Beschleunigungssensor

Ein Beschleunigungssensor, auch Accelerometer genannt, ist ein Sensor, der die Beschleunigung eines Objekts relativ zu einem Referenzsystem misst. Er wandelt mechanische Beschleunigung in elektrische Signale um und ermöglicht so die Bestimmung von Bewegung, Orientierung und Dynamik.

Prinzipien: In klassischen mechanischen Sensoren wird eine Masse an einer Feder durch die Beschleunigung verschoben und die Verschiebung wird gemessen. Moderne Beschleunigungssensoren verwenden MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Diese enthalten eine winzige bewegliche Masse und Struktur. Die Messumwandlung erfolgt meist kapazitiv (Kapazitätsänderung zwischen feststehender und beweglicher Platte) oder piezoelektrisch (Spannungsänderung durch mechanische Belastung). Viele Sensoren sind dreiachsig und erfassen die Beschleunigung entlang der x-, y- und z-Achse.

Messgrößen: Beschleunigung wird in m/s² gemessen. Typische Messbereiche reichen von wenigen g bis hin zu ±64 g oder mehr. Wichtige Eigenschaften sind Empfindlichkeit, Nullpunktdrift (Bias), Rauschen und Temperaturabhängigkeit. Kalibrierung und Temperaturkompensation sind wichtig für präzise Ergebnisse.

Anwendungen: In Mobilgeräten dienen sie der Orientierung und Bildschirmausrichtung; in Fahrzeugen unterstützen sie Airbagsysteme und Stabilitätskontrolle. In Navigation, Augmented Reality und Gaming helfen sie bei der Bewegungs- und Lageverfolgung. In Wearables, Robotik und Industrieautomation sind sie zentrale Sensoren.

Integration: Oft werden Beschleunigungssensoren zusammen mit Gyroskopen in Inertial Measurement Units (IMUs) verwendet, um robustes Bewegungs- und Orientierungskonzept zu ermöglichen. Historisch leiteten sich moderne MEMS-Sensoren aus früheren mechanischen Beschleunigungsmessern ab; die heute verbreiteten MEMS-Typen entwickelten sich in den 1990er Jahren. Der Beschleunigungssensor liefert Richtung, Betrag und zeitliche Entwicklung der Beschleunigung.