Beschleunigungsmesser
Beschleunigungsmesser (auch Accelerometer genannt) werden vor allem in der Technik, in den Geowissenschaften und der Raumfahrt verwendet. Sie messen die Beschleunigung (bzw. Verzögerung) von Bewegungen über die Kraft oder nach dem Prinzip der trägen Masse.
Messprinzipien
Die ersten dieser Messinstrumente hatten eine sog. "sensitive (empfindliche) Achse", auf der die Prüfmasse verschiebbar angeordnet war. Sie waren bis etwa 1970 - in Verbindung mit Kreiseltechnik - die Basis vieler Steuerungsmethoden und der Inertialnavigation; später wurden sie weitgehend durch genauere Systeme mit biegsamen Quarz-Stäben ("Q-Flex") oder magnetisch stabilisierten Massen ersetzt.
Miniaturisierte Messgeräte arbeiten heute vor allem nach folgenden Prinzipien:
- mikromechanische Methoden und kapaziztiver Analyse (30-35 % der Mikro-Anwendungen, etwa für Elektronik im Auto und im Maschinenbau)
- Magnetfeld-Sensoren (magnetische Stabilisierung der Messmasse, etwa 25-30 %), und
- Drucksensoren (Messung der Kraft, etwa ein Viertel der Anwendungen)
- Piezoelektrizität und weitere Methoden.
Genauigkeiten und Einsatzbereiche
Diese Kleinsensoren haben Messbereiche von einigen g bis zu Dutzenden oder sogar hunderten g und sind vielfach auch sehr robust gegen Stöße. Die Genauigkeiten liegen meist im Prozent- oder Promille-Bereich.
Präzisere, aber größere Instrumente liefern heute Genauigkeiten weit über 1:1 Million und erlauben z.B. eine Messung differenzieller Beschleunigungen in Erdsatelliten. In Bergbau und Technik wurde schon früh die Kontrolle von Aufzügen durch Accelerometer durchgeführt, weil hier ein (eindimensionales Meßsystem genügt. Auch für die Raketentechnik und die Analyse von Fahrzeug-Bewegungen oder die Autoelektronik ist die Beschleunigungsmessung unentbehrlich.
Viele technische Anwendungen benötigen volle dreidimensionale Messungen, etwa im Maschinenbau, zur Steuerung von Robotern oder in der Raumfahrt. Hier ist Miniaturisierung eine wichtige Voraussetzung - neben Unempfindlichkeit gegen Temperatur, Vibrationen und andere Effekte. Zahlreiche Anwendungen kommen aber mit 2D-Sensoren aus, wenn es hauptsächlich um Bewegungen in einer Ebene geht. Beispielsweise haben manche Notebooks einen integrierten Sensor zur Lagekontrolle: ein "Dual Axis Accelerometer" erkennt über das Betriebssystem, ob das Display vertikal oder horizontal ist, und schaltet die Grafik entsprechend um.
Präzisions-Accelerometer werden teilweise auch für Messungen im Erdschwerefeld eingesetzt - siehe Gravimetrie und Gradiometrie, sowie der ESA-Satellit GOCE.
Siehe auch: Beschleunigungssensor