Tricorder sind unter uns

Die besten Physik-Multisensor-Apps für Android und iOS

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Wenn Mr. Spock für spontane Messungen seinen Tricorder aktiviert und die Daten an die Enterprise meldet, ist man bei Star Trek in einer fernen Zukunft. Aufgeklärte Smartphone-Besitzer bewerkstelligen solche Messungen schon heute.

Ein aktuelles Smartphone enthält weit mehr Sensoren als nur ein Mikrofon zum Telefonieren und einen Kamerachip für Handy-Fotos. Einige Fühler sind offenkundig wie die Fotozelle für die Helligkeitsanpassung des Displays oder der Lagesensor fürs automatische Drehen der Anzeige. Aber wussten Sie, dass manche Handys auch Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und magnetische Feldstärke in der Umgebung messen können?

In den App-Stores von Apple und Google finden sich zahllose Apps, mit denen sich die Smartphone-üblichen Sensoren abfragen lassen. Einige dieser Apps stellen die wichtigsten Sensordaten unter einer gemeinsamen Bedienoberfläche zur Verfügung, sodass man den Zusammenhängen zwischen Umgebungsgrößen leicht nachgehen kann. Wir wollten wissen, was man von diesen Multisensor-Apps erwarten darf, und stellen die besten davon vor.

Wo ist oben?

Wie unterscheidet ein Handy zwischen oben und unten? Mit einer Federwaage: Ein kleines Gewicht ist innerhalb eines Mikrochips so gelagert, dass es sich gegen eine Federkraft in einer Richtung bewegen kann. Unmittelbar daneben liegt eine fixe Leiterbahn, die zusammen mit dem Gewicht so verdrahtet ist, dass beide zusammen den Kondensator eines RC-Glieds bilden. Wird das Handy bewegt, bewegt sich unter dem Einfluss der Beschleunigung auch das Gewicht und verändert die Kapazität des Kondensators. Das lässt sich über den Wechselstrom-Widerstand des RC-Glieds messen. Durch drei derartige Sensoren lassen sich die Kräfte in X-, Y- und Z-Richtung verfolgen, so wie im Screenshot zu Sensor Kinetics auf Seite 135 sichtbar. Die Vektorsumme der drei Komponenten ergibt dann die exakte Lotrechte, wenn das Handy nicht bewegt wird. Ansonsten gibt der Sensor anhand der gemessenen Kräfte Aufschluss über die zugehörigen Beschleunigungskomponenten. Außerdem taugt das Handy als Schwingungsmesser, wenn es die Beschleunigungswerte im zeitlichen Verlauf auswertet.

Wie genau die Sensoren der drei Dimensionen aufeinander abgestimmt sind, lässt sich abschätzen, wenn man die Lage-Anzeige des Handys in unterschiedlichen Ausrichtungen mit der einer physischen Wasserwaage vergleicht. Wir fanden dabei in keinem Fall Abweichungen zwischen Handy und Wasserwaage.

Genau so wie der auch als Accelerometer bezeichnete lineare Beschleunigungsmesser funktioniert das Gyrometer zum Messen von Winkelbeschleunigungen – nur dass dabei in jeder Ebene kein linear verschiebbares Element zum Einsatz kommt, sondern ein drehbares ähnlich der Unruh einer mechanischen Uhr.

Wie hoch?

Smartphones können Höhe auf zweierlei Art messen. Zum einen liefert das GPS nicht nur Längen- und Breitengrad, sondern zum anderen auch absolute Angaben zur Höhe über dem Meeresspiegel. Diese sind aber wenig präzise und in Innenräumen mangels GPS-Empfang oft gar nicht zugänglich. Zum anderen ist Verlass auf die barometrische Höhenformel. Sie besagt in guter Näherung, dass der Atmosphärendruck bei einem Aufstieg um 8 Meter um 1 hPa sinkt. Diese sogenannte barometrische Höhenstufe hängt streng genommen von der Temperatur und vom Luftdruck ab – bei 30 °C und 3000 Meter über null beträgt sie 11,6 Meter. Trotzdem ist es etwa unter Piloten ein etabliertes Verfahren, sich beim Wetteramt nach dem aktuellen (fiktiven) Luftdruck auf Meereshöhe zu erkundigen und diesen Wert als Korrekturgröße im Höhenmesser einzustellen. Dann zeigt das Instrument den gemessenen Luftdruck gleich als Höhe über Normalnull an.

Der Screenshot zur App Phyphox ist nach einer Fahrstuhlfahrt entstanden. Er zeigt die gleichmäßigen Zu- und Abnahmen der Höhe, die daraus abgeleiteten Steig- und Sinkgeschwindigkeiten sowie die vertikale Beschleunigung bei jedem Anfahren und Anhalten des Fahrstuhls. ...

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c't 09/2018, Seite 132 (ca. 6 redaktionelle Seiten)
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Artikel-Vorschau
  1. Wo ist oben?
  2. Wie hoch?
  3. Fehlerfrei Nord
  4. Magnetfeld-Messungen
  5. Warm und feucht
  6. Hell und farbig
  7. Fazit
  8. Phyphox
  9. Toolbox pro
  10. Sensor Kinetics pro
  11. Sensors pro
  12. Smart Tools
  13. GPS Status pro
  14. SensorLog

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