पीजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसर: अनुप्रयोग र कामकाजको सिद्धान्त

पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर क्या है

एक पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर (या पायजोइलेक्ट्रिक सेंसर) एक उपकरण है जो पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके त्वरण, दबाव, तनाव, तापमान या बल में परिवर्तनों को मापता है और इस ऊर्जा को विद्युत आवेश में परिवर्तित करता है।

एक ट्रान्सड्युसर कुछ भी हो सकता है जो एक प्रकार की ऊर्जा को दूसरी प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित करता है। पायजोइलेक्ट्रिक सामग्री ट्रान्सड्युसर का एक प्रकार है। जब हम इस पायजोइलेक्ट्रिक सामग्री को दबाते हैं या किसी बल या दबाव लगाते हैं, तो ट्रान्सड्युसर इस ऊर्जा को वोल्टेज में परिवर्तित करता है। यह वोल्टेज उस बल या दबाव का फलन होता है जो इस पर लगाया जाता है।

पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर द्वारा उत्पन्न विद्युत वोल्टेज को आसानी से वोल्टेज मापन यंत्रों द्वारा मापा जा सकता है। चूंकि यह वोल्टेज उस बल या दबाव का फलन होगा जो इस पर लगाया जाता है, इसलिए हम वोल्टेज पढ़ने से यह अनुमान लगा सकते हैं कि बल/दबाव कितना था। इस प्रकार, यांत्रिक तनाव या बल जैसी भौतिक मात्राओं को पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर का उपयोग करके सीधे मापा जा सकता है।

पायजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर

पायजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर पायजोइलेक्ट्रिक सेंसर के विपरीत व्यवहार करता है। यह ऐसा उपकरण है जिसमें विद्युत प्रभाव सामग्री को विकृत करेगा, यानी फैलाएगा या झुकाएगा।

यह अर्थ है कि पायजोइलेक्ट्रिक सेंसर में, जब बल लगाकर इसे फैलाया या झुकाया जाता है, तो एक विद्युत संभावित उत्पन्न होता है और विपरीत रूप से, जब पायजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर पर विद्युत संभावित लगाया जाता है, तो यह विकृत होता है, यानी फैल जाता है या झुक जाता है।

पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर में क्वार्ट्ज क्रिस्टल होता है, जो सिलिकन और ऑक्सीजन से बना होता है और क्रिस्टली संरचना (SiO2) में व्यवस्थित होता है। आमतौर पर, सभी क्रिस्टलों का यूनिट सेल (बुनियादी दोहराव इकाई) सममित होता है, लेकिन पायजोइलेक्ट्रिक क्वार्ट्ज क्रिस्टल में यह नहीं होता है। पायजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं।

उनके अंदर के परमाणु सममित रूप से व्यवस्थित नहीं हो सकते, लेकिन उनके विद्युत आवेश संतुलित होते हैं, यानी धनात्मक आवेश ऋणात्मक आवेश को रद्द कर देते हैं। क्वार्ट्ज क्रिस्टल की विशेषता है कि जब इस पर यांत्रिक तनाव लगाया जाता है, तो यह विद्युत ध्रुवता उत्पन्न करता है। बुनियादी रूप से, दो प्रकार के तनाव होते हैं। एक दबाव तनाव और दूसरा टेंशन तनाव है।

जब क्वार्ट्ज पर तनाव नहीं होता, तो इस पर कोई आवेश उत्पन्न नहीं होता। दबाव तनाव के मामले में, एक तरफ धनात्मक आवेश उत्पन्न होते हैं और विपरीत तरफ ऋणात्मक आवेश उत्पन्न होते हैं। दबाव तनाव के कारण क्वार्ट्ज क्रिस्टल थोड़ा पतला और लंबा हो जाता है। टेंशन तनाव के मामले में, आवेश दबाव तनाव की तुलना में विपरीत रूप से उत्पन्न होते हैं और क्वार्ट्ज क्रिस्टल थोड़ा छोटा और मोटा हो जाता है।

पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत पर आधारित है। पायजोइलेक्ट्रिक शब्द ग्रीक शब्द पिएज़ेन से लिया गया है, जिसका अर्थ है दबाना या दबाव डालना। पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहता है कि जब क्वार्ट्ज क्रिस्टल पर यांत्रिक तनाव या बल लगाया जाता है, तो क्वार्ट्ज क्रिस्टल की सतह पर विद्युत आवेश उत्पन्न होते हैं। पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज पियरे और जैक्स क्यूरी ने की थी। उत्पन्न आवेश की दर लगाए गए यांत्रिक तनाव की दर के समानुपाती होती है। अधिक तनाव अधिक वोल्टेज उत्पन्न करेगा।

पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि यह विपरीत होता है, यानी जब उन पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो वे निश्चित तल के साथ आयाम बदलते हैं, यानी क्वार्ट्ज क्रिस्टल की संरचना को विद्युत क्षेत्र में रखने पर, यह क्वार्ट्ज क्रिस्टल को विद्युत क्षेत्र की ताकत के समानुपाती रूप से विकृत कर देगा। यदि उसी संरचना को विद्युत क्षेत्र के विपरीत दिशा में रखा जाता है, तो विकृति विपरीत होगी।

क्वार्ट्ज क्रिस्टल लगाए गए विद्युत क्षेत्र के कारण लंबा हो जाता है

क्वार्ट्ज क्रिस्टल विद्युत क्षेत्र के विपरीत दिशा में लगाए जाने पर छोटा हो जाता है।
यह एक स्व-उत्पादक ट्रान्सड्युसर है। इसके ऑपरेशन के लिए विद्युत वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है। पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर द्वारा उत्पन्न विद्युत वोल्टेज लगाए गए तनाव या बल के समानुपाती रूप से बदलता है।

पायजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्युसर में उच्च संवेदनशीलता होती है। इसलिए, यह एक सेंसर के रूप में कार्य करता है और इसकी उत्कृष्ट आवृत्ति प्रतिक्रिया के कारण एक्सेलरोमीटर में इसका उपयोग किया जाता है। पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कई ऐसी अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जो