Beschleunigungsmesser

Ein Beschleunigungsmesser ist ein Gerät, das die Eigenbeschleunigung eines Objekts misst. ^{[ 1 ]} Die Eigenbeschleunigung ist die Beschleunigung (die Änderungsrate der Geschwindigkeit ) des Objekts relativ zu einem Beobachter im freien Fall (d. h. relativ zu einem Inertialsystem ). ^{[ 2 ]} Die Eigenbeschleunigung unterscheidet sich von der Koordinatenbeschleunigung, die die Beschleunigung in einem gegebenen Koordinatensystem angibt , das selbst beschleunigt sein kann oder nicht. Beispielsweise misst ein auf der Erdoberfläche ruhender Beschleunigungsmesser aufgrund der Erdanziehungskraft eine Beschleunigung von etwa g ≈ 9,81 m/s² ^senkrecht nach oben ^{[ 3 ]} . Im Gegensatz dazu misst ein Beschleunigungsmesser im freien Fall eine Beschleunigung von null.

Hochempfindliche Beschleunigungsmesser werden in Trägheitsnavigationssystemen für Flugzeuge und Raketen eingesetzt. In unbemannten Luftfahrzeugen tragen sie zur Flugstabilisierung bei. Mikromechanische Beschleunigungsmesser (MEMS) werden in tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones , Kameras und Videospiel-Controllern verwendet, um deren Bewegung und Ausrichtung zu erfassen. Vibrationen in Industriemaschinen werden mithilfe von Beschleunigungsmessern überwacht. Seismometer sind hochempfindliche Beschleunigungsmesser zur Überwachung von Bodenbewegungen wie Erdbeben.

Wenn zwei oder mehr Beschleunigungsmesser miteinander koordiniert werden, können sie Unterschiede in der Eigenbeschleunigung, insbesondere der Schwerkraft, über ihren räumlichen Abstand hinweg messen – also den Gradienten des Gravitationsfeldes . Die Gravitationsgradiometrie ist nützlich, da die absolute Schwerkraft eine schwache Wirkung ist und von der lokalen Dichte der Erde abhängt, die stark variiert.

Ein einachsiger Beschleunigungsmesser misst die Beschleunigung entlang einer bestimmten Achse. Ein mehrachsiger Beschleunigungsmesser erfasst sowohl den Betrag als auch die Richtung der Beschleunigung als Vektorgröße und wird üblicherweise aus mehreren einachsigen Beschleunigungsmessern realisiert, die entlang verschiedener Achsen ausgerichtet sind.

Ein Beschleunigungsmesser misst die Eigenbeschleunigung , also die Beschleunigung, die er relativ zum freien Fall erfährt und die von Personen und Objekten wahrgenommen wird. ^{[ 2 ]} Anders ausgedrückt: An jedem Punkt der Raumzeit garantiert das Äquivalenzprinzip die Existenz eines lokalen Inertialsystems , und ein Beschleunigungsmesser misst die Beschleunigung relativ zu diesem System. ^{[ 4 ]} Solche Beschleunigungen werden üblicherweise als g-Kraft bezeichnet ; d. h. im Vergleich zur Standardgravitation .

Ein relativ zur Erdoberfläche ruhender Beschleunigungsmesser zeigt etwa 1 g nach oben an , da die Erdoberfläche relativ zum lokalen Inertialsystem (dem Bezugssystem eines frei fallenden Objekts nahe der Oberfläche) eine Normalkraft nach oben ausübt. Um die Bewegungsbeschleunigung relativ zur Erde zu erhalten, muss dieser „Gravitationsfehler“ subtrahiert und Korrekturen für die durch die Erdrotation relativ zum Inertialsystem verursachten Effekte vorgenommen werden.

Die Ursache für die Gravitationsverschiebung liegt in Einsteins Äquivalenzprinzip ^{[ 5 ]} , welches besagt , dass die Wirkung der Gravitation auf ein Objekt nicht von einer Beschleunigung zu unterscheiden ist. Wird ein Beschleunigungsmesser beispielsweise durch eine Bodenreaktionskraft oder einen äquivalenten Schub nach oben in einem Gravitationsfeld fixiert, beschleunigt sein Bezugssystem (sein Gehäuse) relativ zu einem frei fallenden Bezugssystem nach oben. Die Auswirkungen dieser Beschleunigung sind nicht von anderen Beschleunigungen zu unterscheiden, die das Instrument erfährt. Daher kann ein Beschleunigungsmesser nicht den Unterschied zwischen dem Sitzen in einer Rakete auf der Startrampe und dem Sitzen in derselben Rakete im Weltraum messen, während diese mit 1 g beschleunigt. Aus ähnlichen Gründen zeigt ein Beschleunigungsmesser bei jeder Art von freiem Fall null an . Dies gilt beispielsweise für den Einsatz in einem Raumschiff im freien Fall fernab jeglicher Masse, in einem Raumschiff, das die Erde umkreist, in einem Flugzeug in einem parabolischen Schwerelosigkeitsbogen oder bei jedem freien Fall im Vakuum. Ein weiteres Beispiel ist der freie Fall in ausreichend großer Höhe, sodass atmosphärische Einflüsse vernachlässigt werden können.

Dies gilt jedoch nicht für einen (nicht freien) Fall, bei dem der Luftwiderstand die Beschleunigung verringert, bis eine konstante Endgeschwindigkeit erreicht ist. Bei Erreichen der Endgeschwindigkeit zeigt der Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung von 1 g nach oben an. Aus demselben Grund verspürt ein Fallschirmspringer beim Erreichen der Endgeschwindigkeit nicht das Gefühl eines freien Falls, sondern eher ein Gefühl, als würde er von einem Aufwind mit 1 g getragen.

Die Beschleunigung wird in der SI- Einheit Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s² ⁾ , in der cgs- Einheit Gal (Gal) oder, im allgemeinen Sprachgebrauch, in Bezug auf die Standardgravitation ( g ) quantifiziert.

Für die praktische Bestimmung der Beschleunigung von Objekten relativ zur Erde, beispielsweise für ein Trägheitsnavigationssystem , ist die Kenntnis der lokalen Schwerkraft erforderlich. Diese kann entweder durch Kalibrierung des Geräts im Ruhezustand ^{[ 6 ]} oder mithilfe eines bekannten Schwerkraftmodells am ungefähren aktuellen Standort ermittelt werden.

Ein einfacher mechanischer Beschleunigungsmesser besteht aus einer gedämpften Testmasse an einer Feder . Wird der Beschleunigungsmesser beschleunigt, bewirkt das dritte Newtonsche Gesetz , dass sich die Feder so zusammenzieht (oder ausdehnt), dass eine äquivalente Kraft auf die Masse wirkt, die der Beschleunigung entgegenwirkt. Da die Federkraft linear mit der Längenänderung skaliert (nach dem Hookeschen Gesetz ) und die Federkonstante sowie die Masse bekannt sind, entspricht die Messung der Federkompression (oder -ausdehnung) gleichzeitig einer Beschleunigungsmessung. Das System ist gedämpft, um zu verhindern, dass Schwingungen von Masse und Feder die Messungen stören. Die Dämpfung führt jedoch dazu, dass Beschleunigungsmesser einen Frequenzgang aufweisen .

Viele Tiere besitzen Sinnesorgane zur Wahrnehmung von Beschleunigung, insbesondere der Schwerkraft. Die Prüfmasse besteht dabei meist aus einem oder mehreren Kalziumkarbonatkristallen, sogenannten Otolithen (lateinisch für „Ohrstein“) oder Statoconia , die auf ein mit Neuronen verbundenes Haarbett einwirken. Die Haare bilden die Federn, die Neuronen die Sensoren. Die Dämpfung erfolgt in der Regel durch eine Flüssigkeit. Viele Wirbeltiere, einschließlich des Menschen, besitzen diese Strukturen im Innenohr. Die meisten Wirbellosen haben ähnliche Organe, jedoch nicht als Teil ihrer Hörorgane. Diese werden Statocysten genannt .

Mechanische Beschleunigungsmesser sind oft so konstruiert, dass eine elektronische Schaltung eine kleine Bewegung erfasst und anschließend mit einem Linearmotor auf die Prüfmasse drückt, um deren Bewegung zu begrenzen. Der Motor kann ein Elektromagnet oder, bei sehr kleinen Beschleunigungsmessern, ein elektrostatischer Antrieb sein. Da das elektronische Verhalten der Schaltung präzise ausgelegt werden kann und sich die Prüfmasse nicht weit bewegt, sind diese Konstruktionen sehr stabil (d. h. sie schwingen nicht ), sehr linear und weisen einen kontrollierten Frequenzgang auf. (Dies wird als Servomodus bezeichnet.)

Bei mechanischen Beschleunigungsmessern erfolgt die Messung häufig elektrisch, piezoelektrisch , piezoresistiv oder kapazitiv . Piezoelektrische Beschleunigungsmesser verwenden piezokeramische Sensoren (z. B. Bleizirkonattitanat ) oder Einkristalle (z. B. Quarz , Turmalin ). Sie sind unübertroffen in Bezug auf Hochfrequenzmessungen, geringes Gewicht und hohe Temperaturbeständigkeit. Piezoresistive Beschleunigungsmesser sind stoßfester (sehr hohe Beschleunigungen). Kapazitive Beschleunigungsmesser verwenden typischerweise ein mikrostrukturiertes Silizium-Sensorelement. Sie eignen sich gut zur Messung niedriger Frequenzen.

Moderne mechanische Beschleunigungsmesser sind oft kleine mikroelektromechanische Systeme ( MEMS ) und häufig sehr einfache MEMS-Bauteile, die im Wesentlichen aus einem Kragarm mit einer Prüfmasse (auch seismische Masse genannt ) bestehen. Die Dämpfung resultiert aus dem im Bauteil eingeschlossenen Restgas. Solange der Gütefaktor (Q-Faktor) nicht zu niedrig ist, führt die Dämpfung nicht zu einer geringeren Empfindlichkeit.

Unter dem Einfluss äußerer Beschleunigungen wird die Prüfmasse aus ihrer neutralen Position ausgelenkt. Diese Auslenkung wird analog oder digital gemessen. Üblicherweise wird die Kapazität zwischen zwei festen Balken und zwei an der Prüfmasse befestigten Balken gemessen. Diese Methode ist einfach, zuverlässig und kostengünstig. Die Integration von Piezowiderständen in die Federn zur Erfassung der Federverformung und damit der Auslenkung ist eine gute Alternative, erfordert jedoch einige zusätzliche Fertigungsschritte. Für sehr hohe Empfindlichkeiten wird auch der Quantentunnelprozess genutzt; dieser erfordert jedoch ein spezielles Verfahren und ist daher sehr kostspielig. Optische Messungen wurden bereits in Laborgeräten demonstriert.

Ein weiterer MEMS-basierter Beschleunigungsmesser ist ein thermischer (oder konvektiver ) Beschleunigungsmesser. ^{[ 7 ]} Er enthält ein kleines Heizelement in einer sehr kleinen Kuppel. Dieses erhitzt die Luft oder ein anderes Fluid im Inneren der Kuppel. Die thermische Blase dient als Prüfmasse . Ein zugehöriger Temperatursensor (z. B. ein Thermistor oder eine Thermosäule ) in der Kuppel misst die Temperatur an einer Stelle der Kuppel. Dadurch wird die Position der erhitzten Blase innerhalb der Kuppel bestimmt. Wird die Kuppel beschleunigt, drückt das kältere Fluid mit höherer Dichte gegen die erhitzte Blase. Die gemessene Temperatur ändert sich. Die Temperaturmessung wird als Beschleunigung interpretiert. Das Fluid sorgt für die Dämpfung. Die auf das Fluid wirkende Schwerkraft bewirkt die Federung. Da die Prüfmasse aus einem sehr leichten Gas besteht und nicht von einem Balken oder Hebel gehalten wird, sind thermische Beschleunigungsmesser stoßfest . Eine andere Variante verwendet einen Draht, um sowohl das Gas zu erhitzen als auch die Temperaturänderung zu erfassen. Die Temperaturänderung verändert den Widerstand des Drahtes. Ein zweidimensionaler Beschleunigungsmesser kann kostengünstig mit einer Kuppel, einer Blase und zwei Messgeräten hergestellt werden.

Die meisten mikromechanischen Beschleunigungsmesser arbeiten planar , d. h., sie sind so konstruiert, dass sie nur in einer Richtung innerhalb der Chipebene empfindlich sind . Durch die Integration zweier senkrecht zueinander auf einem einzigen Chip lässt sich ein Zweiachsen-Beschleunigungsmesser realisieren. Mit einem weiteren, außerhalb der Chipebene angeordneten Sensor können drei Achsen gemessen werden. Eine solche Kombination weist möglicherweise einen deutlich geringeren Ausrichtungsfehler auf als drei separate, nach dem Gehäuse kombinierte Sensoren.

Mikromechanische Beschleunigungsmesser sind in einer Vielzahl von Messbereichen erhältlich, die bis zu Tausenden von g reichen . Der Entwickler muss einen Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und der maximal messbaren Beschleunigung finden.

Beschleunigungsmesser können zur Messung der Fahrzeugbeschleunigung eingesetzt werden. Sie dienen außerdem zur Messung von Vibrationen an Autos, Maschinen, Gebäuden, Prozessleitsystemen und Sicherheitseinrichtungen. Darüber hinaus können sie seismische Aktivitäten , Neigungen, Maschinenschwingungen, dynamische Distanzen und Geschwindigkeiten mit oder ohne Einfluss der Schwerkraft messen . Anwendungen für Beschleunigungsmesser, die die Schwerkraft messen und speziell für die Gravimetrie konfiguriert sind, werden als Gravimeter bezeichnet .

Beschleunigungsmesser finden zunehmend auch in den Biowissenschaften Anwendung. Hochfrequente Aufzeichnungen biaxialer ^{[ 8 ]} oder triaxialer Beschleunigung ^{[ 9 ]} ermöglichen die Unterscheidung von Verhaltensmustern, selbst wenn sich die Tiere außerhalb des Sichtfelds befinden. Darüber hinaus erlauben Beschleunigungsmessungen die Quantifizierung des Energieverbrauchs von Tieren in freier Wildbahn, entweder durch Bestimmung der Gliedmaßenschlagfrequenz ^{[ 10 ]} oder durch Messungen wie die gesamte dynamische Körperbeschleunigung ^{[ 11 ].} Solche Ansätze wurden aufgrund der Schwierigkeit, Tiere in freier Wildbahn visuell zu beobachten, hauptsächlich von Meeresbiologen übernommen. Mittlerweile wenden jedoch auch immer mehr terrestrische Biologen ähnliche Methoden an. So wurden beispielsweise Beschleunigungsmesser zur Untersuchung des Energieverbrauchs beim Flug des Harris-Bussards ( Parabuteo unicinctus ) eingesetzt ^{[ 12 ]} . Forscher nutzen außerdem Smartphone-Beschleunigungsmesser, um mechanobiologische Deskriptoren von Krafttraining zu erfassen und auszuwerten. ^{[ 13 ]} Immer häufiger setzen Forscher Beschleunigungsmesser zusammen mit zusätzlicher Technologie wie Kameras oder Mikrofonen ein, um das Verhalten von Tieren in freier Wildbahn besser zu verstehen (zum Beispiel das Jagdverhalten des Kanadischen Luchses ^{[ 14 ]} ).

Beschleunigungsmesser werden auch zur Zustandsüberwachung von Maschinen eingesetzt, um die Schwingungen und deren zeitliche Veränderungen an den Lagern rotierender Anlagen wie Turbinen, Pumpen ^{[ 15 ]} , Ventilatoren ^{[ 16 ]} , Walzen ^{[ 17 ]} , Kompressoren ^{[ 18 ] [ 19 ]} oder Lagerschäden ^{[ 20 ]} zu erfassen . Werden diese Schäden nicht umgehend behoben, können sie zu kostspieligen Reparaturen führen. Mithilfe der Schwingungsdaten von Beschleunigungsmessern kann der Anwender Maschinen überwachen und diese Fehler erkennen, bevor die rotierende Anlage vollständig ausfällt.

Beschleunigungsmesser werden häufig zur Zustandsüberwachung von Gebäuden, Brücken und anderen Bauwerken eingesetzt, um deren dynamisches Verhalten unter natürlichen und künstlichen Lasten (z. B. Wind, Verkehr, Maschinen und Erdbeben) zu erfassen. Aus diesen Schwingungsaufzeichnungen ermitteln Ingenieure die Modaleigenschaften – Eigenfrequenzen, Dämpfungsgrade und Schwingungsformen – häufig mithilfe von Verfahren der Betriebsmodalanalyse (OMA) für in Betrieb befindliche Bauwerke. Diese Parameter werden im Zeitverlauf analysiert, um den Zustand zu beurteilen und die Modelle zu aktualisieren. ^{[ 21 ]}

In Erdbebengebieten liefern in Gebäuden und anderen Bauwerken installierte Beschleunigungsmesser-Arrays Daten zu starken Bodenbewegungen für schnelle Nachbebenanalysen und Langzeitstudien. In den Vereinigten Staaten betreibt das National Strong-Motion Project (NSMP) des US Geological Survey solche Arrays und stellt Gebäude- und Bauwerksdaten über das Center for Engineering Strong Motion Data (CESMD) bereit. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Instrumentierung und Datenqualitätssicherung bei Schwingungsmessungen an Gebäuden werden durch internationale Normen geregelt. ISO 4866 legt die Grundsätze für die Schwingungsmessung fester Strukturen und die Bewertung von Schwingungseffekten auf Basis des Strukturverhaltens fest, während ISO 10137 Empfehlungen zur Gebrauchstauglichkeit von Gebäuden und Gehwegen hinsichtlich der menschlichen Wahrnehmung, der Inhalte und der Struktur selbst enthält. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

Die Wahl der Beschleunigungsmessertechnologie hängt vom Frequenzbereich und der Amplitude ab. Piezoelektrische Beschleunigungsmesser werden häufig für Messungen mit höheren Frequenzen und Amplituden eingesetzt, während rauscharme MEMS-Beschleunigungsmesser aufgrund ihrer Kosten- und Energievorteile für die niederfrequente Gebäude- und Brückenüberwachung sowie für dichte oder drahtlose Installationen attraktiv geworden sind. Jüngste Evaluierungen und Entwicklungen zeigen, dass geeignet ausgewählte MEMS-Bauelemente Modalparameter mit akzeptabler Genauigkeit für die Strukturzustandsüberwachung (SHM) identifizieren können und in hochempfindliche drahtlose Knoten integriert wurden. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

Vernetzte und drahtlose Smart-Sensor-Ansätze ermöglichen eine verteilte Überwachung in großem Umfang. Übersichtsartikel dokumentieren den Wandel von kabelgebundenen zu drahtlosen SHM-Systemen und die Weiterentwicklung drahtloser Smart-Sensor-Netzwerke für Aufgaben wie die Modalanalyse von Umgebungsschwingungen und die kontinuierliche Trendanalyse. ^{[ 29 ] [ 26 ]}

Beschleunigungsmesser werden häufig mit anderen Sensoren kombiniert, um die Bestimmung von Verschiebungen und Drifts zu verbessern, insbesondere bei großen oder flexiblen Strukturen. GNSS liefert quasistatische und sehr niederfrequente Bewegungsdaten, die die auf Beschleunigungsmessern basierende Dynamik ergänzen. Jüngste Studien berichten über eine präzise dynamische Verschiebungsbestimmung mithilfe von hochauflösenden oder Multi-GNSS-Lösungen in Kombination mit Beschleunigungsmessern. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

Neben permanent instrumentierten Anlagen wurden indirekte und Crowdsourcing-Ansätze mithilfe von Smartphone-Beschleunigungsmessern untersucht, insbesondere für Brücken. Studien haben gezeigt, dass sich Eigenfrequenzen – und in einigen Fällen räumliche Schwingungscharakteristika – aus Beschleunigungsdaten von Fahrzeugen, die Brücken überqueren, abschätzen lassen. Dies bietet ein ergänzendes, kostengünstiges Screening-Tool für große Anlagenbestände. Verwandte Arbeiten haben auch die Smartphone-basierte Überwachung von Umgebungsschwingungen in Gebäuden evaluiert. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

Langzeit-Fallstudien veranschaulichen großflächige Implementierungen. Das Wind- und Strukturüberwachungssystem (WASHMS) in Hongkong instrumentiert die Tsing-Ma-Brücke seit 1997; nachfolgende Veröffentlichungen berichten über jahrzehntelange Überwachung von Belastung und Reaktion im Betrieb. Die Queensferry Crossing in Schottland wurde mit einem umfassenden SHM-System mit Tausenden von Sensoren ausgestattet, und auch die Sydney Harbour Bridge verfügt über Tausende von Sensoren zur Echtzeitüberwachung. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

SHM-Daten werden zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung, ereignisgesteuerten Bewertungen (z. B. nach Erdbeben) und zur Unterstützung von Entscheidungen im Anlagenmanagement verwendet. Im Brückenbau beschreiben Richtlinien von Verkehrsbehörden, wie Felddaten – einschließlich Beschleunigungsmessungen – mit Inspektionen und zerstörungsfreien Prüfverfahren integriert werden können, um die Tragfähigkeitsbewertung und die Instandhaltungsplanung zu verbessern. ^{[ 39 ]}

Der AED Plus von Zoll verwendet CPR-D•padz, die einen Beschleunigungsmesser enthalten, um die Tiefe der Herzdruckmassage bei der Herz-Lungen-Wiederbelebung zu messen.

In den letzten Jahren haben mehrere Unternehmen Sportuhren für Läufer entwickelt und vermarktet, die mit Fußsensoren ausgestattet sind . Diese enthalten Beschleunigungsmesser, die dabei helfen, Geschwindigkeit und Distanz des Läufers, der das Gerät trägt, zu ermitteln.

In Belgien werden Schrittzähler mit Beschleunigungsmessern von der Regierung gefördert, um die Bevölkerung zu ermutigen, täglich einige tausend Schritte zu gehen.

Der Herman Digital Trainer nutzt Beschleunigungsmesser zur Messung der Schlagkraft im körperlichen Training. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

Es wurde vorgeschlagen, Footballhelme mit Beschleunigungsmessern auszustatten, um die Wucht von Kopfstößen zu messen. ^{[ 42 ]} Das US Army Research Laboratory entwickelte den Drei-Achsen-Beschleunigungsschalter, der für diese Anwendung vorgeschlagen wurde.

Beschleunigungsmesser wurden zur Berechnung von Gangparametern wie Stand- und Schwungphase eingesetzt . Diese Art von Sensor kann zur Messung oder Überwachung von Personen verwendet werden. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

Ein Trägheitsnavigationssystem ist ein Navigationshilfsmittel , das mithilfe eines Computers und Bewegungssensoren (Beschleunigungsmessern) kontinuierlich Position, Orientierung und Geschwindigkeit (Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung) eines sich bewegenden Objekts durch Koppelnavigation berechnet, ohne dass externe Referenzpunkte erforderlich sind. Andere Bezeichnungen für Trägheitsnavigationssysteme oder eng verwandte Geräte sind beispielsweise Trägheitsführungssystem, Trägheitsreferenzplattform und viele weitere Varianten.

Ein Beschleunigungsmesser allein ist ungeeignet, um Höhenänderungen über Distanzen zu bestimmen, bei denen die vertikale Abnahme der Schwerkraft signifikant ist, wie beispielsweise bei Flugzeugen und Raketen. Bei Vorhandensein eines Gravitationsgradienten ist der Kalibrierungs- und Datenreduktionsprozess numerisch instabil. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

Beschleunigungsmesser werden sowohl in der professionellen ^{[ 47 ]} als auch in der Amateurraketenforschung ^{[ 48 ]} zur Apogäumserkennung eingesetzt .

Beschleunigungsmesser werden auch in intelligenten Verdichtungswalzen eingesetzt. In Trägheitsnavigationssystemen werden Beschleunigungsmesser zusammen mit Gyroskopen verwendet. ^{[ 49 ]}

Eine der häufigsten Anwendungen von MEMS -Beschleunigungsmessern sind Airbag- Auslösesysteme moderner Automobile. Hier erfassen die Beschleunigungsmesser die abrupte negative Beschleunigung des Fahrzeugs, um den Zeitpunkt und die Schwere eines Aufpralls zu bestimmen. Eine weitere gängige Anwendung im Automobilbereich sind elektronische Stabilitätskontrollsysteme (ESP ), die mithilfe eines Querbeschleunigungsmessers die Kurvenkräfte messen. Die weitverbreitete Verwendung von Beschleunigungsmessern in der Automobilindustrie hat deren Kosten drastisch gesenkt . ^{[ 50 ]} Eine weitere Anwendung im Automobilbereich ist die Überwachung von Geräuschen, Vibrationen und Rauheit (NVH). Diese Faktoren können den Fahrkomfort beeinträchtigen und auf mechanische Defekte hinweisen.

Neigezüge nutzen Beschleunigungsmesser und Gyroskope, um die erforderliche Neigung zu berechnen. ^{[ 51 ]}

Moderne elektronische Beschleunigungsmesser werden in Fernerkundungsgeräten zur Überwachung aktiver Vulkane eingesetzt , um die Bewegung von Magma zu erfassen . ^{[ 52 ]}

Beschleunigungsmesser werden zunehmend in persönliche elektronische Geräte integriert, um die Ausrichtung des Geräts, beispielsweise eines Bildschirms, zu erkennen.

Ein Freifallsensor (FFS) ist ein Beschleunigungsmesser, der erkennt, ob ein System fallen gelassen wurde und fällt. Er kann dann Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, wie beispielsweise das Parken des Lesekopfs einer Festplatte, um einen Head-Crash und den damit verbundenen Datenverlust beim Aufprall zu verhindern. Dieses Gerät ist in vielen gängigen Computern und Unterhaltungselektronikprodukten verschiedener Hersteller verbaut. Es wird auch in einigen Datenloggern zur Überwachung von Transportvorgängen in Versandcontainern eingesetzt . Die Dauer des freien Falls dient zur Berechnung der Fallhöhe und zur Abschätzung der Stoßbelastung des Systems.

Einige Smartphones , digitale Audioplayer und PDAs verfügen über Beschleunigungssensoren zur Steuerung der Benutzeroberfläche. Diese werden häufig genutzt, um je nach Haltung des Geräts die Bildschirmansicht im Quer- oder Hochformat anzuzeigen. Apple hat in jeder Generation von iPhone , iPad und iPod touch sowie seit der vierten Generation in jedem iPod nano einen Beschleunigungssensor verbaut. Neben der Anpassung der Bildschirmausrichtung können Beschleunigungssensoren in Mobilgeräten in Verbindung mit speziellen Anwendungen auch als Schrittzähler verwendet werden . ^{[ 53 ]}

Automatische Unfallbenachrichtigungssysteme (ACN) nutzen Beschleunigungssensoren, um im Falle eines Unfalls automatisch Hilfe zu rufen. Bekannte ACN-Systeme sind beispielsweise OnStar AACN, Ford Link 911 Assist , Toyota Safety Connect , Lexus Link und BMW Assist . Viele Smartphones mit Beschleunigungssensor bieten zudem ACN-Software zum Download an. ACN-Systeme werden durch die Erkennung von Beschleunigungen bei einem Aufprall aktiviert.

Beschleunigungssensoren werden in elektronischen Stabilitätskontrollsystemen (ESP ) eingesetzt, um die tatsächliche Fahrzeugbewegung zu messen. Ein Computer vergleicht diese mit den Lenk- und Gaspedaleingaben des Fahrers. Das ESP-System kann einzelne Räder gezielt abbremsen und/oder die Motorleistung reduzieren, um die Abweichung zwischen Fahrereingaben und tatsächlicher Fahrzeugbewegung zu minimieren. Dies kann ein Schleudern oder Überschlagen des Fahrzeugs verhindern.

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

Die Wii- Videospielkonsole von Nintendo verwendet einen Controller namens Wii-Fernbedienung , der einen Drei-Achsen-Beschleunigungssensor enthält und primär für Bewegungseingaben entwickelt wurde. Optional kann der Nutzer den Nunchuk , ein zusätzliches bewegungssensitives Zubehör, erwerben, um Bewegungen beider Hände unabhängig voneinander zu erfassen. Die Wii-Fernbedienung wird auch beim Nintendo 3DS verwendet .

Schlafphasenwecker nutzen Beschleunigungssensoren , um die Bewegungen des Schlafenden zu erfassen und ihn so zu wecken, wenn er sich nicht in der REM-Phase befindet, um ihn leichter aufwecken zu können. ^{[ 54 ]}

Ein Mikrofon oder Trommelfell ist eine Membran, die auf Luftdruckschwankungen reagiert. Diese Schwankungen verursachen Beschleunigungen, sodass Beschleunigungsmesser zur Tonaufzeichnung eingesetzt werden können. ^{[ 55 ]} Eine Studie aus dem Jahr 2012 ergab, dass Stimmen in 93 % der typischen Alltagssituationen mithilfe von Beschleunigungsmessern, wie sie beispielsweise in Smartphones verbaut sind und am Brustbein befestigt werden, erfasst werden können. ^{[ 56 ]}

Umgekehrt können gezielt erzeugte Geräusche dazu führen, dass Beschleunigungsmesser falsche Daten liefern. Eine Studie testete 20 Modelle von (MEMS-)Smartphone-Beschleunigungsmessern und stellte fest, dass die meisten für diesen Angriff anfällig waren. ^{[ 57 ]}

Viele Geräte des 21. Jahrhunderts nutzen Beschleunigungssensoren, um den Bildschirm je nach Ausrichtung des Geräts auszurichten (z. B. beim Wechsel zwischen Hoch- und Querformat ). Zu diesen Geräten gehören viele Tablet-PCs sowie einige Smartphones und Digitalkameras . Der Amida Simputer , ein 2004 erschienenes tragbares Linux-Gerät, war das erste kommerzielle Handheld mit integriertem Beschleunigungssensor. Er ermöglichte zahlreiche gestenbasierte Interaktionen, darunter das Umblättern von Seiten, das Vergrößern und Verkleinern von Bildern, den Wechsel zwischen Hoch- und Querformat sowie viele einfache, gestenbasierte Spiele.

Seit Januar 2009 verfügen fast alle neuen Mobiltelefone und Digitalkameras über mindestens einen Neigungssensor und manchmal auch über einen Beschleunigungssensor, um die automatische Bilddrehung, bewegungssensitive Minispiele und die Korrektur von Verwacklungen beim Fotografieren zu ermöglichen.

Camcorder nutzen Beschleunigungssensoren zur Bildstabilisierung . Dies geschieht entweder durch die Bewegung optischer Elemente, um den Lichtweg zum Sensor anzupassen und so ungewollte Bewegungen auszugleichen, oder durch digitale Bildverschiebung, um erkannte Bewegungen zu glätten. Einige Digitalkameras verwenden Beschleunigungssensoren zur Vermeidung von Verwacklungen. Die Kamera verzögert die Aufnahme, solange sie sich bewegt. Sobald die Kamera stillsteht (und sei es nur für eine Millisekunde, wie es beispielsweise bei Vibrationen der Fall sein kann), wird das Bild aufgenommen. Ein Beispiel für die Anwendung dieser Technologie ist Glogger VS2 ^{[ 58 ]} , eine App für Symbian- basierte Handys mit Beschleunigungssensoren, wie beispielsweise das Nokia N96 . Einige Digitalkameras verfügen über Beschleunigungssensoren, um die Ausrichtung des aufgenommenen Fotos zu bestimmen und das aktuelle Bild beim Betrachten zu drehen.

Viele Laptops verfügen über einen Beschleunigungssensor zur Fallerkennung. Wird ein Sturz erkannt, werden die Leseköpfe der Festplatte in Parkposition gebracht, um Datenverlust und mögliche Schäden an Lesekopf oder Festplatte durch den entstehenden Stoß zu vermeiden .

Ein Gravimeter, auch Gravitometer genannt, ist ein Instrument der Gravimetrie zur Messung des lokalen Gravitationsfeldes . Es handelt sich um eine Art Beschleunigungsmesser, der jedoch im Gegensatz zu Beschleunigungsmessern anfällig für alle Arten von Vibrationen , einschließlich Rauschen , ist, die zu oszillatorischen Beschleunigungen führen. Dies wird im Gravimeter durch integrierte Schwingungsisolierung und Signalverarbeitung kompensiert . Obwohl das grundlegende Funktionsprinzip dem von Beschleunigungsmessern entspricht, sind Gravimeter typischerweise deutlich empfindlicher, um selbst kleinste Änderungen der Erdanziehungskraft von 1 g zu messen . Andere Beschleunigungsmesser hingegen sind oft für Messungen von 1000 g oder mehr ausgelegt, und viele führen mehrachsige Messungen durch. Die Anforderungen an die zeitliche Auflösung sind bei Gravimetern in der Regel geringer, sodass die Auflösung durch die Verarbeitung der Messwerte mit einer längeren Zeitkonstante erhöht werden kann.

Beschleunigungsmesserdaten, auf die Drittanbieter-Apps bei vielen Mobilgeräten ohne Nutzereinwilligung zugreifen können ^{[ 60 ]} , wurden bereits verwendet, um anhand der aufgezeichneten Bewegungsmuster umfangreiche Informationen über Nutzer abzuleiten (z. B. Fahrverhalten, Alkoholisierungsgrad, Alter, Geschlecht, Touchscreen-Eingaben, geografischer Standort) ^{[ 61 ]} . Erfolgt dies ohne Wissen oder Zustimmung des Nutzers, spricht man von einem Inferenzangriff . Darüber hinaus könnten Millionen von Smartphones über Beschleunigungsmesser anfällig für Software-Cracking sein ^{[ 62 ] [ 63 ] .}