Schockdetektor

Ein Stoßdetektor , Stoßindikator oder Aufprallmonitor ist ein Gerät, das anzeigt, ob ein physikalischer Stoß oder Aufprall aufgetreten ist. Diese Geräte haben üblicherweise einen binären Ausgang ( gut/nicht gut ) und werden daher auch als Stoßüberlastungsgeräte bezeichnet . Stoßdetektoren können beim Transport zerbrechlicher Wertgegenstände eingesetzt werden, um anzuzeigen, ob ein potenziell schädlicher Sturz oder Aufprall stattgefunden hat. Sie werden auch in Sporthelmen verwendet, um abzuschätzen, ob ein gefährlicher Aufprall stattgefunden haben könnte. ^{[ 1 ]}

Im Gegensatz dazu ist ein Schockdatenlogger ein Datenerfassungssystem zur Analyse und Aufzeichnung von Schockimpulsen.

Stöße und Schläge werden häufig durch die maximale Beschleunigung in g (manchmal auch g-Kräfte genannt ) spezifiziert. Die Form des Stoßimpulses und insbesondere seine Dauer sind gleichermaßen wichtig. ^{[ 1 ]} Beispielsweise hat ein kurzer Stoß von 300 g und einer Dauer von 1 ms nur geringes Schadenspotenzial und ist in der Regel irrelevant, während ein Stoß von 300 g und einer Dauer von 20 ms kritisch sein kann. Je nach Anwendungsfall muss die Zeitempfindlichkeit eines Stoßdetektors an die Empfindlichkeit des zu überwachenden Objekts angepasst werden.

Der Montageort beeinflusst auch das Ansprechverhalten der meisten Stoßdetektoren. Ein Stoß auf einen starren Gegenstand wie einen Sporthelm oder eine starre Verpackung kann zu einem unregelmäßigen Stoßimpuls führen, der ohne geeignete Filterung schwer zu charakterisieren ist. Ein Stoß auf einen gepolsterten Gegenstand erzeugt hingegen in der Regel einen gleichmäßigeren Stoßimpuls und führt somit zu konsistenteren Messwerten des Stoßdetektors.

Schocks sind Vektorgrößen, wobei die Richtung des Schocks für das zu untersuchende Objekt von Bedeutung ist. Schockdetektoren können daher auch sehr empfindlich auf die Richtung des einfallenden Schocks reagieren. ^{[ 1 ]}

Ein Schockdetektor kann wie folgt bewertet werden:

• Separat in einem physikalischen Labortest , beispielsweise an einer instrumentierten Schockmaschine. ^{[ 2 ]}
• Die Montage erfolgte an dem vorgesehenen Objekt in einem Prüflabor mit kontrollierter Vorrichtung und kontrollierten Eingangsimpulsen.
• Im Feld mit unkontrollierten und stärker schwankenden Eingangseinwirkungen.

Die Anwendung geeigneter Testmethoden sowie Verifizierungs- und Validierungsprotokolle ist in allen Phasen der Evaluierung wichtig.

Es steht eine breite Palette an Technologien zur Verfügung, von einfachen analogen Anzeigen bis hin zu komplexerer Elektronik. Üblicherweise liefert ein Gerät eine optische Anzeige eines ausgelösten Ereignisses, mitunter können aber auch elektrische oder RFID-Signale bereitgestellt werden. Hunderte von Stoßdetektoren sind in Patenten der Patentklassifikation 01P15/00 beschrieben: „Beschleunigungsmessung; Verzögerungsmessung; Stoßmessung, d. h. Messung plötzlicher Beschleunigungsänderungen“ ^{[ 3 ].}

Analoge Konstruktionen umfassen:

• Feder-Masse-Systeme , die durch einen Stoß ausgelöst werden können ^{[ 1 ]}
• Magnetkugeln, die aus einer Halterung gelöst werden können ^{[ 1 ]}
• Störung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit
• Bruch eines preiswerten, spröden Bauteils mit bekannter Sprödigkeit ^{[ 1 ]}

Anspruchsvollere elektronische Systeme verwenden Beschleunigungsmesser und zugehörige mikroelektromechanische Systeme . ^{[ 1 ]}

Obwohl sowohl analoge als auch elektronische Schockerkennungstechnologien weit verbreitet sind, dienen sie unterschiedlichen Einsatzzwecken.

Analoge Stoßindikatoren sind typischerweise passive Einweggeräte, die ein klares und sofortiges visuelles Signal liefern, sobald ein vordefinierter Stoßschwellenwert überschritten wird. Ihre einfache Bauweise, die geringen Kosten und die Manipulationssicherheit machen sie besonders geeignet für groß angelegte Logistikanwendungen und Massensendungen, bei denen keine kontinuierliche Datenerfassung erforderlich ist. Im Gegensatz dazu verwenden elektronische Stoßdetektoren Beschleunigungsmesser und mikroelektromechanische Systeme (MEMS), um detaillierte Beschleunigungsdaten über die Zeit aufzuzeichnen. Diese Systeme sind oft wiederverwendbar und können Daten elektronisch speichern oder übertragen, sind aber in der Regel mit höheren Kosten, einem höheren Energiebedarf und einer komplexeren Datenauswertung verbunden.

Im kommerziellen Transport- und Verpackungsbereich werden verschiedene Bauarten von Stoßindikatoren eingesetzt, wo Kosteneffizienz und einfache Handhabung erwünscht sind.

Ein Stoßdetektor kann an einer Verpackung (innen oder außen) oder direkt am zu versendenden Produkt angebracht werden. Die Anbringung an der Verpackung dient in der Regel der Erkennung von unsachgemäßer Behandlung, wie z. B. Fallhöhen aus großer Höhe, während die Anbringung am Produkt selbst Produktschäden genauer anzeigt. ^{[ 4 ]}

Manche Sendungen benötigen mehr als einen Stoßdetektor, um Stöße aus allen Richtungen besser überwachen zu können. ^{[ 4 ]} Große oder lange Gegenstände verfügen mitunter über Stoßdetektoren an beiden Enden des Transportbehälters.

Der Stoßdetektor zeigt an, ob die transportierten Güter potenziell schädlichen Bedingungen ausgesetzt waren. Basierend auf diesen Daten ergeben sich folgende Optionen: ^{[ 4 ]}

• Sofern keine ungewöhnlichen Erschütterungen aufgetreten sind, kann die Sendung ohne besondere Prüfung weiterverwendet werden.
• Falls potenziell schädliche Gefahren aufgetreten sind, überprüfen Sie die Sendung vor der Verwendung gründlich auf Beschädigungen oder führen Sie eine zusätzliche Kalibrierung durch.
• Der Empfänger kann mit dem Spediteur, Versender oder Lieferanten verhandeln oder eine Sendung sogar ablehnen, wenn Sensoren auf unsachgemäße Behandlung hinweisen.

Stöße und Schläge sind nicht die einzigen Gefahren, die Schäden verursachen können; Vibrationen , Durchstiche und Kompression können ebenfalls Schäden verursachen, würden aber keinen Stoßdetektor auslösen.

Persönliche Schutzausrüstung wie Helme ist mitunter mit Aufprallsensoren ausgestattet. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Diese sollen Führungskräften helfen, übermäßige Aufprallkräfte zu erkennen und gegebenenfalls notwendige Ruhepausen oder medizinische Versorgung einzuleiten. Die Forschung wird fortgesetzt, unter anderem im Bereich spezieller Mundschutze zur Klassifizierung von Kopfaufprällen. ^{[ 7 ]}

Aufprallsensoren an Fahrradhelmen können einen Sturz erkennen und Hilfe rufen. Für Senioren stehen Sturzsensoren zur Verfügung, die bei einem Sturz automatisch Hilfe rufen. ^{[ 8 ]}

Eine verwandte Anwendung von Aufpralldetektoren ist der Einsatz als Airbagsensor in Kraftfahrzeugen . Diese hochentwickelten Sensoren werden verwendet, um das in modernen Fahrzeugen verbaute Airbagsystem auszulösen. ^{[ 9 ]}

Aktive Festplattenschutzsysteme erkennen Stöße auf Laptops, um Schäden durch Stürze zu minimieren.

Einige Notfallsender , wie zum Beispiel Notfallsender , werden durch einen bestimmten Stoß oder Aufprall aktiviert.

Schockdetektoren dienen dazu, festzustellen, ob ein signifikanter Aufprall eingetreten ist. Dies hilft, den Bedarf an Folgemaßnahmen zu ermitteln. Variabilität ist stets vorhanden und muss in der Analyse berücksichtigt werden.

• Schockdetektoren zeigen unter kontrollierten Laborbedingungen ein gewisses Ansprechverhalten gegenüber Schocks. ^{[ 10 ] [ 11 ]}
• Menschen reagieren individuell auf Einflüsse. Was für den einen eine Verletzung darstellt, kann für einen anderen nicht so schwerwiegend sein.
• Zerbrechliche Gegenstände und verpackte Waren reagieren unterschiedlich auf einheitliche Laborschocks, ^{[ 12 ].}
• Feldschocks sind sehr variabel.

Optimal ist es natürlich, wenn der Stoßdetektor zuverlässig signalisiert, wann Schäden oder Verletzungen wahrscheinlich sind und wann nicht. Es kann durchaus zu Fehlalarmen kommen, bei denen der Stoßdetektor auslöst, obwohl weder ein Produkt beschädigt noch eine Person verletzt wurde. Ebenso sind Fehlalarme möglich. ^{[ 13 ]}

Schockdetektoren sind darauf ausgelegt, einen einzelnen starken Stoß oder Aufprall anzuzeigen. In manchen Fällen kann eine Reihe schwächerer Stöße zwar Schäden oder Verletzungen verursachen ^{[ 14 ]} , würde aber keinen Schockdetektor auslösen.

• Systeme zur Einstufung von Gehirnerschütterungen
• Gehirnerschütterungen im Sport
• Konfusionsmatrix
• Evaluierung binärer Klassifikatoren
• Footballhelm
• Kriterium für Kopfverletzungen
• Telemetriesystem für Kopfaufprall
• Bewegungsverstärkung , optisch-visuelle Technik zur Erkennung und Visualisierung von Vibrationen oder anderen Bewegungen
• Verpackungspolsterung
• Plötzlicher Bewegungssensor
• Fehler vom Typ I und Typ II

• DeSilva, CW, „Vibration and Shock Handbook“, CRC, 2005, ISBN 0-8493-1580-8
• Harris, CM, und Peirsol, AG „Shock and Vibration Handbook“, 2001, McGraw Hill, ISBN 0-07-137081-1
• Yam, KL, „Encyclopedia of Packaging Technology“, John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-470-08704-6