Beschleunigungsmesser - Accelerometer

Ein Beschleunigungsmesser ist ein Werkzeug, das die richtige Beschleunigung misst . Die richtige Beschleunigung ist die Beschleunigung (die Änderungsrate der Geschwindigkeit ) eines Körpers in seinem eigenen momentanen Auflagerrahmen ; dies unterscheidet sich von der Koordinatenbeschleunigung, bei der es sich um eine Beschleunigung in einem festen Koordinatensystem handelt . Zum Beispiel misst ein Beschleunigungsmesser im Ruhezustand auf der Erdoberfläche eine Beschleunigung aufgrund der Erdanziehungskraft , gerade nach oben (per Definition) von g ≈ 9,81 m/s 2 . Im Gegensatz dazu messen Beschleunigungsmesser im freien Fall (die mit einer Geschwindigkeit von etwa 9,81 m/s 2 in Richtung Erdmittelpunkt fallen ) Null.

Beschleunigungsmesser haben viele Anwendungen in Industrie und Wissenschaft. Hochempfindliche Beschleunigungsmesser werden in Trägheitsnavigationssystemen für Flugzeuge und Flugkörper verwendet. Schwingungen in rotierenden Maschinen werden durch Beschleunigungsmesser überwacht. Sie werden in Tablet-Computern und Digitalkameras verwendet, damit Bilder auf Bildschirmen immer aufrecht angezeigt werden. In unbemannten Luftfahrzeugen helfen Beschleunigungsmesser, den Flug zu stabilisieren.

Wenn zwei oder mehr Beschleunigungsmesser aufeinander abgestimmt sind, können sie Unterschiede in der Eigenbeschleunigung, insbesondere der Schwerkraft, über ihren Abstand im Raum messen, dh den Gradienten des Gravitationsfeldes . Die Schweregradradiometrie ist nützlich, da die absolute Schwerkraft ein schwacher Effekt ist und von der lokalen Dichte der Erde abhängt, die sehr variabel ist.

Ein- und mehrachsige Beschleunigungsmesser können sowohl die Größe als auch die Richtung der richtigen Beschleunigung als Vektorgröße erkennen und können verwendet werden, um die Orientierung (da sich die Richtung des Gewichts ändert), die Koordinaten von Beschleunigung, Vibration, Stößen und Stürzen zu erfassen in einem widerstandsbehafteten Medium (ein Fall, in dem sich die richtige Beschleunigung ändert und von Null ansteigt). Mikrobearbeitete mikroelektromechanische Systeme (MEMS)-Beschleunigungsmesser sind zunehmend in tragbaren elektronischen Geräten und Videospiel-Controllern vorhanden, um Veränderungen in den Positionen dieser Geräte zu erkennen.

Physikalische Prinzipien

Ein Beschleunigungsmesser misst die richtige Beschleunigung , d. h. die Beschleunigung, die er relativ zum freien Fall erfährt, und ist die Beschleunigung, die von Menschen und Objekten wahrgenommen wird. Anders ausgedrückt, das Äquivalenzprinzip garantiert zu jedem Zeitpunkt in der Raumzeit die Existenz eines lokalen Trägheitssystems , und ein Beschleunigungsmesser misst die Beschleunigung relativ zu diesem System. Solche Beschleunigungen werden im Volksmund als g-Kraft bezeichnet ; dh im Vergleich zur Standardschwerkraft .

Ein Beschleunigungsmesser in Ruhe relativ zur Erdoberfläche zeigt ungefähr 1 g nach oben an, da die Erdoberfläche eine Normalkraft nach oben relativ zum lokalen Inertialsystem (dem Rahmen eines frei fallenden Objekts in der Nähe der Oberfläche) ausübt. Um die Beschleunigung aufgrund der Bewegung in Bezug auf die Erde zu erhalten, muss dieser "Schwerkraftversatz" abgezogen und Korrekturen für Effekte vorgenommen werden, die durch die Rotation der Erde relativ zum Inertialsystem verursacht werden.

Der Grund für das Auftreten eines Gravitationsversatzes ist das Einsteinsche Äquivalenzprinzip , das besagt, dass die Auswirkungen der Schwerkraft auf ein Objekt nicht von der Beschleunigung zu unterscheiden sind. Wenn der Referenzrahmen für einen Beschleunigungsmesser (sein eigenes Gehäuse) in Bezug auf einen frei fallenden Referenzrahmen nach oben beschleunigt, wenn er in einem Gravitationsfeld beispielsweise durch Aufbringen einer Bodenreaktionskraft oder eines äquivalenten Aufwärtsschubs fixiert gehalten wird. Die Auswirkungen dieser Beschleunigung sind nicht von anderen Beschleunigungen zu unterscheiden, die das Instrument erfährt, so dass ein Beschleunigungsmesser den Unterschied zwischen dem Sitzen in einer Rakete auf der Startrampe und dem Aufenthalt in derselben Rakete im Weltraum nicht erkennen kann, während es seine Triebwerke verwendet, um mit zu beschleunigen 1gr. Aus ähnlichen Gründen zeigt ein Beschleunigungsmesser bei jeder Art von freiem Fall Null an . Dies umfasst die Verwendung in einem segelnden Raumschiff im tiefen Weltraum weit von jeder Masse, einem Raumschiff, das die Erde umkreist, einem Flugzeug in einem parabolischen "Null-G"-Bogen oder jedem freien Fall im Vakuum. Ein weiteres Beispiel ist der freie Fall in einer so großen Höhe, dass atmosphärische Effekte vernachlässigt werden können.

Dies beinhaltet jedoch nicht einen (nicht freien) Fall, bei dem der Luftwiderstand Widerstandskräfte erzeugt, die die Beschleunigung reduzieren, bis eine konstante Endgeschwindigkeit erreicht ist. Bei Endgeschwindigkeit zeigt der Beschleunigungsmesser 1 g Beschleunigung nach oben an. Aus dem gleichen Grund hat ein Fallschirmspringer beim Erreichen der Endgeschwindigkeit nicht das Gefühl, im "freien Fall" zu sein, sondern erfährt eher ein ähnliches Gefühl, als würde man (bei 1 g) auf einem "Bett" aus aufsteigender Luft gestützt .

Die Beschleunigung wird in der SI- Einheit Meter pro Sekunde pro Sekunde (m/s 2 ), in der cgs- Einheit gal (Gal) oder im Volksmund in der Standardschwerkraft ( g ) quantifiziert .

Für den praktischen Zweck, die Beschleunigung von Objekten in Bezug auf die Erde zu finden, wie zum Beispiel für die Verwendung in einem Trägheitsnavigationssystem , ist die Kenntnis der lokalen Schwerkraft erforderlich. Dies kann entweder durch Kalibrieren des Geräts im Ruhezustand oder durch ein bekanntes Schwerkraftmodell an der ungefähren aktuellen Position erhalten werden.

Struktur

Konzeptionell ist ein Beschleunigungsmesser eine gedämpfte Masse, eine Prüfmasse , an einer Feder. Wenn der Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung erfährt, wird die Masse so weit bewegt, dass die Feder die Masse mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Gehäuse drücken (beschleunigen) kann. Die Messung der Federkompression misst die Beschleunigung. Das System ist gedämpft, damit Schwingungen (Wackeln) von Masse und Feder die erforderlichen Messungen nicht beeinflussen. Aufgrund der Dämpfung reagieren Beschleunigungsmesser immer unterschiedlich auf unterschiedliche Beschleunigungsfrequenzen. Dies wird als "Frequenzgang" bezeichnet.

Viele Tiere haben Sinnesorgane, um Beschleunigungen, insbesondere die Schwerkraft, zu erkennen. Bei diesen besteht die Prüfmasse normalerweise aus einem oder mehreren Kristallen von Calciumcarbonat- Otolithen (lateinisch für "Ohrstein") oder Statoconia , die gegen ein mit Neuronen verbundenes Haarbett wirken. Die Haare bilden die Federn, mit den Neuronen als Sensoren. Die Dämpfung erfolgt in der Regel durch ein Fluid. Viele Wirbeltiere, einschließlich des Menschen, haben diese Strukturen in ihren Innenohren. Die meisten Wirbellosen haben ähnliche Organe, jedoch nicht als Teil ihrer Hörorgane. Diese werden Statozysten genannt .

Mechanische Beschleunigungsmesser sind oft so konstruiert, dass eine elektronische Schaltung eine kleine Bewegung erfasst und dann mit einem Linearmotor auf die Prüfmasse drückt , um zu verhindern, dass sich die Prüfmasse weit bewegt. Der Motor kann ein Elektromagnet oder bei sehr kleinen Beschleunigungsmessern elektrostatisch sein . Da das elektronische Verhalten der Schaltung sorgfältig entworfen werden kann und sich die Prüfmasse nicht weit bewegt, können diese Designs sehr stabil sein (dh sie schwingen nicht ), sehr linear mit einem kontrollierten Frequenzgang. (Dies wird als Servomodus- Design bezeichnet.)

Bei mechanischen Beschleunigungsmessern erfolgt die Messung häufig elektrisch, piezoelektrisch , piezoresistiv oder kapazitiv . Piezoelektrische Beschleunigungsmesser verwenden piezokeramische Sensoren (zB Blei-Zirkonat-Titanat ) oder Einkristalle (zB Quarz , Turmalin ). Sie sind unübertroffen in Hochfrequenzmessungen, geringem Verpackungsgewicht und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen. Piezoresistive Beschleunigungsmesser widerstehen Stößen (sehr hohe Beschleunigungen) besser. Kapazitive Beschleunigungsmesser verwenden typischerweise ein mikrobearbeitetes Sensorelement aus Silizium. Sie messen tiefe Frequenzen gut.

Moderne mechanische Beschleunigungsmesser sind oft kleine mikroelektromechanische Systeme ( MEMS ) und sind oft sehr einfache MEMS-Bauelemente, die aus wenig mehr als einem freitragenden Balken mit einer Prüfmasse (auch bekannt als seismische Masse ) bestehen. Die Dämpfung entsteht durch das im Gerät eingeschlossene Restgas. Solange der Q-Faktor nicht zu niedrig ist, führt die Dämpfung nicht zu einer geringeren Empfindlichkeit.

Unter dem Einfluss äußerer Beschleunigungen lenkt die Prüfmasse aus ihrer neutralen Position aus. Diese Auslenkung wird analog oder digital gemessen. Am häufigsten wird die Kapazität zwischen einem Satz fester Träger und einem Satz von Trägern gemessen, die an der Prüfmasse befestigt sind. Diese Methode ist einfach, zuverlässig und kostengünstig. Die Integration von Piezowiderständen in die Federn zur Erkennung der Federverformung und damit der Durchbiegung ist eine gute Alternative, allerdings sind während des Fertigungsablaufs einige weitere Prozessschritte erforderlich. Für sehr hohe Empfindlichkeiten wird auch Quantentunneln verwendet; dies erfordert einen dedizierten Prozess, was ihn sehr teuer macht. Die optische Messung wurde in Laborgeräten demonstriert.

Ein anderer MEMS-basierter Beschleunigungsmesser ist ein thermischer (oder konvektiver ) Beschleunigungsmesser. Es enthält eine kleine Heizung in einer sehr kleinen Kuppel. Dadurch wird die Luft oder eine andere Flüssigkeit in der Kuppel erwärmt. Als Prüfmasse dient die Thermoblase . Ein begleitender Temperatursensor (wie ein Thermistor oder Thermosäule ) in der Kuppel misst die Temperatur an einer Stelle der Kuppel. Dies misst die Position der erhitzten Blase innerhalb der Kuppel. Wenn die Kuppel beschleunigt wird, drückt die kältere Flüssigkeit mit höherer Dichte die erhitzte Blase. Die gemessene Temperatur ändert sich. Die Temperaturmessung wird als Beschleunigung interpretiert. Die Flüssigkeit sorgt für die Dämpfung. Die auf das Fluid einwirkende Schwerkraft liefert die Feder. Da die Prüfmasse aus sehr leichtem Gas besteht und nicht von einem Balken oder Hebel gehalten wird, können thermische Beschleunigungsmesser starke Stöße überstehen . Eine andere Variante verwendet einen Draht, um sowohl das Gas zu erhitzen als auch die Temperaturänderung zu erkennen. Die Temperaturänderung ändert den Widerstand des Drahtes. Ein zweidimensionaler Beschleunigungsmesser kann mit einer Kuppel, einer Blase und zwei Messgeräten wirtschaftlich aufgebaut werden.

Die meisten mikromechanischen Beschleunigungsmesser arbeiten in der Ebene , dh sie sind so konstruiert, dass sie nur auf eine Richtung in der Ebene des Chips empfindlich sind . Durch die Integration von zwei Vorrichtungen senkrecht auf einem einzigen Chip kann ein zweiachsiger Beschleunigungsmesser hergestellt werden. Durch Hinzufügen eines weiteren Geräts außerhalb der Ebene können drei Achsen gemessen werden. Eine solche Kombination kann einen viel geringeren Fehlausrichtungsfehler aufweisen als drei diskrete Modelle, die nach dem Verpacken kombiniert werden.

Mikromechanische Beschleunigungssensoren sind in einer Vielzahl der Messbereiche und erreichen bis zu Tausenden von g ' s. Der Konstrukteur muss Kompromisse zwischen Empfindlichkeit und maximal messbarer Beschleunigung eingehen.

Anwendungen

Maschinenbau

Beschleunigungsmesser können verwendet werden, um die Fahrzeugbeschleunigung zu messen. Beschleunigungsmesser können zur Messung von Schwingungen an Autos, Maschinen, Gebäuden, Prozessleitsystemen und Sicherheitseinrichtungen verwendet werden. Sie können auch verwendet werden, um seismische Aktivität , Neigung, Maschinenvibration, dynamische Distanz und Geschwindigkeit mit oder ohne Einfluss der Schwerkraft zu messen . Anwendungen für Beschleunigungsmesser, die die Schwerkraft messen, wobei ein Beschleunigungsmesser speziell für die Verwendung in der Gravimetrie konfiguriert ist , werden als Gravimeter bezeichnet .

Mit Beschleunigungsmessern ausgestattete Notebooks können zum Quake-Catcher Network (QCN) beitragen, einem BOINC-Projekt zur wissenschaftlichen Erforschung von Erdbeben.

Biologie

Beschleunigungsmesser werden auch zunehmend in den biologischen Wissenschaften verwendet. Hochfrequenzaufzeichnungen von bi- oder tri-axialer Beschleunigung ermöglichen die Unterscheidung von Verhaltensmustern, während Tiere außer Sichtweite sind. Darüber hinaus ermöglichen Beschleunigungsaufzeichnungen den Forschern, die Geschwindigkeit zu quantifizieren, mit der ein Tier in freier Wildbahn Energie verbraucht, entweder durch die Bestimmung der Schlagfrequenz von Gliedmaßen oder durch Messungen wie die gesamte dynamische Körperbeschleunigung Unfähigkeit, Tiere in freier Wildbahn mit visuellen Beobachtungen zu untersuchen, jedoch verfolgen immer mehr terrestrische Biologen ähnliche Ansätze. Zum Beispiel wurden Beschleunigungsmesser verwendet, um den Flugenergieverbrauch von Harris's Hawk ( Parabuteo unicinctus ) zu untersuchen. Forscher verwenden auch Smartphone-Beschleunigungsmesser, um mechano-biologische Deskriptoren von Widerstandsübungen zu sammeln und zu extrahieren. Forscher setzen zunehmend Beschleunigungsmesser mit zusätzlicher Technologie wie Kameras oder Mikrofonen ein, um das Verhalten von Tieren in freier Wildbahn besser zu verstehen (z. B. das Jagdverhalten des kanadischen Luchses ).

Industrie

Beschleunigungsmesser werden auch für die Überwachung des Maschinenzustands verwendet, um die Schwingungen und deren zeitliche Veränderungen von Wellen an den Lagern von rotierenden Geräten wie Turbinen, Pumpen , Lüftern, Walzen, Kompressoren oder Lagerfehlern zu melden , die, wenn sie nicht umgehend behoben werden, zu zu teuren Reparaturen. Die Schwingungsdaten des Beschleunigungsmessers ermöglichen es dem Benutzer, Maschinen zu überwachen und diese Fehler zu erkennen, bevor die rotierenden Geräte vollständig ausfallen.

Gebäude- und Bauwerksüberwachung

Beschleunigungsmesser werden verwendet, um die Bewegung und Schwingung einer Struktur zu messen, die dynamischen Belastungen ausgesetzt ist. Dynamische Lasten stammen aus einer Vielzahl von Quellen, einschließlich:

  • Menschliche Aktivitäten – Gehen, Laufen, Tanzen oder Hüpfen
  • Arbeitsmaschinen – innerhalb eines Gebäudes oder in der Umgebung
  • Bauarbeiten – Rammen, Abbruch, Bohren und Ausheben
  • Bewegen von Lasten auf Brücken
  • Fahrzeugkollisionen
  • Stoßbelastungen – herabfallender Schutt
  • Erschütterungslasten – innere und äußere Explosionen
  • Zusammenbruch von Strukturelementen
  • Windlasten und Windböen
  • Druckluftdruck
  • Verlust der Unterstützung durch Bodenausfall
  • Erdbeben und Nachbeben

Bei strukturellen Anwendungen ist das Messen und Aufzeichnen der dynamischen Reaktion einer Struktur auf diese Eingaben entscheidend für die Bewertung der Sicherheit und Tragfähigkeit einer Struktur. Diese Art der Überwachung wird als Gesundheitsüberwachung bezeichnet, die normalerweise andere Arten von Instrumenten umfasst, wie z. B. Wegsensoren -Potentiometer, LVDTs usw. - Verformungssensoren -DMS, Dehnungsaufnehmer-, Lastsensoren -Wägezellen, piezoelektrische Sensoren- unter Andere.

Medizinische Anwendungen

Der AED Plus von Zoll verwendet CPR-D•padz, die einen Beschleunigungsmesser enthalten, um die Tiefe der CPR-Thoraxkompressionen zu messen.

In den letzten Jahren haben mehrere Unternehmen Sportuhren für Läufer hergestellt und vermarktet, die Laufsensoren enthalten, die Beschleunigungsmesser enthalten, um die Geschwindigkeit und Distanz für den Läufer, der das Gerät trägt, zu bestimmen.

In Belgien werden beschleunigungsmesserbasierte Schrittzähler von der Regierung gefördert, um die Menschen zu ermutigen, jeden Tag ein paar tausend Schritte zu gehen.

Herman Digital Trainer verwendet Beschleunigungsmesser, um die Schlagkraft beim körperlichen Training zu messen.

Es wurde vorgeschlagen, Fußballhelme mit Beschleunigungsmessern zu bauen , um die Auswirkungen von Kopfkollisionen zu messen.

Beschleunigungsmesser wurden verwendet, um Gangparameter wie Stand und Schwungphase zu berechnen. Diese Art von Sensor kann verwendet werden, um Personen zu messen oder zu überwachen.

Navigation

Ein Trägheitsnavigationssystem ist eine Navigationshilfe , die mithilfe eines Computers und Bewegungssensoren (Beschleunigungsmesser) kontinuierlich über Koppelnavigation die Position, Orientierung und Geschwindigkeit (Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit) eines sich bewegenden Objekts berechnet, ohne dass externe Referenzen erforderlich sind. Andere Begriffe, die verwendet werden, um sich auf Trägheitsnavigationssysteme oder eng verwandte Geräte zu beziehen, umfassen Trägheitsführungssystem, Trägheitsreferenzplattform und viele andere Variationen.

Ein Beschleunigungsmesser allein ist nicht geeignet, Höhenänderungen über Entfernungen zu bestimmen, bei denen die vertikale Schwerkraftabnahme signifikant ist, wie beispielsweise bei Flugzeugen und Raketen. Bei Vorhandensein eines Gravitationsgradienten ist der Kalibrierungs- und Datenreduktionsprozess numerisch instabil.

Transport

Beschleunigungsmesser werden sowohl in der professionellen als auch in der Amateurrakete zur Erkennung des Apogäums verwendet .

Beschleunigungsmesser werden auch in intelligenten Verdichtungswalzen verwendet. Beschleunigungsmesser werden neben Gyroskopen in Trägheitsnavigationssystemen verwendet.

Eine der häufigsten Anwendungen für MEMS- Beschleunigungsmesser sind Airbag- Entfaltungssysteme für moderne Automobile. In diesem Fall werden die Beschleunigungsmesser verwendet, um die schnelle negative Beschleunigung des Fahrzeugs zu erfassen, um zu bestimmen, wann eine Kollision aufgetreten ist und wie stark die Kollision ist. Eine weitere übliche Verwendung in Kraftfahrzeugen sind elektronische Stabilitätskontrollsysteme , die einen Querbeschleunigungsmesser verwenden, um die Seitenführungskräfte zu messen. Die weit verbreitete Verwendung von Beschleunigungsmessern in der Automobilindustrie hat deren Kosten drastisch gesenkt. Eine weitere Automobilanwendung ist die Überwachung von Geräuschen, Vibrationen und Rauheit (NVH), Bedingungen, die für Fahrer und Passagiere Unbehagen bereiten und auch Anzeichen für mechanische Fehler sein können.

Neigezüge verwenden Beschleunigungsmesser und Gyroskope, um die erforderliche Neigung zu berechnen.

Vulkanologie

Moderne elektronische Beschleunigungsmesser werden in Fernerkundungsgeräten zur Überwachung aktiver Vulkane verwendet , um die Bewegung von Magma zu erkennen .

Unterhaltungselektronik

Beschleunigungsmesser werden zunehmend in persönliche elektronische Geräte eingebaut, um die Ausrichtung des Geräts, beispielsweise eines Anzeigebildschirms, zu erfassen.

Ein Freifallsensor (FFS) ist ein Beschleunigungsmesser, der verwendet wird, um zu erkennen, ob ein System heruntergefallen ist und fällt. Es kann dann Sicherheitsmaßnahmen wie das Parken des Kopfes einer Festplatte anwenden , um einen Kopfaufprall und daraus resultierenden Datenverlust bei einem Aufprall zu verhindern. Dieses Gerät ist in vielen gängigen Computer- und Unterhaltungselektronikprodukten enthalten, die von einer Vielzahl von Herstellern hergestellt werden. Es wird auch in einigen verwendet Datenlogger zur Überwachung Operationen für den Umgang mit Schiffscontainern . Die Zeitdauer im freien Fall wird verwendet, um die Fallhöhe zu berechnen und den Stoß auf das Paket abzuschätzen.

Bewegungseingabe

Dreiachsiger digitaler Beschleunigungsmesser von Kionix , im Inneren von Motorola Xoom

Einige Smartphones , digitale Audioplayer und persönliche digitale Assistenten enthalten Beschleunigungsmesser zur Steuerung der Benutzeroberfläche; Häufig wird der Beschleunigungsmesser verwendet, um den Bildschirm des Geräts im Quer- oder Hochformat darzustellen, je nachdem, wie das Gerät gehalten wird. Apple hat in jede Generation von iPhone , iPad und iPod touch sowie in jeden iPod nano seit der 4. Generation einen Beschleunigungssensor eingebaut . Neben der Ausrichtungsansichtsanpassung können Beschleunigungsmesser in mobilen Geräten in Verbindung mit speziellen Anwendungen auch als Schrittzähler verwendet werden .

Automatische Kollisionsbenachrichtigungssysteme (ACN) verwenden auch Beschleunigungsmesser in einem System, um im Falle eines Fahrzeugunfalls Hilfe zu rufen. Zu den prominenten ACN-Systemen gehören der OnStar AACN-Dienst, der 911 Assist von Ford Link , Safety Connect von Toyota , Lexus Link oder BMW Assist . Für viele mit Beschleunigungsmessern ausgestattete Smartphones steht auch die ACN-Software zum Download bereit. ACN-Systeme werden aktiviert, indem Crash-Stärke-Beschleunigungen erkannt werden.

Beschleunigungsmesser werden in elektronischen Stabilitätskontrollsystemen von Fahrzeugen verwendet, um die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs zu messen. Ein Computer vergleicht die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs mit der Lenk- und Gaseingabe des Fahrers. Der Stabilitätskontrollcomputer kann selektiv einzelne Räder bremsen und/oder die Motorleistung reduzieren, um die Differenz zwischen Fahrereingaben und der tatsächlichen Bewegung des Fahrzeugs zu minimieren. Dies kann dazu beitragen, dass das Fahrzeug nicht durchdreht oder überrollt.

Einige Schrittzähler verwenden einen Beschleunigungsmesser, um die Anzahl der Schritte und die zurückgelegte Strecke genauer zu messen, als ein mechanischer Sensor liefern kann.

Nintendos Wii- Videospielkonsole verwendet einen Controller namens Wii-Fernbedienung , der einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser enthält und hauptsächlich für die Bewegungseingabe konzipiert wurde. Benutzer haben auch die Möglichkeit, einen zusätzlichen bewegungsempfindlichen Aufsatz, den Nunchuk , zu kaufen , so dass Bewegungseingaben von beiden Händen des Benutzers unabhängig aufgezeichnet werden können. Wird auch auf dem Nintendo 3DS- System verwendet.

Die Sony PlayStation 3 verwendet die DualShock 3- Fernbedienung, die einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser verwendet, der verwendet werden kann, um die Lenkung in Rennspielen wie MotorStorm und Burnout Paradise realistischer zu gestalten .

Das Nokia 5500 sport verfügt über einen 3D-Beschleunigungsmesser, auf den per Software zugegriffen werden kann. Es wird für die Schritterkennung (Zählen) in einer Sportanwendung und für die Tippgestenerkennung in der Benutzeroberfläche verwendet. Tippgesten können zur Steuerung des Musikplayers und der Sportanwendung verwendet werden, um beispielsweise durch Tippen durch die Kleidung zum nächsten Song zu wechseln, wenn sich das Gerät in der Hosentasche befindet. Andere Anwendungen für den Beschleunigungsmesser in Nokia- Telefonen umfassen die Schrittzähler- Funktionalität in Nokia Sports Tracker . Einige andere Geräte bieten die Neigungserkennungsfunktion mit einer billigeren Komponente, die kein echter Beschleunigungsmesser ist.

Schlafphasenwecker verwenden Beschleunigungssensoren Bewegung eines Schläfers zu erfassen, so dass es die Person aufwachen kann , wenn er / sie nicht in REM - Phase ist, um die Person leichter zu wecken.

Tonaufnahme

Ein Mikrofon oder Trommelfell ist eine Membran, die auf Schwankungen des Luftdrucks reagiert. Diese Schwingungen verursachen eine Beschleunigung, sodass Beschleunigungsmesser zur Schallaufzeichnung verwendet werden können. Eine Studie aus dem Jahr 2012 ergab, dass Stimmen in 93% der typischen Alltagssituationen von Smartphone-Beschleunigungsmessern erkannt werden können.

Umgekehrt können sorgfältig entworfene Geräusche dazu führen, dass Beschleunigungsmesser falsche Daten melden. Eine Studie testete 20 Modelle von (MEMS) Smartphone-Beschleunigungsmessern und stellte fest, dass die Mehrheit für diesen Angriff anfällig war.

Orientierungserkennung

Eine Reihe von Geräten des 21. Jahrhunderts verwenden Beschleunigungsmesser, um den Bildschirm abhängig von der Richtung auszurichten, in die das Gerät gehalten wird (z. B. Umschalten zwischen Hoch- und Querformat ). Zu diesen Geräten gehören viele Tablet-PCs und einige Smartphones und Digitalkameras . Der Amida Simputer , ein handgehaltenes Linux-Gerät, das 2004 auf den Markt kam, war das erste kommerzielle Handheld mit integriertem Beschleunigungsmesser. Mit diesem Beschleunigungsmesser wurden viele gestenbasierte Interaktionen integriert, darunter das Umblättern, das Vergrößern und Verkleinern von Bildern, der Wechsel vom Hoch- ins Querformat und viele einfache gestenbasierte Spiele.

Seit Januar 2009 enthalten fast alle neuen Mobiltelefone und Digitalkameras mindestens einen Neigungssensor und manchmal einen Beschleunigungsmesser für die automatische Bilddrehung, bewegungsempfindliche Minispiele und die Korrektur von Verwacklungen beim Fotografieren.

Bildstabilisierung

Camcorder verwenden Beschleunigungsmesser zur Bildstabilisierung , indem entweder optische Elemente bewegt werden, um den Lichtweg zum Sensor anzupassen, um unbeabsichtigte Bewegungen auszulöschen, oder das Bild digital verschoben wird, um erkannte Bewegungen zu glätten. Einige Standbildkameras verwenden Beschleunigungsmesser für die Anti-Unschärfe-Aufnahme. Die Kamera unterbricht die Aufnahme des Bildes, wenn sich die Kamera bewegt. Wenn die Kamera still steht (wenn auch nur für eine Millisekunde, wie es bei Vibrationen der Fall sein könnte), wird das Bild aufgenommen. Ein Beispiel für die Anwendung dieser Technologie ist der Glogger VS2, eine Telefonanwendung, die auf Symbian- basierten Telefonen mit Beschleunigungsmessern wie dem Nokia N96 läuft . Einige Digitalkameras enthalten Beschleunigungsmesser, um die Ausrichtung des aufgenommenen Fotos zu bestimmen und das aktuelle Bild beim Betrachten zu drehen.

Geräteintegrität

Viele Laptops verfügen über einen Beschleunigungsmesser, der zur Erkennung von Tropfen verwendet wird. Wird ein Sturz erkannt, werden die Köpfe der Festplatte geparkt, um Datenverlust und eine mögliche Beschädigung des Kopfes oder der Platte durch den folgenden Stoß zu vermeiden .

Gravimetrie

Ein Gravimeter oder Gravitometer ist ein Instrument, das in der Gravimetrie zur Messung des lokalen Gravitationsfeldes verwendet wird . Ein Gravimeter ist eine Art Beschleunigungsmesser, mit der Ausnahme, dass Beschleunigungsmesser anfällig für alle Vibrationen sind, einschließlich Geräusche , die oszillierende Beschleunigungen verursachen. Dem wird im Gravimeter durch eine integrierte Schwingungsisolierung und Signalverarbeitung entgegengewirkt . Obwohl das grundlegende Konstruktionsprinzip das gleiche ist wie bei Beschleunigungsmessern, sind Gravimeter in der Regel viel empfindlicher als Beschleunigungsmesser, um sehr kleine Änderungen der Erdanziehungskraft von 1 g zu messen . Im Gegensatz dazu sind andere Beschleunigungsmesser oft dafür ausgelegt, 1000 g oder mehr zu messen , und viele führen mehrachsige Messungen durch. Die Einschränkungen der zeitlichen Auflösung sind bei Gravimetern in der Regel geringer, so dass die Auflösung durch Verarbeitung der Ausgabe mit einer längeren "Zeitkonstanten" erhöht werden kann.

Arten von Beschleunigungsmessern

Exploits und Datenschutzbedenken

Beschleunigungsmesserdaten, auf die von Drittanbieter-Apps ohne Benutzererlaubnis in vielen mobilen Geräten zugegriffen werden kann, wurden verwendet, um basierend auf den aufgezeichneten Bewegungsmustern (z Eingaben, geografische Lage). Wenn dies ohne Wissen oder Zustimmung des Benutzers geschieht, wird dies als Inferenzangriff bezeichnet . Darüber hinaus könnten Millionen von Smartphones anfällig für Software-Cracking über Beschleunigungsmesser sein.

Siehe auch

Verweise