसलिए सेंसर की गतिशील विशेषताओं को भी आमतौर पर स्टेप रिस्पॉन्स और फ़्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स द्वारा व्यक्त किया जाता है।
रैखिकता
सामान्य परिस्थितियों में, सेंसर का वास्तविक स्थिर अभिलक्षणिक आउटपुट एक सीधी रेखा के बजाय एक वक्र होता है। व्यावहारिक कार्य में, उपकरण को एक समान स्केल रीडिंग देने के लिए, वास्तविक अभिलक्षणिक वक्र का अनुमान लगाने के लिए आमतौर पर एक फिटिंग लाइन का उपयोग किया जाता है, रैखिकता (गैर-रैखिक त्रुटि) इस अनुमान का एक प्रदर्शन सूचकांक है।
फिटिंग लाइन चुनने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, शून्य इनपुट और पूर्ण पैमाने के आउटपुट बिंदुओं को जोड़ने वाली सैद्धांतिक रेखा को फिटिंग लाइन के रूप में उपयोग किया जाता है; या विशेषता वक्र पर प्रत्येक बिंदु से सबसे छोटे वर्ग विचलन वाली सैद्धांतिक रेखा को फिटिंग लाइन के रूप में लिया जाता है, जिसे सबसे कम वर्ग फिटिंग लाइन कहा जाता है।
संवेदनशीलता
संवेदनशीलता, सेंसर के स्थिर अवस्था संचालन के तहत आउटपुट △y के परिवर्तन और इनपुट △x के परिवर्तन के अनुपात को संदर्भित करती है।
यह आउटपुट-इनपुट विशेषता वक्र का ढलान है। यदि सेंसर के आउटपुट और इनपुट के बीच एक रैखिक संबंध है, तो संवेदनशीलता S एक स्थिरांक है। अन्यथा, यह इनपुट की मात्रा के साथ बदल जाएगा।
संवेदनशीलता का आयाम आउटपुट और इनपुट मात्राओं के आयामों का अनुपात है। उदाहरण के लिए, एक विस्थापन सेंसर, जब विस्थापन 1 मिमी से बदलता है, तो आउटपुट वोल्टेज 200mV से बदल जाता है, तो इसकी संवेदनशीलता को 200mV/mm के रूप में व्यक्त किया जाना चाहिए।
जब सेंसर के आउटपुट और इनपुट आयाम समान होते हैं, तो संवेदनशीलता को आवर्धन के रूप में समझा जा सकता है।
संवेदनशीलता बढ़ाकर उच्च माप सटीकता प्राप्त की जा सकती है। हालाँकि, संवेदनशीलता जितनी अधिक होगी, माप सीमा उतनी ही कम होगी, और स्थिरता उतनी ही खराब होगी।
संकल्प
रिज़ॉल्यूशन से तात्पर्य सेंसर की मापे जा रहे सबसे छोटे बदलावों को समझने की क्षमता से है। यानी अगर इनपुट की मात्रा कुछ गैर-शून्य मान से धीरे-धीरे बदलती है। जब इनपुट परिवर्तन मान एक निश्चित मान से अधिक नहीं होता है, तो सेंसर का आउटपुट नहीं बदलेगा, यानी सेंसर इनपुट मात्रा के परिवर्तन को नहीं पहचान सकता है। आउटपुट तभी बदलता है जब इनपुट वॉल्यूम रिज़ॉल्यूशन से ज़्यादा बदलता है।
आम तौर पर, सेंसर के पूर्ण पैमाने की सीमा में प्रत्येक बिंदु का रिज़ॉल्यूशन समान नहीं होता है, इसलिए इनपुट का अधिकतम परिवर्तन मान जो पूर्ण पैमाने में आउटपुट चरण परिवर्तन कर सकता है, अक्सर रिज़ॉल्यूशन को मापने के लिए एक संकेतक के रूप में उपयोग किया जाता है। यदि उपरोक्त संकेतक को पूर्ण पैमाने के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है, तो इसे रिज़ॉल्यूशन कहा जाता है। रिज़ॉल्यूशन सेंसर की स्थिरता के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबंधित है।