Beschleunigungssensor

Was ist ein Beschleunigungssensor?

Ein Beschleunigungssensor – oft auch als Accelerometer bezeichnet – ist ein Messgerät, das die Beschleunigung eines Objekts erfasst. Die Beschleunigung ist eine dynamische Belastung, die durch Schwerkraft, Vibration oder menschliche Handlungen verursacht wird. Beschleunigungssensoren können auf vielfältige Weise und in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für Vibrationsmessungen. Heutzutage enthalten die meisten Smartphones Accelerometer, z. B. zur Erkennung der Displayausrichtung.

Wie funktioniert ein Beschleunigungssensor?

Beschleunigungssensoren enthalten eine Prüfmasse (auch seismische Masse genannt), die mechanisch gedämpft ist, z. B. mit einer Feder. Bei einer Beschleunigung verändert die Prüfmasse ihre Lage relativ zum Sensorgehäuse. Moderne Accelerometer sind oft als elektromechanische Systeme ausgeführt, bei denen die dynamische Belastung durch einen elektronischen Schaltkreis erfasst wird (siehe auch MEMS-Beschleunigungssensoren).

Was ist ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor?

Piezoelektrische Beschleunigungssensoren nutzen den piezoelektrischen Effekt, um hochdynamische Belastungen mit großer Präzision zu erfassen. Dabei wird die seismische Masse an einem piezoelektrischen Kristall befestigt, der eine elektrische Ladung erzeugt, wenn eine mechanische Last auf ihn wirkt. Piezoelektrische Accelerometer bieten einzigartige Eigenschaften wie Miniaturbauweise, geringes Gewicht, hohen Frequenzgang, hohe Temperaturstabilität und vieles mehr. Eine typische Anwendung eines piezoelektrischen Beschleunigungssensors ist die Messung von Schwingungen, die in einer Vielzahl von Branchen und Sektoren eine wichtige Voraussetzung ist.

Was ist ein IEPE-Beschleunigungssensor?

IEPE steht für „Integrated Electronics Piezo-Electric“ und bezieht sich auf einen bestimmten Typ von piezoelektrischen Beschleunigungssensoren. Die meisten der heutigen piezoelektrischen Accelerometer sind IEPE-Beschleunigungssensoren. Dabei wird die vom Sensorelement erzeugte elektrische Ladung im Inneren des Accelerometers in ein Spannungssignal umgewandelt, was die Signalübertragung erleichtert. Lesen Sie unten mehr über das IEPE-Prinzip.

Was ist ein Beschleunigungssensor-Kalibrator?

Wie alle Präzisionssensoren müssen Accelerometer kalibriert werden, um sicherzustellen, dass sie so genau wie möglich messen. In der Praxis geschieht dies häufig mit einem so genannten Beschleunigungssensor-Kalibrator, der auch als Schwingungserreger oder einfach als „Shaker“ bezeichnet wird. Diese Shaker können einen kontrollierten Schwingungspegel erzeugen, um die Empfindlichkeit von Beschleunigungssensoren und Accelerometer-basierten Messsystemen zu überprüfen. Beschleunigungssensor-Kalibratoren sind als batteriebetriebene Systeme und mit konstanten oder wählbaren Amplituden und Frequenzen verfügbar.

Was kann man mit einem Beschleunigungssensor machen?

Beschleunigungssensoren sind in einer Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet, z. B. bei der Messung von Stößen und Schwingungen, bei dynamischen Tests, bei der Modalanalyse und vielen anderen. Was die Branchen betrifft, so sind u. a. die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Unterhaltungselektronik und die industrielle Fertigung führend. In den letzten Jahrzehnten werden Accelerometer auch immer häufiger in medizinischen und biologischen Anwendungen eingesetzt. Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich von Beschleunigungssensoren ist die Zustandsüberwachung: z. B. von Gebäuden und Brücken, wo sie auch als Structural Health Monitoring bezeichnet wird.

Welche Arten von Beschleunigungssensoren und Technologien sollten Sie kennen?

Es gibt eine große Auswahl an Beschleunigungssensoren mit Messbereichen bis zu 100.000 g und mehr. Ein wichtiges Merkmal ist die Anzahl der Achsen: Ein Standard-Accelerometer misst die Beschleunigung in einer Achse, während ein dreiachsiger Beschleunigungssensor alle dynamischen Belastungen in drei orthogonalen Achsen erfasst.

Betrachtet man die Technologien, gibt es außer piezoelektrischen Beschleunigungssensoren auch piezoresistive und kapazitive Accelerometer. Piezoresistive Beschleunigungssensoren sind besonders nützlich für Beschleunigungen mit hoher Amplitude, wie zum Beispiel bei Schockmessungen (>10.000 g). Kapazitive Beschleunigungssensoren können sehr kompakt gebaut werden als MEMS, die durch dynamische Belastung bewirkte Veränderungen der Kapazität messen. Sie sind zum Beispiel vorteilhaft beim Messen niedriger Frequenzen (statische oder quasi-statische Beschleunigungen).