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<!DOCTYPE html>

<title>Neigungssensor</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Neigungssensor</span></h1>

</header>

</div>

<p>Ein <b>Neigungssensor</b> ist ein feinmechanisches oder elektrisches Messgerät, das für einen Instrumenten- oder Fahrzeugrahmen den genauen Bezug zur <a href="Lotrichtung" title="Lotrichtung">Lotrichtung</a> herstellt oder Änderungen des <a href="Steigung#Steigungs-_oder_Neigungswinkel" title="Steigung">Neigungswinkels</a> überwacht.

</p><p>Für die <a href="Geod%C3%A4sie" title="Geodäsie">Geodäsie</a> geeignete Sensoren wurden in den 1970er-Jahren entwickelt und anfangs <i>Neigungs</i>- bzw. <i><a href="H%C3%B6henkompensator" title="Höhenkompensator">Höhenkompensator</a></i> oder <i>elektronische Libelle</i> genannt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Messprinzipien">Messprinzipien</h2></div>

<div class="hauptartikel" role="navigation"><span class="hauptartikel-pfeil" title="siehe" aria-hidden="true" role="presentation">→ </span><i><span class="hauptartikel-text">Hauptartikel</span>: <a href="Winkelmessung#Neigungsmessung" title="Winkelmessung">„Neigungsmessung“ im Artikel Winkelmessung</a></i></div>

<p>Es gibt zahlreiche Verfahren, um Neigungen gegenüber der durch die Schwerkraft vorgegebenen Lotrichtung zu messen. Dem <a href="Lot_(Werkzeug)" class="mw-redirect" title="Lot (Werkzeug)">Lot</a> oder <a href="Senkblei" class="mw-redirect" title="Senkblei">Senkblei</a> nachempfunden funktionieren Pendelkörper, die mechanisch oder elektromagnetisch gelagert sind und deren Lage <a href="Elektronische_Distanzmessung" class="mw-redirect" title="Elektronische Distanzmessung">elektronisch</a>, <a href="Induktiver_Sensor" title="Induktiver Sensor">induktiv</a>, <a href="Kapazitiver_N%C3%A4herungsschalter" title="Kapazitiver Näherungsschalter">kapazitiv</a> oder <a href="Elektrooptische_Entfernungsmessung" title="Elektrooptische Entfernungsmessung">optisch</a> gemessen wird. <a href="Kreiselplattform" title="Kreiselplattform">Kreiselplattformen</a> bestimmen eine relative Lageänderung zur Ausgangslage und arbeiten schwerkraftunabhängig.

</p><p><a href="MEMS" class="mw-redirect" title="MEMS">Mikroelektromechanische Systeme</a> nutzen typischerweise Feder-Masse-Systeme, die die Auslenkung kleiner Testmassen in Abhängigkeit von der Lage mit den oben aufgeführten Prinzipien bestimmen.

</p><p>Andere Sensoren arbeiten mit Flüssigkeiten. Sie nutzen entweder die Reflexion oder Brechung eines Lichtstrahls durch den <a href="Fl%C3%BCssigkeitsspiegel" title="Flüssigkeitsspiegel">Flüssigkeitsspiegel</a> oder eine <a href="Widerstandsmessung" class="mw-redirect" title="Widerstandsmessung">Widerstandsmessung</a> bzw. Kapazitätsmessungen in Abhängigkeit von der Lage der Flüssigkeit.

</p><p>Eine weitere Gruppe stellen die thermischen Verfahren dar: In der Messzelle befindet sich ein kleines Heizelement. Durch <a href="Konvektion" title="Konvektion">Konvektion</a> steigt das erwärmte Gas in der Messzelle auf. Um die Messzelle herum befinden sich Temperaturfühler, die die Ausrichtung des Wärmestroms in der Messzelle erfassen und daraus die Lage des Systems bestimmen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Digitalkamera">Digitalkamera</h3></div>

<p>Manche <a href="Digitalkamera" title="Digitalkamera">Digitalkameras</a> und <a href="Smartphone" title="Smartphone">Smartphones</a> haben drei senkrecht zueinander stehende Beschleunigungssensoren, mit deren Hilfe die <a href="Lotrichtung" title="Lotrichtung">Lotrichtung</a> für das Gerät bestimmt und in den <a href="Metadaten" title="Metadaten">Metadaten</a> der Bilddateien gespeichert werden kann.

</p>

<p>Der Auszug aus den <a href="EXIF" class="mw-redirect mw-disambig" title="EXIF">EXIF</a>-Daten der nebenstehenden <a href="JPEG" title="JPEG">JPEG</a>-Datei weist zum Beispiel die entsprechenden (gerundeten) Messwerte aus:

</p>

<pre>Accelerometer Z  : 250

Accelerometer X  : -1

Accelerometer Y  : 55

Camera Orientation  : Normal

Roll Angle  : 0

Pitch Angle  : -12.4

</pre>

<p>Die Kamera hat das Bild im Querformat (Kameraorientierung = „Normal“) aufgenommen. Der <a href="Rollwinkel" class="mw-redirect" title="Rollwinkel">Rollwinkel</a> betrug rund 0°, da die Kamera seitlich horizontiert war. Der <a href="Nickwinkel" class="mw-redirect" title="Nickwinkel">Nickwinkel</a> betrug 12,4°, da die Kamera geneigt war. Da sie in Blickrichtung nach unten geneigt war, ist der Nickwinkel negativ angegeben. Die Beschleunigungswerte in X- (rechts / links), Y- (vorne / hinten) und Z-Richtung (unten / oben) sind als gerundete ganzzahlige Werte im Zahlenbereich von -256 bis 256 angegeben, und es gilt die Nebenbedingung:

</p>

<msqrt>

<msup>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</msup>

</msqrt>

</mrow>

<msqrt>

<msup>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</msup>

</msqrt>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\sqrt {X^{2}+Y^{2}+Z^{2}}}=256\approx {\sqrt {(-1)^{2}+55^{2}+250^{2}}}=255{,}98}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e57a643c1b3e7d974f789cc067d3716ac414ea2b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.671ex; width:57.774ex; height:4.843ex;" alt="{\displaystyle {\sqrt {X^{2}+Y^{2}+Z^{2}}}=256\approx {\sqrt {(-1)^{2}+55^{2}+250^{2}}}=255{,}98}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Dieser bei unbewegter Kamera maximal auftretende Wert von 256 entspricht der <a href="Erdbeschleunigung" class="mw-redirect" title="Erdbeschleunigung">Erdbeschleunigung</a>.

</p><p>Der Rollwinkel <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \phi }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \phi }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/72b1f30316670aee6270a28334bdf4f5072cdde4.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:1.385ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle \phi }" loading="lazy"></span> ergibt sich folgendermaßen aus den Beschleunigungswerten:

</p>

<mi>arctan</mi>

<mfrac>

</mfrac>

</mrow>

<mi>arctan</mi>

<mfrac>

<mrow>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mrow>

<msup>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \phi =\arctan {\frac {X}{Z}}=\arctan {\frac {-1}{250}}\approx -0{,}2^{\circ }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/a52179714b8f62eb8dc18a0296a9e8179ee9aa55.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.838ex; width:37.361ex; height:5.176ex;" alt="{\displaystyle \phi =\arctan {\frac {X}{Z}}=\arctan {\frac {-1}{250}}\approx -0{,}2^{\circ }}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Der Nickwinkel <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \theta }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \theta }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/6e5ab2664b422d53eb0c7df3b87e1360d75ad9af.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.09ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \theta }" loading="lazy"></span> ergibt sich folgendermaßen aus den Beschleunigungswerten:

</p>

<mi>arctan</mi>

<mfrac>

</mfrac>

</mrow>

<mi>arctan</mi>

<mfrac>

</mfrac>

</mrow>

</mrow>

<msup>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \theta =-\arctan {\frac {Y}{Z}}=-\arctan {\frac {55}{250}}\approx -12{,}4^{\circ }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/66a38b2bd4156534743062696c4cfcdf2ae3f798.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.838ex; width:42.412ex; height:5.176ex;" alt="{\displaystyle \theta =-\arctan {\frac {Y}{Z}}=-\arctan {\frac {55}{250}}\approx -12{,}4^{\circ }}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendungen_in_der_Geodäsie"><span id="Anwendungen_in_der_Geod.C3.A4sie"></span>Anwendungen in der Geodäsie</h2></div>

<p>Kleine Neigungssensoren sind im Unterbau moderner <a href="Theodolit" title="Theodolit">Theodolite</a> und <a href="Tachymeter_(Geod%C3%A4sie)" title="Tachymeter (Geodäsie)">Tachymeter</a> eingebaut. Sie können sehr genau sein (0,5–1″), weil sie nur einen kleinen <a href="Messbereich" title="Messbereich">Messbereich</a> benötigen. Sie übernehmen die Funktion eines <a href="H%C3%B6henkompensator" title="Höhenkompensator">Höhenkompensators</a> für den <a href="Vertikalkreis_(Instrument)" title="Vertikalkreis (Instrument)">Vertikalkreis</a>, überwachen aber auch die Neigung der <a href="Stehachsfehler" class="mw-redirect" title="Stehachsfehler">Stehachse</a> in beiden Richtungen.

</p><p>Auch eigene Aufsatzgeräte sind auf dem Markt, z. B. für <a href="Lasertracker" class="mw-redirect" title="Lasertracker">Lasertracker</a> oder zur <a href="Lotung" class="mw-redirect" title="Lotung">Lotung</a>. Besonders genaue Neigungssensoren werden in Instrumente der <a href="Astrogeod%C3%A4sie" title="Astrogeodäsie">Astrogeodäsie</a> eingebaut, beispielsweise in moderne <a href="Prismenastrolab" title="Prismenastrolab">Prismenastrolabien</a> oder CCD-<a href="Zenitkamera" title="Zenitkamera">Zenitkameras</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Industrielle_Sensoren">Industrielle Sensoren</h2></div>

<p>Industrielle Sensoren haben typisch eine geringere Genauigkeit, aber größere Mess- und Temperaturbereiche als geodätische Sensoren. Typisch sind 15° bis 60° Messbereich mit Genauigkeiten im <a href="Promille" title="Promille">Promille</a>-Bereich (also einige 0,01° Winkelfehler) und Einsatzbereiche von −30 bis +70 °C.

</p><p>Das Einsatzspektrum reicht vom Unfallschutz, beispielsweise an Baggern und Kränen, bis zur Maschinenüberwachung und zu <a href="Industrieroboter" title="Industrieroboter">Industrierobotern</a>. Mit geringerem Messbereich (einige Grad) lassen sich Genauigkeiten von 5′′ bis 10′′ erreichen.

Die Sensoren übermitteln die Messdaten typischerweise elektronisch als Spannungspegel oder über eine <a href="Stromschnittstelle" title="Stromschnittstelle">Stromschnittstelle</a>. Gebräuchlich sind auch digitale Übertragungen, beispielsweise im seriellen <a href="RS232" class="mw-redirect" title="RS232">RS232</a>-Format oder über das <a href="Controller_Area_Network" title="Controller Area Network">Controller-Area-Network</a>-Protokoll. Für die Nutzung in der industriellen Automatisierungstechnik existiert das standardisierte <a href="CANopen" title="CANopen">CANopen</a>-Profil (CiA 410).

</p></div><div><div class="zim-footer">

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