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Beschleunigungsmesser
Ein Beschleunigungsmesser ist ein Inertialsensor, der die spezifische Kraft misst, definiert als die auf ein Objekt wirkende nicht-gravitative Beschleunigung. Im Gegensatz zu einem Geschwindigkeitssensor misst ein Beschleunigungsmesser die Geschwindigkeit oder Position nicht direkt. Stattdessen erkennt er Bewegungsänderungen entlang einer, zweier oder dreier orthogonaler Achsen, indem er die auf ein internes Messelement ausgeübte Kraft misst.
Moderne Beschleunigungsmesser basieren überwiegend auf der Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS)-Technologie. Ein MEMS-Beschleunigungsmesser enthält eine mikroskopisch kleine Prüfmasse, die an flexiblen Strukturen aufgehängt ist. Erfährt der Sensor eine Beschleunigung, verschiebt sich die Prüfmasse relativ zum Sensorrahmen. Kapazitive, piezoresistive oder piezoelektrische Wandler wandeln diese Verschiebung in ein elektrisches Signal um, das proportional zur angewendeten Beschleunigung ist.
Beschleunigungsmesser messen sowohl die durch Bewegung oder Vibration erzeugte dynamische Beschleunigung als auch die aus dem Gravitationsfeld der Erde resultierende statische Beschleunigung. Diese Fähigkeit ermöglicht es ihnen, Neigungswinkel unter statischen Bedingungen zu schätzen und gleichzeitig schnelle Bewegungsänderungen zu erkennen. Ihr Messbereich erstreckt sich anwendungsabhängig typischerweise von wenigen g bis zu mehreren hundert g, während Leistungskennwerte wie Bias-Stabilität, Rauschdichte, Skalierungsfaktorgenauigkeit, Bandbreite und Temperaturstabilität die Messqualität bestimmen.
In Trägheitsnavigationssystemen arbeiten Beschleunigungsmesser mit Gyroskopen zusammen, um Geschwindigkeit und Position durch kontinuierliche Integration der Beschleunigungsdaten zu schätzen. Sensorfusionsalgorithmen wie Extended Kalman Filter (EKF) kombinieren Beschleunigungsmessungen mit GNSS, Magnetometern, Odometern, LiDAR- oder Vision-Sensoren, um die Navigationsgenauigkeit und Robustheit in GNSS-freien Umgebungen zu verbessern.
Heute sind Beschleunigungsmesser unverzichtbare Komponenten in Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, autonomen Fahrzeugen, Schifffahrt, Mobile Mapping, industrieller Automatisierung, Strukturüberwachung und Robotik. Ihre kompakte Bauweise, ihr geringer Stromverbrauch und ihre hohe Zuverlässigkeit machen MEMS-Beschleunigungsmesser zur bevorzugten Lösung für moderne Bewegungserfassungsanwendungen, bei denen genaue Beschleunigungsmessungen die Grundlage für präzise Navigation und Steuerung bilden.
