मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर: योजनाबद्ध आरेख, प्रकार, लाभ और इसके अनुप्रयोग

इलेक्ट्रोमैकेनिकल ट्रांसड्यूसर एक उपकरण है जिसका उपयोग या तो विद्युत संकेत को ध्वनि तरंगों में या ध्वनि तरंग को विद्युत संकेत में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। ये ट्रांसड्यूसर अधिक बहुमुखी हैं और इनमें मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव और पीजोइलेक्ट्रिक डिवाइस शामिल हैं। वर्तमान में पावर अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों के लिए, मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव और पीजोइलेक्ट्रिक का उपयोग करने वाले दो बुनियादी ट्रांसड्यूसर डिज़ाइन हैं। ए पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर ऊर्जा को विद्युत से यांत्रिक में परिवर्तित करने के लिए एक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री की संपत्ति का उपयोग करता है। एक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर एक चुंबकीय क्षेत्र के भीतर ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री की संपत्ति का उपयोग करता है। यहां, चुंबकीय क्षेत्र तार के तार के माध्यम से प्रदान किया जाता है जो चुंबकत्वरोधी सामग्री के चारों ओर ढका हुआ है। तो यह लेख एक के अवलोकन पर चर्चा करता है मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर - कार्य और उसके अनुप्रयोग।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर क्या है?

एक उपकरण जिसका उपयोग ऊर्जा को यांत्रिक से चुंबकीय ऊर्जा में बदलने के लिए किया जाता है, उसे मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर के रूप में जाना जाता है। मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर कार्य सिद्धांत एक प्रकार की चुंबकीय सामग्री का उपयोग करता है जहां एक लागू दोलन चुंबकीय क्षेत्र निचोड़ लेगा परमाणुओं सामग्री का, सामग्री की लंबाई के भीतर एक आवधिक परिवर्तन बनाता है और उच्च आवृत्ति के साथ एक यांत्रिक कंपन पैदा करता है। इस प्रकार के ट्रांसड्यूसर मुख्य रूप से कम आवृत्ति रेंज में उपयोग किए जाते हैं और ये अल्ट्रासोनिक मशीनिंग और अल्ट्रासोनिक क्लीनर अनुप्रयोगों में बहुत आम हैं।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर योजनाबद्ध आरेख

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर के कार्य को निम्नलिखित योजनाबद्ध आरेख का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है। यह आरेख अशक्त से पूर्ण चुम्बकत्व तक उत्पन्न तनाव की मात्रा की व्याख्या करता है। यह असतत यांत्रिक और चुंबकीय विशेषताओं में विभाजित है जो चुंबकीय प्रेरण और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव कोर स्ट्रेन पर उनके प्रभाव में सेट हैं।

पहले मामले में, आंकड़ा सी दिखाता है कि जब सामग्री पर चुंबकीय क्षेत्र लागू नहीं होता है, तो लंबाई के भीतर परिवर्तन भी उत्पन्न चुंबकीय प्रेरण के साथ अशक्त होगा। चुंबकीय क्षेत्र राशि (H) इसकी संतृप्ति सीमा (± Hsat) तक बढ़ जाती है। यह अक्षीय तनाव को 'एसैट' तक बढ़ा देता है। इसके अलावा, चुंबकत्व मान को चित्र-ई में दिखाए गए +Bsat मान तक बढ़ा दिया जाएगा या चित्र में दिखाए गए –Bsat को कम कर दिया जाएगा।

जब 'Hs' मान अपने अधिकतम बिंदु पर होता है, तब चुंबकीय प्रेरण और उच्चतम तनाव संतृप्ति प्राप्त की जा सकती है। इसलिए इस बिंदु पर, यदि हम क्षेत्र मान को बढ़ाने का प्रयास करते हैं, तो यह उपकरण के चुंबकीयकरण मान या क्षेत्र को नहीं बदलेगा। इसलिए, जब क्षेत्र मूल्य संतृप्ति पर हमला करता है, तो तनाव और चुंबकीय प्रेरण मूल्य बढ़ेंगे और केंद्रीय आकृति के बाहर की ओर बढ़ेंगे।

दूसरे मामले में, जब 'Hs' मान को स्थिर रखा जाता है और यदि हम मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री पर बल की मात्रा बढ़ाते हैं, तो सामग्री के भीतर संपीड़ित दबाव रिवर्स साइड पर अक्षीय तनाव और अक्षीय चुंबकीयकरण मूल्यों में कमी के साथ बढ़ जाएगा। . चित्रा-सी में, अशक्त चुंबकत्व के कारण कोई प्रवाह रेखाएँ उपलब्ध नहीं हैं जबकि चित्र में। बी और आंकड़ा। d में मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ड्राइवर में चुंबकीय डोमेन संरेखण के आधार पर बहुत कम परिमाण की चुंबकीय प्रवाह रेखाएँ होती हैं। चित्र-ए में प्रवाह रेखाएँ हैं लेकिन उनका प्रवाह विपरीत दिशा में होगा।

आकृति। एफ लागू 'एच' क्षेत्र और चुंबकीय डोमेन व्यवस्था के आधार पर फ्लक्स लाइनों को दर्शाता है। यहां उत्पादित फ्लक्स लाइनों को हॉल इफेक्ट सिद्धांत से मापा जाता है। तो यह मान बल या इनपुट तनाव के समानुपाती होगा।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर के प्रकार

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर दो प्रकार के होते हैं; स्पॉन्टेनियस मैग्नेटोस्ट्रिक्शन और फील्ड-प्रेरित मैग्नेटोस्ट्रिक्शन।

सहज मैग्नेटोस्ट्रिक्शन

क्यूरी तापमान के तहत परमाणु क्षणों के चुंबकीय क्रम से सहज मैग्नेटोस्ट्रिक्शन होता है। इस प्रकार के मैग्नेटोस्ट्रिक्शन का उपयोग NiFe-आधारित मिश्रधातु में किया जाता है जिसे इन्वार कहा जाता है और यह अपने क्यूरी तापमान तक शून्य तापीय वृद्धि दर्शाता है।

परमाणु चुंबकीय क्षणों की व्यवस्था की मात्रा में कमी के कारण क्यूरी तापमान को गर्म करने पर सामग्री की संतृप्ति चुंबकत्व कम हो जाती है। जब यह व्यवस्था और संतृप्ति चुम्बकत्व कम हो जाता है, तो आयतन का विस्तार भी सहज चुम्बकत्व और सामग्री के संकुचन के माध्यम से घट जाता है।

इनवार मामले में, सहज मैग्नेटोस्ट्रिक्शन हानि के कारण यह संकुचन सामान्य थर्मल कंपन विधियों के कारण होने वाले विस्तार के बराबर है और इसलिए सामग्री दिखाएगी कि आयामों के भीतर कोई परिवर्तन नहीं है। लेकिन क्यूरी तापमान पर, सामान्य रूप से थर्मल विस्तार होता है और अब कोई चुंबकीय क्रम नहीं होता है।

क्षेत्र प्रेरित चुंबकत्व

फ़ील्ड-प्रेरित मैग्नेटोस्ट्रिक्शन मुख्य रूप से मुख्य रूप से लागू फ़ील्ड एप्लिकेशन पर चुंबकीय डोमेन व्यवस्था से होता है। टेरफेनोल सामग्री सबसे बड़ा उपयोगी मैग्नेटोस्ट्रिक्शन दिखाती है, जो कि टीबी, फ़े और डाई का मिश्रण है। Terfenol सामग्री का उपयोग पोजीशन सेंसर, फील्ड सेंसर, मैकेनिकल एक्चुएटर्स और स्पीकर के लिए किया जाता है।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव अरेंजमेंट (या) लोड सेंसर केवल इस तथ्य के माध्यम से काम करते हैं कि जब भी मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री तनाव का अनुभव करती है, तो सामग्री का चुंबकीयकरण बदल जाएगा। आमतौर पर, टेरफेनोल एक्ट्यूएटर्स में एक टेरफेनोल रॉड शामिल होती है जो चुंबकीय डोमेन को लंबवत रॉड लंबाई में व्यवस्थित करने के लिए संपीड़न के तहत व्यवस्थित होती है। टेरफेनॉल रॉड के चारों ओर एक कॉइल का उपयोग किया जाता है, डोमेन को उसकी लंबाई के माध्यम से पंक्तिबद्ध करने के लिए रॉड पर एक फ़ील्ड लगाया जाता है।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव और पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के बीच अंतर

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव और पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के बीच अंतर में निम्नलिखित शामिल हैं।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर कैसे चुनें?

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का चयन नीचे दिए गए विनिर्देशों के आधार पर किया जा सकता है।

• इस ट्रांसड्यूसर को एक प्रकार की चुंबकीय सामग्री का उपयोग करना चाहिए ताकि यह परस्पर क्रिया कर सके और दूरियों को सटीक रूप से मैप कर सके।
• ट्रांसड्यूसर को संपर्क-मुक्त और पहनने-मुक्त माप की अनुमति देनी चाहिए।
• इसकी सीमा 50 से 2500 मिमी तक होनी चाहिए।
• इसका अधिकतम विभेदन लगभग 2 µm होना चाहिए।
• अधिकतम रैखिकता ±0.01 % होनी चाहिए।
• विस्थापन की गति 10 मीटर/सेकेंड से कम होनी चाहिए।
• एनालॉग आउटपुट 0 से 10 V, 4 से 20 mA है।
• 24 वीडीसी ± 20% वोल्टेज की आपूर्ति
• IP67 सुरक्षा वर्ग
• ऑपरेटिंग तापमान -30..+75 °C के बीच होना चाहिए।

फायदे और नुकसान

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर के लाभ निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• ये ट्रांसड्यूसर विश्वसनीय, रखरखाव-मुक्त हैं, परिचालन त्रुटियों और मशीन डाउनटाइम की संभावना को काफी कम करते हैं
• मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर में संपर्क भाग नहीं होते हैं, इसलिए उनका जीवन लंबा होता है।
• फिक्स्ड कॉन्टैक्ट ट्रांसड्यूसर की तुलना में ये अधिक सटीक हैं।
• उनके पास अच्छी संवेदनशीलता, लंबी दूरी का निरीक्षण, स्थायित्व, आसान कार्यान्वयन इत्यादि है।

एक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर के नुकसान निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर महंगे हैं।
• मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर की भौतिक आकार सीमाएँ हैं, इसलिए यह लगभग 30 kHz आवृत्तियों से कम पर संचालित करने के लिए प्रतिबंधित है।

अनुप्रयोग

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर के अनुप्रयोग निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का उपयोग स्थिति मापन के लिए किया जाता है।
• यह ट्रांसड्यूसर यांत्रिक ऊर्जा को चुंबकीय ऊर्जा में बदलने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
  पहले, इस उपकरण का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता था जिसमें टॉर्क मीटर, हाइड्रोफोन, सोनार स्कैनिंग डिवाइस, टेलीफोन रिसीवर आदि शामिल हैं।
• वर्तमान में, इसका उपयोग विभिन्न उपकरणों जैसे उच्च-बल रैखिक मोटर्स, शोर नियंत्रण प्रणाली या सक्रिय कंपन, चिकित्सा और औद्योगिक अल्ट्रासोनिक, अनुकूली प्रकाशिकी, पंप आदि के लिए पोजिशनर्स बनाने के लिए किया जाता है।
• ये ट्रांसड्यूसर मुख्य रूप से सर्जिकल उपकरण, रासायनिक प्रसंस्करण, सामग्री प्रसंस्करण और पानी के नीचे सोनार बनाने के लिए विकसित किए गए हैं।
• मशीनों के चलने वाले हिस्सों के भीतर रोटरी शाफ्ट द्वारा विकसित टोक़ को मापने के लिए मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है।
• यह ट्रांसड्यूसर एप्लिकेशन दो मोड में बांटा गया है; जूल प्रभाव और दूसरा विलारी प्रभाव है। जब चुंबकीय से यांत्रिक ऊर्जा को परिवर्तित किया जाता है तो इसका उपयोग प्रवर्तकों के मामले में बल उत्पन्न करने के लिए किया जाता है और सेंसर के मामले में चुंबकीय क्षेत्र का पता लगाने के लिए इसका उपयोग किया जा सकता है। यदि ऊर्जा को यांत्रिक से चुंबकीय में परिवर्तित किया जाता है तो इसका उपयोग गति या बल का पता लगाने के लिए किया जाता है।

इस प्रकार, यह मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का अवलोकन है। इस ट्रांसड्यूसर को मैग्नेटो-इलास्टिक ट्रांसड्यूसर भी कहा जाता है। इन ट्रांसड्यूसरों में अत्यधिक उच्च यांत्रिक इनपुट प्रतिबाधा होती है और ये बड़े स्थिर और गतिशील बलों, त्वरण और दबाव के मापन के लिए उपयुक्त होते हैं। वे निर्माण सुविधाओं में मजबूत हैं और जब इन ट्रांसड्यूसर को सक्रिय ट्रांसड्यूसर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो आउटपुट प्रतिबाधा कम होगी। यहाँ आपके लिए एक प्रश्न है, क्या है चुंबकीय विरूपण घटना?