Beschleunigungssensoren Hersteller – Vergleich

Ein Beschleunigungssensor misst die zeitliche Änderung der Geschwindigkeit und gibt die Messgröße in m/s² oder g aus. Das Internationale Einheitensystem (SI) definiert m/s² und verwendet das Kilogramm als Masseeinheit. Die Standardschwerkraft g_n beträgt 9,80665 m/s². Diese Sensoren liefern Rohdaten für die Berechnung der Lagebeziehung und der Objektneigung mit Auflösungen bis 0,1°.

Funktionsprinzip und Signalentstehung

Ein Sensorelement in Miniatur-Bauform (typisch 2,0 × 2,0 mm) lagert eine federnde Testmasse aus Silizium mit 0,1–2,0 mg. Eine Beschleunigung oder die Schwerkraft erzeugt eine proportionale Federkraft und bewirkt eine messbare Auslenkung. Die Schwerebeschleunigung kalibriert die Null- und 1‑g‑Ausrichtung und stabilisiert in Ruhe die Berechnung der Lagebeziehung.

Ein kapazitives Messsystem bildet im MEMS eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode mit einem Spalt von typischerweise 2 µm. Die Schaltung misst die Kapazitätsänderung bei einer Abtastrate von 1 kHz. Ein integrierter Schaltkreis verarbeitet das Rohsignal und implementiert Tiefpass, Offsettrim und Selbsttest. Typische Rauschdichten liegen bei 150 µg/√Hz. Ein Frontend aus Silizium minimiert Abweichungen durch temperaturstabile Strukturen.

Spezifikation und Integration

• Messbereich und Messgenauigkeit: Industriemodule decken ±2 g bis ±200 g ab. Eine Messgenauigkeit von ±0,1 % FS und eine Abweichung von ±0,05 %/K sichern die Berechnung von Lagebeziehung und Geschwindigkeit.
• Sensierrichtung: Triaxiale Aufnehmer messen entlang drei orthogonaler Achsen. Die Querempfindlichkeit bleibt mit <1 % gering. Eine markierte Sensierrichtung erleichtert die Montage.
• Frequenzgang: DC‑fähige Sensoren decken 0 Hz bis 1 kHz ab. Module für Schockmessung tolerieren bis 5.000 g und erfassen Impulse von 0,1–5 ms.
• Umgebung und Einbindung: Gehäuse arbeiten von −40 bis 125 °C. Eine Montagebasis mit 10 µm Ebenheit und 2 N·m Schraubenanzug stabilisiert die Achsausrichtung. Ein M8/M12‑Stecker stellt die Signalführung sicher. Ein Auswerte‑Betriebssystem konfiguriert über I²C (Inter‑Integrated Circuit) oder SPI (Serial Peripheral Interface) Register. Eine Konfiguration per Datenblattadresse beschleunigt die Inbetriebnahme. Das Gehäusesystem integriert auf Wunsch ein Display mit 3½ Stellen.

Typenüberblick

Anwendungen und Dateninterpretation

Industrieaufnehmer überwachen Vibration an Antrieben im Bereich 10 Hz bis 10 kHz und melden Anomalien in der Sicherheitstechnik mit Schwellwerten ab 0,5 g. Automobilmodule detektieren Kollisionen über Sprungbeschleunigungen von >25 g in 10–20 ms und unterstützen die Airbaglogik. Seismometersysteme erfassen Bodenbewegungen mit 0,01–50 Hz, auch in der Geothermie, und trennen Nutzsignale von Schockereignissen.

Inertialsysteme berechnen Kurs, Geschwindigkeit und Lagebeziehung aus dreiachsigen Rohdaten. Ein Träger gleicht die Schwerebeschleunigung mit 9,81 m/s² aus und stabilisiert die Objektneigung auf 0,05–0,2°. Beispiel: Ein 3‑Achsen‑MEMS mit 0,5 mg/√Hz Rauschen und 200 Hz Bandbreite erreicht nach digitaler Filterung eine Drift von <0,1°/min. Die Sensierung dynamischer Signale erfolgt über eine geeignete Filterkonfiguration, während ein robuster Stecker und ein störfester Schaltkreis den Dauereinsatz absichern. 

Hersteller von Beschleunigungssensoren sind z. B. Analog Devices, TE Connectivity (Measurement Specialties), Kionix (ein Unternehmen von Rohm Semiconductor), Murata Manufacturing, NXP Semiconductors, STMicroelectronics, Bosch Sensortec, Honeywell, PCB Piezotronics, Meggitt (Sensorex), Endevco, Kistler, Brüel & Kjær.