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Beschleunigungsmesser
Ein Beschleunigungsmesser ist ein Trägheitssensor, der die spezifische Kraft misst, definiert als die auf ein Objekt einwirkende kraftfreie Beschleunigung (ohne Gravitationsanteil). Im Gegensatz zu einem Geschwindigkeitssensor misst ein Beschleunigungsmesser weder Geschwindigkeit noch Position direkt. Stattdessen erkennt er Bewegungsänderungen entlang einer, zweier oder dreier zueinander senkrechter Achsen, indem er die auf ein internes Messelement einwirkende 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 statische Beschleunigung aus dem Schwerefeld der Erde. Diese Eigenschaft versetzt sie in die Lage, Neigungswinkel unter statischen Bedingungen zu bestimmen und gleichzeitig schnelle Bewegungsänderungen zu erkennen. Ihr Messbereich erstreckt sich je nach Anwendung typischerweise von wenigen g bis zu mehreren Hundert g, während Leistungskennwerte wie Bias-Stabilität, Rauschdichte, Skalierungsfaktor-Genauigkeit, Bandbreite und Temperaturstabilität die Messqualität bestimmen.
In Trägheitsnavigationssystemen arbeiten Beschleunigungsmesser mit Gyroskopen zusammen, um Geschwindigkeit und Position durch kontinuierliche Integration der Beschleunigungsdaten zu bestimmen. Sensorfusionsalgorithmen wie Extended Kalman Filter (EKF) kombinieren Beschleunigungsmessungen mit GNSS, Magnetometern, Wegmessern, LiDAR- oder Vision-Sensoren, um die Navigationsgenauigkeit und Robustheit in GNSS-abgedeckten Umgebungen zu verbessern.
Heute sind Beschleunigungsmesser unverzichtbare Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, in autonomen Fahrzeugen, der Schifffahrt, Mobile Mapping, Industrieautomation, Bauwerksüberwachung und Robotik. Ihre kompakte Bauweise, geringe Leistungsaufnahme und hohe Zuverlässigkeit machen MEMS-Beschleunigungsmesser zur bevorzugten Lösung für moderne Bewegungserfassungsanwendungen, bei denen präzise Beschleunigungsmessungen die Grundlage für exakte Navigation und Steuerung bilden.
