Beschleunigungssensoren

Beschleunigungssensoren sind Sensoren, die lineare Beschleunigung relativ zu einem freien Fall messen. Sie erfassen Bewegungen in drei Achsen (X, Y und Z) und liefern elektrische Signale, die proportional zur Beschleunigung sind. Typische Größenordnungen reichen von wenigen g bis zu mehreren zehn g; die Einheiten sind m/s² oder g.

Die verbreitete Technologie in modernen Geräten ist der MEMS-Bereich (mikroelektromechanische Systeme). In MEMS-Kapazitivsensoren verändert eine bewegliche Struktur die Kapazität zwischen zwei Platten, wenn das Bauteil beschleunigt wird. Aus der Änderung der Kapazität lässt sich die Beschleunigung ableiten. Weitere Technologien sind piezoelektrische Sensoren, die bei dynamischen Belastungen eine Ladung erzeugen, sowie piezoresistive Sensoren, deren Widerstand durch Dehnung variiert. Manche Sensoren nutzen auch resonante oder servo-gekoppelte Konzepte. MEMS-Sensoren integrieren meist mehrere Achsen in einem einzigen Baustein (Tri-Axial-Sensor) und liefern analoge oder digitale Signale über Schnittstellen wie I2C oder SPI.

Aufbau und Merkmale umfassen Kalibrierung von Offsets und Skalenfaktoren, Achsenausrichtung, Temperaturabhängigkeit und Rauschverhalten. Typische Parameter sind Dynamikbereich, Bandbreite, Bias-Drift und Empfindlichkeit. Anwendungen finden sich in Smartphones, Wearables und Gaming-Geräten (Bildschirmorientierung, Schrittzählung), in der Fahrzeugtechnik (Airbags, Stabilitäts- und Fahrdynamikregelung), in der Navigation (Inertialmesungen in Verbindung mit Gyroskopen) sowie in der Industrie (Maschinenzustandserfassung).

Vorteile umfassen geringe Größe, niedriger Energieverbrauch und Integration in Kompaktmodulen; Herausforderungen sind Drift, Temperaturabhängigkeit und Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Stößen.