3.1 परिचय

 

• मापन प्रणाली (Measurement System):

• यांत्रिक और इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में उपयोगी।

• घटक: सेंसर, एक्ट्यूएटर्स, ट्रांसड्यूसर्स, और सिग्नल प्रोसेसिंग डिवाइस।

• उपयोग: कार्य करना और मापन करना, जैसे LED जलाना या स्विच सिग्नल पढ़ना।

• मेकाट्रॉनिक्स सिस्टम:

• सेंसर, कंट्रोलर और एक्ट्यूएटर को जोड़ता है।

• घटक:

• सेंसिंग यूनिट: फिल्टर, एम्पलीफायर, और सिग्नल कंडीशनर शामिल हो सकते हैं।

• कंट्रोलर: जानकारी प्रोसेस करता है और निर्णय लेता है।

• एक्ट्यूएटिंग यूनिट: एक्ट्यूएटर, पावर सप्लाई और कपलिंग मेकैनिज्म शामिल होते हैं।

• लाइनर और रोटेशनल पोज़ीशन सेंसर:

• मेकाट्रॉनिक्स सिस्टम में मुख्य मापन।

• उदाहरण: IoT डिवाइस जो सेंसर और एक्ट्यूएटर्स को इंटरनेट से जोड़ते हैं।

 

3.2 सेंसर

 

• परिभाषा: सेंसर ऐसे उपकरण हैं जो भौतिक बदलावों को पहचानते हैं और उन्हें मापने योग्य संकेतों में बदलते हैं।

• उदाहरण: पारा थर्मामीटर तापमान मापता है।

• आउटपुट सिग्नल्स: इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल, या मैग्नेटिक।

• IoT में भूमिका:

• स्वचालन (Automation) और नियंत्रण बढ़ाता है।

• उदाहरण:

• चिकित्सा निगरानी: रक्तचाप और शुगर स्तर ट्रैक करना।

• ऊर्जा संरक्षण: उपकरणों को सही सेटिंग पर चलाना।

• स्मार्ट फ्रिज: इन्वेंट्री कम होने पर अलर्ट देना।

• सेंसर और ट्रांसड्यूसर का अंतर:

• सेंसर: भौतिक परिवर्तनों को पहचानता है।

• ट्रांसड्यूसर: ऊर्जा को एक रूप से दूसरे रूप में बदलता है।

• उदाहरण: थर्मोकपल ताप ऊर्जा को वोल्टेज में बदलता है।

• ट्रांसड्यूसर के प्रकार:

• एक्टिव ट्रांसड्यूसर: बाहरी पावर की आवश्यकता होती है (जैसे स्ट्रेन गेज)।

• पैसिव ट्रांसड्यूसर: इनपुट ऊर्जा का सीधा उपयोग करता है (जैसे थर्मोकपल)।

 

बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

 

1. सेंसर का मुख्य कार्य क्या है?

A. ऊर्जा को नियंत्रित करना

B. भौतिक बदलावों को पहचानना और मापना

C. आउटपुट सिग्नल्स जनरेट करना

D. ऊर्जा को एक रूप से दूसरे में बदलना

 

उत्तर: B

 

2. कौन-सा ट्रांसड्यूसर पैसिव ट्रांसड्यूसर है?

A. स्ट्रेन गेज

B. थर्मोकपल

C. एक्सेलेरोमीटर

D. पोटेंशियोमीटर

 

उत्तर: B

 

3. मेकाट्रॉनिक्स सिस्टम में नियंत्रण एल्गोरिदम कौन संचालित करता है?

A. सेंसर

B. कंट्रोलर

C. एक्ट्यूएटर

D. ट्रांसड्यूसर

 

उत्तर: B

 

4. ऊर्जा संरक्षण में IoT कैसे सहायक है?

A. स्विच से संकेत पढ़कर

B. सही सेटिंग का सुझाव देकर और स्वचालित नियंत्रण से

C. तापमान को मैन्युअली समायोजित करके

D. डिवाइस को दूर से बंद करके

 

उत्तर: B

 

5. एक्टिव ट्रांसड्यूसर का आउटपुट क्या होता है?

A. एनालॉग सिग्नल

B. डिजिटल सिग्नल

C. बाहरी पावर के साथ प्रपोर्शनल आउटपुट

D. बिना बाहरी पावर के वोल्टेज

 

उत्तर: C

 

3.3 सेंसर का वर्गीकरण

 

• पावर की आवश्यकता के आधार पर:

• एक्टिव सेंसर: बाहरी पावर की आवश्यकता होती है (जैसे स्ट्रेन गेज)।

• पैसिव सेंसर: ऊर्जा मापी जा रही मात्रा से प्राप्त होती है (जैसे थर्मोकपल)।

• आउटपुट प्रकार के आधार पर:

• एनालॉग सेंसर:

• निरंतर सिग्नल उत्पन्न करता है।

• उदाहरण: गति, तापमान, और दबाव सेंसर।

• डिजिटल सेंसर:

• अलग-अलग (डिजिटल) सिग्नल उत्पन्न करता है।

• उदाहरण: पुश बटन स्विच।

• विशेष सेंसर:

• इनवर्स सेंसर: भौतिक मात्रा को बदलकर वापस पहचानने की क्षमता।

• उदाहरण: माइक्रोफोन और स्पीकर में उपयोग होने वाले पिज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल।

 

सेंसर के उपयोग

 

• निकटता मापन (Proximity): वस्तु की उपस्थिति मापने के लिए।

• उदाहरण: मोबाइल फोन, पार्किंग सेंसर।

• तापमान मापन (Temperature): गर्मी मापने के लिए।

• उदाहरण: थर्मोकपल, RTDs।

• स्थिति मापन (Position): गति या दिशा मापने के लिए।

• उदाहरण: एक्सेलेरोमीटर, गाइरोस्कोप।

• दबाव मापन (Pressure): बल मापने के लिए।

• उदाहरण: स्ट्रेन गेज।

• ध्वनि मापन (Sound): ध्वनि रिकॉर्ड और आउटपुट करने के लिए।

• उदाहरण: माइक्रोफोन, स्पीकर।

• गति मापन (Speed): गति मापने के लिए।

• उदाहरण: टेकोमीटर।

 

MCQs (प्रश्न और उत्तर)

 

1. पार्किंग में उपयोग होने वाला सेंसर कौन-सा है?

A. थर्मोकपल

B. प्रॉक्सिमिटी सेंसर

C. गाइरोस्कोप

D. माइक्रोफोन

 

उत्तर: B

 

2. गति मापने वाला सेंसर कौन-सा है?

A. दबाव सेंसर

B. एक्सेलेरोमीटर

C. इंफ्रारेड सेंसर

D. स्ट्रेन गेज

 

उत्तर: B

 

3. डिजिटल सेंसर का उदाहरण क्या है?

A. पुश-बटन स्विच

B. RTD

C. थर्मोकपल

D. अल्ट्रासोनिक सेंसर

 

उत्तर: A

 

4. तापमान मापने वाला सेंसर कौन-सा है?

A. एक्सेलेरोमीटर

B. थर्मोकपल

C. पिज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल

D. हॉल इफ़ेक्ट सेंसर

 

उत्तर: B

 

5. पिज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल कंपन पर क्या प्रतिक्रिया देता है?

A. आकार बदलता है

B. वोल्टेज उत्पन्न करता है

C. गर्मी उत्पन्न करता है

D. प्रकाश उत्सर्जित करता है

 

उत्तर: B

​

3.4 सेंसर के प्रकार (Types of Sensors)

 

3.4.1 पोजीशन सेंसर (Position Sensor)

 

• पोजीशन सेंसर किसी वस्तु की स्थिति को मापते हैं।

• प्रकार:

• एब्सोल्यूट सेंसर: वस्तु की स्थिर स्थिति मापते हैं।

• डिस्प्लेसमेंट सेंसर: वस्तु की सापेक्ष स्थिति मापते हैं।

• उदाहरण: रेखीय (Linear), कोणीय (Angular) या मल्टी-एक्सिस सेंसर।

 

3.4.2 ऑक्यूपेंसी और मोशन सेंसर (Occupancy and Motion Sensors)

 

• ऑक्यूपेंसी सेंसर: क्षेत्र में व्यक्तियों या जानवरों की उपस्थिति का पता लगाते हैं।

• उदाहरण: इलेक्ट्रिक आई, रडार।

• मोशन सेंसर: किसी वस्तु या व्यक्ति की गति का पता लगाते हैं।

• अंतर: ऑक्यूपेंसी सेंसर स्थिर स्थिति में भी सिग्नल देते हैं, जबकि मोशन सेंसर नहीं।

 

3.4.3 वेग और त्वरण सेंसर (Velocity and Acceleration Sensors)

 

• वेग सेंसर: किसी वस्तु की गति को रेखीय (Linear) या कोणीय (Angular) रूप में मापते हैं।

• उदाहरण: ऑब्जेक्ट की गति और घूर्णन दर।

 

3.4.4 बल सेंसर (Force Sensors)

 

• भौतिक बल के होने और उसकी सीमा पार करने का पता लगाते हैं।

• उदाहरण: फोर्स गेज, टैक्टाइल (स्पर्श) सेंसर।

 

3.4.5 दबाव सेंसर (Pressure Sensors)

 

• द्रव या गैस के दबाव को मापते हैं।

• उपयोग: IoT सिस्टम में, जो मानक दबाव सीमा में बदलाव पर अलर्ट देते हैं।

• उदाहरण: बैरोमीटर, पीजोमीटर।

 

3.4.6 फ्लो सेंसर (Flow Sensors)

 

• तरल के प्रवाह दर या मात्रा को मापते हैं।

• उदाहरण: एनिमोमीटर, वाटर मीटर।

 

3.4.7 ध्वनि सेंसर (Acoustic Sensors)

 

• ध्वनि स्तरों को मापते हैं और डिजिटल या एनालॉग डेटा में बदलते हैं।

• उदाहरण: माइक्रोफोन, जियोफोन।

 

3.4.8 आर्द्रता सेंसर (Humidity Sensors)

 

• वायु में जल वाष्प (नमी) की मात्रा का पता लगाते हैं।

• उपयोग: औद्योगिक, पर्यावरणीय और बायोमेडिकल अनुप्रयोग।

• उदाहरण: हाईग्रोमीटर, सॉइल मॉइश्चर सेंसर।

 

3.4.9 प्रकाश सेंसर (Light Sensors)

 

• प्रकाश (दृश्यमान या अदृश्य) की उपस्थिति का पता लगाते हैं।

• उदाहरण: इंफ्रारेड सेंसर, फोटो-डिटेक्टर।

 

3.4.10 विकिरण सेंसर (Radiation Sensors)

 

• वातावरण में विकिरण का पता लगाते हैं।

• उदाहरण: सिंटिलेटर, न्यूट्रॉन डिटेक्टर।

 

3.4.11 तापमान सेंसर (Temperature Sensors)

 

• सिस्टम में गर्मी या ठंडक मापते हैं।

• प्रकार:

• संपर्क सेंसर: वस्तु के संपर्क में रहकर मापते हैं।

• गैर-संपर्क सेंसर: विकिरण और संवहन से मापते हैं।

• उदाहरण: थर्मामीटर, तापमान गेज।

 

3.4.12 रासायनिक सेंसर (Chemical Sensors)

 

• रासायनिक परिवर्तनों का पता लगाते हैं।

• उपयोग: वायु गुणवत्ता निगरानी और औद्योगिक प्रसंस्करण।

• उदाहरण: ब्रेथलाइजर, स्मोक डिटेक्टर।

 

3.4.13 इमेज सेंसर (Image Sensors)

 

• प्रकाशीय छवियों को इलेक्ट्रॉनिक संकेतों में बदलते हैं।

• उपयोग: डिजिटल कैमरा, मेडिकल इमेजिंग।

 

3.4.14 ऑप्टिकल सेंसर (Optical Sensors)

 

• प्रकाश की मात्रा को मापते हैं और इसे इलेक्ट्रिकल सिग्नल में बदलते हैं।

• उदाहरण: फाइबर ऑप्टिक्स, पायरोमीटर।

 

3.4.15 गैस सेंसर (Gas Sensors)

 

• गैस की उपस्थिति और रिसाव का पता लगाते हैं।

• उपयोग: वायु गुणवत्ता और खतरनाक गैसों की निगरानी।

• उदाहरण: ऑयल और गैस इंडस्ट्री, कोयला खदानें।

 

3.4.16 अल्ट्रासोनिक सेंसर (Ultrasonic Sensors)

 

• मानव सुनने की सीमा से अधिक आवृत्ति (>20 kHz) का उपयोग करते हैं।

• उपयोग: दूरी और वस्तु की उपस्थिति मापना।

 

3.4.17 हॉल सेंसर (Hall Sensors)

 

• चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति का पता लगाते हैं और वोल्टेज सिग्नल में बदलते हैं।

• उपयोग: चुंबकीय क्षेत्र का मापन।

 

3.4.18 इंफ्रारेड सेंसर (Infrared Sensors)

 

• इंफ्रारेड विकिरण का पता लगाते हैं और गर्मी मापते हैं।

• उपयोग: स्वास्थ्य निगरानी (ब्लड फ्लो, ब्लड प्रेशर)।

 

3.4.19 बायोसेंसर (Biosensors)

 

• जैविक प्रक्रियाओं में परिवर्तन का पता लगाते हैं और इसे इलेक्ट्रिकल सिग्नल में बदलते हैं।

• उपयोग: ग्लूकोज मापने वाले उपकरण, चिकित्सा और खाद्य प्रसंस्करण।

 

3.4.20 माइक्रो और नैनो सेंसर (Micro and Nano Sensors)

 

• पारंपरिक सेंसर का छोटा और उन्नत संस्करण।

• उपयोग: मेडिकल टेक्नोलॉजी, नैनो टेक्नोलॉजी।

 

महत्वपूर्ण सेंसर के उपयोग

 

1. एलडीआर (LDR): प्रकाश तीव्रता पर आधारित प्रतिरोध।

2. थर्मोकपल: तापमान मापने के लिए वोल्टेज सिग्नल देता है।

3. स्ट्रेन गेज: दबाव का पता लगाकर इसे विद्युत संकेतों में बदलता है।

4. माइक्रोफोन: ध्वनि संकेत को विद्युत सिग्नल में बदलता है।

5. निकटता सेंसर: वस्तु की उपस्थिति का पता लगाता है।

 

MCQs

​

1. पोजीशन सेंसर क्या मापता है?

A. गति

B. स्थिति

C. दबाव

D. तापमान

 

उत्तर: B

 

2. ऑक्यूपेंसी सेंसर और मोशन सेंसर में क्या अंतर है?

A. ऑक्यूपेंसी सेंसर गति मापता है।

B. ऑक्यूपेंसी सेंसर स्थिर स्थिति में सिग्नल देता है।

C. मोशन सेंसर स्थिर स्थिति मापता है।

D. मोशन सेंसर हमेशा सिग्नल देता है।

 

उत्तर: B

 

3. वेग सेंसर क्या मापता है?

A. स्थिति

B. गति

C. तापमान

D. दबाव

 

उत्तर: B

 

4. बल सेंसर किसका पता लगाते हैं?

A. गति

B. दबाव

C. बल

D. प्रकाश

 

उत्तर: C

 

5. अल्ट्रासोनिक सेंसर किस आवृत्ति पर काम करते हैं?

A. 20 हर्ट्ज से कम

B. 20 किलोहर्ट्ज से अधिक

C. 20 हर्ट्ज से 20 किलोहर्ट्ज के बीच

D. 50 किलोहर्ट्ज से अधिक

 

उत्तर: B

​

3.5 सेंसर चुनने के मापदंड

 

किसी भौतिक मापदंड को मापने के लिए सेंसर का चयन करते समय कई स्थिर और गतिशील कारकों पर विचार करना चाहिए। नीचे कुछ मुख्य मापदंड दिए गए हैं:

1. रेंज (Range):

• सेंसर द्वारा मापी जाने वाली अधिकतम और न्यूनतम मान के बीच का अंतर।

2. रिज़ॉल्यूशन (Resolution):

• सेंसर द्वारा पहचानी जाने वाली सबसे छोटी मापी जाने वाली परिवर्तनशीलता।

3. सटीकता (Accuracy):

• मापे गए मान और वास्तविक मान के बीच का अंतर।

4. सटीक दोहराव (Precision):

• बार-बार मापने पर समान सटीक परिणाम देने की क्षमता।

5. संवेदनशीलता (Sensitivity):

• इनपुट और आउटपुट के बीच परिवर्तन का अनुपात।

6. मजबूती (Ruggedness):

• अत्यधिक परिचालन स्थितियों में सेंसर की स्थायित्व।

7. रेखीयता (Linearity):

• वास्तविक और आदर्श मापन वक्र के बीच का विचलन प्रतिशत।

8. हिस्टेरेसिस (Hysteresis):

• इनपुट बढ़ाने और घटाने के दौरान आउटपुट में अधिकतम अंतर।

9. प्रतिक्रिया समय (Response Time):

• इनपुट और आउटपुट के बीच का समय अंतराल।

10. बैंडविड्थ (Bandwidth):

• वह आवृत्ति जहां आउटपुट की तीव्रता कम हो जाती है।

11. अनुनाद (Resonance):

• वह आवृत्ति जहां आउटपुट की तीव्रता अधिकतम हो जाती है।

12. संचालन तापमान (Operating Temperature):

• वह तापमान सीमा जिसमें सेंसर सही तरीके से काम करता है।

13. सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात (Signal-to-Noise Ratio):

• आउटपुट सिग्नल और शोर के बीच का अनुपात।

14. मापी जा रही मापदंड (Type of Sensing):

• सेंसर द्वारा मापी जाने वाली भौतिक मात्रा (जैसे तापमान, दबाव)।

15. पावर खपत (Power Consumption):

• सेंसर द्वारा खपत की जाने वाली ऊर्जा।

16. लागत (Cost):

• बजट के अनुसार सेंसर का चयन।

17. दोहराव क्षमता (Repeatability):

• एक जैसे इनपुट पर समान आउटपुट देने की क्षमता।

18. स्थिरता (Stability):

• समय के साथ समान इनपुट पर स्थिर आउटपुट देने की क्षमता।

 

3.6 एक्ट्यूएटर्स

• एक्ट्यूएटर्स सेंसर से प्राप्त ऊर्जा या जानकारी को भौतिक क्रिया में बदलते हैं।

• उद्देश्य: वस्तुओं को हिलाना, गर्म/ठंडा करना, या सिस्टम को नियंत्रित करना।

• मुख्य घटक:

1. कंट्रोल कमांड: आमतौर पर एक विद्युत सिग्नल।

2. पावर सप्लाई: निर्दिष्ट वोल्टेज और करंट पर एसी या डीसी पावर प्रदान करता है।

3. कपलिंग मैकेनिज्म: एक्ट्यूएटर और फिजिकल सिस्टम को जोड़ता है।

• कार्यप्रणाली:

• इनपुट ऊर्जा को गति या यांत्रिक ऊर्जा में बदलता है।

• उपयोग: स्क्रू, पिस्टन, लिंक के साथ।

 

3.7 एक्ट्यूएटर का वर्गीकरण

 

1. ऊर्जा स्रोत के आधार पर:

1. इलेक्ट्रिकल एक्ट्यूएटर: विद्युत द्वारा संचालित।

2. इलेक्ट्रोमैकेनिकल एक्ट्यूएटर: यांत्रिक और विद्युत क्रियाओं का संयोजन।

3. इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एक्ट्यूएटर: चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग।

4. हाइड्रॉलिक एक्ट्यूएटर: द्रव के दबाव का उपयोग।

5. प्न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर: वायु दबाव का उपयोग।

6. स्मार्ट मटेरियल एक्ट्यूएटर: विशेष सामग्रियों से बने।

7. माइक्रो/नैनो एक्ट्यूएटर: उन्नत अनुप्रयोगों के लिए छोटे आकार।

 

2. आउटपुट स्टेट्स के आधार पर:

1. बाइनरी एक्ट्यूएटर: दो स्थिर अवस्थाएं (उदाहरण: रिले)।

2. कंटीन्यूस एक्ट्यूएटर: छोटे-छोटे स्थिर आउटपुट (उदाहरण: स्टेपर मोटर)।

 

3. गति के आधार पर:

1. लीनियर एक्ट्यूएटर:

• सीधी गति उत्पन्न करते हैं।

• आमतौर पर पुश/पुल अनुप्रयोगों में उपयोग।

2. रोटरी एक्ट्यूएटर:

• घूर्णी गति प्रदान करते हैं।

 

बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

 

1. सेंसर में रिज़ॉल्यूशन क्या दर्शाता है?

A. अधिकतम सीमा

B. न्यूनतम मापने योग्य परिवर्तन

C. स्थिरता

D. प्रतिक्रिया समय

 

उत्तर: B

 

2. एक्ट्यूएटर का मुख्य कार्य क्या है?

A. गति को ऊर्जा में बदलना

B. ऊर्जा को गति में बदलना

C. भौतिक मात्रा मापना

D. सिग्नल उत्पन्न करना

उत्तर: B

 

3. वायु दबाव द्वारा संचालित एक्ट्यूएटर को क्या कहते हैं?

A. हाइड्रॉलिक

B. प्न्यूमेटिक

C. इलेक्ट्रोमैकेनिकल

D. स्मार्ट मटेरियल

 

उत्तर: B

 

4. सेंसर में हिस्टेरेसिस क्या दर्शाता है?

A. सटीकता का विचलन

B. इनपुट बढ़ाने और घटाने पर आउटपुट में अंतर

C. स्थायित्व

D. प्रतिक्रिया समय

 

उत्तर: B

 

5. कंटीन्यूस एक्ट्यूएटर का उदाहरण क्या है?

A. रिले

B. स्टेपर मोटर

C. सोलनॉइड

D. हाइड्रॉलिक पंप

 

उत्तर: B

​

3.7 एक्ट्यूएटर्स का वर्गीकरण (Classification of Actuators)

 

एक्ट्यूएटर वे उपकरण हैं जो ऊर्जा को गति या यांत्रिक ऊर्जा में बदलते हैं। यहां एक्ट्यूएटर्स के प्रकार, उनके काम करने के तरीके और उपयोग की जानकारी दी गई है।

 

3.7.1 इलेक्ट्रिकल एक्ट्यूएटर्स (Electrical Actuators)

• परिभाषा (Definition):

• ये एक्ट्यूएटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा (Mechanical Energy) में बदलते हैं।

• कार्य सिद्धांत (Working Principle):

• चुंबकीय क्षेत्र (Magnetic Field) और विद्युत प्रवाह ले जाने वाले चालक (Current-Carrying Conductors) के बीच क्रिया द्वारा बल उत्पन्न करते हैं।

• लाभ (Advantages):

• साफ और तेल-मुक्त संचालन (Clean and Oil-Free Operation)।

• औद्योगिक प्रशंसकों, पंपों, घरेलू उपकरणों और पावर टूल्स में उपयोग।

 

3.7.2 इलेक्ट्रोमैकेनिकल एक्ट्यूएटर्स (Electromechanical Actuators)

• परिभाषा (Definition):

• ये एक्ट्यूएटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक गति (Mechanical Motion) में बदलते हैं।

 

प्रमुख प्रकार (Types):

1. डीसी मोटर (DC Motors):

• परिवर्ती गति (Variable Speed) पर चलते हैं।

• कम्यूटेटर (Commutator) द्वारा गति और स्थिति नियंत्रित होती है।

• उपयोग: रोबोटिक्स, वाहनों और घरेलू उपकरणों में।

2. एसी मोटर (AC Motors):

• स्थिर गति (Constant Speed) पर चलते हैं।

• प्रकार:

• इंडक्शन मोटर (Induction Motor): सरल, शक्तिशाली और रखरखाव मुक्त।

• सिंक्रोनस मोटर (Synchronous Motor): उच्च दक्षता (High Efficiency), लागत कम करने के लिए उपयोग।

• यूनिवर्सल मोटर (Universal Motor): एसी और डीसी दोनों पर काम कर सकते हैं।

3. स्टेपर मोटर (Stepper Motors):

• डिजिटल पल्स को घूर्णी गति (Rotational Motion) में बदलते हैं।

• उपयोग: औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों और रोबोटिक्स में।

4. सर्वो मोटर (Servo Motors):

• उच्च गति और स्थिति की सटीकता (High Speed and Positional Accuracy) प्रदान करते हैं।

• उपयोग: रोबोटिक्स और सीएनसी मशीनरी।

 

3.7.3 इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एक्ट्यूएटर्स (Electromagnetic Actuators)

• सोलनॉइड एक्ट्यूएटर (Solenoid Actuators):

• चुंबकीय क्षेत्र से लोहे के कोर को धक्का देना या खींचना।

• उपयोग: रिले और स्विच में।

• इलेक्ट्रोमैग्नेट्स (Electromagnets):

• बड़े बल उत्पन्न करते हैं।

• औद्योगिक भार उठाने के लिए उपयोग।

 

3.7.4 हाइड्रॉलिक एक्ट्यूएटर्स (Hydraulic Actuators)

• परिभाषा (Definition):

• द्रव शक्ति (Hydraulic Fluid Power) का उपयोग कर रेखीय, घूर्णी या दोलन गति उत्पन्न करते हैं।

• उपयोग (Applications):

• क्रेन, खुदाई मशीन और कार जैक।

• लाभ (Advantages):

• बड़े बल उत्पन्न कर सकते हैं।

• हानि (Disadvantages):

• जटिल और बार-बार रखरखाव की आवश्यकता।

 

3.7.5 प्न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर्स (Pneumatic Actuators)

• परिभाषा (Definition):

• संकुचित गैस (Compressed Gas) का उपयोग कर गति उत्पन्न करते हैं।

• उपयोग (Applications):

• उन प्रणालियों में जहां सटीकता की आवश्यकता नहीं होती।

• हानि (Disadvantages):

• शोर (Noise), भारी (Bulky), और स्थानांतरित करना कठिन।

 

3.7.6 स्मार्ट मटेरियल एक्ट्यूएटर्स (Smart Material Actuators)

• परिभाषा (Definition):

• विशेष सामग्री का उपयोग जो बाहरी उत्तेजनाओं जैसे ताप, वोल्टेज, या चुंबकीय क्षेत्र (Magnetic Field) पर प्रतिक्रिया करती है।

 

प्रकार (Types):

1. शेप मेमोरी अलॉय (Shape Memory Alloy - SMA):

• तापमान परिवर्तन पर अपना पूर्व निर्धारित आकार प्राप्त करते हैं।

2. पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर (Piezoelectric Actuator):

• वोल्टेज के आधार पर फैलते या सिकुड़ते हैं।

3. मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव एक्ट्यूएटर (Magnetostrictive Actuator):

• चुंबकीय क्षेत्र पर यांत्रिक विकृति उत्पन्न करते हैं।

4. आयन एक्सचेंज पॉलिमर (Ion Exchange Polymer):

• कृत्रिम मांसपेशियों और अंगों में उपयोग।

 

3.7.7 माइक्रो एक्ट्यूएटर्स (Micro Actuators)

• परिभाषा (Definition):

• माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रक्रियाओं से विकसित छोटे एक्ट्यूएटर।

• उपयोग (Applications):

• जैव-चिकित्सा उपकरण, सटीक मशीनरी, और रोबोटिक्स।

 

बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

 

1. कौन सा एक्ट्यूएटर संकुचित गैस का उपयोग करता है?

A. हाइड्रॉलिक एक्ट्यूएटर

B. प्न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर

C. इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एक्ट्यूएटर

D. स्मार्ट मटेरियल एक्ट्यूएटर

 

उत्तर: B

 

2. हाइड्रॉलिक एक्ट्यूएटर्स का मुख्य लाभ क्या है?

A. शोर-मुक्त संचालन

B. बड़े बल उत्पन्न करना

C. सरल डिजाइन

D. रखरखाव की आवश्यकता नहीं

 

उत्तर: B

 

3. कौन सा एक्ट्यूएटर डिजिटल पल्स को घूर्णी गति में बदलता है?

A. सर्वो मोटर

B. स्टेपर मोटर

C. यूनिवर्सल मोटर

D. पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर

 

उत्तर: B

 

4. शेप मेमोरी अलॉय (SMA) में उपयोग की जाने वाली सामग्री कौन सी है?

A. कॉपर और जिंक

B. निकेल और टाइटेनियम

C. आयरन और क्रोमियम

D. एल्युमिनियम और निकेल

 

उत्तर: B

 

5. सर्वो मोटर किसके लिए उपयुक्त है?

A. सटीक स्थिति और उच्च गति

B. भारी लोड उठाने

C. शोर-मुक्त संचालन

D. दीर्घकालिक संचालन

 

उत्तर: A

​​​

​

3.8 माइक्रोकंट्रोलर (Microcontroller)

 

माइक्रोकंट्रोलर एक छोटा, स्वतंत्र सिस्टम है जिसमें CPU, मेमोरी, और इनपुट/आउटपुट (I/O) उपकरण एक ही चिप में जुड़े होते हैं। इसका उपयोग विशेष कार्यों के लिए एंबेडेड सिस्टम में किया जाता है।

 

माइक्रोकंट्रोलर के मुख्य घटक (Key Components of a Microcontroller)

1. CPU (सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट):

• अंकगणित, लॉजिक और डेटा संचालन को निष्पादित करता है।

• माइक्रोकंट्रोलर का दिमाग।

2. मेमोरी (Memory):

• RAM (रैंडम एक्सेस मेमोरी): प्रोग्राम निष्पादन के दौरान अस्थायी डेटा संग्रहीत करता है।

• ROM (रीड ओनली मेमोरी): प्रोग्राम को स्थायी रूप से संग्रहीत करता है।

3. I/O पोर्ट्स (इनपुट/आउटपुट पोर्ट्स):

• सेंसर, डिस्प्ले और मोटर्स जैसे बाहरी उपकरणों के साथ संचार को सक्षम बनाते हैं।

4. पेरिफेरल्स (Peripherals):

• अतिरिक्त सुविधाएं जैसे ADC (एनालॉग से डिजिटल कन्वर्टर), DAC (डिजिटल से एनालॉग कन्वर्टर), SPI, I²C और USB।

 

माइक्रोकंट्रोलर की विशेषताएं (Features of a Microcontroller)

1. सिंगल-चिप एकीकरण: CPU, मेमोरी, और पेरिफेरल्स को एक चिप में जोड़ता है।

2. कार्य-विशिष्ट: एक ही प्रोग्राम को बार-बार निष्पादित करने के लिए डिज़ाइन किया गया।

3. कम पावर खपत: बैटरी संचालित उपकरणों के लिए आदर्श।

4. कॉम्पैक्ट और किफायती: एंबेडेड सिस्टम के आकार और लागत को कम करता है।

 

माइक्रोकंट्रोलर के लाभ (Advantages of Microcontrollers)

1. स्वतंत्र डिज़ाइन: न्यूनतम बाहरी घटकों की आवश्यकता।

2. प्रोग्रामेबल I/O पोर्ट्स: विशेष अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलन योग्य।

3. लागत-प्रभावी: डिज़ाइन और निर्माण लागत को कम करता है।

4. ऊर्जा-कुशल: CMOS तकनीक का उपयोग, जिससे कम ऊर्जा खपत होती है।

 

माइक्रोकंट्रोलर की सीमाएं (Disadvantages of Microcontrollers)

1. सीमित गणना शक्ति: केवल छोटे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त।

2. फिक्स्ड मेमोरी: बड़े प्रोग्रामों के लिए अपग्रेड नहीं किया जा सकता।

3. लचीलापन की कमी: एक ही चिप में सभी घटक फिक्स होते हैं।

4. विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन: अन्य कार्यों में सीमित उपयोग।

 

माइक्रोकंट्रोलर के उपयोग (Applications of Microcontrollers)

1. उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स: वॉशिंग मशीन, माइक्रोवेव और एयर कंडीशनर।

2. ऑटोमोटिव: इंजन नियंत्रण, एबीएस, और एयरबैग सिस्टम।

3. चिकित्सा उपकरण: ग्लूकोज मीटर, हार्ट रेट मॉनिटर।

4. औद्योगिक स्वचालन: रोबोटिक्स, कन्वेयर बेल्ट, और मॉनिटरिंग सिस्टम।

 

3.9 माइक्रोकंट्रोलर का वर्गीकरण (Classification of Microcontrollers)

 

माइक्रोकंट्रोलर्स को बस चौड़ाई, मेमोरी संरचना, इंस्ट्रक्शन सेट, और I/O पिन्स के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है।

 

1. बस चौड़ाई (Bus Width)

 

डेटा प्रोसेसिंग की मात्रा को परिभाषित करता है।

• 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर:

• सरल कार्यों के लिए उपयोग।

• उदाहरण: Intel 8051।

• 16-बिट माइक्रोकंट्रोलर:

• अधिक सटीकता और जटिल कार्यों को संभालता है।

• उदाहरण: Intel 8096।

• 32-बिट माइक्रोकंट्रोलर:

• रोबोटिक्स और चिकित्सा उपकरणों जैसे उन्नत अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त।

 

2. मेमोरी संरचना (Memory Structure)

1. एम्बेडेड मेमोरी माइक्रोकंट्रोलर:

• सभी मेमोरी घटक चिप में ही शामिल।

• उदाहरण: 8051 माइक्रोकंट्रोलर।

2. बाहरी मेमोरी माइक्रोकंट्रोलर:

• मेमोरी के लिए बाहरी चिप की आवश्यकता।

• उदाहरण: Intel 8031।

 

3. इंस्ट्रक्शन सेट (Instruction Set)

1. CISC (कॉम्प्लेक्स इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटर):

• जटिल निर्देशों को सीधे हार्डवेयर में निष्पादित करता है।

• अधिकांश सामान्य माइक्रोकंट्रोलर इसका अनुसरण करते हैं।

2. RISC (रिड्यूस्ड इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटर):

• सरल और तेज संचालन के लिए डिज़ाइन।

 

4. I/O पिन्स की संख्या (Number of I/O Pins)

• अनुप्रयोग आवश्यकताओं के अनुसार विभिन्न पिन आकार।

• उदाहरण: रोबोटिक्स सिस्टम में अधिक पिन्स की आवश्यकता।

 

3.10 माइक्रोकंट्रोलर का आरेख (Microcontroller Diagram)

 

डायग्राम में माइक्रोकंट्रोलर और उसके मुख्य घटकों का स्पष्ट चित्रण है। यदि अधिक जानकारी या स्पष्टीकरण चाहिए, तो बताएं।

 

3.11 माइक्रोकंट्रोलर के प्रकार

 

माइक्रोकंट्रोलर को उनकी आर्किटेक्चर, फीचर्स और उपयोग के आधार पर विभिन्न श्रेणियों में विभाजित किया गया है। नीचे प्रमुख माइक्रोकंट्रोलर प्रकारों का विस्तृत विवरण दिया गया है:

 

3.11.1 8051 माइक्रोकंट्रोलर

• निर्माता: इंटेल (1981)।

• आर्किटेक्चर: 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर, 40 पिन।

• मुख्य विशेषताएं:

• 8-बिट CPU, जो 8-बिट डेटा को प्रोसेस करता है।

• प्रोग्राम मेमोरी (ROM): स्थायी स्टोरेज के लिए।

• डेटा मेमोरी (RAM): अस्थायी डेटा के लिए।

• इंटरप्ट्स: एक्सटर्नल इंटरप्ट 0 और 1, टाइमर इंटरप्ट 0 और 1, सीरियल पोर्ट इंटरप्ट।

• चार 8-बिट प्रोग्रामेबल I/O पोर्ट्स।

• 12 MHz ऑपरेटिंग फ्रीक्वेंसी के साथ ऑन-चिप ऑस्सीलेटर।

• CISC आर्किटेक्चर, वॉन न्यूमैन संरचना के साथ।

• उपयोग:

ऊर्जा प्रबंधन, टचस्क्रीन, ऑटोमोबाइल, रोबोटिक्स, मेडिकल उपकरण, और होम ऑटोमेशन।

• उदाहरण:

टीवी, गेराज डोर ओपनर, होम सिक्योरिटी सिस्टम।

 

3.11.2 AVR माइक्रोकंट्रोलर

• निर्माता: एटमल कॉर्पोरेशन (1996)।

• आर्किटेक्चर: RISC (रिड्यूस्ड इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटर) के साथ हार्वर्ड संरचना।

• प्रकार:

1. TinyAVR: छोटी मेमोरी, साधारण कार्यों के लिए।

2. MegaAVR: मध्यम मेमोरी (256 KB तक) और जटिल कार्यों के लिए।

3. XmegaAVR: उच्च गति और बड़ी मेमोरी के साथ उन्नत कार्यों के लिए।

• मुख्य विशेषताएं:

• 16 KB फ्लैश मेमोरी।

• आंतरिक ऑस्सीलेटर और 10-बिट ADC।

• 256 KB तक सेल्फ-प्रोग्रामेबल फ्लैश मेमोरी।

• 1.8V पर कम वोल्टेज संचालन।

• उपयोग:

होम ऑटोमेशन, रोबोटिक्स, बायोमेडिकल डिवाइस, और ऑटोमोबाइल।

 

3.11.3 PIC माइक्रोकंट्रोलर

• निर्माता: माइक्रोचिप टेक्नोलॉजी।

• आर्किटेक्चर: RISC (रिड्यूस्ड इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटर)।

• मुख्य विशेषताएं:

• उच्च क्लॉक स्पीड और कुशल कोड निष्पादन।

• हार्वर्ड आर्किटेक्चर का समर्थन।

• एनालॉग इंटरफेसिंग के लिए अतिरिक्त सर्किटरी की आवश्यकता नहीं।

• USB/सीरियल पोर्ट कनेक्टिविटी।

• उपयोग:

स्मार्टफोन, गेमिंग पेरिफेरल्स, ऑडियो उपकरण, और चिकित्सा उपकरण।

 

3.11.4 ARM माइक्रोकंट्रोलर

• निर्माता: एकॉर्न कंप्यूटर्स (1985)।

• आर्किटेक्चर: RISC आधारित 32-बिट और 64-बिट कोर।

• मुख्य विशेषताएं:

• मल्टी-कोर प्रोसेसर, जो उच्च प्रदर्शन और गति प्रदान करते हैं।

• फिक्स्ड इंस्ट्रक्शन लेंथ, जिससे तेज प्रोसेसिंग होती है।

• वॉन न्यूमैन या हार्वर्ड आर्किटेक्चर के साथ संगत।

• IoT और मिनिएचर उपकरणों के लिए उपयुक्त।

• उपयोग:

स्मार्टफोन, टैबलेट, मल्टीमीडिया प्लेयर्स, और IoT डिवाइस।

 

3.11.5 Renesas माइक्रोकंट्रोलर

• विशेष उपयोग: ऑटोमोटिव और औद्योगिक अनुप्रयोग।

• मुख्य विशेषताएं:

• मल्टी-कोर तकनीक के साथ कम पावर खपत।

• इंडस्ट्रियल डिज़ाइन के लिए 5V ऑपरेशन।

• उच्च मेमोरी वेरिएंट (8 MB तक फ्लैश मेमोरी)।

• सुरक्षा सुविधाओं का एकीकरण।

• उपयोग:

औद्योगिक स्वचालन, मोटर नियंत्रण, चिकित्सा उपकरण, और संचार प्रणाली।

 

तुलनात्मक तालिका

 

माइक्रोकंट्रोलर    आर्किटेक्चर    मुख्य विशेषताएं                                          उपयोग

8051                CISC             8-बिट CPU, 4 I/O पोर्ट्स, इंटरप्ट्स             टीवी, होम ऑटोमेशन, रोबोटिक्स

AVR                 RISC              फ्लैश मेमोरी, ADC, कम वोल्टेज संचालन       टचस्क्रीन, रोबोटिक्स, ऑटोमोबाइल

PIC                   RISC              उच्च क्लॉक स्पीड, एनालॉग इंटरफेसिंग          स्मार्टफोन, चिकित्सा उपकरण

ARM                RISC              32/64-बिट मल्टी-कोर प्रोसेसर, कम           IoT, स्मार्टफोन, टैबलेट

                                               पावर खपत

Renesas         Multi-Core   उच्च प्रदर्शन, 5V संचालन, सुरक्षा विशेषताएं   औद्योगिक स्वचालन, मोटर नियंत्रण

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