Sensor Technology Exam Preparation PDF

Sensor basics (Lecture 1) ========================= \- Passive vs. Active sensors There are two kinds of sensors a passive type and an active type of sensors. The passive sensor does not need an additional energy source. It generates an electrical signal in response to an external stimulus. It wil...

Sensor basics (Lecture 1) ========================= \- Passive vs. Active sensors There are two kinds of sensors a passive type and an active type of sensors. The passive sensor does not need an additional energy source. It generates an electrical signal in response to an external stimulus. It will be the input stimulus energy is converted by the sensor into the output signal. Passive sensors include a thermocouple, a photodiode, and a piezoelectric sensor. Many passive sensors are direct sensors. The active sensors need an additional energy source to drive them, which is called an excitation signal. The signal modifiers the sensor produce output. The active sensors are sometimes called parametric because their own properties change in response to an external stimulus and these properties can subsequently be converted into electrical signals. It can be presented, as a sensor parameter that modulates the excitation signal and the modulating holds information about the measured value. Eksempel the thermistor in a temperature is a resistance. It does not generate an electric signal, but by passing an electric current (excitation signal) through it its resistance can be measured by detecting variations in current and/or voltage across the thermistor. These variations (presented in ohms) relate directly to temperature through a known transfer function. Alle sensorer kan være af to slags: passive og aktive. Det gør en passiv sensor ikke har brug for yderligere energikilde. Det genererer et elektrisk signal som svar på en ekstern stimulans. Det vil sige, at inputstimulusenergien konverteres af sensoren ind i udgangssignalet. Eksemplerne er et termoelement, en fotodiode og en piezoelektrisk sensor. Mange passive sensorer er direkte sensorer, som vi definerede dem tidligere. De aktive sensorer kræver ekstern strøm til deres drift, hvilket kaldes et excitationssignal. Det signal modificeres (moduleres) af sensoren til producere udgangssignalet. De aktive sensorer kaldes nogle gange parametriske fordi deres egne egenskaber ændres som reaktion på en ekstern stimulus og disse egenskaber kan efterfølgende omdannes til elektriske signaler. Det kan være angivet, at en sensors parameter modulerer excitationssignalet og denne modulering indeholder information om den målte værdi. For eksempel er en termistor en temperaturfølsom modstand. Den genererer ikke noget elektrisk signal, men ved passerer elektrisk strøm (excitationssignal) gennem det dens modstand kan være måles ved at detektere variationer i strøm og/eller spænding over termistoren. Disse variationer (præsenteret i ohm) relaterer direkte til temperaturen gennem a kendt overførselsfunktion. physical scale that is independent of the measurement conditions, whereas a relative sensor produces a signal that relates to some particular case. An example of an absolute sensor is a thermistor - a temperature-sensitive resistor. Its electrical resistance is directly related to the absolute temperature scale of Kelvin. Another very popular temperature sensor - a thermocouple - is relative. It produces an electrical voltage that is a function of a temperature gradient across the thermocouple wires. Thus, a thermocouple output signal cannot be related to any particular temperature without reference to a chosen baseline. Another example of an absolute and relative sensor is a pressure sensor. An absolute pressure sensor produces a signal relative to a vacuum - an absolute zero on a pressure scale. A relative pressure sensor produces a signal about a selected baseline that is not zero pressure - for example to atmospheric pressure. fysisk skala, der er uafhængig af måleforholdene, hvorimod en relativ sensor producerer et signal, der vedrører et eller andet særligt tilfælde. Et eksempel på en absolut sensor er en termistor - en temperaturfølsom modstand. Den er elektrisk modstand er direkte relateret til den absolutte temperaturskala for Kelvin. En anden meget populær temperatursensor - et termoelement - er en relativ sensor. Det producerer en elektrisk spænding, der er funktion af en temperaturgradient på tværs termoelementtrådene. Et termoelementudgangssignal kan således ikke relateres til enhver bestemt temperatur uden at referere til en valgt basislinje. Et andet eksempel på de absolutte og relative sensorer er en tryksensor. En absolut tryksensor producerer signal i forhold til vakuum - et absolut nul på a trykskala. En relativ tryksensor frembringer signal i forhold til a valgt baseline, der ikke er nultryk - for eksempel til atmosfæren tryk. \- Transfer function o What is a transfer function A sensor takes a signal representing a physical variable and converts it into an interpretable (usually an electrical) signal. The sensor is a device that receives and responds to a signal or stimulus. Any sensor is an energy converter. No matter what you try to measure, you always deal with energy transfer from the object of measurement to the sensor. Sensing is a particular case of information transfer, and any transmission of information requires the transmission of energy. Transducers may be part of complex sensors. This suggests that many sensors incorporate at least one direct-type sensor (directly converts a nonelectrical stimulus into an electric signal) and several transducers. En sensor tager et signal, der repræsenterer en fysisk variabel, og konverterer det til et fortolkbart (normalt et elektrisk) signal. Sensoren er en enhed, der modtager og reagerer på et signal eller stimulus. Enhver sensor er en energiomformer. Uanset hvad du prøver at måle, beskæftiger du dig altid med energioverførsel fra måleobjektet til sensoren. Processen med sansning er et særligt tilfælde af informationsoverførsel, og enhver transmission af information kræver transmission af energi. Transducere kan være en del af komplekse sensorer. Dette tyder på, at mange sensorer inkorporerer mindst én sensor af direkte type (konverterer direkte en ikke-elektrisk stimulus til et elektrisk signal) og et antal transducere. The ideal input-output relation exists for any sensor. If the sensor has an ideal design and is made with the ideal materials by ideal work, they woke in an ideal environment with the help of the ideal tools, the output of such a sensor will always represent the true value of the stimulus. This ideal input-output relationship can be expressed as a table of values, graph, mathematical formula, or as a solution of a mathematical equation If the input-output function is ideal. Den matematiske model Et ideelt eller teoretisk input-output (stimulus-respons) forhold eksisterer for hver sensor. Hvis en sensor er ideelt designet og fremstillet med ideelle materialer ved ideelle arbejdere, der arbejder i et ideelt miljø ved hjælp af ideelle værktøjer, output af en sådan sensor vil altid repræsentere den sande værdi af stimulus. Denne ideelle input-output sammenhæng kan udtrykkes i form af en tabel med værdier, graf, matematisk formel eller som en løsning af en matematisk ligning. Hvis input-output-funktionen er idealt There are many different types of transfer functions. There is a linear, an exponential and a logarithmic functions. The reason why there are so many different ones is that the sensors are dependent on physical laws and chemical laws. They determine what the transfer function looks like. With the different types of transfer fractions, there are just as many different mathematical formulas: Der findes mange forskellige overføringsfunktioner typer. Der er en lineære, en eksponentiel og en logaritmisk funktioner. Grunden til at der er så mange forskellige er at sensorerne er afhængige af de fysiske lov og kemiske love. De bestemmer nemlig hvordan overføringsfunktionen ser ud. Med de forskellige former for overføringsfaktioner findes der lige så mange forskellige matematiske formler: Et billede, der indeholder tekst, skærmbillede, Font/skrifttype, hvid Automatisk genereret beskrivelse En tidsinvariant overføringsfunktion kan repræsenteres som en graf 𝐸 = 𝑓(𝑠). For det meste er det den inverse overføringsfunktion 𝐹 der er interessant, således at vi kan beregne 𝑠 = 𝑓^-1^(𝐸). Dvs. svaret på hvilken stimuli 𝑠 der fik sensoren til at give signalet 𝐸. Hvis det er en ikke lineære funktion, kan man kalibrere funktion så det bliver mere præcis ved at justere sensoren faktiske funktion til en ønsket nøjagtighed. Det skyldes at en sensor overføringsfunktion kan afvige for ideelfunktionen grundet systemfejl, materialefejl eller fremstillingsvariation. Det er ofte at overføringsfunkerne er lineære i alle typer af signaler. Det skyldes at det er nemmere at forudsige systemet opførsel og udføre beregninger mere effektivt. det bliver også brugt i superpositionsprincippet, hvilket betyder at responsen kombination af inputs er summen af hvert enkelt input. Det gør det letter at forstå og modeller komplekse systemer ved brug at bryde dem ned i mindre, håndter bare dele. Det kræver ikke særlig mange ressourcer. Det er især vigtigt i realtidsapplikationer, hvor hurtig behandling er kravet. Det er hellere ikke særlig følsom over for små variationer i parametre sammenlignet med ikke-lineære funktioner. Dermed gør det designet og kalibrering mere enkelt. Mange sensor som omdanner fysiske signaler til elektriske signaler, har et naturligt lineære eller næsten lineære signal. \- Three types of Calibration o Grinding, trimming and calculation of the transfer function **grinding** involves physical modification of the sensor to adjust the quality and bring it closer to the ideal function for the sensor. It can involve the removal of material or the sensor structure to adjust the electric or mechanical characteristics. It is why the method is used to make precise dimensions or quality is crucial for the functionality of the sensor grinding involverer fysisk modifikation af sensoren for at justere dens egenskaber og bringe den tættere på den ønskede overføringsfunktion. Det kan indebære fjernelse af materiale eller ændring af sensorens struktur for at justere dens elektriske eller mekaniske karakteristika. Typisk anvendes denne metode i situationer, hvor præcise dimensioner eller egenskaber er afgørende for sensorens funktionalitet. **Trimming** involves fine-tuning the sensor circuit or components, often adjusting the resistance or adjusting the parameters. The method is used to correct minor sensor output deviations without requiring extensive physical change. That is why it is popular in mass production, and why small variations can arise under the manufacturing process. Trimning omfatter finjustering af sensorens kredsløb eller komponenter, ofte ved at ændre modstande eller andre justerbare parametre. Denne metode bruges til at korrigere mindre afvigelser i sensorens output uden behov for omfattende fysisk ændring. Trimning er populær i masseproduktion af sensorer, hvor små variationer kan opstå under fremstillingsprocessen. **Calculation of the transfer function** method involves the calculation and application of a mathematical model that compensates for the inaccuracies of the sensor. In practice, data is collected from the sensor under known conditions, after which a transfer function is derived to correct the sensor\'s output in real-time. This approach requires advanced algorithms and is suitable for digital systems where calibration can be done through software. Denne metode indebærer beregning og anvendelse af en matematisk model, der kompenserer for sensorens unøjagtigheder. I praksis indsamles data fra sensoren under kendte forhold, hvorefter en overføringsfunktion udledes for at korrigere sensorens output i realtid. Denne tilgang kræver avancerede algoritmer og er velegnet til digitale systemer, hvor kalibrering kan udføres gennem software.  \- Terms of sensor specification **Sensitivity** beskriver forholdet mellem ændringer i sensorens output i forhold til ændringen i sensoren input stimuli. Det bliver typisk repræsenteres af den hældning af sensoren overføringsfunktion i en lineære region. Jo højre sensitivitet, desto større ændringer i outputtet opnås ved en given ændring i inputtet, hvilket det lettere at detektere små variationer. describes the relationship between changes in the sensor\'s output relative to the change in the sensor\'s input stimuli. It is typically represented by the slope of the sensor\'s transfer function in a linear region. The higher the sensitivity, the greater changes in the output are achieved for a given change in the input, making it easier to detect small variations. **Hysteresis** refererer til forskellem i sensorens output, ved et bestemt input-stimuli tilgås fra forskellige retninger. Det kan fx kan outputtet af en forskydnings sensor variere afhængigt af, om objektet bevæger sig i forskellige retninger, frem og til bage eller fra side til side. Årsagerne til hysteresis kan inkludere friktion, geometrisk design eller materialets egenskaber som fx plasticitet henvises til et materiales evne til at ændre form som reaktion på en ydre kraft. refers to differences in the sensor\'s output when a particular input stimulus is accessed from different directions. For example, the output of a displacement sensor can vary depending on whether the object moves in different directions, forward and backward, or from side to side. The causes of hysteresis can include friction, geometric design or material properties such as plasticity refers to the ability of a material to change shape in response to an external force. **Saturation** opstår, når en sensors output ikke længere reagere på yderligere stigning i input- stimuli. Dette indikerer, at sensoren har nået dens maksimale drift evne, og yderligere input ikke giver en tilsvarende ændring i output. Den er tit forbundet med sensorens lineære grænse og kan resultere i fejl, hvis systemet ikke designes korrekt. occurs when a sensor\'s output no longer responds to further increases in input stimuli. This indicates that the sensor has reached its maximum operating capability, and further input does not produce a corresponding change in output. It is often associated with the linear limit of the sensor and can result in errors if the system is not designed correctly. **Resolution** er den ændring i input, der detekter af sensoren. Hvis man kigger på analog sensor, kan outputtet ændres i trin, og opløsningen kan angives som en procentdel af den fuld skala eller i absolutte enheder. For digitale sensorer er opløsning relateret til antal af bits outputtet, som definerer de mindste målbare trin Resolution is the change in input detected by the sensor. Looking at the analog sensor, the output can be changed in steps and the resolution can be specified as a percentage of full scale or in absolute units. For digital sensors, resolution is related to the number of bits output, which defines the smallest measurable steps Resistive sensors (Lecture 3) ============================= **- What is a resistive sensor** A resistive sensor measures changes in electrical resistance caused by the application of physical stimuli such as deformation, force, or moisture. The sensor converts these stimuli into an electrical signal that can be analyzed. The most important aspects of resistive sensors include. Resistive sensors are e.g. a mechanical stretch, for example, strain gauges En resistiv sensor måler ændringer i elektrisk modstand forårsaget af påføring af fysiske stimuli som deformation, tyk eller fugtighed. Sensoren konventerer disse stimuli til et elektrisk signal, der kan analyseres. De er vigtigste aspekter af resistive sensorer inkluderer. Resistive sensorer er f.eks. en mekanisk strækning, for eksempel, som for strain gauges Funktionen ved en resistiv sensor handler om modstanden i et materiale der ændrer sig, når det udsættes for stress, deformation eller miljømæssige faktorer som fugtighed. Ændringen i modstand kan detekteres ved hjælp af en elektrisk kredsløb som en Wheatstone-bro, der omdanner modstandsændringen til en spænding. Det er piezoresistive sensor og fugtighedssensor der bliver snakket om når man snakker om resistive sensor typer **- What parameters define the resistance of a cable** De parameter de kan definer resitance af et kabel er en formel som ser så ledes ud: \ [\$\$R = \\rho \\cdot \\frac{L}{A}\$\$]{.math.display}\ Hvor *p* er materialet resistivitet, L er længden af kablet og A er tværsnitsarealet af kablet *p* kan blive påvirkede af hvilket materiale som der er blevet brugt i ledningen og dens unit er ohm\*M. L er længden af kablet som afhænger af hvor langt kablet er og modstanden er direkte proportional med længden. Jo længer det er jo mere modstand vil der være. A er modstanden som er omvendt proportional med kabalens tværsnitsareal det vil sig et større tværsnitsareal jo mindre modstand vil der være. derudover kan ledningen blive påvirkede af temperaturen påvirker resistiviteten (𝜌), da de fleste materialer har en temperaturkoefficient, der gør modstanden højere ved stigende temperaturer. **- Piezoelectric effect** Det er den ladning som ophober sig i bestemte materialer som fx kystaler. Den ladning der ophober sig, bliver kald den piezoelektriske effekt opstår, når visse materialer, der ikke har en bestemt form for symmetri i deres struktur (inversionssymmetri), skaber elektricitet, når de udsættes for mekanisk pres. Dette er en form for interaktion mellem det elektriske og det mekaniske i materialet. Effekten er \"reversibel,\" hvilket betyder, at det virker begge veje: Hvis man presser på materialet, opstår der en elektrisk ladning, men hvis man i stedet udsætter materialet for et elektrisk felt, kan det skabe en mekanisk bevægelse eller spænding. It is the charge that accumulates in certain materials such as coastal rocks. The charge that accumulates, called the piezoelectric effect, occurs when certain materials that do not have a certain type of symmetry in their structure (inversion symmetry) create electricity when subjected to mechanical pressure. This is a form of interaction between the electrical and the mechanical in the material. The effect is \"reversible,\" meaning it works both ways: If you press on the material, an electrical charge is created, but if you instead expose the material to an electric field, it can create a mechanical movement or tension. **- Strain sensor** o How does it work En strain gauge er en sensor, hvis målte elektriske modstand varierer med ændringer i belastningen. Deformation er når der sker en deformning eller forskydning af materiale, der er et resultat af en påført spænding. Spænding er den kraft, der påføres et materiale, divideret med materialets tværsnitsareal. er designet til at fokusere stress gennem bjælkeelementer, hvor strain gauges er placeret. Strain gauges konverterer den påførte kraft, tryk, drejningsmoment osv. til et elektrisk signal, som kan måles. Kraft forårsager belastning, som derefter måles med strain gauge ved hjælp af en ændring i elektrisk modstand. strain gauges skal forbindes til et elektrisk kredsløb, der er i stand til nøjagtigt at reagere på de små ændringer i modstanden, der er forbundet med strain. Flere strain gauges kan bruges i et opdelt brokredsløb til at måle små ændringer i elektrisk modstand \- force sensor **En FSR** består af en ledende polymer, som forudsigeligt ændrer modstand efter påføring af kraft på dens overflade. De laveres normalt som et polymer trykfilm, der kan påføre ved serigrafi. Den følgende film består af elektrisk ledende og ikke-ledende partikler suspenderet i en matix. Partiklerne er sub-mikrometer størrelse formuleret til at reducere temperaturafhængighed, forbedre mekanismer egenskaber og øger overfaldes holdbarheden. Påføring af kraft på overfalden af den førende film får partikler til at røre ved ledende elektroder, hvilket medføre modstand. **A force-sensing capacitor** is a material whose capacitance changes when a force, pressure or mechanical stress is applied. It is theoretically better repeatability than FSR and it is not used so often because it requires mere complex electronics. **- temperature sensors** **Thermistoren** er en type af modstand hvor modstanden ændrer sig med temperaturen. Denne egenskab gør termistoren velegnet til at måle temperatur. Derfor har den a high resolution **Pyroelectric sensor** is a temperature change occurs when the infrared rays enter the sensor, so the surface temperature of the pyroelectric element (ceramic) rises, and a surface charge is generated by the pyroelectric effect. When it is the infrared rays will it have a good sensitivity at room temperature. **Primær pyroelektricitet**: temperatur differens giver en elektrisk spænding i materialet. Dermed kan der males heat flow. Effekten forsvinder når hele materialet har nået samme temperatur. Sekundær pyroelektricitet: piezo elektrisk effekt pga. varmeudvidelse /stress **Thermocouple** is an electrical device consisting of two dissimilar electrical conductors forming an electrical junction. A thermocouple produces a temperature-dependent voltage as a result of the Seebeck effect, and this voltage can be interpreted to measure temperature. Thermocouples are widely used as temperature sensors. It has a huge working area and can measure extreme temperatures \- How to measure the change in resistance Ændring i modstand kan måles ved hjælp af flere metoder og kredsløb, som ofte inkluderer Wheatstone-broer eller lignende principper. Her er de grundlæggende trin og faktorer for måling af modstandsændring. Man kan bruge wheatstone bridge til at registre små ændringer i modstanden. Når en sensors modstand ændres på grund af deformation i materialer, skaber det en ubalance i broen. Det gør at outputspændingen fra broen er proportionel med modstandændringen og kan analyseres for at bestemme den fysiske stimulus. Man kan måle forskel ved at bruge piezoresisteren, der udlejre MEMS-struktur hvor modstandsændringen kan bruges til at registre deformationen. **o Wheatstone bridge** **§ how does it look like** Et billede, der indeholder diagram, linje/række, Font/skrifttype, origami Automatisk genereret beskrivelse Wheatstone-brokonfiguration påføres en excitationsspænding over kredsløbet, og udgangsspændingen måles over to punkter i midten af ​​broen. Når der ikke er nogen belastning, der virker på vejecellen, er Wheatstone-broen afbalanceret, og der er nul udgangsspænding. Men hvis der sker en deformning I materialet vil det påvirke balancen af udgangsspændingen som gerne skulle være nul. Men når der sker en deformning af materialet vil der komme en udgangsspænding dermed påvirker det. Den bliver bliver ikke specielt påvirkede af spændingen fra strømkilden kan variere, men Wheatstone-broen er mere robust overfor sådanne variationer, da dens målinger afhænger af modstandsforholdene Fordelene ved at bruge en Wheatstone bridge er at de er præcise, mindre følsomhed overfor måleinstrumenter, højere nøjagtighed med små modstande, mindre følsomme overfor forskydningsspænding. Den høje præcision skyldes den måler forskellen på spændingernes forhold snare end at måle den absolutte spænding direkte det skabe også en højre nøjagtighed med små modstande. Grunden til at den er mindre følsom over for måleinstrumenter er fordi Wheatstone broer er et differenstransformator-kredsløb. Spændingen fra strømkilden kan variere, men Wheatstone-broen er mere robust overfor sådanne variationer, da dens målinger afhænger af modstandsforholdene, ikke den absolutte værdi af forsyningsspændingen. Wheatstone-bridge configuration makes an excitation voltage over the circuit and the output voltage, measured over two points in the middle of the bridge. When there is no load, in the weight cells, the Wheatstone-bridge is in balance and therefore the output voltage is zero. If there is a deformation in the material, will it affect the balance in the Wheatstone-bridge and therefor will there be some voltage output. That is why we can measure the deformation in the material. The voltage from the power source can vary, but the Wheatstone bridge is more robust to such variations as its measurements depend on the resistance conditions The benefit with using a Wheatstone-bride is very sensitive so it is good when you have small changes in the deformed material. it is precise and less sensitive to noise. \- how to amplify small voltages En instrumentforstærker forstærker et differentielt signal. En vigtig parameter er Common Mode Rejection Ratio (CMRR). hvis man vil have en god forstærkeren til at undertrykke ikke-differentierede signaler. Ønsker man en CMRR skal den være så stor som mulig ( ≈∞ ) En ideel instrumentforstærker forstærker udelukkende forskellen mellem V2 og V1. I praksis forstærkes også det fælles signal, der forefindes på begge indgange en lille smule (uønsket). For at forstærke små spændinger med fokus på høj indgangsmodstand og høj CMRR, skal du bruge en **instrumentationsforstærker**. Dette giver præcis forstærkning af små signaler og reducerer samtidig støj og forstyrrelser. Capacitive and inductive sensors (Lecture 4) ============================================ **- What is capacitance** De parameter der påvirker capacitance er A, d, og E. **a** er jo større pladearealet der er vil kapacitansen blive større. Det skyldes, at der er mere plads til at lagre mere ladning.\" Afstanden mellem pladerne er **d** og de kan mindskes, når afstanden mellem pladerne øges fordi elektriske felt mellem pladerne bliver svagere Permittiviteten e afhænger af det materiale, der placeres mellem pladerne dielektrikum. Hvis dielektrikum har en høj dielektrisk konstant k, øge capacitance, fordi materialet reducerer det elektriske felt og tillader ladning at lagres. The parameters that affect capacitance are A, d, and E. a is about the plate area. The larger the plate area there is, the capacitance will be larger. This is because there is more space to store more charge.\" The distance between the plates is d and they can be reduced when the distance between the plates increases because electric fields between the plates become weaker The permittivity e depends on the material that is placed between the dielectric plates. If the dielectric has a high dielectric constant k, increase the capacitance because the material reduces the electric field and allows charge to be stored. **Humidity sensor** (capacitive humidity sensor) er en type sensor, der måler fugtigheden i luften ved hjælp af ændringer i kapacitans. Den fungerer på princippet om, at kapacitansen af en kondensator ændrer sig, når dielektrikum mellem dens plader reagerer på variationer i luftens fugtighed. Sensoren er konstueret af en kondensator, hvor dielektrikum er fugtabsorberende materiale, typisk polymer eller plast. De to plader i kondensatoren fungere som elektroder, og det hygroskopiske dieletrikum er placeret imellem de to plader. Sensorens kapacitans måles elektronisk og konverteres til en proportional værdi for luftens relative fugtighed **- condenser microphone** En kondensatormikrofon er en type mikrofon, der udnytter kapacitive principper til at omdanne lydbølger til elektriske signaler. Mikrofonen består af to ledende plader, hvoraf den ene er fast (bagpladen), og den anden er en tynd, bevægelig membran, der fungerer som den ene elektrode. Mellem disse to plader findes et luftgab, som fungerer som dielektrikum. Når lydbølger rammer membranen, begynder den at vibrere i takt med lyden. Disse vibrationer ændrer afstanden mellem pladerne, hvilket påvirker kondensatorens kapacitans, da kapacitansen afhænger af afstanden mellem pladerne ifølge formlen  hvor A er pladernes overfladeareal, ε er hvor godt et materiale mellem to kondensatorplader kan \"hjælpe\" med at lagre elektrisk ladning, og d er afstanden mellem pladerne. Ændringer i kapacitansen skaber variationer i det elektriske signal, som derefter forstærkes og konverteres til et lydsignal. Kondensatormikrofoner har flere fordele. De er kendt for deres høje følsomhed og evne til at registrere selv meget små ændringer i lydbølger, hvilket gør dem ideelle til optagelser af høj kvalitet. De har også en bred frekvensrespons, som gør det muligt at opfange både lave og høje frekvenser med stor nøjagtighed. På grund af deres præcision anvendes kondensatormikrofoner ofte i studier, til broadcasting og i professionelle lydoptagelser, hvor detaljerigdom og lydkvalitet er afgørende. A condenser microphone is a type of microphone that utilizes capacitive principles to convert sound waves into electrical signals. The microphone consists of two conductive plates, one of which is fixed (the back plate) and the other is a thin, movable membrane that acts as one electrode. Between these two plates there is an air gap which acts as a dielectric. When sound waves hit the membrane, it begins to vibrate in time with the sound. These vibrations change the distance between the plates, which affects the capacitance of the capacitor, since the capacitance depends on the distance between the plates according to the formula where A is the surface area of ​​the plates, ε is how well a material between two capacitor plates can \"help\" store electrical charge, and d is the distance between the plates. Changes in capacitance create variations in the electrical signal, which is then amplified and converted into an audio signal. Condenser microphones have several advantages. They are known for their high sensitivity and ability to detect even very small changes in sound waves, making them ideal for high-quality recordings. They also have a wide frequency response, which makes it possible to pick up both low and high frequencies with great accuracy. Because of their precision, condenser microphones are often used in studios, for broadcasting and in professional sound recording, where detail and sound quality are essential. Microphones (Lecture 5) ======================= **- different types of microphone (condenser, dynamic, ribbon, carbon)** **Condenser microphone** works with help of a thin membrane, there moving moves relative to a fixed backing plate. When sound waves hit the membrane, the distance between the plates changes, changing the capacitance and creating an electrical signal. The advantages if you want to use this microphone is very sensitive and precise therefore ideal for studio recordings. Reproduces sounds with high quality and wide frequency range. Therefor it is suitable for recording weak sounds. There are also some disadvantages with the microphone it needs power source to work and it is more fragile and more expensive than other microphone types. Kondensatormikrofonen fungerer ved hjælp af en tynd membran, der bevæger sig i forhold til en fast bagplade. Når lydbølger rammer membranen, ændres afstanden mellem pladerne, hvilket ændrer kapacitansen og skaber et elektrisk signal. Meget følsom og præcis -- ideel til studieoptagelser. Gengiver lyde med høj kvalitet og bredt frekvensområde. Derfor er den velegnet til optagelse af svage lyde. Der er også nogle ulemper ved mikrofonen den kræver strømforsyning (phantom power). og den er mere skrøbelig og dyrere end andre mikrofontyper. **Dynamic microphone** works because it has a coil attached to the membrane and It moves in a magnet field, when sound waves got to the membrane. The movement of the membrane are creating the electric signal. The advantages if you want to use this microphone are robust and reliable and good if you stream. It can handle high sound pressure without distortion, and it does not need an any external power supply. The disadvantage of the dynamic microphone is less sensitive than condenser microphones, therefore there are limitations to a narrower frequency range. Dynamisk mikrofon virker, fordi den har en spole fastgjort til membranen, og den bevæger sig i et magnetfelt, når lydbølger kommer til membranen. Bevægelsen af ​​membranen skaber det elektriske signal. Fordelene, hvis du vil bruge denne mikrofon, er robuste og pålidelige og gode, hvis du streamer. Den kan håndtere højt lydtryk uden forvrængning, og den behøver ikke en ekstern strømforsyning. Ulemperne for den dynamiske mikrofon er mindre følsomme end kondensatormikrofoner, derfor er der begrænsninger for et snævrere frekvensområde. **Ribbon microphone** works because it has a thin strip of tape (usually aluminium) is suspended in a magnetic field. When sound waves hit the tape, it moves and generates an electrical signal. The advantages of the ribbon microphone are the flat frequency respond when the flat frequency is reproduced sound natural. it is equally sensitive from both sides of the microphone and that is why It is use in studios because it is suitable for instruments and vocals The disadvantages for the ribbon microphone are low output so it need an amplifier, and it is fragile and sensitive to physical damage. Båndmikrofon virker, fordi den har en tynd strimmel tape (normalt aluminium), der er ophængt i et magnetfelt. Når lydbølger rammer båndet, bevæger det sig og genererer et elektrisk signal. Fordelene ved båndmikrofonen er, at den flade frekvens reagerer, når den flade frekvens gengives naturligt. den er lige følsom fra begge sider af mikrofonen, og derfor bruges den i studier, fordi den er velegnet til instrumenter og vokal Ulemperne for båndmikrofonen er lav output, så den har brug for en forstærker, og den er skrøbelig og følsom over for fysiske skader. **Carbon microphones** work when the carbon granules are pressed together and the electrode between the two carbon granules. When sound waves hit the membrane, the pressure on the granules changes, which changes the resistance and generates an electrical signal. The advantages of the carbon microphone is that they are robust and can be use in harsh environment and it is a simple and cheap construction The disadvantages are low sound quality and limited frequency range therefor not good to modern sound recordings Kulmikrofon virker, når kulgranulatet presses sammen og elektroden mellem de to kulstofgranulat. Når lydbølger rammer membranen, ændres trykket på granulatet, hvilket ændrer modstanden og genererer et elektrisk signal. Fordelene ved kulstofmikrofonen er, at de er robuste og kan bruges i barske miljøer, og det er en enkel og billig konstruktion Ulemperne er lav lydkvalitet og begrænset frekvensområde og derfor ikke godt for moderne lydoptagelser **- frequency response** frequency response beskriver det område af lyde, som mikrofon kan opfange, og hvordan dens output varierer inden for dette område. Det giver en ide om mikrofonens "lydkarakter" og dens egnethed til forskellige anvendelser. Flad frequency response gør at alle frekvenser har lige stor betydning inden for mikofonens arbejdsområde. Derudover er de velegnet til instrumenter og optagelse, hvor en naturlig og neutral gengivelse af lyden er ønskede. Mens formede frequency response vil mikrofonen være mere følsom over bestemte frekvensområder og mindre følsom over for andre frekvenser. Det er typisk anvendt til stemmer og liveoptagelser for at forbedre klarhed. Det gør at mikrofonen er mindre følsomhed over for lave frekvenser for at reducere baggrundsstøj og rumlen. Der kan bruges en forstærkning i mellemtonerne fra 3000-6000 Hz for at fremhæve stemmeklarhed. I praktisk anvendelse vil frekvensrespons bestemme mikrofonens anvendelighed. Det kan en flad respons give en mere præcis og neutral lyd og bruges ofte i professionelle studieoptagelse mens en formet respons bruges til taleforbedring, liveoptrædener og andre situationer, hvor bestemte frekvenser skal fremhæves eller dæmpes. frequency response describes the range of sounds that the microphone can pick up and how its output varies within that range. It gives an idea of ​​the microphone\'s \"sound character\" and its suitability for various applications. Flat frequency response means that all frequencies have equal importance within the microphone\'s working range. In addition, they are suitable for instruments and recording, where a natural and neutral reproduction of the sound is desired. While shaped frequency response, the microphone will be more sensitive to certain frequency ranges and less sensitive to other frequencies. It is typically used for voices and live recordings to improve clarity. This makes the microphone less sensitive to low frequencies to reduce background noise and rumble. A gain can be used in the midrange from 3000-6000 Hz to emphasize voice clarity. In practical use, frequency response will determine the microphone\'s usefulness. A flat response can provide a more precise and neutral sound and is often used in professional studio recording, while a shaped response is used for speech enhancement, live performances, and other situations where certain frequencies need to be emphasized or attenuated. **- directionality** Omnidirectional, cardioid, supercardioide, hypercardioid og bidirectional beskriver, hvordan en mikrofon opfanger lyd fra forskellige retninger. Det angiver, hvilke områder omkring mikrofonen der er mest følsomme overfor lyd, og hvilke der er mindre følsomme.  **Omnidirectional** er en mikrofon som opfanger lyden lige godt for alle vinkler dermed ideel til optagelse, hvor man ønsker naturlig og rumlig lyd. Med et opfange af lyd hvor alle vinkler er lige godt vil de være god til optagelser af omgivelser eller i situationer, hvor lyd fra alle retninger skal fanges is a microphone that picks up the sound equally well for all angles, thus ideal for recording where natural and spatial sound is desired. With a capture of sound where all angles are equally good, they will be good for recordings of surroundings or in situations where sound from all directions must be captured **Cardioid** kan inddeles i 3 forskellige directionality da der er forskel på hvor lyden kan opfanges i mikrofonen. Alle de forskellige typer cardioider er gode til at opfange lyd fra en bestemt retning og den retning vil være foran mikrofonen. Den lyd som kan opfanges, lyd som er et hjerteformet mønstre som er mest følsom for lyd foran og mindre fra siderne og meget mindre bagfra. Men **supercardioid** og **hypercardioid** har en mere retningsbestemt end cardioid, med et smallere fokus foran og en lille del bagved mikrofonen. Hypercardioid har en større areal bagved mikrofonen end supercardioid. Hvis man andvender disse er de perfekt til liveoptrædener, hvor man ønsker at minimere baggrundsstøj. Cardioid can be divided into 3 different directionals as there is a difference in where the sound can be picked up in the microphone. All the different types of cardioids are good at picking up sound from a certain direction and that direction will be in front of the microphone. The sound that can be picked up, shaped like a heart pattern is most sensitive to sound from the front less from the sides, and much less from the back. But supercardioid and hypercardioid have a directional than cardioid, with a narrower focus in front and a small part behind the microphone. Hypercardioid has a larger area behind the microphone than supercardioid. If you use these, they are perfect for live performances where you want to minimize background noise. **Bidirevtional** kan opfange både bag fra og for fra men ikke fra toppen og bunden af mikrofonen, derfor er den velegnet til interviews eller situationer med to lydkilder. Når der kan komme lyd fra begge sider af mikrofonen vil de dermed være godt at anvendes i studier til optagelse af dialog eller duetter bidirectional can pick up both from behind and from in front but not from the top and bottom of the microphone, therefore it is suitable for interviews or situations with two sound sources. When sound can come from both sides of microphones, they will therefore be good to use in studios for recording dialogue or duets **MEMS (Lecture 5)** \- principle De grundlægende prænsiper for MEMS-enheder bruger ofte en kondensator som sensor, hvor ændringer i kondensatorens kapacitans registrere fysiske påvirkning som tyndegraften. Kapacitansen C er afhængig af afstanden mellem pladerne (d) og deres areal (A) Et billede, der indeholder Font/skrifttype, Grafik, tekst, hvid Automatisk genereret beskrivelse Når en ekstern kraft, som bevægelse eller accelration, påvirkes MEMS-enheden, ændrer dets afstand d eller arealet mellem kondensatorpladerne. Disse ændringer i kapacitans registreres og omdannes til et elektrisk signal. For eksempel i et MEMS-accelerometer måles ændringer i position (Δx\\Delta xΔx) af en masse ophængt i små fjedre. Når massen bevæger sig, ændres kapacitansen, og acceleration kan beregnes med Newtons og Hookes love. MEMS bliver anvendt i mange forskellige sensor som **Tryksensor** hvor MEMS bliver bruges til at måler bevægelse eller rystelser. **gyoskop** sensor hvor MEMS bliver brugt til at Måler rotationshastighed. **accelerometer** sensor hvor MEMS bruges til at måle bevægelse eller rystelser. **mikrofoner** hvor MEMS bruges også i moderne mikrofoner til at registrere lyd. \- used for accelerometers MEMS-accelerometre er små sensorer, der måler acceleration ved at registrere bevægelser af en mikroskopisk masse inde i enheden. Inde i accelerometeret findes en lille masse, ofte kaldet en \"proof mass\", der er ophængt i mikroskopiske fjedre. Når enheden udsættes for acceleration, flytter massen sig en smule fra sin hvileposition. Bevægelsen af massen måles ved hjælp af en pladekondensator. Kondensatorens kapacitans afhænger af afstanden mellem dens plader, og når massen bevæger sig, ændres denne afstand. Dette resulterer i en ændring i kapacitans, som sensoren kan registrere. For at beregne accelerationen anvendes fysikkens love: Hookes lov der beskriver forholdet mellem kraften og fjederens deformation, mens Newtons anden lov forbinder kraften med massen og accelerationen. Ved at kombinere disse principper kan accelerationen udledes ud fra massens bevægelse. The movement of the mass is measured using a plate capacitor. The capacitor\'s capacitance depends on the distance between its plates, and when the mass moves, this distance changes. This results in a change in capacitance that the sensor can detect. To calculate the acceleration, the laws of physics are used: Hooke\'s law, which describes the relationship between the force and the deformation of the spring, while Newton\'s second law connects the force with the mass and the acceleration. By combining these principles, the acceleration can be derived from the motion of the mass. Ændringen i kapacitans omdannes derefter til et elektrisk signal, der svarer til accelerationen. MEMS-accelerometre er små, lette og præcise, hvilket gør dem ideelle til en bred vifte af anvendelser. De findes i smartphones, hvor de bruges til at registrere bevægelser som skærmvending og skridttælling, i biler til aktivering af airbags og overvågning af køredynamik, samt i medicinsk udstyr til overvågning af bevægelser.