What physical quantity does an accelerometer measure?

Acceleration (rate of change of velocity). The answer is acceleration. The Smithsonian's How Things Fly site says an accelerometer is what measures g-force. In an aircraft it turns the acceleration the plane feels into g. The USGS found that its test sensor responds down to 0 Hz. So it feels steady gravity too. Read more: Accelerometer Applications.

A 2023 peer-reviewed paper lists three ways a MEMS accelerometer can sense acceleration. Which option names them?

A change in capacitance, resistance or charge. The 2023 paper says MEMS accelerometers detect acceleration through a change in capacitance, resistance or charge. These are the capacitive, piezoresistive and piezoelectric types. The USGS test sensor was capacitive and used surface electrodes. A peer-reviewed vehicle study also used a capacitive, single-mass device. The 2023 paper says piezoelectric designs have better temperature stability and lower power use. Read more: Accelerometer Applications.

Which reason does a 2024 peer-reviewed study give for using MEMS accelerometers to monitor structures?

Lower cost, easy installation and lower power use. The 2024 study says MEMS sensors have lower cost, easy installation and lower power use. Together they allow wide monitoring systems without batteries. It says they can correctly detect modal frequencies, which are useful for damage detection. The study's ADXL354 sensor covers plus or minus 2 g. The USGS chip that matched a lab seismometer was a prototype, not a finished product. Read more: Accelerometer Applications.

In a peer-reviewed vehicle-vibration study, which range of vibration amplitude was measured on the vehicle with MEMS sensors?

Between 0.5 g and 2.5 g. The vehicle study measured amplitudes between 0.5 g and 2.5 g. Its MEMS sensors had ranges of plus or minus 3 g and plus or minus 8 g. The piezoelectric reference sensor had plus or minus 100 g. These are sensor ranges, not the amplitudes measured. The Smithsonian site explains g by comparing acceleration with the pull of Earth's gravity. Read more: Accelerometer Applications.

What did DARPA's 2013 timing and inertial measurement unit (TIMU) chip from the University of Michigan contain?

Three gyroscopes, three accelerometers and a master clock. DARPA announced the TIMU on 10 April 2013. Inside are three gyroscopes, three accelerometers and a master clock. The package is 10 cubic millimetres, smaller than a penny. DARPA says it has everything needed to aid navigation when GPS is temporarily unavailable. DRDO also lists accelerometers paired with ring laser gyros and MEMS gyros. Read more: Accelerometer Applications.

Which navigation accuracy does DRDO list for an aircraft system built with a ring laser gyro and accelerometers?

1 nautical mile per hour. DRDO lists an aircraft navigation system of 1 nautical mile per hour. It uses a ring laser gyro and accelerometers. The submarine system on the same page is listed at 1 nautical mile per day. The page does not say that these are in service. The ISRO Inertial Systems Unit in Thiruvananthapuram lists accelerometer packages built in India. Read more: Accelerometer Applications.

Which statement about Uttarakhand's earthquake early warning system, launched on 4 August 2021, is supported by the sources?

It uses 170 low-cost MEMS accelerometers and warns through sirens and the BhuDEV app. A peer-reviewed paper says 170 low-cost MEMS-based accelerometers were deployed. Alerts reach people through sirens and the BhuDEV app. The 38 second lead time was for one station in the November 2022 Tehri Garhwal earthquake. It is not a general warning time. The National Center for Seismology is a separate body; the NCS page says it has more than 170 stations. Read more: Accelerometer Applications.

Over which frequency range did a 2001 NIST paper say NIST performs primary calibration of accelerometers?

50 Hz to 5 kHz. NIST's primary calibration of accelerometers covers 50 Hz to 5 kHz. Its three independent methods are fringe counting, minimum point and reciprocity. The range of 0.0001 to 0.1 Hz is the band for which LISA Pathfinder tested technology. The USGS found a flat response from 0.0125 Hz to at least 62.5 Hz for its prototype MEMS sensor. Read more: Accelerometer Applications.

त्वरणमापी के अनुप्रयोग

अभ्यास: 8 बहुविकल्पीय प्रश्न

एक नज़र में

एक छोटा सेंसर जो गति में बदलाव महसूस करता है

01 यह क्या महसूस करता हैत्वरण, और गुरुत्वाकर्षण भी इसका एक प्रकार है।

02 एक चिप यह कैसे करती हैएक बहुत छोटा संवेदनशील द्रव्यमान गति पर प्रतिक्रिया करता है। इलेक्ट्रोड इस प्रतिक्रिया को माप में बदलते हैं।

03 इसका उपयोग कहाँ होता हैफोन, कारों, दिशा-निर्धारण, भूकंपों और पुलों में।

04 भारतीय संस्थाएँइस पाठ के लिए देखे गए स्रोतों में ISRO, DRDO और NCS का उल्लेख है।

एक MEMS चिप की चौड़ाई एक सेंटीमीटर से कम हो सकती है।
USGS ने एक ऐसी चिप का परीक्षण किया जो 0 Hz तक की आवृत्ति पर प्रतिक्रिया करती थी।
DARPA ने तीन एक्सेलेरोमीटर और तीन जाइरोस्कोप वाली एक चिप बनाई।
उत्तराखंड भूकंप की चेतावनी देने के लिए 170 MEMS सेंसरों का उपयोग करता है।
आँकड़े दिए गए स्रोत पृष्ठों पर बताई गई तारीखों की स्थिति दर्शाते हैं।

MEMSसिलिकॉन से बनी एक बहुत छोटी मशीन।

gवह इकाई जो किसी धक्के की तुलना पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से करती है।

IMUएक जड़त्वीय मापन इकाई, जिसमें जाइरोस्कोप और एक्सेलेरोमीटर होते हैं।

कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति (Modal frequency)वह प्राकृतिक आवृत्ति जिस पर कोई संरचना कंपन करती है।

एक एक्सेलेरोमीटर मापता है कि गति कितनी तेजी से बदलती है। यह पाठ समझाता है कि यह क्या मापता है और एक MEMS चिप यह काम कैसे करती है। इसके बाद फोन, कारों, ISRO और DRDO की प्रणालियों, GPS के बिना दिशा-निर्धारण, भूकंपों, पुलों, मशीनों और गुरुत्वीय तरंगों के विज्ञान में इसके उपयोग बताए गए हैं। आँकड़े बताई गई तारीखों की स्थिति दर्शाते हैं। जहाँ स्रोतों में अंतर है, वहाँ दोनों आँकड़े तारीखों के साथ दिए गए हैं।

विषय-सूची

यह क्या मापता है
MEMS चिप कैसे काम करती है
फोन और पहनने वाले उपकरण
कारें
दिशा-निर्धारण
भूकंप
पुल और इमारतें
अत्यंत सटीक मापन का विज्ञान
सोच-विचार के लिए 4 प्रश्न
समझ परखने के लिए 7 प्रश्न
संबंधित विषय
अभ्यास के लिए 8 बहुविकल्पीय प्रश्न

एक एक्सेलेरोमीटर क्या मापता है?

एक एक्सेलेरोमीटर त्वरण महसूस करता है। गुरुत्वाकर्षण भी एक प्रकार का त्वरण है जिसे यह महसूस कर सकता है।

1. एक एक्सेलेरोमीटर क्या करता है?

एक एक्सेलेरोमीटर त्वरण मापता है। स्मिथसोनियन (Smithsonian) की How Things Fly वेबसाइट के अनुसार, g-बल को एक एक्सेलेरोमीटर से मापा जाता है। विमान में यह विमान द्वारा महसूस किए जाने वाले त्वरण को मापकर उसे g में बदलता है।

NASA के सूक्ष्मगुरुत्व मापक उपकरण SAMS और OARE भी स्पेस शटल (Space Shuttle) पर त्वरण मापते हैं।

इस भाग की चार बातें याद रखें।

स्रोत: Smithsonian How Things Fly, विमान में Gs कैसे मापे जाते हैं, बिंदु 1

स्रोत: NASA NTRS, शून्य गुरुत्वाकर्षण का कड़वा सच (The Awful Truth About Zero-Gravity), बिंदु 1

2. "1 g" क्या है?

एक g बराबर है 9.8 मीटर प्रति सेकंड वर्ग। यह वह त्वरण है जिससे पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण वस्तुओं को नीचे खींचता है।

दो g इसका दोगुना है, यानी 19.6 मीटर प्रति सेकंड वर्ग। त्वरण के सीधे मान की तुलना में g इकाई को पढ़ना आसान है।

स्रोत: Smithsonian How Things Fly, बिंदु 2

3. अंतरिक्ष यात्री और गिरती वस्तुएँ भारहीन क्यों महसूस करते हैं?

NASA के अनुसार, सूक्ष्मगुरुत्व लगभग भारहीनता की स्थिति है। पृथ्वी पर यह स्थिति किसी वस्तु को मुक्त पतन में डालकर ही प्राप्त की जा सकती है।

NASA की Zero-G सुविधा में यह स्थिति मिलती है 5.18 सेकंड कम गुरुत्वाकर्षण का। गिराया जाने वाला यान एक निर्वात कक्ष के अंदर गिरता है, जिसकी लंबाई 470 ft (लगभग 143 m) है।

शटल (Shuttle) भी मुक्त पतन में होता है। वह लगातार पृथ्वी के चारों ओर गिरता रहता है। इसी कारण अंतरिक्ष यात्री भारहीन दिखाई देते हैं।

मुक्त पतन: वस्तु बस गिरती है, उसे ऊपर थामे रखने वाला कोई सहारा नहीं होता।
कक्षा: पृथ्वी के चारों ओर लगातार गिरते रहना।
शटल के सेंसर फिर भी उसके अंदर होने वाली गतिविधियों से पैदा हुए छोटे त्वरण मापते हैं।

इस तरह गिरने से थोड़े समय के लिए भारहीनता का अनुभव होता है।

सही या गलत: NASA के अनुसार, पृथ्वी पर लगभग भारहीन स्थिति केवल किसी वस्तु को मुक्त पतन में डालकर ही प्राप्त की जा सकती है।

स्रोत: NASA, ज़ीरो-जी में मुक्त पतन (Free Fall in the Zero-G), बिंदु 3

स्रोत: NASA NTRS, शून्य गुरुत्वाकर्षण की कड़वी सच्चाई (The Awful Truth About Zero-Gravity), बिंदु 3

4. त्वरणमापी की जाँच के लिए गुरुत्वाकर्षण का उपयोग कैसे किया जा सकता है?

किसी भी झुकाव पर गुरुत्वाकर्षण से लगने वाला बल ज्ञात होता है। USGS ने MEMS भूकंपीय त्वरणमापी की जाँच में इसी विचार का उपयोग किया।

टीम ने सेंसर को मोटर से चलने वाले मंच पर चरणों में घुमाया। हर चरण में मापन अक्ष की दिशा में गुरुत्वाकर्षण का अलग-अलग हिस्सा लगा। पहले उन्होंने शून्य-g स्थिति में आउटपुट को शून्य पर सेट किया।

USGS के अनुसार, झुकाव से किए गए अंशांकन में सेंसर की प्रतिक्रिया एकसमान रही, यहाँ तक कि 0 Hz तक। इसलिए सेंसर कंपन के साथ-साथ स्थिर गुरुत्वाकर्षण को भी महसूस करता है।

झुकाने से गुरुत्वाकर्षण एक ज्ञात बल के रूप में काम करता है।

सही या गलत: MEMS भूकंपीय त्वरणमापी स्थिर गुरुत्वाकर्षण को महसूस नहीं कर सकता, केवल कंपन को महसूस कर सकता है।

स्रोत: USGS ओपन-फाइल रिपोर्ट (Open-File Report) 2014-1047, बिंदु 4

MEMS त्वरणमापी क्या है और यह कैसे काम करता है?

अधिकांश आधुनिक त्वरणमापी बहुत छोटी चिप होते हैं। इनमें एक छोटा चलायमान द्रव्यमान होता है, जो गति होने पर प्रतिक्रिया करता है।

5. MEMS का क्या अर्थ है और सेंसर कितना छोटा होता है?

MEMS का अर्थ है सूक्ष्म विद्युत-यांत्रिक प्रणालियाँ (micro-electro-mechanical systems)। MEMS त्वरणमापी सिलिकॉन से बनी एक बहुत छोटी मशीन है।

USGS एक ऐसे प्रोटोटाइप का वर्णन करता है, जिसमें सिलिकॉन की तीन वेफर परतों को आपस में जोड़ा गया है। इसकी डाई का आकार है 6.8 mm × 6.8 mm। संवेदन करने वाले द्रव्यमान को निर्वात में सील किया जाता है।

NASA ग्लेन (NASA Glenn) ने 2005 में एक MEMS त्वरणमापी के लिए धन दिया था। NASA के अनुसार, इससे मेज पर रखे टेलीफोन जितने बड़े उपकरण को छोटा करके बना दिया गया डाइम सिक्के जितने आकार की चिप.

दोनों उदाहरण दिखाते हैं कि ये सेंसर कितने छोटे होते हैं।

स्रोत: USGS ओपन-फाइल रिपोर्ट (Open-File Report) 2014-1047, बिंदु 5

स्रोत: NASA Spinoff 2013, सूक्ष्म त्वरणमापी उपकरणों की स्थिति पर नज़र रखते हैं (Micro-Accelerometers Monitor Equipment Health), बिंदु 5

6. धारितीय MEMS त्वरणमापी गति का पता कैसे लगाता है?

USGS अपने परीक्षण सेंसर को धारितीय सेंसर कहता है। यह उपयोग करता है द्रव्यमान की स्थिति का पता लगाने के लिए सतह पर लगे इलेक्ट्रोड.

विशेषज्ञों द्वारा समीक्षित एक वाहन अध्ययन में एक ही द्रव्यमान वाले धारितीय MEMS उपकरण का उपयोग किया गया है। धारितीय सेंसर विद्युत धारिता में बदलाव को मापन रीडिंग में बदलते हैं।

स्रोत: USGS ओपन-फाइल रिपोर्ट (Open-File Report) 2014-1047, बिंदु 6

स्रोत: PMC, वाहन के गतिशील कंपन की निगरानी में MEMS त्वरणमापी (MEMS Accelerometers in Dynamic Vibration Monitoring of a Vehicle), बिंदु 6

7. MEMS चिप किन अन्य तरीकों से त्वरण का पता लगा सकती है?

2023 के विशेषज्ञों द्वारा समीक्षित एक शोधपत्र में तीन तरीके बताए गए हैं। MEMS त्वरणमापी त्वरण का पता इनमें बदलाव से लगाते हैं: धारिता, प्रतिरोध या आवेश.

धारितीय: धारिता में बदलाव।
पीज़ोप्रतिरोधी: प्रतिरोध में बदलाव।
पीज़ोविद्युत: आवेश में बदलाव।

उसी शोधपत्र के अनुसार, पीज़ोविद्युत डिज़ाइनों के कई लाभ हैं। इनमें तापमान बदलने पर बेहतर स्थिरता, कम बिजली की खपत और माप सकने वाले न्यूनतम से अधिकतम मानों की अधिक चौड़ी सीमा शामिल हैं।

हर प्रकार का मिलान उस राशि से करें जिसमें बदलाव होता है।

सही या गलत: पीज़ोविद्युत MEMS त्वरणमापी में त्वरण का पता प्रतिरोध में बदलाव से चलता है।

स्रोत: PMC, एक बहुलकीय पीजोइलेक्ट्रिक MEMS त्वरणमापी (A polymeric piezoelectric MEMS accelerometer), मद 7

8. MEMS त्वरणमापियों का उपयोग कितना आम है?

उसी शोधपत्र के अनुसार, वे उपयोग के मामले में दूसरे स्थान पर हैं MEMS उपकरणों में। केवल दाब सेंसरों का उपयोग इनसे अधिक होता है।

इसमें कंपन की निगरानी, वाहनों के परीक्षण और जड़त्वीय नेविगेशन को इनके पारंपरिक उपयोग बताया गया है। स्वास्थ्य की निगरानी करने वाले उपकरणों और शरीर में प्रत्यारोपित किए जाने वाले श्रवण यंत्रों को हाल के शोध क्षेत्रों में शामिल किया गया है।

स्रोत: PMC, एक बहुलकीय पीजोइलेक्ट्रिक MEMS त्वरणमापी (A polymeric piezoelectric MEMS accelerometer), मद 8

9. बल-संतुलन त्वरणमापी क्या है?

कुछ सेंसर द्रव्यमान को हिलने देने के बजाय स्थिर रखते हैं। NASA का 2013 का Spinoff बताता है कि एक पारंपरिक त्वरणमापी कैसे काम करता है।

जब मापक द्रव्यमान हिलने की कोशिश करता है, तो उसे निलंबित रखने वाले चुंबकीय बल बढ़ते या घटते हैं। उसे अपनी जगह स्थिर रखने के लिए आवश्यक विद्युत धारा से बल का पता चलता है। उस बल से त्वरण का पता चलता है।

त्वरण जानने के लिए विद्युत धारा का मान मापें।

स्रोत: NASA Spinoff 2013, मद 9

फ़ोन और पहनने योग्य उपकरण त्वरणमापी का उपयोग कैसे करते हैं?

फ़ोन को नीचे की दिशा का पता चलता है क्योंकि गुरुत्वाकर्षण हमेशा सेंसर को खींच रहा होता है।

10. स्मार्टफ़ोन अपनी स्क्रीन कैसे घुमाता है?

Google के Android Developers Blog के अनुसार, अधिकांश Android उपकरण त्वरणमापी की मदद से पता लगाते हैं कि उपकरण को कब आड़ा पकड़ा गया है। इसके बाद सिस्टम स्क्रीन घुमाता है.

ब्लॉग सावधान करता है कि स्क्रीन घुमाने के बाद सेंसर के अक्ष हमेशा स्क्रीन के अक्षों से मेल नहीं खाते। डेवलपरों को स्क्रीन के घुमाव की जानकारी सीधे लेनी चाहिए।

डेवलपर स्क्रीन के घुमाव की जानकारी सीधे लेते हैं।

सही या गलत: Android's डेवलपर ब्लॉग के अनुसार, स्क्रीन घुमाने के बाद सेंसर के अक्ष हमेशा स्क्रीन के अक्षों से मेल खाते हैं।

स्रोत: Android Developers Blog, स्क्रीन के एक घुमाव के बाद दूसरा भी ज़रूरी है (One screen turn deserves another), मद 10

11. शोधकर्ताओं को MEMS त्वरणमापियों के और कौन-से उपयोग दिखाई देते हैं?

ऊपर दिए गए 2023 के शोधपत्र में स्वास्थ्य की निगरानी करने वाले उपकरणों और शरीर में प्रत्यारोपित किए जाने वाले श्रवण यंत्रों को शोध क्षेत्र बताया गया है।

A hand holding a Samsung smartphone tilted at an angle, with an app menu on the screen. — हाथ में पकड़ा हुआ स्मार्टफ़ोन। इसका त्वरणमापी फ़ोन के झुकाव का पता लगाता है, जिससे स्क्रीन घूम सकती है। फ़ोटो: Océanos y dados (मूल चित्र: bohed, Pixabay), CC0, Wikimedia Commons के माध्यम से। फ़ाइल का पृष्ठ. लाइसेंस: CC0.

स्रोत: PMC, एक बहुलकीय पीजोइलेक्ट्रिक MEMS त्वरणमापी (A polymeric piezoelectric MEMS accelerometer), मद 11

कार में त्वरणमापी कैसे मदद करता है?

टक्कर के समय गति बहुत तेज़ी से घटती है। सेंसर इस अचानक बदलाव का पता लगा सकता है।

12. कार के त्वरणमापी क्या करते हैं?

विशेषज्ञों द्वारा समीक्षित एक अध्ययन के अनुसार, MEMS त्वरणमापी इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता नियंत्रण के साथ मिलकर काम कर सकते हैं। इससे एयरबैग तेज़ी और सटीकता से सक्रिय होता है.

एयरबैग और टक्कर का पता लगाना।
इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता नियंत्रण।
एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम।

अध्ययन के अनुसार, एयरबैग तेज़ी और सटीकता से सक्रिय होता है।

स्रोत: PMC, वाहन के गतिशील कंपन की निगरानी में MEMS त्वरणमापी (MEMS Accelerometers in Dynamic Vibration Monitoring of a Vehicle), मद 12

13. कार का त्वरणमापी और क्या माप सकता है?

उसी अध्ययन में चलते वाहन के कंपन की जाँच के लिए MEMS सेंसरों का उपयोग किया गया। इसमें कंपन के आयाम मापे गए, जो 0.5 g से 2.5 g के बीच थे और इंजन तथा रेडिएटर के पंखे के ऊपर मापे गए थे।

परीक्षण में इस्तेमाल किए गए सेंसरों की मापन सीमाएँ धन या ऋण 3 g और धन या ऋण 8 g थीं। तुलना के लिए इस्तेमाल किए गए पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर की मापन सीमा धन या ऋण 100 g थी।

शोधपत्र के अनुसार, गाड़ी चलते समय डैशबोर्ड से मिले आँकड़े सड़क की स्थिति दर्शाते हैं। इसमें खराबियों की पहचान, सुरक्षा और आराम को उद्देश्य बताया गया है।

तुलना के लिए इस्तेमाल किया गया सेंसर पीजोइलेक्ट्रिक था।

Crash test dummies in a sedan at 40 km/h; the front dummy is cushioned by an open airbag and a seat belt. — 40 km/h पर टक्कर का परीक्षण। आगे की डमी को सीट बेल्ट और खुले हुए एयरबैग ने थाम रखा है। फ़ोटो: Transport for NSW, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons के माध्यम से। फ़ाइल का पृष्ठ. लाइसेंस: CC BY-SA 4.0.

स्रोत: PMC, वाहन के गतिशील कंपन की निगरानी में MEMS त्वरणमापी, मद 13

ISRO, DRDO और अन्य संस्थाएँ दिशा और स्थिति जानने के लिए त्वरणमापियों का उपयोग कैसे करती हैं?

समय के साथ त्वरण को जोड़ते जाएँ, तो गति का पता लगाया जा सकता है। इसके लिए किसी बाहरी संकेत की जरूरत नहीं होती।

14. ISRO's जड़त्वीय प्रणाली इकाई की क्या भूमिका है?

ISRO की जड़त्वीय प्रणाली इकाई (IISU) तिरुवनंतपुरम में है। ISRO के अनुसार, यह प्रक्षेपण यानों और अंतरिक्ष यानों के लिए जड़त्वीय प्रणालियों का डिजाइन और विकास करती है।

ISRO अपनी सूची में जड़त्वीय नौवहन प्रणालियाँ, अभिविन्यास संदर्भ प्रणालियाँ और रेट जाइरो पैकेज बताता है। इसमें त्वरणमापी पैकेज भी शामिल हैं। उसके अनुसार, ये भारत में बनाए जाते हैं और ISRO के विभिन्न मिशनों में इस्तेमाल होते हैं।

ISRO के पृष्ठ पर अलग-अलग मिशनों के नाम नहीं दिए गए हैं।

स्रोत: ISRO, ISRO जड़त्वीय प्रणाली इकाई, मद 14

15. DRDO की सूची में त्वरणमापी पर आधारित कौन-सी प्रणालियाँ हैं?

मार्गदर्शन और नौवहन से संबंधित DRDO के प्रौद्योगिकी पृष्ठ पर कई चीजें सूचीबद्ध हैं।

विमान की एक नौवहन प्रणाली, जिसकी त्रुटि दर है 1 समुद्री मील प्रति घंटा और जो रिंग लेजर जाइरो तथा त्वरणमापियों का उपयोग करती है।
पनडुब्बी की एक नौवहन प्रणाली, जिसकी त्रुटि दर है 1 समुद्री मील प्रति दिन.
जड़त्वीय और सामरिक स्तर के उपयोगों के लिए एक MEMS जड़त्वीय मापन इकाई चिप।
एक 3-अक्ष वाला MEMS जाइरो और एक MEMS त्वरणमापी।

पृष्ठ पर यह नहीं बताया गया है कि ये सेवा में हैं।

DRDO's पृष्ठ पर ये सूचीबद्ध हैं, लेकिन यह नहीं बताया गया है कि ये सेवा में हैं।

सही या गलत: DRDO's मार्गदर्शन और नौवहन पृष्ठ पर एक MEMS जड़त्वीय मापन इकाई चिप सूचीबद्ध है।

स्रोत: DRDO, मार्गदर्शन और नौवहन, मद 15

16. DARPA TIMU चिप क्या थी?

DARPA ने 10 अप्रैल 2013 को एक समय और जड़त्वीय मापन इकाई (TIMU) की घोषणा की। इसे मिशिगन विश्वविद्यालय (University of Michigan) के शोधकर्ताओं ने बनाया था।

इसमें तीन जाइरोस्कोप, तीन त्वरणमापी और एक मुख्य घड़ी है। DARPA के अनुसार, इस पैकेज का आयतन है 10 घन मिलीमीटर और यह एक सेंट के सिक्के से भी छोटा है। इसकी छह परतों में से हर परत केवल 50 माइक्रोन मोटी है।

DARPA के अनुसार, इसमें वे सभी चीजें हैं जो GPS के कुछ समय के लिए उपलब्ध न होने पर नौवहन में मदद करने के लिए जरूरी हैं।

DARPA ने इसकी घोषणा 10 अप्रैल 2013 को की थी।

A tiny square DARPA TIMU chip sitting on a US one cent coin. — अमेरिका के एक सेंट के सिक्के पर रखी DARPA TIMU चिप, जिसे मिशिगन विश्वविद्यालय (University of Michigan) में बनाया गया था। फोटो: DARPA के लिए मिशिगन विश्वविद्यालय, सार्वजनिक डोमेन, विकिमीडिया कॉमन्स (Wikimedia Commons) के माध्यम से। फ़ाइल का पृष्ठ.

स्रोत: DARPA, अत्यधिक लघुकरण, मद 16

17. त्वरणमापियों को जाइरोस्कोप के साथ कैसे जोड़ा जाता है?

DARPA की चिप में तीन त्वरणमापियों को तीन जाइरोस्कोप के साथ जोड़ा गया है। यह एक छह-अक्ष वाली जड़त्वीय मापन इकाई है.

DRDO की सूची में भी रिंग लेजर जाइरो और MEMS जाइरो के साथ त्वरणमापी शामिल हैं। जाइरोस्कोप घूमने का पता लगाता है। त्वरणमापी सीधी रेखा में वेग में बदलाव का पता लगाता है।

ये मिलकर एक जड़त्वीय मापन इकाई बनाते हैं।

स्रोत: DARPA, अत्यधिक लघुकरण, मद 17

स्रोत: DRDO, मार्गदर्शन और नौवहन, मद 17

18. त्वरणमापी मशीनों और अंतरिक्ष यानों की मदद कैसे करते हैं?

NASA के अनुसार, उसके सूक्ष्म त्वरणमापी पर आधारित उत्पाद कंपन, तापमान, नमी और झटकों का पता लगाते हैं। ये मशीनों की स्थिति की निगरानी करते हैं।

NASA यह भी बताता है कि ये सेंसर वायु और अंतरिक्ष यानों तथा रोबोटिक उपकरणों के नौवहन को बेहतर बनाने में मदद कर सकते हैं। बनाए गए उपकरणों की प्रति इकाई लागत थी $1,000 से कम, जबकि पुराने उपकरणों की लागत लाखों डॉलर थी।

पुराने उपकरणों की लागत लाखों डॉलर थी।

स्रोत: NASA Spinoff 2013, मद 18

त्वरणमापी भूकंपों का अध्ययन करने में हमारी मदद कैसे करते हैं?

भूकंप वैज्ञानिक यह दर्ज करने के लिए त्वरणमापियों का उपयोग करते हैं कि जमीन कितनी जोर से हिलती है।

19. तेज भूकंपीय गति की रिकॉर्डिंग क्या है?

USGS के अनुसार, तेज भूकंपीय गति मापने वाले त्वरणमापी जमीन की ऐसी हलचल दर्ज करते हैं जिससे नुकसान हो सकता है। वे यह भी निगरानी करते हैं कि पास में आए तेज भूकंपों के दौरान महत्वपूर्ण संरचनाएं कैसी प्रतिक्रिया देती हैं।

अमेरिका का यह कार्यक्रम 1931 में शुरू हुआ जब कांग्रेस (Congress) ने तटीय और भूगणितीय सर्वेक्षण (Coast and Geodetic Survey) के लिए धन दिया। पहले उपकरण 1932 की गर्मियों में लगाए गए। 1973 में यह कार्यक्रम USGS को सौंप दिया गया।

स्रोत: USGS, NSMP का इतिहास, मद 19

20. भारत में भूकंपों की निगरानी कौन करता है?

राष्ट्रीय भूकंप विज्ञान केंद्र (National Center for Seismology, NCS) भूकंपीय गतिविधियों की निगरानी के लिए भारत सरकार की प्रमुख एजेंसी है। NCS के पेज पर इसके नेटवर्क में एक जगह 170 से अधिक स्टेशन और दूसरी जगह 160 स्टेशन बताए गए हैं। यह चौबीसों घंटे भूकंपों की निगरानी करता है।

NCS के पेज पर यह नहीं बताया गया है कि इनमें से कितने स्टेशनों पर त्वरणमापी इस्तेमाल होते हैं।

स्रोत: NCS, राष्ट्रीय भूकंप विज्ञान केंद्र के बारे में, मद 20

21. उत्तराखंड की पूर्व चेतावनी प्रणाली त्वरणमापियों का उपयोग कैसे करती है?

राज्य ने अपनी भूकंप पूर्व चेतावनी प्रणाली (UEEWS) शुरू की थी: 4 अगस्त 2021। विशेषज्ञों द्वारा समीक्षित एक शोधपत्र के अनुसार, 170 सेंसर लगाए गए थे। ये कम लागत वाले MEMS-आधारित त्वरणमापी (pAlert और pAlert+) हैं।

सायरन और BhuDEV स्मार्टफोन ऐप के जरिए चेतावनियां भेजी जाती हैं। नवंबर 2022 के टिहरी गढ़वाल भूकंप में एक स्टेशन पर चेतावनी मिली थी लगभग 38 सेकंड पहले, यानी विनाशकारी तरंगों के पहुंचने से पहले।

शुरुआती नेटवर्क पांच जिलों में लगभग 150 गुणा 50 km क्षेत्र में फैला था। बाद में इसका क्षेत्र पूर्व से पश्चिम लगभग 280 km और उत्तर से दक्षिण 130 km तक फैल गया।

38 सेकंड पहले चेतावनी मिलने का आंकड़ा एक ही घटना से मिला था।

सही या गलत: उत्तराखंड की प्रणाली जिस भी भूकंप का पता लगाती है, उसमें 38 सेकंड पहले चेतावनी मिलती है।

स्रोत: PMC, उत्तराखंड राज्य भूकंप पूर्व चेतावनी प्रणाली, मद 21

22. क्या MEMS चिप प्रयोगशाला के भूकंपमापी की बराबरी कर सकती है?

USGS ने अक्टूबर 2010 में Hewlett-Packard के एक MEMS भूकंपीय त्वरणमापी का परीक्षण किया। इसका अपना शोर था 9.8 ng प्रति वर्गमूल हर्ट्ज जो 5 Hz से ऊपर की आवृत्तियों पर मापा गया।

Geotech GS-13 भूकंपमापी से तुलना करने पर, इसने 0.0125 Hz से कम से कम 62.5 Hz तक एकसमान प्रतिक्रिया दिखाई। यह एक प्रोटोटाइप था, तैयार उत्पाद नहीं।

यह चिप एक प्रोटोटाइप थी, तैयार उत्पाद नहीं।

स्रोत: USGS ओपन-फाइल रिपोर्ट 2014-1047, मद 22

त्वरणमापी पुलों और इमारतों की निगरानी कैसे करते हैं?

हर संरचना अपनी प्राकृतिक आवृत्तियों पर कंपन करती है। इनमें बदलाव नुकसान का संकेत दे सकता है।

23. संरचनाओं की स्थिति की निगरानी में MEMS त्वरणमापियों का उपयोग क्यों किया जाता है?

2024 के एक विशेषज्ञ-समीक्षित अध्ययन के अनुसार, MEMS सेंसर कम लागत वाले हैं, इन्हें लगाना आसान है और ये कम बिजली खर्च करते हैं। इन खूबियों से बड़े क्षेत्र में बिना बैटरी वाली निगरानी प्रणालियां बनाना संभव होता है।

अध्ययन के अनुसार, ये सही ढंग से पहचान सकते हैं कंपन के अलग-अलग प्रकारों की आवृत्तियां (मोडल आवृत्तियां)। नुकसान का पता लगाने में ये उपयोगी मापदंड हैं। अध्ययन में इस्तेमाल किए गए ADXL354 सेंसर की मापन सीमा प्लस या माइनस 2 g है।

अध्ययन के उदाहरण में, एक हॉल के कंपन के पहले प्रकार की आवृत्ति लगभग 3 Hz थी। दूसरे की लगभग 3.5 Hz और तीसरे की लगभग 4.8 Hz थी।

ये वे मोडल आवृत्तियां हैं जिन्हें सेंसरों ने पहचाना।

A white monitoring cabinet with cables on the concrete wall inside the box girder of the old Nibelungen Bridge. — वॉर्म्स (Worms) के पुराने निबेलुंगेन पुल (Nibelungen Bridge) के बॉक्स गर्डर के अंदर संरचना की स्थिति की निगरानी प्रणाली का एक हिस्सा। फोटो: SG-IMBTUDD, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons के माध्यम से। फाइल का पेज। लाइसेंस: CC BY-SA 4.0.

स्रोत: PMC, संरचनाओं की स्थिति की निगरानी (SHM) के लिए कम शोर वाले MEMS त्वरणमापी, मद 23

त्वरणमापियों का गुरुत्वीय तरंग विज्ञान और मापन की सटीकता से क्या संबंध है?

बहुत सटीक त्वरणमापी मापन के मानक तय करते हैं। वे अंतरिक्ष दूरबीनों के लिए प्रस्तावित तकनीकों का परीक्षण भी करते हैं।

24. LISA Pathfinder क्या था?

ESA के LISA Pathfinder ने इस आवृत्ति सीमा में गुरुत्वीय तरंगों का पता लगाने की तकनीक का परीक्षण किया: 0.0001 से 0.1 Hz। इसमें स्वतंत्र रूप से गिरने वाले दो परीक्षण पिंड थे, जिनके बीच की दूरी थी 38 cm.

उद्देश्य दो पिंडों को लगभग आदर्श गुरुत्वीय मुक्त पतन की अवस्था में रखना था। ESA के अनुसार, गुरुत्वीय तरंगों का पता लगाने के लिए इस स्थिति को हासिल करना सबसे चुनौतीपूर्ण है। यह पृथ्वी से 1.5 मिलियन km दूर सूर्य-पृथ्वी के L1 बिंदु की परिक्रमा करता था।

ESA के पेज पर परीक्षण द्रव्यमानों को त्वरणमापी नहीं कहा गया है। इस पाठ में उन्हें गति का पता लगाने वाले बहुत संवेदनशील सेंसर माना गया है।

ESA के अनुसार लगभग पूर्ण मुक्त पतन की स्थिति हासिल करना सबसे कठिन है।

स्रोत: ESA, LISA Pathfinder के बारे में, मद 24

स्रोत: arXiv 1908.11584, LISA Pathfinder का मुक्त-पतन एक्चुएशन मोड, मद 24

25. NIST कैसे जाँचता है कि त्वरणमापी सही माप दे रहा है?

NIST के 2001 के एक शोधपत्र के अनुसार, त्वरणमापियों के प्राथमिक अंशांकन की आवृत्ति सीमा है 50 Hz से 5 kHz। इसमें तीन स्वतंत्र विधियाँ इस्तेमाल होती हैं: व्यतिकरण धारियों की गिनती, न्यूनतम बिंदु और पारस्परिकता।

NIST का “सुपरशेकर” एक ही व्यवस्था में पूरी आवृत्ति सीमा को कवर करता है।

सुपरशेकर एक ही व्यवस्था में पूरी आवृत्ति सीमा को कवर करता है।

सही या गलत: NIST में त्वरणमापियों के प्राथमिक अंशांकन के लिए तीन स्वतंत्र विधियाँ इस्तेमाल होती हैं।

स्रोत: NIST, दो कुंडलियों वाले शेकर से NIST में त्वरणमापियों का प्राथमिक अंशांकन, मद 25

सोचने के लिए चार प्रश्न

गुरुत्वाकर्षण का अंतरिक्ष यान पर असर होने के बावजूद अंतरिक्ष यात्री तैरते क्यों हैं?

शटल लगातार गिरता रहता है। वह पृथ्वी के चारों ओर कक्षा में घूमते हुए गिरता है। मुक्त पतन में वस्तु बस गिरती है; उसे ऊपर थामने वाला कोई सहारा नहीं होता। इसलिए उसके भीतर अंतरिक्ष यात्री भारहीन दिखाई देते हैं।

फोन कैसे पहचान लेता है कि नीचे की दिशा कौन-सी है?

गुरुत्वाकर्षण सेंसर के भीतर मौजूद द्रव्यमान को लगातार खींचता है। USGS ने पाया कि उसका परीक्षण सेंसर 0 Hz तक स्थिर बलों पर भी प्रतिक्रिया देता है। इसलिए चिप कंपन के साथ-साथ गुरुत्वाकर्षण को भी महसूस कर सकती है। Android त्वरणमापी से पहचानता है कि फोन कब आड़ा पकड़ा गया है।

समय के साथ त्वरण को जोड़ने से GPS के बिना रास्ता तय करने में मदद कैसे मिल सकती है?

समय के साथ त्वरण को जोड़ने से गति का हिसाब रखा जा सकता है। इसके लिए किसी बाहरी संकेत की जरूरत नहीं होती। DARPA के अनुसार, उसकी TIMU चिप में GPS के कुछ समय के लिए उपलब्ध न होने पर रास्ता तय करने में मदद देने वाली सभी जरूरी चीजें हैं। यह दावा इस प्रोटोटाइप के लिए है, सभी प्रणालियों के लिए नहीं।

किसी संरचना's की प्राकृतिक आवृत्तियों में बदलाव क्यों मायने रखता है?

हर संरचना की कुछ प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं, जिन पर वह आसानी से कंपन करती है। इनमें बदलाव क्षति की चेतावनी दे सकता है। 2024 के अध्ययन के अनुसार, MEMS सेंसर कंपन के विभिन्न रूपों की आवृत्तियाँ सही ढंग से पहचान सकते हैं। एक हॉल के अध्ययन में पहले तीन कंपन रूपों की आवृत्तियाँ लगभग 3, 3.5 और 4.8 Hz थीं।

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