Beschleunigungssensoren, auch bekannt als Beschleunigungsmesser oder Beschleunigungsaufnehmer, sind wichtig in der Messtechnik und Elektronik. Sie ermöglichen die präzise Messung von Beschleunigung, also der Änderung der Geschwindigkeit eines Objekts über die Zeit. Diese Sensoren finden breite Anwendung in der Überwachung und Analyse von Bewegungen, Schwingungen und Vibrationen verschiedener Objekte und Strukturen.
Die Technologie hinter Beschleunigungssensoren basiert auf verschiedenen Prinzipien, wobei piezoelektrische und kapazitive Typen zu den am weitesten verbreiteten zählen.
Piezoelektrische Beschleunigungssensoren nutzen die Eigenschaft bestimmter Materialien, unter mechanischer Belastung eine elektrische Ladung zu generieren. Diese Ladung ist proportional zur einwirkenden Beschleunigung und wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das als Ausgangssignal des Sensors dient. Die Vorteile dieser Sensoren liegen in ihrer hohen Empfindlichkeit und der Fähigkeit, hohe Frequenzen zu messen.
Kapazitive Beschleunigungssensoren hingegen messen die Beschleunigung durch die Änderung der Kapazität eines Mikroelektromechanischen Systems (MEMS). Diese Änderung tritt auf, wenn sich die relative Position der Masse im Sensor aufgrund von Beschleunigungskräften ändert. Kapazitive Sensoren zeichnen sich durch ihre geringe Größe, ihren geringen Stromverbrauch und ihre Eignung für die Messung sowohl niedriger als auch hoher Frequenzen aus.
Beschleunigungssensoren können ein-, zwei- oder dreidimensionale Beschleunigung messen, je nachdem, wie viele Achsen sie erfassen können. Diese multidimensionale Messfähigkeit ist entscheidend für Anwendungen, die eine vollständige Analyse der Bewegungsdynamik eines Objekts erfordern.
Die Anwendungen für Beschleunigungssensoren reichen von der Fahrzeugtechnik, wo sie zur Überwachung von Fahrzeugdynamiken und als Teil von Sicherheitssystemen und ADAS (siehe auch ADAS Testing) eingesetzt werden, über die Luftfahrt und Raumfahrt, wo sie zur Überwachung der Integrität von Strukturen verwendet werden, bis hin zur Konsumelektronik, beispielsweise in Smartphones und Wearables zur Bewegungserkennung.
In der Industrie dienen Beschleunigungssensoren der Überwachung und Diagnose von Maschinenschwingungen, um frühzeitig Verschleiß oder Schäden an Anlagen zu erkennen. Durch die Analyse des Frequenzbereichs, der Amplitude und der Frequenzen der Vibrationen können Rückschlüsse auf den Zustand und die Leistung der Maschine gezogen werden.
Das Ausgangssignal eines Beschleunigungssensors gibt Aufschluss über die Amplitude und Frequenz der gemessenen Beschleunigung und ermöglicht so eine detaillierte Analyse der Bewegungscharakteristika. Für eine effektive Nutzung dieser Sensoren ist eine angemessene Kalibrierung und die Auswahl des geeigneten Frequenzbereichs für die spezifische Anwendung entscheidend.
Ein Beschleunigungssensor ermöglicht durch die präzise Messung von Beschleunigung und Vibrationen eine tiefe Einsicht in die Dynamik und den Zustand von Objekten und Strukturen. Die Wahl des richtigen Sensortyps und die Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen der Anwendung sind dabei essentiell für die Gewinnung aussagekräftiger Daten.