Was ist der Unterschied zwischen einem Beschleunigungsmesser und einem Neigungssensor?

Die Terminologie rund um Neigungssensoren kann verwirrend sein, und einige der häufigsten Fragen, die wir hören, sind "Was ist der Unterschied zwischen einem Beschleunigungsmesser und einem Neigungsmesser?" und "Kann ich einen Beschleunigungsmesser als Neigungssensor verwenden?".

TLDR: Beschleunigungssensoren werden manchmal zur Messung der Neigung verwendet, aber sie sind oft unzuverlässig (für die Neigungsmessung) bei Endanwendungen, bei denen Vibrationen vorhanden sind. Sie können auch verschleißen, weil sie bewegliche Teile haben, was im Laufe der Zeit zu einer Ausgangsdrift führt. Ein weiteres häufiges Problem ist die Einschaltverzerrung, die zu einer geringen Wiederholbarkeit und einer niedrigen Genauigkeit der Neigungsmessung führt.

In diesem Beitrag finden Sie eine kurze Erklärung, die Ihnen bei der Suche nach dem richtigen Sensor für Ihre Anwendung helfen soll.

Was ist ein Beschleunigungssensor?

Beschleunigungssensoren messen, Sie haben es erraten, die Beschleunigung! Aber sie werden auch verwendet, um Vibrationen, Stöße und Neigung (Neigung) zu messen. Beschleunigungsmesser messen die Neigung, indem sie die Beschleunigung messen, die sie durch die Erdanziehung erfahren (~9,8 m/s2 für diejenigen unter uns, die schon eine Weile nicht mehr in der Schule waren). Sie liefern die zuverlässigsten Messungen, wenn sich das Objekt, an dem sie angebracht sind, nicht bewegt. Daher werden Beschleunigungsmesser oft zusammen mit anderen Sensoren, wie Gyroskopen, verwendet, um diese Fehler zu korrigieren.

MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) basierte Beschleunigungssensoren werden am häufigsten für die Neigungsmessung verwendet, da sie sehr klein, kostengünstig und relativ einfach zu integrieren sind.

Was ist ein Neigungsmesser?

Es gibt viele verschiedene Arten von Neigungssensoren (auch Neigungssensoren genannt), von mechanischen Kugelbank- und Blasensensoren mit geringer Genauigkeit bis hin zu flüssig-kapazitiven und extrem empfindlichen kraftbalancierten Sensoren mit höherer Genauigkeit. Wie MEMS-Beschleunigungssensoren sind MEMS-Neigungssensoren aus vielen der gleichen Gründe beliebt (geringe Größe, niedrige Kosten, einfache Integration), aber da die MEMS-Technologie auf beweglichen Teilen beruht, neigen sie dazu, viel schneller zu verschleißen als ihre flüssigkeitsbasierten elektrolytischen Gegenstücke.

Die elektrolytischen Neigungssensoren von Fredericks sind widerstandsbasierte Geräte auf Flüssigkeitsbasis, d. h. der Sensor liefert eine Ausgangsspannung, die proportional zum Neigungswinkel des Sensors in Bezug auf die Schwerkraft ist (basierend auf der Position der Flüssigkeit). Ein typischer Neigungssensor hat mehrere stationäre Elektroden, die in die Flüssigkeit hineinragen, und die Position wird durch den Widerstand der Flüssigkeit zwischen ihnen gemessen.

Der Sensor ist auf einer Leiterplatte montiert, und der Sensorausgang ist mit einem ADC (Analog-Digital-Wandler) verbunden. Der Messwert des ADC wird von einem Mikrocontroller verarbeitet und in einen benutzerfreundlichen Ausgang umgewandelt, und diese ganze Baugruppe ist das, was wir bei Fredericks einen Neigungsmesser nennen.

Vor- und Nachteile von Beschleunigungsaufnehmern zur Neigungsmessung

Die Hauptvorteile der Verwendung von Beschleunigungssensoren für die Neigungsmessung sind, dass sie relativ kostengünstig sind, eine geringe Größe haben und oft in einer praktischen Verpackung geliefert werden (man denke an Oberflächenmontage und Pick-and-Place), was sie zu einer attraktiven Option für kommerzielle Anwendungen macht.

Der Nachteil ist, dass sie weniger genau sind, da sie für die Messung der Beschleunigung ausgelegt sind. Um die gleiche Genauigkeit wie ein elektrolytischer Neigungssensor zu erreichen, steigen die Kosten für einen Beschleunigungssensor drastisch an, und es gibt immer noch Probleme mit der Ausgangsdrift und dem Ausfall der Hardware im Laufe der Zeit aufgrund der beweglichen Teile.

Verstehen der verschiedenen Faktoren der Genauigkeit

Nachfolgend finden Sie ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Wiederholbarkeit und Genauigkeit darstellt. Aus dem Diagramm können Sie ersehen, dass etwas (wie ein Neigungssensor oder ein Neigungsmesser), das nicht wiederholbar ist, auch nicht genau sein kann. Es gibt weitere Faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen, insbesondere die Linearität.

In eingebetteten Systemen, in denen häufig Sensoren verwendet werden, sind Speicher und Verarbeitungsgeschwindigkeit häufig begrenzt. Idealerweise haben Sie einen Sensor mit einem linearen Ausgang, so dass Sie eine lineare Konvertierung verwenden können (die am wenigsten Speicher und Geschwindigkeit benötigt und am einfachsten zu implementieren ist).

In der Realität haben die meisten Sensoren einen nicht linearen Ausgang, so dass es eine kleine Herausforderung sein kann, den Ausgang in einen nutzbaren Wert umzuwandeln, insbesondere in einem eingebetteten System. Es gibt Möglichkeiten, mit nicht linearen Ausgaben umzugehen. Zwei davon sind die Verwendung von stückweiser linearer Interpolation (auch Lookup-Tabelle genannt) oder polynomialer Interpolation, die beide deutlich mehr Speicher und Geschwindigkeit erfordern.

Aufgrund von Variationen von Sensor zu Sensor in ihrem nichtlinearen Ausgang ist manchmal eine individuelle Kalibrierung erforderlich. Oh, und vergessen Sie nicht die Temperaturcharakterisierung, Einschaltvorspannung und Drift. Die Quintessenz ist, dass eine hohe Genauigkeit schwer zu erreichen sein kann.

Anwendungen, bei denen elektrolytische Neigungssensoren den Beschleunigungsaufnehmern den Rang ablaufen

Für industrielle Anwendungen wie die Nivellierung von Wohnmobilen und die Sicherheit von Baufahrzeugen sind elektrolytische Neigungssensoren und Neigungsmesser oft eine viel bessere Option als MEMS-Beschleunigungssensoren.

Suchen Sie einen Neigungssensor? Schauen Sie sich unsere Produktauswahlhilfe an oder sprechen Sie noch heute mit einem unserer Anwendungsingenieure und finden Sie heraus, wie Fredericks Neigungsmesser und Neigungssensoren eine hohe Wiederholbarkeit und Genauigkeit bieten, ohne die Bank zu sprengen. Nutzen Sie unseren Online-Chat oder senden Sie uns eine E-Mail an [email protected] und wir melden uns in weniger als 24 Stunden bei Ihnen.

Verwandte Produkte