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Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP Beschleunigungssensor Verständnissfrage


Autor: Harma (Gast)
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Hallo,

ich habe einen 3D Beschleunigungssensor den MMA7455L.
Angenommen der Sensor steht so auf dem Tisch (hoffe man erkennt was ich 
meine, also y-achse zeigt auf den boden):

              _____________
              |              |
              |              ------>x
              |              |
              -------|--------
                     |
                     |
                     V y

Was sollte man dann für Werte für x- und y-Achse erwarten?
Also ich bekomme da für x ungefähr 0, was auch logisch ist.
Für y bekomme ich aber um die 0,7g. Müsste das nicht 1g sein?

Gruß
Harma

Autor: PacMan (Gast)
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Vielleicht hat dein Opa einen Antigravitationsmagneten in der 
Tischplatte versteckt.

Autor: mki (Gast)
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Wenn der Sensor ruhig auf dem Tisch liegt sollten doch eigentlich beide 
Achsen ungefähr 0 (Null) anzeigen. Es scheint mir dann eher so als ob 
der ADC im Sensor einen kleinen Offset hat den du noch rausrechnen mußt.

Autor: yalu (Gast)
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> Für y bekomme ich aber um die 0,7g. Müsste das nicht 1g sein?

Ja. Im 2g-Messbereich wäre das ein Digitalwert von -63 oder -64.

Was gibt der Sensor aus, wenn du die x- oder z-Achse nach unten zeigen
lässt? Was, wenn du ihn 45° schrägstellst?

Mit dem 45°-Test kannst du sehen, ob der Fehler von einem falschen
Skalenfaktor oder von einer falschen Begrenzung des Messbereichs
herrührt.

Autor: Harma (Gast)
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Ja hab 2g Messbereich.
Also ich bekomme einen Digital Wert von -48 also etwa -0,75g (für y wie 
oben in der zeichnung).

Wenn die x-Achse nach unten zeigt krieg ich -65 für x-Achse (passt also 
in etwa) und für y-Achse -13.

Bei ungefähr 45°: x-Achse -51.
                  y-Achse -40.

Sollte also reichen wenn für y einen offset einstelle oder?

Danke.

Autor: Esquilax (Gast)
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mki schrieb:
> Wenn der Sensor ruhig auf dem Tisch liegt sollten doch eigentlich beide
> Achsen ungefähr 0 (Null) anzeigen.

Nein, sonst würdest du auf einer Waage nichts wiegen...da liegst/stehst 
du ja auch ruhig ;-)

Autor: mki (Gast)
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Esquilax schrieb:
> mki schrieb:
>> Wenn der Sensor ruhig auf dem Tisch liegt sollten doch eigentlich beide
>> Achsen ungefähr 0 (Null) anzeigen.
>
> Nein, sonst würdest du auf einer Waage nichts wiegen...da liegst/stehst
> du ja auch ruhig ;-)

Dann habe ich wohl eine falsche Vorstellung von "Beschleunigungssensor". 
Ich meine wenn ich irgentwo still rumstehe dann ist da nun mal keine 
Beschleunigung.

Eine Waage misst auch eine Kraft und keine Beschleunigung.

Autor: Harma (Gast)
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Du vergisst die Gravitationskrafts (1g). Wenn die uns nicht auf die Erde 
drücken würde, würden wir ja schweben.

Autor: lalala (Gast)
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...man spricht da auch von Erdbeschleunigung

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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Trotzdem ist das "Beschleunigung" in "Beschleunigungssensor" eigentlich 
falsch. Ein ruhender Körper hat eine Beschleunigung von 0. Es spielt 
keine Rolle, ob er nun ruht, weil keine Kräfte auf ihn wirken, oder ob 
eine Kraft auf ihn wirkt (Gravitation) und er in der Bewegung gehindert 
wird (Tischplatte).

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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lalala schrieb:
> ...man spricht da auch von Erdbeschleunigung

Erdbeschleunigung gibt es nur im freien Fall im Vakuum.

Autor: mki (Gast)
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@Stefan:
genau das war meine Überlegung. Ich vermute jetzt einfach mal das ja 
laut F=m*a und die Masse des Sensors wohl konstant ist gilt F~a und 
somit ist beides doch wieder das "gleiche".

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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mki schrieb:
> @Stefan:
> genau das war meine Überlegung. Ich vermute jetzt einfach mal das ja
> laut F=m*a und die Masse des Sensors wohl konstant ist gilt F~a und
> somit ist beides doch wieder das "gleiche".

Das gilt aber nur, wenn die Masse nicht in ihrer Bewegung behindert wird 
(also freier Fall im Vakuum). Man kann es drehen und wenden wie man 
will, ein ruhender Körper hat eine Beschleunigung von 0, ganz unabhängig 
von irgendwelchen Kräften oder Massen.

Autor: phys (Gast)
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Auf das Bezugssystem kommt es an

Autor: Harma (Gast)
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Ob der Körper ruht ist aber Sache des Blickwinkels.
Vom Tisch aus gesehen mag er ruhen, wenn man ihn vom Weltraum aus 
betrachtet ruht er nicht.

Autor: mki (Gast)
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@Steffan:
Hmmm gut und warum heißt das Ding dann Beschleunigungssensor wenn es 
eine Kraft misst?? Nämlich so sieht es ja nach unserem Thread starter 
wohl aus.

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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phys schrieb:
> Auf das Bezugssystem kommt es an

Nein, tut es nicht. Wenn du nämlich jetzt mit einem anderen Bezugssystem 
kommst, als dem einzig sinnvollen im konkreten Beispiel, in dem die 
Beschleunigung dann nicht 0 ist, ist der Körper (auf das System bezogen) 
auch nicht mehr "ruhend".

Oder anders gesagt, die Eigenschaft "ruhend" beinhaltet quasi schon das 
relevante Bezugssystem, und in dem ist die Beschleunigung 0.

Autor: MarcusW (Gast)
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Nein, er misst keine Kraft. Die Erde dreht sich nunmal um sich selbst. 
Damit hat jeder Körper auf ihr zu jedem Zeitpunkt eine Änderung Richtung 
der Geschwindigkeitsvektoren.
Da ja die Beschleunigung als Geschwindigkeitsänderung pro Zeit definiert 
ist, spürt der Körper eine Beschleunigung, wenn sich die 
Vektorrichtungen ändern.
Im wirklichen Leben, z.B. beim Autofahren, merkst du auch eine 
Beschleunigung, wenn du bei konstanter Geschwindigkeit in eine Kurve 
fährst.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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MarcusW schrieb:

> Nein, er misst keine Kraft. Die Erde dreht sich nunmal um sich selbst.
> Damit hat jeder Körper auf ihr zu jedem Zeitpunkt eine Änderung Richtung
> der Geschwindigkeitsvektoren.

Ähm. Das hat aber damit nichts zu tun.

> Im wirklichen Leben, z.B. beim Autofahren, merkst du auch eine
> Beschleunigung, wenn du bei konstanter Geschwindigkeit in eine Kurve
> fährst.

Da Geschwindigkeit ein Vektor ist, sind  2 Dinge notwendig, damit man 
von einer 'konstanten Geschwindigkeit' sprechen kann:
* der Betrag des Vektors muss gleich bleiben
* die Richtung des Vektors muss gleich bleiben.

Und jetzt denk mal scharf darüber nach, welche der beiden Bedingungen 
verletzt wird und man daher aus physikalischer Sicht nicht von 
konstanter Geschwindigkeit beim Durchfahren einer Kurve sprechen kann.


Physikalisch ist die Sache die:
In einem abgeschlossenen System, kann man Beschleunigung nicht von 
Gravitationskraft unterscheiden. Sitzt man in einer Rakete ohne Sicht 
nach aussen, gibt es kein Experiment mit dem man unterscheiden könnte, 
ob die (geräuschlosen) Triebwerke laufen und man daher mit 1g 
(resultierend aus der Beschleunigung) in den Sessel gedrückt wird, oder 
ob man bereits auf der Erde gelandet ist und von der Erdanziehung in den 
Sessel gedrückt wird.
Diese Ununterscheidbarkeit ist einer der Ausgangspunkte, die Einstein 
letzten Endes zur Allgemeinen Relativitätstheorie geführt hat.

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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mki schrieb:
> @Steffan:
> Hmmm gut und warum heißt das Ding dann Beschleunigungssensor wenn es
> eine Kraft misst?? Nämlich so sieht es ja nach unserem Thread starter
> wohl aus.

Nein, er misst keine Kraft, sondern tatsächlich schon die 
Beschleunigung, allerdings wirkt eine Kraft (nämlich die Gravitation) 
als Störgröße, und muss rausgerechnet werden.

Mein einer Satz oben ist daher etwas daneben. Ich wollte ich auch noch 
ändern, hatte mir das  dann aber selbst verbaut, weil ich gleich noch 
einen Post gemacht hatte. ;-)

Autor: mki (Gast)
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@MarcusW:
Heißt das jetzt der Sensor misst wirklich die ganze Zeit die 
"Beschleunigung" der Erde? Den gedanken hatte ich auch schon habe, habe 
ihn aber wieder verworfen da ich diese Beschleunigung ja auch nicht 
merke und somit praktisch Null ist.

Autor: S. T. (cmdrkeen)
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also meiner Auffassung nach misst ein Beschleunigungssensor tatsächlich 
eine Kraft.... da der Sensor aber seine Messmasse kennt kann er diese 
rausrechnen, und uns so den Beschleunigungswert mitteilen, da diese 
minimale kraft, die auf seine Messmasse wirkt, für uns total 
uninteressant ist.
F=m*a
oder auch eine Gewichtskraft:  F=m*g

bei Gewicht ist es nur ein wenig unüblich von Beschleunigung zu 
sprechen, weil wir das im Bezugsystem: Alltag  so nicht wahrnehmen.

Autor: Zarkov (Gast)
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mki schrieb:
>Heißt das jetzt der Sensor misst wirklich die ganze Zeit die
>"Beschleunigung" der Erde? Den gedanken hatte ich auch schon habe, habe
>ihn aber wieder verworfen da ich diese Beschleunigung ja auch nicht
>merke und somit praktisch Null ist.

Natürlich merkst du diese Beschleunigung. Sie drückt dich ständig mit 1g 
in Richtung Erdmittelpunkt.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo mki,

> Dann habe ich wohl eine falsche Vorstellung von "Beschleunigungssensor".
> Ich meine wenn ich irgentwo still rumstehe dann ist da nun mal keine
> Beschleunigung.
>
> Eine Waage misst auch eine Kraft und keine Beschleunigung.

ein Beschleunigungssensor mißt letztlich die Auslenkung einer Feder, an 
der eine Masse hängt.

Messung der schweren Masse
Im Prinzip kannst Du Dir einen Beschleunigungssensor so ähnlich 
vorstellen wie ein Sprungbrett (Feder) im Schwimmbad, auf dem Du (Masse) 
draufstehst. Das Sprungbrett dehnt sich aufgrund der Gewichtskraft 
durch, und das zeigt der Beschleunigungssensor an.

Messung der trägen Masse
Wenn das Gesamtsystem beschleunigt wird - beim Schwimmbadbeispiel könnte 
das durch ein Erdbeben geschehen - so erfährt das Sprungbrett durch 
diese Beschleunigung eine zusätzliche Auslenkung, die sich mit der 
ursprünglichen Auslenkung überlagert.

Die Frage, ob Du eine Kraft oder eine Beschleunigung mißt, ist etwas 
müßig angesichts des doch etwas komplizierteren Systems. Realistisch 
betrachtet mißt der Sensor intern die Durchbiegung der Feder, also einen 
Weg. Aber wahrscheinlich mißt er die Durchlenkung nicht direkt, sondern 
beispielsweise mittels einer kapazitiven Messung - also mißt Du in 
Wirklichkeit eine Kapazität. Die Kapazität selbst mißt Du über die 
Ladung, die bei der Änderung der Spannung am Kondensator verschoben, und 
diese wiederum über den Strom, der während einer gewissen Zeit fließt. 
Den Strom wandelst Du bei der Messung in eine Spannung um, und diese 
setzt der AD-Umsetzer in einen digitalen Wert um.

Gruß,
  Michael

Autor: Jens (Gast)
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An Harma,

wie hast Du denn das Ding (MMA7755) überhaupt zum Laufen bekommen? Ich 
bin hier völlig verzweifelt, weil ich über SIP 3Wire nichts sinnvolles 
raus bekomme. Kannst Du ein C-Code einstellen?

Danke.

Autor: werner100 (Gast)
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Hallo -
Ja -ein Beschleunigungs-Sensor soll eine Kraftwirkung nachweisen, die am 
Sensor-Gehäuse oder einem daran befestigten Körper auftritt.

Das ist im Grunde ganz einfach zu verstehen:
Wenn ein Körper beschleunigt wird zeigt er sofort einen Widerstand und 
damit
auch mittelbar die Beschleunigungskraft.
Ein ruhender Körper z.B. auf der Erde wird auch beschleunigt, wenn er 
relativ
zur Unterlage ruht. Die Erd-Beschleunigung erzeugt dann die sog. 
Gewichtskraftder Beschleunigung.

Im Leeren Raum oder im Freien Fall kann der G-Sensor nichts anzeigen 
aber z.B. in einem Kraftwagen, wenn der anfährt.
Man muss dazu die die Anzeigerichtung des G-Sensors in die Horizontale
bzw Fahrtrichtung drehen - dort zeigt er dann nur beim Anfahren oder 
einer weiteren Steigerung der Fahrgeschwindigkeit die auftretende 
Beschleunigungskraft (meist horizontal) auch an. (evtl noch um 180° 
drehen)

Autor: Route 66 (route_66)
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Hallo werner100!
Du brauchst über sechs Jahre um die paar Zeilen zu tippen?
Ein Tritt in die richtige Stelle könnte Dich beschleunigen

: Bearbeitet durch User
Autor: ?!? (Gast)
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Stefan E. schrieb:
> lalala schrieb:
>> ...man spricht da auch von Erdbeschleunigung
>
> Erdbeschleunigung gibt es nur im freien Fall im Vakuum.

http://www.spektrum.de/lexikon/physik/erdbeschleunigung/4448

Autor: W.A. (Gast)
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mki schrieb:
> Wenn der Sensor ruhig auf dem Tisch liegt sollten doch eigentlich beide
> Achsen ungefähr 0 (Null) anzeigen.

Du weißt aber schon, dass es auf der Erdoberfläche soetwas wie 
Schwerkraft gibt?
https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitation

Das ist genau die Schwerebeschleunigung, die dafür sorgt, dass der 
Sensor mit seiner Schwerkraft an die Tischplatte gedrückt wird und 
dadurch ruhig auf dem Tisch liegen bleibt, anstatt irgendwie durch den 
Raum driftet ;-)

Autor: J. Ad. (gajk)
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Stefan E. schrieb:
> Trotzdem ist das "Beschleunigung" in "Beschleunigungssensor"
> eigentlich
> falsch. Ein ruhender Körper hat eine Beschleunigung von 0. Es spielt
> keine Rolle, ob er nun ruht, weil keine Kräfte auf ihn wirken, oder ob
> eine Kraft auf ihn wirkt (Gravitation) und er in der Bewegung gehindert
> wird (Tischplatte).

Mein Smartphone hat Beschleunigungssensoren. Man kann damit sowohl 
"Beschleunigung" anzeigen lassen oder "Gravitation". Die Sensoren sind 
also sehr wohl in der Lage Richtung und Betrag der Erdanziehung zu 
messen.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Stefan E. schrieb:
> Trotzdem ist das "Beschleunigung" in "Beschleunigungssensor" eigentlich
> falsch. Ein ruhender Körper hat eine Beschleunigung von 0.

Warum sollte das falsch sein. Der Sensor misst die Beschleunungung 
zwischen dem Gehäuse und der Probemasse in seinem Inneren. Dabei ist es 
egal, wer von beiden beschleunigt wird. Du merkst es nur am Vorzeichen.

Autor: Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite
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werner100 schrieb:
> Wenn ein Körper beschleunigt wird zeigt er sofort einen Widerstand und
> damit auch mittelbar die Beschleunigungskraft.

Eine bewegte Masse hat zunächst nichts mit einem Widerstand zu tun. Ein 
Widerstand ist immer mit einer Energiedissipation verbunden.

Erfährt eine Masse eine Impulsänderung, so ist diese Änderung mit einer 
Kraft verbunden (zweites Newton’sches Axiom).

Das was hier im allgemeinen Erdbeschleunigung oder Schwerebeschleunigung 
bezeichnet wird, ist tatsächlich die Gravitationsfeldstärke, also das 
Äquivalent zur elektrischen Feldstärke. Die (Gravitations)Kraft ist nun 
laut Gravitationsgesetz Gravitationsfeldstärke x Masse. Da die 
Kraftwirkung nicht von der Trägheitskraft zu unterscheiden ist (weil 
träge Masse = schwere Masse), ist die Gravitationsfeldstärke äquivalent 
der Beschleunigung im Newton’schen Sinne.

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