Beschleunigung
Was ist Beschleunigung?
Beschleunigung ist die Änderung des Bewegungs-Zustands von Objekten durch Kraft. Also wenn sie vibrieren, rotieren, pulsieren oder linear – in eine Richtung – beschleunigt oder gebremst werden, langsam oder ruckartig.
Warum wird Beschleunigung gemessen?
Um ihre Wirkungen auf Objekte festzustellen: in der Entwicklung, in der Prüfung und zur Überwachung. Beispiele: die Querbeschleunigung vom Kopf des Fahrers im Rennauto, die Zunahme der Vibration eines Getriebes durch die Abnutzung von Zahnrädern vor (!) dem Ausfall des Getriebes, die Stärke von Stößen, …
Diese Sensoren nutzen die elektrische Kapazität der Umgebung, um den Füllstand zu ermitteln. Sobald die Flüssigkeit den Sensor berührt oder dessen elektrisches Feld beeinflusst, ändert sich das Signal. Das ermöglicht eine kontinuierliche und hochgenaue Kontaktmessung. Moderne Sensoren dieser Art sind so konstruiert, dass sie extrem verschleißarm arbeiten, was sie zu einer wirtschaftlichen Lösung für Unternehmen macht, die Wert auf geringe Wartungskosten und eine lange Lebensdauer legen.
Was ist ein Beschleunigungssensor?
Ein Beschleunigungssensor wird auf ein Objekt fest montiert. Dadurch bewegt er sich mit. Wird das Objekt beschleunigt, übt eine im Sensor montierte bewegliche Masse wegen ihrer Trägheit eine Kraft auf das Mess-Element des Sensors aus. Deswegen heißt sie „seismische Masse“. Das Mess-Element wandelt diese Kraft möglichst sofort und proportional in ein elektrisches Signal um. Dieses Signal stellt die gemessene Beschleunigung dar.
Im Gegensatz zu piezoelektrischen Sensoren, die sich besonders für hochfrequente Vibrationen (beispielsweise NVH) eignen, messen kapazitive und (piezo-)resistive Sensoren auch (aber nicht nur) statische Beschleunigungen. Diese nennt man daher auch „DC“-Beschleunigungssensoren. Ein DC-Beschleunigungssensor auf einem ruhenden Gegenstand misst die Erdbeschleunigung (1g) voll oder anteilig, je nachdem wie er zur Erdanziehung ausgerichtet ist.
Dieses „Pendel“-Verhalten der seismische Masse kann man auch für die Messung von Neigung sowie für eine sogenannte Flip-Flop-Kalibrierung verwenden, zumindest bei Sensoren mit niedrigen Messbereichen.
Welcher Sensor?
Den richtigen Beschleunigungssensor wählen: Technologien im Überblick
Die Wahl des passenden Sensors hängt primär davon ab, ob Sie dynamische Wechselvorgänge (Vibrationen) oder statische Zustände (Neigung, Fliehkräfte) messen wollen. Man unterscheidet hierbei grundlegend zwischen AC-gekoppelten und DC-gekoppelten Sensoren.
Piezoelektrische Sensoren (AC)
Diese Sensoren sind die Spezialisten für das Hochfrequente. Sie erzeugen bei mechanischer Belastung eine elektrische Ladung. Da diese Ladung bei Stillstand abfließt, können sie keine konstanten (statischen) Beschleunigungen messen.
- Ideal für: NVH (Noise, Vibration, Harshness), Schwingungsanalysen, Getriebeüberwachung, Impact-Tests.
- Vorteile: Extrem weiter Frequenzbereich, sehr robust, temperaturstabil, kompakt.
- Nachteile: Keine Messung von statischer Beschleunigung (0 Hz) möglich; nicht für Neigungsmessung geeignet.
Kapazitive Sensoren (MEMS / DC)
Kapazitive Sensoren basieren auf der Änderung der elektrischen Kapazität zwischen einer beweglichen seismischen Masse und einer festen Struktur. Sie sind die Allrounder für moderate Frequenzbereiche.
- Ideal für: Zustandsüberwachung (Condition Monitoring), Neigungsmessung, Fahrkomfort-Messungen.
- Vorteile: Messung ab 0 Hz (DC) möglich, sehr kosteneffizient, geringer Stromverbrauch.
- Nachteile: Begrenzte Bandbreite im Vergleich zu piezoelektrischen Sensoren; oft empfindlicher gegenüber extremen Schockereignissen.
Piezoresistive & Dehnungsmessstreifen-Sensoren (DC)
Diese Sensoren ändern bei Verformung ihren elektrischen Widerstand. Sie sind mechanisch sehr steif ausgelegt, was sie für extreme Belastungen prädestiniert.
- Ideal für: Crash-Tests, Airbag-Auslösung, ballistische Messungen, hohe Schockbelastungen.
- Vorteile: Messung ab 0 Hz (DC), extrem schockresistent, sehr hohe Messbereiche möglich.
- Nachteile: Höherer Strombedarf (Brückenspeisung), oft teurer in der Fertigung als Standard-MEMS.
Ihre Anwendung
