सेंसर

सेंसर (संवेदक) एक ऐसा उपकरण है जो किसी भौतिक राशि को मापने का कार्य करता है तथा इसे एक ऐसे संकेत में परिवर्तित कर देता है जिसे किसी पर्यवेक्षक या यंत्र द्वारा पढ़ा जा सकता है। उदाहरणस्वरूप, एक पारे से भरा कांच का थर्मामीटर मापित तापमान को एक तरल पदार्थ के विस्तार तथा संकुचन में परिवर्तित कर देता है जिसे एक अंशांकित कांच की नली पर पढ़ा जा सकता है। एक थर्मोकपल तापमान को एक आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित कर देता है जिसे एक वोल्टमीटर द्वारा पढ़ा जा सकता है। सटीकता की दृष्टि से, सभी सेंसरों को ज्ञात मानकों के अनुरूप अंशांकित करने की आवश्यकता है।

सेंसरों का उपयोग रोजमर्रा की वस्तुओं में किया जाता है। जैसे - स्पर्श-संवेदनशील लिफ्ट के बटन और लैंप जिसके आधार-तल को छूने से यह मंद या तेज़ हो जाता है। इन सेंसरों के और भी अनगिनत अनुप्रयोग हैं जिसके बारे में अधिकांश लोग अभी तक परिचित नहीं हैं। इन अनुप्रयोगों में गाड़ियां, मशीन, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी, दवा, विनिर्माण और रोबोटिक्स शामिल हैं।

एक सेंसर की संवेदनशीलता यह सूचित करती है कि मापित राशि के बदलने पर सेंसर का आउटपुट कितनी बार बदलता है। उदाहरणस्वरूप, यदि तापमान में 1 °C के परिवर्तन के फलस्वरूप थर्मामीटर का पारा 1 cm द्रवित होता है, तो इसकी संवेदनशीलता 1 cm/°C होती है। जो सेंसर बहुत छोटे परिवर्तनों को मापते हैं, उनमें बहुत उच्च कोटि की संवेदनशीलता होनी चाहिए। सेंसर उन पर भी प्रभाव डालते हैं जिन पर ये मापने का कार्य करते हैं; उदाहरणस्वरूप, कमरे के तापमान को मापने के लिए उपयोग किये जाने वाले एक थर्मामीटर को एक गर्म तरल पदार्थ से भरे एक कप में डालने पर वह तरल पदार्थ ठंडा हो जाता है जबकि उस तरल पदार्थ से थर्मामीटर गर्म हो जाता है। सेंसरों की बनावट ऐसी होनी चाहिए कि उन पर कम प्रभाव पड़े जिस पर मापने का कार्य किया जाता है। सेंसर के छोटा होने से इसमें प्रायः सुधार होता है और इससे अन्य लाभ भी प्राप्त हो सकते हैं। प्रौद्योगिक प्रगति MEMS प्रौद्योगिकी प्रयुक्त माइक्रोसेंसरों के रूप में सूक्ष्मदर्शीय स्तर पर अधिक से अधिक सेंसरों के उत्पादन को नियत करता है। अधिकांश मामलों में, दीर्घदर्शीय दृष्टिकोणों की तुलना में एक माइक्रोसेंसर महत्वपूर्ण ढंग से उच्चतर गति तथा संवेदनशीलता पर पहुंच जाता है।

एक अच्छा सेंसर निम्नलिखित नियमों का अनुसरण करता है:

• मापित गुणधर्म विशेषता के प्रति संवेदनशील है
• किसी अन्य गुणधर्म विशेषता के प्रति असंवेदनशील है
• मापित गुणधर्म विशेषता पर कोई प्रभाव नहीं डालता है

आदर्श सेंसरों की बनावट रैखिक होती हैं। ऐसे किसी सेंसर का आउटपुट संकेत मापित गुणधर्म विशेषता के मान के रैखिक रूप से समानुपातिक होता है। संवेदनशीलता को तब आउटपुट संकेत और मापित गुणधर्म विशेषता के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। उदाहरणस्वरूप, यदि एक सेंसर तापमान मापने का कार्य करता है और इसका एक वोल्टेज आउटपुट है तो संवेदनशीलता एक स्थिरांक होती है जिसकी इकाई [V/K] है; यह सेंसर रैखिक होता है क्योंकि सभी मापन बिंदुओं पर अनुपात स्थिर होता है।

यदि सेंसर आदर्श नहीं है तो कई प्रकार के व्यतिक्रम देखे जा सकते हैं:

• संवेदनशीलता व्यवहार में निर्दिष्ट मान से अलग हो सकती है। इसे संवेदनशीलता त्रुटि कहा जाता है, लेकिन सेंसर फिर भी रैखिक ही होता है।
• चूंकि आउटपुट संकेत की सीमा हमेशा सीमित होती है, इसलिए जब मापित गुणधर्म विशेषता सीमा से बाहर चली जाएगी तब आउटपुट संकेत भी अंततः एक न्यूनतम अथवा अधिकतम स्तर पर पहुंच जाएगा. पूर्ण परिमाण सीमा, मापित गुणधर्म विशेषता के अधिकतम और न्यूनतम मान को परिभाषित करता है।
• यदि मापित गुणधर्म विशेषता शून्य होने पर भी आउटपुट संकेत शून्य नहीं है तो इसका अर्थ यही है कि सेंसर में एक अंतर्लम्ब या अभिनति है। इसे शून्य इनपुट पर सेंसर के आउटपुट के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• यदि संवेदनशीलता सेंसर की सीमा पर स्थिर न हो तो यह अरैखिकता कहलाता है। साधारणतया, इसे उस राशि के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसका आउटपुट सेंसर के पूर्ण सीमा पर आदर्श गतिविधि से भिन्न होता है। इसे प्रायः पूर्ण सीमा के प्रतिशत के रूप में उल्लिखित किया जाता है।
• यदि मापित गुणधर्म विशेषता के किसी तीव्र बदलाव के कारण अतिकालिक कोई व्यतिक्रम होता है, तो यह एक गत्यात्मक त्रुटि है। अक्सर, इस गतिविधि को एक भावी आलेख के रूप में वर्णित किया जाता है जिसमें संवेदनशीलता त्रुटि और चरण बदलाव को एक आवधिक इनपुट संकेत की आवृत्ति के कार्यान्वयन के रूप में दर्शाया जाता है।
• यदि आउटपुट संकेत, मापित गुणधर्म विशेषता के स्वतंत्र को धीरे-धीरे परिवर्तित करता है तो इसे ड्रिफ्ट (दूरसंचार) के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• दीर्घकालीन ड्रिफ्ट साधारणतया एक लंबी समयावधि में सेंसर की गुणधर्म विशेषताओं की धीमी अधोगति को संकेतित करता है।
• शोर, संकेत का एक क्रमरहित व्यतिक्रम है जो समय-समय पर बदलता रहता है।
• हिस्टेरेसिस मापित गुणधर्म विशेषता के दिशा पलटने के कारण होने वाली त्रुटि है, लेकिन सेंसर के जवाब देने के लिए कुछ निश्चित समयांतराल होता है जो अन्य दिशा की अपेक्षा किसी एक दिशा में एक अलग अंतर्लम्ब त्रुटि पैदा करता है।
• यदि सेंसर का एक अंकीय आउटपुट है, तो आउटपुट आवश्यक रूप से मापित गुणधर्म विशेषता का एक निकटागमन है। इस निकटागमन त्रुटि को अंकरूपण त्रुटि भी कहा जाता है।
• यदि संकेत की निगरानी अंकीय रूप में किया जाता है, तो नमूनाचयन आवृत्ति का परिसीमन भी एक गत्यात्मक त्रुटि का कारण बन सकता है।
• सेंसर कुछ हद तक मापे जा रहे गुणधर्म विशेषता की अपेक्षा केवल गुणधर्म विशेषताओं के प्रति संवेदनशील हो सकता है। उदाहरणस्वरूप, अधिकांश सेंसर अपने वातावरण के तापमान से प्रभावित होते हैं।

इन सभी व्युत्क्रमों को पद्धतिबद्ध त्रुटियों या क्रमरहित त्रुटियों के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। पद्धतिबद्ध त्रुटियों की क्षतिपूर्ति कभी-कभी कुछ प्रकार के अंशांकन नीति के माध्यम से की जा सकती है। शोर एक क्रमरहित त्रुटि है, जैसे निस्पंदन, जिसे संकेत प्रक्रिया द्वारा साधारणतया सेंसर के गत्यात्मक गतिविधि की कीमत पर कम किया जा सकता है।

किसी सेंसर का विभेदन वह लघुत्तम परिवर्तन है जिसे यह मापी जा रही राशि में से खोज निकालता है। प्रायः किसी अंकीय प्रदर्शन में सबसे कम महत्वपूर्ण अंक में उतार-चढ़ाव होगा जो यह सूचित करता है कि केवल उस परिमाण के परिवर्तन में ही विभेदन हुआ है। विभेदन यथार्थता से संबंधित है जिससे मापन का कार्य किया जाता है। उदाहरणस्वरूप, एक स्कैनिंग टनेलिंग जांच (सतह के पास एक पतला नोक इलेक्ट्रॉन टनेलिंग धारा को संग्रह करता है) परमाणुओं और अणुओं में विभेदन कर सकता है।

सभी जीवित जीवधारियों में जैविक सेंसर पाए जाते हैं जिनके कार्यान्वयन वर्णित यांत्रिक उपकरणों के समान ही होते हैं। इनमें से अधिकांश ऐसी विशिष्ट कोशिकाएं हैं जो निम्न के प्रति संवेदनशील हैं:

• प्रकाश, गति, तापमान, चुंबकीय क्षेत्र, गुरुत्वाकर्षण, आर्द्रता, कंपन, दबाव, विद्युतीय क्षेत्र, ध्वनि, तथा बाह्य वातावरण की अन्य भौतिक वस्तुएं
• आतंरिक वातावरण की भौतिक वस्तुएं, जैसे -- जीवधारी की गति, फैलाव और उपांगों (प्रोप्रायोसेप्शन) की स्थिति
• विष, पोषक तत्व, तथा फेरोमोंस सहित वातावरण के अणु
• जैव-अणुओं की अंतःक्रिया का आकलन और कुछ गतिज मानदंड
• आतंरिक चयापचयी परिवेश, जैसे -- ग्लूकोज-स्तर, ऑक्सीजन-स्तर, या ऑस्मोलालिटी
• आतंरिक संकेत के अणु, जैसे -- हार्मोन, न्यूरोट्रांसमीटर और साइटोकाइन
• जीवधारी और वातावरण या किसी दूसरे ग्रह के जीवों के प्रोटीन में अंतर

जैविक संवेदनशील अवयव का उपयोग करके जैविक सेंसरों की नकल करने वाले कृत्रिम सेंसरों को जैव-सेंसर कहा जाता है।

• ट्रान्सड्यूसर
• यथार्थता एवं परिशुद्धता

• एम. क्रेट्शमर और एस. वेल्स्बी (2005), क्षमतापरक और प्रेरक विस्थापन सेंसर्स, सेंसर टेक्नॉलॉजी हैंडबुक में, जे. विल्सन संपादक, नयुंस: बर्लिंगटन, MA.
• सी.ए. ग्राइम्स, ई.सी. डिकी और एम.वी. पिश्को (2006), इनसाइक्लोपीडिया ऑफ़ सेंसर्स (10-वोल्यूम सेट), अमेरिकन साइंटिफिक पब्लिशर्स. ISBN 1-58883-056-X
• एम. पोहंका, ओ. पाव्लिस और पी. स्क्लैडल. पाइज़ोइलेक्ट्रिक इम्यूनोसेंसर के उपयोग के फलस्वरूप मोनोक्लोनल प्रतिरक्षकों का तीव्र चरित्र-चित्रण सेंसर्स 2007, 7, 341-353