Answer

Solution

UPSC Prelims

Science Tech Internal Security / विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी तथा आंतरिक सुरक्षा

Theme:

Applied Technology, IPR and Energy

Q 2023, Applied Technology, IPR and Energy

Consider the following actions: 1. Detection of car crash/collision which results in the deployment of airbags almost instantaneously. 2. Detection of accidental free fall of a laptop towards the ground which results in the immediate turning off of the hard drive. 3. Detection of the tilt of the smartphone which results in the rotation of display between portrait and landscape mode. In how many of the above actions is the function of accelerometer required?

निम्नलिखित क्रियाओं पर विचार कीजिए :1. कार क्रैश टक्कर का, जिससे एयरबैग लगभग तुरंत फैल जाते हैं, पता लगाना2. लैपटॉप अचानक धरातल पर गिर पड़ने का, जिससे हार्ड ड्राइव तुरंत बंद हो जाता है, पता लगाना3. स्मार्टफोन के झुकाव का, जिससे पोर्ट्रेट और लैंडस्केप मोड के बीच प्रदर्शन (डिस्प्ले) घूम जाता है, पता लगानाउपर्युक्त में से कितनी क्रियाओं में, त्वरणमापी (ऐक्सेलरोमीटर) के प्रकार्य की आवश्यकता है?

Accelerometers

An accelerometer is a device that measures the vibration or acceleration of motion of a structure.

Accelerometer sensors convert physical acceleration from motion or gravity into a voltage output.

Most accelerometers are miniscule, and they are often referred to as Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) accelerometers.

Applications

Because of their size and affordability, they are embedded in hand-held electronic devices (such as phones, tablets, and video game controllers).

Accelerometers are used in vehicles to trigger airbags in the event of a crash.

Accelerometers are used in rotating machinery to detect vibrations.

In the case of a laptop detecting accidental free fall, accelerometers are commonly used to sense the change in acceleration and trigger protective measures, such as turning off the hard drive to prevent damage.

Smartphones use accelerometers to detect changes in orientation or tilt. When the smartphone is tilted, the accelerometer senses the change and triggers the rotation of the display between portrait and landscape mode.

Accelerometers are also used by zoologists (to track the movement of animals in the wild), engineers (especially in collision experiments) and factories (to monitor the vibration of machinery).

Types:

Piezoelectric accelerometer: It utilizes the piezoelectric effect (piezoelectric materials produce electricity when put under physical stress) to sense change in acceleration. Piezoelectric accelerometers are most commonly used in vibration and shock measurement.

Piezoresistance accelerometers: They are much less sensitive than piezoelectric accelerometers, and they are better suited to vehicle crash testing. A piezoresistance accelerometer increases its resistance in proportion to the amount of pressure applied to it.

Capacitive accelerometers: They use change in electrical capacitance to determine an object’s acceleration. When the sensor undergoes acceleration, the distance between its capacitor plates changes as the diaphragm of the sensor moves. It is the most commonly used type of accelerometer.

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An accelerometer is a
device that measures the vibration or acceleration of motion of a structure.</li></ul>

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Accelerometer sensors
convert physical acceleration from motion or gravity into a voltage output.</li></ul>

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Most accelerometers
are miniscule, and they are often referred to as Micro-Electro-Mechanical
Systems (MEMS) accelerometers.</li></ul>

Applications

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Because of their size
and affordability, they are embedded in hand-held electronic devices (such as
phones, tablets, and video game controllers).</li></ul>

<ul><li> 
Accelerometers are
used in vehicles to trigger airbags in the event of a crash.</li></ul>

<ul><li> 
Accelerometers are
used in rotating machinery to detect vibrations.</li></ul>

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In the case of a
laptop detecting accidental free fall, accelerometers are commonly used to
sense the change in acceleration and trigger protective measures, such as
turning off the hard drive to prevent damage.</li></ul>

<ul><li> 
Smartphones use
accelerometers to detect changes in orientation or tilt. When the smartphone is
tilted, the accelerometer senses the change and triggers the rotation of the
display between portrait and landscape mode.</li></ul>

<ul><li> 
Accelerometers are
also used by zoologists (to track the movement of animals in the wild),
engineers (especially in collision experiments) and factories (to monitor the
vibration of machinery).</li></ul>

Types:

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Piezoelectric
accelerometer: It utilizes the
piezoelectric effect (piezoelectric materials produce electricity when put
under physical stress) to sense change in acceleration. Piezoelectric
accelerometers are most commonly used in vibration and shock measurement.</li></ul>

<ul><li> 
Piezoresistance
accelerometers: They are much less
sensitive than piezoelectric accelerometers, and they are better suited to
vehicle crash testing. A piezoresistance accelerometer increases its resistance
in proportion to the amount of pressure applied to it.</li></ul>

<ul><li> 
Capacitive
accelerometers: They use change
in electrical capacitance to determine an object’s acceleration. When the
sensor undergoes acceleration, the distance between its capacitor plates
changes as the diaphragm of the sensor moves. It is the most commonly used type
of accelerometer.</li></ul>

एक्सेलेरोमीटर

एक एक्सेलेरोमीटर (accelerometer) एक उपकरण है जो किसी संरचना की गति या कंपन को मापता है।

एक्सेलेरोमीटर सेंसर (accelerometer sensors) गति या गुरुत्वाकर्षण से भौतिक त्वरण को वोल्टेज आउटपुट में परिवर्तित करते हैं।

अधिकांश एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) बहुत छोटे होते हैं, और इन्हें अक्सर माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम्स (Micro-Electro-Mechanical Systems - MEMS) एक्सेलेरोमीटर कहा जाता है।

अनुप्रयोग (Applications)

अपने आकार और किफायती होने के कारण, इन्हें हाथ में पकड़े जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों (जैसे फोन, टैबलेट, और वीडियो गेम कंट्रोलर) में एम्बेड किया जाता है।

वाहनों में एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग दुर्घटना की स्थिति में एयरबैग को सक्रिय करने के लिए किया जाता है।

घूर्णन मशीनरी में कंपन का पता लगाने के लिए एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग किया जाता है।

लैपटॉप के आकस्मिक फ्री फॉल का पता लगाने के मामले में, एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग आमतौर पर त्वरण में परिवर्तन का पता लगाने और सुरक्षात्मक उपायों को सक्रिय करने के लिए किया जाता है, जैसे कि हार्ड ड्राइव को बंद करना ताकि नुकसान से बचा जा सके।

स्मार्टफोन एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग अभिविन्यास या झुकाव में परिवर्तन का पता लगाने के लिए करते हैं। जब स्मार्टफोन को झुकाया जाता है, तो एक्सेलेरोमीटर (accelerometer) परिवर्तन का पता लगाता है और डिस्प्ले को पोर्ट्रेट और लैंडस्केप मोड के बीच घुमाने को सक्रिय करता है।

एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग प्राणीविज्ञानी (zoologists) द्वारा (जंगली में जानवरों की गतिविधियों को ट्रैक करने के लिए), इंजीनियरों द्वारा (विशेष रूप से टकराव के प्रयोगों में) और कारखानों द्वारा (मशीनरी के कंपन की निगरानी के लिए) किया जाता है।

प्रकार (Types):

पायजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर (Piezoelectric accelerometer): यह त्वरण में परिवर्तन का पता लगाने के लिए पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव (piezoelectric effect) का उपयोग करता है (पायजोइलेक्ट्रिक सामग्री भौतिक तनाव में डालने पर बिजली उत्पन्न करती है)। पायजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर (piezoelectric accelerometers) का उपयोग सबसे अधिक कंपन और झटके के मापन में किया जाता है।

पायजोरेसिस्टेंस एक्सेलेरोमीटर (Piezoresistance accelerometers): ये पायजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर (piezoelectric accelerometers) की तुलना में कम संवेदनशील होते हैं, और ये वाहन दुर्घटना परीक्षण के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं। एक पायजोरेसिस्टेंस एक्सेलेरोमीटर (piezoresistance accelerometer) अपने प्रतिरोध को उस पर लगाए गए दबाव की मात्रा के अनुपात में बढ़ाता है।

कैपेसिटिव एक्सेलेरोमीटर (Capacitive accelerometers): ये विद्युत धारिता (electrical capacitance) में परिवर्तन का उपयोग करके किसी वस्तु के त्वरण का निर्धारण करते हैं। जब सेंसर त्वरण का अनुभव करता है, तो इसके संधारित्र प्लेटों के बीच की दूरी बदल जाती है क्योंकि सेंसर का डायाफ्राम चलता है। यह सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला एक्सेलेरोमीटर (accelerometer) प्रकार है।

<ul><li> 
एक एक्सेलेरोमीटर (accelerometer) एक उपकरण है जो किसी संरचना की गति या कंपन को मापता है।</li></ul>

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एक्सेलेरोमीटर सेंसर (accelerometer sensors) गति या गुरुत्वाकर्षण से भौतिक त्वरण को वोल्टेज आउटपुट में परिवर्तित करते हैं।</li></ul>

<ul><li> 
अधिकांश एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) बहुत छोटे होते हैं, और इन्हें अक्सर माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम्स (Micro-Electro-Mechanical Systems - MEMS) एक्सेलेरोमीटर कहा जाता है।</li></ul>

अनुप्रयोग (Applications)

<ul><li> 
अपने आकार और किफायती होने के कारण, इन्हें हाथ में पकड़े जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों (जैसे फोन, टैबलेट, और वीडियो गेम कंट्रोलर) में एम्बेड किया जाता है।</li></ul>

<ul><li> 
वाहनों में एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग दुर्घटना की स्थिति में एयरबैग को सक्रिय करने के लिए किया जाता है।</li></ul>

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घूर्णन मशीनरी में कंपन का पता लगाने के लिए एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग किया जाता है।</li></ul>

<ul><li> 
लैपटॉप के आकस्मिक फ्री फॉल का पता लगाने के मामले में, एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग आमतौर पर त्वरण में परिवर्तन का पता लगाने और सुरक्षात्मक उपायों को सक्रिय करने के लिए किया जाता है, जैसे कि हार्ड ड्राइव को बंद करना ताकि नुकसान से बचा जा सके।</li></ul>

<ul><li> 
स्मार्टफोन एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग अभिविन्यास या झुकाव में परिवर्तन का पता लगाने के लिए करते हैं। जब स्मार्टफोन को झुकाया जाता है, तो एक्सेलेरोमीटर (accelerometer) परिवर्तन का पता लगाता है और डिस्प्ले को पोर्ट्रेट और लैंडस्केप मोड के बीच घुमाने को सक्रिय करता है।</li></ul>

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एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग प्राणीविज्ञानी (zoologists) द्वारा (जंगली में जानवरों की गतिविधियों को ट्रैक करने के लिए), इंजीनियरों द्वारा (विशेष रूप से टकराव के प्रयोगों में) और कारखानों द्वारा (मशीनरी के कंपन की निगरानी के लिए) किया जाता है।</li></ul>

प्रकार (Types):

<ul><li> 
पायजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर (Piezoelectric accelerometer): यह त्वरण में परिवर्तन का पता लगाने के लिए पायजोइलेक्ट्रिक प्रभाव (piezoelectric effect) का उपयोग करता है (पायजोइलेक्ट्रिक सामग्री भौतिक तनाव में डालने पर बिजली उत्पन्न करती है)। पायजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर (piezoelectric accelerometers) का उपयोग सबसे अधिक कंपन और झटके के मापन में किया जाता है।</li></ul>

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पायजोरेसिस्टेंस एक्सेलेरोमीटर (Piezoresistance accelerometers): ये पायजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर (piezoelectric accelerometers) की तुलना में कम संवेदनशील होते हैं, और ये वाहन दुर्घटना परीक्षण के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं। एक पायजोरेसिस्टेंस एक्सेलेरोमीटर (piezoresistance accelerometer) अपने प्रतिरोध को उस पर लगाए गए दबाव की मात्रा के अनुपात में बढ़ाता है।</li></ul>

<ul><li> 
कैपेसिटिव एक्सेलेरोमीटर (Capacitive accelerometers): ये विद्युत धारिता (electrical capacitance) में परिवर्तन का उपयोग करके किसी वस्तु के त्वरण का निर्धारण करते हैं। जब सेंसर त्वरण का अनुभव करता है, तो इसके संधारित्र प्लेटों के बीच की दूरी बदल जाती है क्योंकि सेंसर का डायाफ्राम चलता है। यह सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला एक्सेलेरोमीटर (accelerometer) प्रकार है।</li></ul>

Working of Airbags

There are two types of acceleration forces: static forces and dynamic forces.

Static forces are forces that are constantly being applied to the object (such as friction or gravity).

Dynamic forces are “moving” forces applied to the object at various rates (such as vibration, or the force exerted on a cue ball in a game of pool).

This is why accelerometers are used in automobile collision safety systems, for example, When a car is acted on by a powerful dynamic force, the accelerometer (sensing a rapid deceleration) sends an electronic signal to an embedded computer, which in turn deploys the airbags.

एयरबैग का कार्य

त्वरण बलों के दो प्रकार होते हैं: स्थैतिक बल (static forces) और गतिशील बल (dynamic forces)।

स्थैतिक बल (static forces) वे बल होते हैं जो वस्तु पर लगातार लगाए जाते हैं (जैसे घर्षण या गुरुत्वाकर्षण)।

गतिशील बल (dynamic forces) "चलते" बल होते हैं जो वस्तु पर विभिन्न दरों पर लगाए जाते हैं (जैसे कंपन, या पूल के खेल में क्यू बॉल पर लगाया गया बल)।

यही कारण है कि एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) का उपयोग ऑटोमोबाइल टक्कर सुरक्षा प्रणालियों में किया जाता है, उदाहरण के लिए, जब किसी कार पर एक शक्तिशाली गतिशील बल (dynamic force) कार्य करता है, तो एक्सेलेरोमीटर (accelerometer) (एक तेजी से मंदन को महसूस करते हुए) एक इलेक्ट्रॉनिक संकेत एक एम्बेडेड कंप्यूटर को भेजता है, जो बदले में एयरबैग को तैनात करता है

Science Tech Internal Security / विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी तथा आंतरिक सुरक्षा

Q 2023, Applied Technology, IPR and Energy

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Accelerometers

एक्सेलेरोमीटर

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एयरबैग का कार्य

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