Beschleunigungssensor vs. Gyroskop: Unterschiede, Funktionsweise & Auswahlhilfe

Grundlagen

Beide sind MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical Systems), die Bewegung erfassen – aber unterschiedliche physikalische Größen:

• Beschleunigungssensor (Accelerometer): Misst lineare Beschleunigung (inkl. Schwerkraft). Einheit: g oder m/s².
• Gyroskop: Misst Winkelgeschwindigkeit (Drehung um Achsen). Einheit: °/s oder rad/s.

Gyroskop – Detail

Funktionsprinzip (MEMS)

Eine resonierende Masse (Proof Mass) wird durch Corioliskraft bei Rotation ausgelenkt. Kapazitive Messung der Auslenkung → Winkelgeschwindigkeit. Keine beweglichen Teile im makroskopischen Sinne.

Typen

• 1-Achs (Yaw oder Pitch oder Roll)
• 2-Achs (z. B. Pitch + Roll)
• 3-Achs (X, Y, Z) – heute Standard

Anwendungen

• Smartphone-Drehungserkennung, Bildstabilisierung
• Drohnen/Quadcopter-Flugregelung (IMU)
• Fahrzeugstabilität (ESP), Navigationssysteme
• Robotik, VR-Controller, Industrielle Zustandsüberwachung

Beschleunigungssensor – Detail

Funktionsprinzipien

1. Kapazitiv: Bewegliche Masse ändert Kapazität zu festen Elektroden bei Beschleunigung. Sehr verbreitet, guter DC-Gang (misst statische g-Kraft → Neigung).
2. Piezoresistiv / Piezoelektrisch: Spannung durch Verformung. Eher für Stoß/Vibration (hohe g, AC-gekoppelt).

Achsen

1-, 2-, 3-Achs (heute fast nur 3-Achs).

Anwendungen

• Neigungserkennung (Handy Hoch/Quer, Baumaschinen)
• Freifall-/Stoßerkennung (Festplatten-Parking, Airbag)
• Schrittzähler, Aktivitätstracker
• Vibrationsmonitoring (Maschinenzustand)
• Navigation (totreckoning, kombiniert mit Gyro)

Direkter Vergleich

Sensorfusion: Das Beste aus beiden Welten

Keiner allein reicht für stabile 9-DoF-Orientierung. Kombiniert man Accel + Gyro (+ Magnetometer) per Komplementärfilter, Kalman-Filter oder Madgwick/Mahony-Filter, erhält man driftfreie, rauscharme Orientierung (Roll, Pitch, Yaw). Das ist Standard in IMUs (z. B. MPU-6050, ICM-20948, BNO055, BMI088).

Auswahlkriterien

Für Accelerometer

• Messbereich: ±2 g (präzise Neigung) bis ±16 g (dynamisch). High-g für Stoß.
• Auflösung/Rauschen: µg/√Hz – entscheidend für Neigungsauflösung.
• Schnittstelle: I²C/SPI (digital) bevorzugt; Analog nur bei ADC-Eingang.
• Strom: µA-Bereich (Sleep-Mode beachten).
• Features: Tap/Double-Tap, Freefall, Motion-Detect, FIFO.

Für Gyroskop

• Bereich: Etwas über max. erwarteter Drehrate (z. B. Drohne: ±2000 °/s).
• Bias-Stabilität / Drift: °/h oder °/√h – kritisch für Navigation.
• Rauschen (ARW): °/√Hz.
• Schnittstelle: Digital (I²C/SPI) für einfache MCU-Anbindung.
• Temp.-Kompensation: Onboard-Temperatursensor hilft bei Drift-Korrektur.

Fazit

Accelerometer = Neigung, Erschütterung, lineare Bewegung.
Gyroskop = Drehung, Winkelgeschwindigkeit, kurzfristig präzise.
Kombination (IMU) = Vollständige 3D-Orientierung. Für die meisten Projekte (Drohne, Roboter, Wearable, Balancing) ist ein 6- oder 9-Achs-IMU die beste Wahl. Einzelne Sensoren nur für spezifische, einfache Aufgaben (z. B. reiner Neigungssensor). Beratung gewünscht? Kontaktieren Sie uns.