Beschleunigungssensoren

Was ist Beschleunigung?

Mit dem Begriff „Beschleunigung“ wird die Bewegungsänderung eines Körpers beschrieben. Wenn z.B. ein Ball ruhig auf dem Boden liegt und angestoßen wird, dann rollt er weg. Der Ball wurde beschleunigt. Das gleiche gilt, wenn ein rollender Ball angehalten wird. Er wird dann negativ beschleunigt.

Beschleunigungssensoren können diese Beschleunigung messen.

Eine Beschleunigung tritt also immer dann auf, wenn ein Körper seine Richtung oder seine Geschwindigkeit ändert. Diese Gesetzmäßigkeit ist durch die Physik genau beschrieben. Es handelt sich dabei um das erste und zweite Newtonsche Gesetz. An dieser Stelle ist nur wichtig zu wissen, dass wenn ein Körper seine Bewegung ändert, dann muss eine Kraft auf ihn einwirken.

Werfen wir einen Blick auf die Beschleunigung, die auf einen Fitness Tracker einwirkt. Am Handgelenk getragen, können wir beobachten, dass beim Joggen der Arm eine Auf- und Abwärtsbewegung ausführt. Er ändert dabei die Richtung der Bewegung, so dass hier Beschleunigungskräfte auf ihn wirken. Eine positive Beschleunigung, wenn die Bewegung schneller wird, eine negative Beschleunigung, wenn sich die Bewegung verlangsamt.

Was heißt das für die Messung der Beschleunigung?

Wenn ein Körper beschleunigt wird (d.h. er ändert ständig seinen Bewegungszustand, indem er schneller oder langsamer wird oder seine Richtung ändert), dann muss auf ihn eine Kraft einwirken. Diese Kraft lässt sich auf unterschiedlichen Wegen messen und da Kraft und Beschleunigung in einem direkten Zusammenhang stehen, kann aus den gemessenen Werten die Beschleunigung abgeleitet werden. Um eine solche Kraft zu ermitteln gibt es unterschiedliche Ansätze:

• Kapazitive Sensoren
• Piezoelektrische Sensoren
• Piezoresistive Sensoren
• Hall-Effekt Sensoren

Den Sensoren ist gemein, dass sie alle auf einem Massesystem beruhen, dass im Sensor beweglich aufgehängt ist. Durch Beschleunigung und Trägeheit wird die Masse ausgelenkt. Das Auslenken kann gemessen werden und die Beschleunigung je nach Stärke und Richtung der Auslenkung berechnet werden.

Vor allem die kapazitiven Sensoren werden heute als billige Bauteile in Kleinstformaten in Fitness-Trackern, aber auch Mobiltelefonen, Kamera und Spielekonsolen eingebaut. Dabei kann ein Sensor Beschleunigungen nur in einer Ebene erfassen. Um die Werte im dreidimensionalen Raum zu ermitteln, müssen drei senkrecht zueinander stehende Einheiten kombiniert werden.