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2025-12-08T07:49:05Z

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[[Datei:Elektronische Wasserwaage.png|mini|[[Live-View]] bei einer [[Digitalkamera]] mit grünen [[Hilfslinie]]npaaren zur lotrechten Ausrichtung der Kamera ([[Rollen (Längsachse)|Rollen]] (transparente graue [[Kreisring]]esegmente) und [[Querachse|Nicken]] (transparente graue senkrechte Balken)). Die Messwerte können in den [[Metadaten]] der Aufnahme gespeichert werden ([[EXIF]]).]]

Ein '''Neigungssensor''' ist ein feinmechanisches oder elektrisches Messgerät, das für einen Instrumenten- oder Fahrzeugrahmen den genauen Bezug zur [[Lotrichtung]] herstellt oder Änderungen des [[Steigung#Steigungs- oder Neigungswinkel|Neigungswinkel]]s überwacht.

Für die [[Geodäsie]] geeignete Sensoren wurden in den 1970er-Jahren entwickelt und anfangs ''Neigungs''- bzw. ''[[Höhenkompensator]]'' oder ''elektronische Libelle'' genannt.

== Messprinzipien ==
{{Hauptartikel|Winkelmessung#Neigungsmessung|titel1=„Neigungsmessung“ im Artikel Winkelmessung}}
Es gibt zahlreiche Verfahren, um Neigungen gegenüber der durch die Schwerkraft vorgegebenen Lotrichtung zu messen. Dem [[Lot (Werkzeug)|Lot]] oder [[Senkblei]] nachempfunden funktionieren Pendelkörper, die mechanisch oder elektromagnetisch gelagert sind und deren Lage [[elektronische Distanzmessung|elektronisch]], [[Induktiver Sensor|induktiv]], [[Kapazitiver Näherungsschalter|kapazitiv]] oder [[Elektrooptische Entfernungsmessung|optisch]] gemessen wird. [[Kreiselplattform]]en bestimmen eine relative Lageänderung zur Ausgangslage und arbeiten schwerkraftunabhängig.

[[MEMS|Mikroelektromechanische Systeme]] nutzen typischerweise Feder-Masse-Systeme, die die Auslenkung kleiner Testmassen in Abhängigkeit von der Lage mit den oben aufgeführten Prinzipien bestimmen.

Andere Sensoren arbeiten mit Flüssigkeiten. Sie nutzen entweder die Reflexion oder Brechung eines Lichtstrahls durch den [[Flüssigkeitsspiegel]] oder eine [[Widerstandsmessung]] bzw. Kapazitätsmessungen in Abhängigkeit von der Lage der Flüssigkeit.

Eine weitere Gruppe stellen die thermischen Verfahren dar: In der Messzelle befindet sich ein kleines Heizelement. Durch [[Konvektion]] 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.

=== Digitalkamera ===
Manche [[Digitalkamera]]s und [[Smartphone]]s haben drei senkrecht zueinander stehende Beschleunigungssensoren, mit deren Hilfe die [[Lotrichtung]] für das Gerät bestimmt und in den [[Metadaten]] der Bilddateien gespeichert werden kann.

[[Datei:Edertalsperre.vom.Uhrenkopf.gesehen.jpg|mini|Eine digitale Aufnahme mit horizontal ausgerichteter und leicht nach unten geneigter Kamera.]]

Der Auszug aus den [[EXIF]]-Daten der nebenstehenden [[JPEG]]-Datei weist zum Beispiel die entsprechenden (gerundeten) Messwerte aus:

Accelerometer Z : 250
Accelerometer X : -1
Accelerometer Y : 55
Camera Orientation : Normal
Roll Angle : 0
Pitch Angle : -12.4

Die Kamera hat das Bild im Querformat (Kameraorientierung = „Normal“) aufgenommen. Der [[Rollwinkel]] betrug rund 0°, da die Kamera seitlich horizontiert war. Der [[Nickwinkel]] 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:

:<math>\sqrt {X^2 + Y^2 + Z^2} = 256 \approx \sqrt {(-1)^2 + 55^2 + 250^2} = 255{,}98</math>

Dieser bei unbewegter Kamera maximal auftretende Wert von 256 entspricht der [[Erdbeschleunigung]].

Der Rollwinkel <math>\phi</math> ergibt sich folgendermaßen aus den Beschleunigungswerten:

:<math>\phi = \arctan {\frac {X} {Z}} = \arctan {\frac {-1} {250}} \approx -0{,}2^\circ</math>

Der Nickwinkel <math>\theta</math> ergibt sich folgendermaßen aus den Beschleunigungswerten:

:<math>\theta = - \arctan {\frac {Y} {Z}} = - \arctan {\frac {55} {250}} \approx -12{,}4^\circ</math>

== Anwendungen in der Geodäsie ==
Kleine Neigungssensoren sind im Unterbau moderner [[Theodolit]]e und [[Tachymeter (Geodäsie)|Tachymeter]] eingebaut. Sie können sehr genau sein (0,5–1″), weil sie nur einen kleinen [[Messbereich]] benötigen. Sie übernehmen die Funktion eines [[Höhenkompensator]]s für den [[Vertikalkreis (Instrument)|Vertikalkreis]], überwachen aber auch die Neigung der [[Stehachsfehler|Stehachse]] in beiden Richtungen.

Auch eigene Aufsatzgeräte sind auf dem Markt, z. B. für [[Lasertracker]] oder zur [[Lotung]]. Besonders genaue Neigungssensoren werden in Instrumente der [[Astrogeodäsie]] eingebaut, beispielsweise in moderne [[Prismenastrolab]]ien oder CCD-[[Zenitkamera]]s.

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

Das Einsatzspektrum reicht vom [[Unfallschutz]], beispielsweise an Baggern und Kränen, bis zur Maschinenüberwachung und zu [[Industrieroboter]]n. 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 [[Stromschnittstelle]]. Gebräuchlich sind auch digitale Übertragungen, beispielsweise im seriellen [[RS232]]-Format oder über das [[Controller Area Network|Controller-Area-Network]]-Protokoll. Für die Nutzung in der industriellen Automatisierungstechnik existiert das standardisierte [[CANopen]]-Profil (CiA 410).

[[Kategorie:Dimensionales Messgerät]]
[[Kategorie:Geodätisches Instrument]]
[[Kategorie:Sensor]]

Neigungssensor - Versionsgeschichte

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