Was ist ein Beschleunigungssensor?
Beschleunigungssensoren sind Sensoren zur Messung der Beschleunigung.
Die Beschleunigung ist die Zunahme der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit und ist in der Physik ein wichtiger Parameter, der eine Kraft auf ein Objekt ausüben kann.
Beschleunigungssensoren lassen sich grob in kapazitive, piezoelektrische (piezoresistive) und thermische Messverfahren einteilen. Die Sensoren der einzelnen Verfahren unterscheiden sich in der Beschleunigung, die sie erfassen können. Kapazitive Methoden können die Schwerkraftbeschleunigung erfassen, piezoelektrische (piezoresistive) Methoden hingegen nicht.
Anwendungen von Beschleunigungssensoren
Beschleunigungssensoren werden sowohl zur einfachen Messung der Beschleunigung als auch zur Messung anderer Parameter über die Beschleunigung eingesetzt. Zu ersteren gehören Sensoren in Smartphones und tragbaren Spielkonsolen, Sensoren zur Erkennung von Erschütterungen, um die Airbags in Autos zu aktivieren, und andere Sensoren wie Seismometer.
Zu den letzteren gehören Neigungsmesser und Schrittzähler, die Beschleunigungssensoren nach der Kapazitätsmethode verwenden, die in der Lage sind, die Gravitationsbeschleunigung zu erfassen.
Funktionsweise von Beschleunigungssensoren
Beschleunigungssensoren lassen sich grob in die kapazitive Methode, die piezoelektrische (piezoresistive) Methode und die thermische Methode einteilen. Die Grundfunktionsweise jeder Methode ist dasselbe. Der Sensor ist in einen festen und einen flexiblen Teil unterteilt. Wenn eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor einwirkt, verformt sich der flexible Teil.
Die Differenz zwischen dem festen Teil und dem verformten flexiblen Teil wird von dem Element erfasst, das dann die Beschleunigung misst. Bei der kapazitiven Methode befinden sich im festen und im flexiblen Teil jeweils eine Elektrode. Die Konfiguration des Sensors ist eine kammartige Anordnung von abwechselnd festen und flexiblen Teilen mit Elektroden.
Die Kapazität zwischen den Elektroden des festen Teils und des flexiblen Teils ändert sich, wenn eine Beschleunigung einwirkt, so dass die Beschleunigung anhand des Betrags der Änderung bestimmt werden kann.
Piezoelektrische (piezoresistive) Verfahren verwenden ein piezoelektrisches Element zur Messung der Beschleunigung. Das piezoelektrische Element wird durch die Beschleunigung verformt und erzeugt einen elektrischen Strom. Der erzeugte Strom wird als Beschleunigung gemessen.
Weitere Informationen zu Beschleunigungssensoren
1. Unterschiede zwischen Beschleunigungssensoren und Kreiselsensoren
Ein Sensor mit ähnlicher Leistung wie Beschleunigungssensoren ist der Kreiselsensor. In diesem Abschnitt werden die Unterschiede zwischen Beschleunigungssensoren und Kreiselsensoren erläutert.
Wie der Name schon sagt, sind Beschleunigungssensoren Sensoren, die zur Messung der Beschleunigung verwendet werden. Kreiselsensoren hingegen sind für die Messung der Winkelgeschwindigkeit ausgelegt, was bedeutet, dass die physikalischen Größen, die sie erfassen, unterschiedlich sind.
Gyrosensoren nutzen die Corioliskraft, um die Richtung und Ausrichtung eines Objekts zu erfassen, die dann als elektrisches Signal ausgegeben wird. Sie werden beispielsweise verwendet, um die Neigung eines Objekts zu messen, und sind in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Navigationssystemen für Autos, Digitalkameras mit Bildstabilisierung, Smartphones und Spielkonsolen eingebaut.
Beschleunigungssensoren und Kreiselsensoren können auch kombiniert werden, um die Bewegung eines Objekts genauer zu messen. Die kombinierte Sensortechnologie wird zum Beispiel in Navigationssystemen für Autos, einem der beliebtesten Produkte im Fahrzeug, eingesetzt, indem beide Sensoren miteinander kombiniert werden.
So kann der Gyrosensor die Richtung des Fahrzeugs und der Beschleunigungssensor die zurückgelegte Strecke bestimmen, so dass der aktuelle Standort auch an Orten mit schwierigem Signalempfang, wie z. B. in Tunneln, genau angezeigt werden kann.
2. Verwendung des Beschleunigungssensors
Um die gewünschte Anwendung mit Beschleunigungssensoren realisieren zu können, muss der benötigte Messbereich bzw. die Frequenzbandbreite im Vorfeld bestätigt werden. Soll beispielsweise ein Beschleunigungssensor an einem Controller für einen Spielautomaten angebracht werden, muss er einen Messbereich haben, der über den gewünschten Bereich hinausgeht, vorausgesetzt, der Benutzer schüttelt den Controller, um ihn zu bedienen.
Ist der geeignete Beschleunigungssensor für das Messziel gefunden, wird der Sensor tatsächlich verkabelt und das Messprogramm erstellt. An diesem Punkt ist die Parametereinstellung wichtig. In den Parametereinstellungen können Sie die Empfindlichkeit des Sensors, den 0g-Ausgangspegel (wenn die Gravitationsbeschleunigung 0 ist) usw. ändern. Wenn diese Einstellungen nicht angemessen sind, wird es schwierig sein, die gewünschte Anwendung zu realisieren.