{"id":1010,"date":"2020-10-05T12:21:00","date_gmt":"2020-10-05T12:21:00","guid":{"rendered":"https:\/\/oxts.com\/?p=1010"},"modified":"2025-04-30T22:35:48","modified_gmt":"2025-04-30T22:35:48","slug":"what-is-an-accelerometer-and-how-do-they-work","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/what-is-an-accelerometer-and-how-do-they-work\/","title":{"rendered":"Was ist ein Beschleunigungsmesser und wie funktioniert er?"},"content":{"rendered":"
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Was ist ein Beschleunigungsmesser und wie funktioniert er?<\/h3>\n\n \n\n\n \n\n

Beschleunigungssensoren sind einer der Sensortypen, die in den meisten Tr\u00e4gheitsnavigationssystemen verwendet werden. Wie der Name schon vermuten l\u00e4sst, handelt es sich um Beschleunigungssensoren, die die Beschleunigung und nicht die Geschwindigkeit messen.<\/h5>\n\n\n
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Je nachdem, wie lange es her ist, dass Sie sich mit den physikalischen Eigenschaften von Objekten befasst haben, erinnern Sie sich vielleicht daran, dass die SI-Einheit der Beschleunigung m\/s\u00b2 (sprich: Meter pro Sekunde zum Quadrat) ist. Ein Wert von 1 m\/s\u00b2 bedeutet, dass die Geschwindigkeit eines Objekts f\u00fcr jede weitere Sekunde, die vergeht, um 1 m\/s (sprich: Meter pro Sekunde) zunimmt.<\/p>\n

Obwohl ein Tr\u00e4gheitsnavigationssystem die Geschwindigkeit nicht direkt misst, kann das INS die Geschwindigkeit leicht durch Multiplikation der Beschleunigung mit der Zeit ermitteln, indem es aufzeichnet, wie stark die Beschleunigung ist und wie lange sie anh\u00e4lt.<\/p>\n

Zum Beispiel, wenn es eine Beschleunigung von\u00a02,5 m\/s\u00b2 f\u00fcr 5 Sekunden<\/strong>und unter der Annahme, dass die Anfangsgeschwindigkeit\u00a00 m\/s<\/strong>dann muss die INS jetzt eine Geschwindigkeit von\u00a012,5 m\/s (2,5 m\/s\u00b2 \u00d7 5 s = 12,5 m\/s)<\/strong>.<\/p>\n

Die Entfernung kann auch berechnet werden. Er wird ermittelt mit\u00a0s = 0,5 \u00d7 at\u00b2<\/strong><\/p>\n

wo:<\/p>\n

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  • s ist Entfernung<\/li>\n
  • a ist die Beschleunigung<\/li>\n
  • t ist die Zeit<\/li>\n<\/ul>\n

    In diesem Fall k\u00f6nnte das Tr\u00e4gheitsnavigationssystem, wenn es die Beschleunigung auf der x-Achse sieht, ausrechnen, dass es sich vorw\u00e4rts bewegt hat\u00a031,25 Meter (0,5 \u00d7 2,5 m\/s\u00b2 \u00d7 5 s\u00b2 = 31,25 m).<\/strong><\/p>\n

    Drei Beschleunigungsmesser sind also sehr n\u00fctzlich, vor allem, wenn sie senkrecht zueinander angeordnet sind, denn sie erm\u00f6glichen es dem INS, die Beschleunigung im 3D-Raum zu messen und die zur\u00fcckgelegte Strecke sowie die aktuelle Geschwindigkeit zu berechnen. Was jedoch oft f\u00fcr Verwirrung sorgt, wenn man die Daten eines dreiachsigen Beschleunigungsmessers zum ersten Mal sieht, ist die Frage, warum eine nach unten gerichtete Achse eine Beschleunigung von -9,81 m\/s\u00b2 anzeigt. Um diese Frage zu beantworten, m\u00fcssen wir uns ansehen, wie Beschleunigungsmesser funktionieren und was sie eigentlich messen.<\/p>\n

    An dieser Stelle k\u00f6nnten Sie denken: \"Moment mal! Vorhin sagten Sie, dass Beschleunigungsmesser die Beschleunigung messen\". Es stimmt zwar, dass Beschleunigungsmesser die Beschleunigung messen, aber wir wollten keine Verwirrung stiften, indem wir sagten, dass Beschleunigungsmesser eigentlich die Beschleunigung relativ zum freien Fall messen - deshalb zeigt ein vertikaler Beschleunigungsmesser in Ruhe einen Wert von -9,81 m\/s\u00b2 an. Mach dir keine Sorgen, wenn das noch keinen Sinn ergibt, der n\u00e4chste Abschnitt erkl\u00e4rt das.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n

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    Was messen Beschleunigungsaufnehmer?<\/h5>\n\n\n
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    Was also messen Beschleunigungsmesser? Sie haben zweifellos schon einmal den Namen Sir Isaac Newton geh\u00f6rt und wissen, dass er einige Bewegungsgesetze aufgestellt hat. Die erste Regel von Newton besagt, dass ein Objekt vollkommen stillsteht oder sich mit derselben Geschwindigkeit weiterbewegt, wenn keine Kraft auf es einwirkt. Mit anderen Worten: Um etwas in Bewegung zu bringen oder seine Geschwindigkeit zu \u00e4ndern, m\u00fcssen wir eine Kraft anwenden. Seine zweite Regel beschreibt, wie die Beschleunigung eines Objekts mit der auf es wirkenden Kraft und der Masse des Objekts zusammenh\u00e4ngt. Sie l\u00e4sst sich wie folgt zusammenfassen\u00a0Kraft = Masse \u00d7 Beschleunigung (F = ma).<\/strong><\/p>\n

    Beschleunigungsmesser messen die Beschleunigung relativ zum freien Fall nach dem Prinzip des zweiten Newtonschen Bewegungsgesetzes. Das hei\u00dft, Beschleunigungsmesser messen die relative Kraft, die auf eine bekannte Masse einwirkt, und berechnen daraus die Beschleunigung, die auf sie einwirken muss. Um dies zu verstehen, wollen wir zun\u00e4chst einen einfachen Beschleunigungssensor zeichnen.<\/p>\n

    Aus dem Bild ist ersichtlich, dass der Beschleunigungsmesser eine bekannte Masse enth\u00e4lt, die an einem Messwertaufnehmer befestigt ist, der die Kraft messen kann. Beachten Sie jedoch, dass die Masse im Geh\u00e4use des Beschleunigungsaufnehmers eingespannt ist und sich nur nach links oder rechts bewegen kann - dies definiert die Messachse des Beschleunigungsaufnehmers.<\/strong><\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    \n \n \n\n \n\n\n \n \n \n \n \"Accelerometer\"\n\n <\/picture>\n\n\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n
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    Wie funktioniert ein Beschleunigungsmesser?<\/h5>\n\n\n
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    Wie funktionieren also Beschleunigungsmesser in der realen Welt? Die folgende Abbildung zeigt, was passiert, wenn wir einen Beschleunigungssensor in einem Auto anbringen. Das Auto ist in vier Zust\u00e4nden dargestellt: statisch, beschleunigend, mit konstanter Geschwindigkeit fahrend und bremsend. Du kannst sehen, was mit der Masse im Inneren des Beschleunigungsmessers in jedem Szenario passiert.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n

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    Statisch<\/h5>\n\n\n
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    Bei statischem Zustand des Fahrzeugs bleibt die Masse in ihrer Mittelstellung, da keine Kraft auf sie einwirkt (zumindest nicht entlang ihrer Messachse).<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    \n \n \n\n \n\n\n \n \n \n \n \"Accelerometer\n <\/picture>\n\n\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n
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    Kreuzfahrt<\/h5>\n\n\n
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    W\u00e4hrend das Auto mit konstanter Geschwindigkeit f\u00e4hrt, messen die Aufnehmer keine Kraft und der Beschleunigungsmesser, also die Masse, keine Beschleunigung - wie beim statischen Auto.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    \n \n \n\n \n\n\n \n \n \n \n \"Accelerometer\n <\/picture>\n\n\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n
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    Beschleunigung<\/h5>\n\n\n
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    Wenn das Fahrzeug beschleunigt und bremst, bewegt sich die Masse. Beim Beschleunigen bewegt sie sich in Richtung der R\u00fcckseite des Sensors.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    \n \n \n\n \n\n\n \n \n \n \n \"Accelerometer\n <\/picture>\n\n\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n
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    Bremsen<\/h5>\n\n\n
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    Beim Bremsen bewegt sich die Masse nach vorne. Je st\u00e4rker das Auto bremst und beschleunigt, desto weiter wird die Masse verlagert.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    \n \n \n\n \n\n\n \n \n \n \n \"Accelerometer\n <\/picture>\n\n\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n
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    Jedes Mal, wenn die Masse verschoben wird, registrieren die Aufnehmer, die die Kraft messen, einen Wert. Da der Sensor die Masse und die auf diese Masse wirkende Kraft kennt, kann er leicht die Beschleunigung berechnen, die die Bewegung der Masse verursachen muss.<\/p>\n

    Das erscheint zwar logisch, erkl\u00e4rt aber nicht, warum ein senkrecht auf dem Boden angebrachter Beschleunigungsmesser einen Wert von 9,81 m\/s\u00b2 erzeugt, obwohl sich der Boden eindeutig nicht bewegt. Aber ein Beschleunigungsmesser im freien Fall, der eindeutig beschleunigt, w\u00e4hrend er durch den Himmel f\u00e4llt, zeigt null Beschleunigung an? Die Antwort darauf wird hier gezeigt.<\/p>\n

    Dieser Beschleunigungsmesser steht auf dem Boden. Die Schwerkraft wirkt sowohl auf das Geh\u00e4use als auch auf die darin befindliche Masse, aber beide befinden sich nicht im freien Fall, weil der Boden das Geh\u00e4use an der Bewegung hindert, und der Zwang des Geh\u00e4uses verhindert, dass sich die Masse ebenfalls bewegt (es sei denn, sie versucht, sich seitlich zu bewegen).<\/strong><\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    \n \n \n\n \n\n\n \n \n \n \n \"Accelerometer\"\n\n <\/picture>\n\n\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n
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    In diesem Fall verhindert der Boden, dass die Schwerkraft das Geh\u00e4use des Beschleunigungsmessers nach unten zieht - das Geh\u00e4use befindet sich also nicht im freien Fall.<\/p>\n

    Die im Beschleunigungsmesser aufgeh\u00e4ngte Masse jedoch schon. Sie kann sich bewegen, weil der Beschleunigungsmesser so gedreht wurde, dass seine Messachse mit der Ebene \u00fcbereinstimmt, durch die die Schwerkraft wirkt.<\/p>\n

    Die auf die Masse wirkende Kraft entspricht der Erdbeschleunigung, so dass der Sensor -981 m\/s\u00b2 anzeigt. Obwohl der Beschleunigungsmesser also nicht beschleunigt, sind die Kr\u00e4fte, die auf die Masse und das Geh\u00e4use wirken, deutlich unterschiedlich.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    \n \n \n\n \n\n\n \n \n \n \n \"Accelerometer\"\n\n <\/picture>\n\n\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n
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    Dieser Beschleunigungsmesser befindet sich im freien Fall. Ohne Ber\u00fccksichtigung des Luftwiderstands ist die einzige Kraft, die sowohl auf die Masse als auch auf das Geh\u00e4use des Sensors wirkt, die Schwerkraft.<\/p>\n

    Obwohl die Messachse so ausgerichtet ist, dass sie die Erdbeschleunigung messen sollte, zeigt der Sensor 0 m\/s\u00b2 an, da sich sowohl die Masse als auch das Geh\u00e4use im freien Fall befinden. Es gibt also keinen relativen Unterschied. Oder anders ausgedr\u00fcckt, sowohl das Geh\u00e4use als auch die Masse beschleunigen mit der gleichen Geschwindigkeit, so dass es keinen relativen Unterschied zu messen gibt.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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    Zusammenfassend l\u00e4sst sich also sagen, dass Beschleunigungsmesser hervorragend f\u00fcr die Messung von geradlinigen Bewegungen geeignet sind, nicht aber f\u00fcr die Messung von Drehbewegungen - das ist der Punkt, an dem\u00a0Kreisel<\/a>\u00a0<\/strong>kommen.<\/p>\n

    Alle GNSS\/INS-Ger\u00e4te von OXTS verwenden Messungen von Beschleunigungssensoren, um die Beschleunigung im 3D-Raum zu messen. Hier k\u00f6nnen Sie mehr \u00fcber zwei unserer neuesten GNSS\/INS-Ger\u00e4te erfahren. RT3000 v4<\/a>\u00a0und\u00a0xRED3000.<\/a><\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":1,"featured_media":7620,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[22,52,53],"tags":[62,63],"class_list":["post-1010","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-technical-articles","category-rt3000","category-xred","tag-rt3000","tag-xred3000"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1010","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1010"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1010\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7988,"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1010\/revisions\/7988"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/7620"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1010"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1010"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1010"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}