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Schalteranordnung zur Anzeige einer bestimmten Beschleunigung Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Beschleunigungsmesser, insbesondere auf digitale
Beschleunigungsmesser, d.h. Beschleunigungsmesser, die anzeigen, ob ein vorgegebener
Beschleunigungs-Schwellwert überschritten wurde oder nicht.
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Eine bekannte Vorrichtung dieser Art verwendet piezoelektrische Kristalle.
Zwei solche Kristalle werden zwischen einem Massekörper und einer Grundplatte angeordnet.
Der gesamte, so gebildete Aufbau wird dann an einem Gegenstand befestigt. Wirkt
eine anwachsende Beschleunigung auf den Gegenstand ein, so übt die Masse auf die
Kristalle einen entsprechend zunehmenden Druck aus. Die Kristalle erzeugen dann
ihrerseits eine sich ändernde Ausgangsspannung, die der Zunahme bzw. dem Abfall
der Beschleunigung proportional ist.
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Weitere bekannte Anordnungen für die Erfassung von Beschleunigungsänderungen
sind in der Form von druckempfindlichen Transistoren vorliegende Meßwertwandler
mit Piezoübergang. In diesem Fall wird auf den Emitter-/Basisübergang des Transistors
mit zunehmender Beschleunigung ein Druck ausgeübt, so daß die Stromverstärkung geändert
wird.
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Diese bekannten Anordnungen bringen jedoch viele Probleme mit sich.
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Zunächst erfordern sie eine seismische Massen- und Federanordnung,
um die Beschleunigungskraft auf das Fühlorgan zu übertragen, wobei die Verbindung
der gesamten Anordnung mit dem Fühlorgan kritisch ist. Ferner wird, da es sich dabei
um analoge Fühlorgane handelt, die Beschleunigung fortlaufend abgetastet, so daß
Verlustwärme entsteht. Schließlich sind die bekannten Anordnungen besonders groß,
außerdem verursachen sie Gewichtsprobleme.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung eines digitalen
Beschleunigungsmessers, der leichter und kleiner als bisherige Beschleunigungsmesser
ist, so daß er sich beispielsweise an einem Geschoß anbringen läßt. Gleichzeitig
soll gewährleistet sein, daß allenfalls eine geringe Verlustleistung auftritt, außerdem
Kompatibilität in bezug auf integrierte Schaltkreise gegeben ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schalteranordnung zur Anzeige einer
bestimmten Beschleunigung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auf einer
gemeinsamen Trägerplatte ein erster leitender Körper und in geringem Abstand davon
und elektrisch davon isoliert ein zweiter leitender Körper angeordnet sind, und
daß der zweite leitende Körper so bemessen und dabei sein Abstand von dem ersten
leitenden Körper so gehalten ist, daß er bei und nur bei Einwirkung der bestimmten
Beschleunigung auf die Schalteranordnung eine Bewegung erfährt, durch die er sich
unter Überführung der Schalteranordnung in den leitenden Zustand auf den ersten
leitenden Körper zu bewegt.
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Dadurch läßt sich in der gewünschten Weise ein sehr kleiner, digitaler
Festkörper-Beschleunigungsmesser für die Erfassung von Beschleunigungs-Schwellwerten
erhalten, der gleichzeitig auch die notwendige Kompatibilität in bezug auf integrierte
Schaltkreise aufweist. n schwellwert" bedeutet dabei einen einzigen, vorgegebenen
Beschleunigungswert.
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Die Schalteranordnung nach der Erfindung ist somit nur in der Lage,
einen einzigen, vorgegebenen Beschleunigungswert zu ermitteln. Es ist jedoch häufig
wünschenswert zu wissen, wann ein Gegenstand
einen ganz bestimmten
Beschleunigungswert durchläuft oder was für bestimmte Beschleunigungskräfte auf
einen bestimmten Gegenstand in einer bestimmten Richtung einwirken, so daß jeweils
nur die Erfassung eines bestimmten Schwellwertes notwendig ist. Beispielsweise kann
es wünschenswert sein, die Zentrifugalbeschleunigung einer umlaufenden Maschine
wie einer Turbine oder eines Generators zu kennen. Oder aber, es besteht-das Bedürfnis
zu erfahren, wann ein von einer geeigneten Abfeuereinrichtung abgeschossenes Geschoß
eine bestimmte Beschleunigung erreicht, was dann ein Beispiel für eine Rückschlagbeschleunigung
ist. Ebenso kann das Bedürfnis bestehen, die Beschleunigungskräfte zu messen, die
auf ein in einen Unfall verwickeltes Automobil einwirken, was ein Beispiel für eine
Aufschlagbeschleunigung darstellt. Über die drei vorgenannten Beispiele hinaus gibt
es unzählige weitere Situationen, wo es wünschenswert sein kann, das Überschreiten
eines bestimmten Beschleunigungs-Grenzwertes zu erfassen.
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Eine besonders günstige praktische Einsatzmöglichkeit der Schalteranordnung
nach der Erfindung ergibt sich, wenn ihre beiden leitenden Körper elektrisch an
eine durch die Über führung der Schalteranordnung aus ihrem nicht-leitenden in ihren
leitenden Zustand bzw. umgekehrt steuerbare elektronische Schalteinrichtung angeschlossen
sind.
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Sollen mehrere Beschleunigungs-Schwellwerte bzw. -Grenzwerte festgehalten
werden, um einen Überblick über die Änderung der Beschleunigung in Abhängigkeit
von der Zeit zu erhalten, so kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die
erfindungsgemäße Schalteranordnung, insbesondere in Verbindung mit der ihr zugeordneten
elektronischen steuerbaren Schalteinrichtung, einer Mehrzahl gleichartiger Schalteranordnung
parallelgeschaltet sein, die jeweils auf unterschiedliche Beschleunigungswerte ansprechen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig.
1 perspektivisch eine Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Schalteranordnung
nach der Erfindung; Fig. 2 schematisch ein die Schalteranordnung nach Fig. 1 verwendendes
Schaltbild; Fig. 3 eine etwas abgewandelte Ausführungsform einer Schalteranordnung
nach der Erfindung; Fig. 4 schematisch eine Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl
von Schalteranordnungen nach der Erfindung sowie einer Mehrzahl diesen zugeordneter
Transistoren zur Messung des Beschleunigungsprofils eines Gegenstandes; Fig. 5A
ein typisches Eeschleunigungsprofil; Fig. 5B ein Diagramm, das das Ansprechen einer
Reihe etwa entsprechend Fig. 4 zusammengeschalteter Schalteranordnungen nach der
Erfindung bei der Gewinnung des Beschleunigungsprofils nach Fig. SA erkennen läßt.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Schalteranordnung 10, wie sie sich
leicht an einem zu untersuchenden Gegenstand (nicht dargestellt) wie einem Automobil,
einem Artilleriegeschoß oder auch einer Drehbank anbringen läßt. Aus Erläuterungsgründen
- ohne daß dadurch jedoch die Anwendbarkeit der Erfindung eingeschränkt werden soll
-sei angenommen, daß die Schalteranordnung 10 sich in Richtung eines Pfeiles 7,
d.h. bezogen auf die Zeichnung senkrecht nach oben, bewegt. Wenn die Geschwindigkeit
des mit der Schalteranordnung 10 ausgestatteten Gegenstandes zunimmt, so erfahren
Gegenstand und Schalteranordnung eine Beschleunigung in Richtung des Pfeiles 7.
Entsprechend den beiden Newtonschen Gesetzen, wonach die Kraft dem Produkt aus Masse
und Beschleunigung bzw. actio = reactio ist, erfahren der Gegenstand und die Schalteranordnung
10 in der mit einem Pfeil 8 angedeuteten Richtung, also entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung
entsprechend dem Pfeil 7, eine neschleunigungskraft.
Die Schalteranordnung
10 ist in der Lage anzusprechen, wenn die Beschleunigungskraft in Richtung des Pfeiles
8 aufgrund einer weiter zunehmenden Beschleunigung einen bestimmten Grenzwert überschreitet,
wobei ein allgemein mit 12 bezeichneter Schalter durch Auslenkung einer oberen Zunge
18 zu einer unteren Gegenzunge 14 hin betätigt wird.
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Die Gegenzunge 14 bildet einen ersten leitenden Körper, der den unteren
Kontakt des Schalters 12 darstellt. Die Gegenzunge 14 ist ein einfaches, ebenes
Gebilde, das über seine gesamte Länge leitend und in Fig. 1 als feststehend wiedergegeben
ist. Die Gegenzunge 14 kann aus jedem geeigneten leitenden Material hergestellt
sein. Vorzugsweise besteht sie jedoch aus Gold.
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An die Gegenzunge 14 anschließend erstreckt sich eine Schicht 16 aus
Titan, die jedoch ebenfalls aus anderen Werkstoffen bestehen kann, sofern diese
nur eine ausreichende Haftung an einem den Schalter 12 aufnehmenden Substrat 11
gewährleisten und sich im übrigen ohne Beeinträchtigung des die Gegenzunge 14 bildenden
Materials ätzen lassen. Die Verbindung zwischen Gegenzunge 14 und Schicht 16 wird
durch intermetallische Kräfte hervorgerufen, wobei die Einzelheiten im Rahmen der
vorliegenden Erfindung jedoch nicht von Bedeutung sind, so daß darauf nicht weiter
eingegangen wird.
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Die Gegenzunge 14 ruht mit der Schicht 16 auf dem Substrat 11 auf,
das aus einem Isolierwerkstoff wie Glas oder Aluminiumoxid hergestellt ist und eine
typische Dicke im Bereich von etwa 0,05 bis 0,5 mm haben kann. Das Titan soll nicht
nur ein einwandfreies Ätzen ermöglichen, sondern auch dazu dienen, die vorzugsweise
aus Gold bestehende Gegenzunge 14 an dem aus Isolierwerkstoff bestehenden-Substrat
11 haften lassen zu können.
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Die freie Zunge 18 bildet einen zweiten leitenden Körper. Sie ist
eben und beweglich ausgebildet und über ihre gesamte Länge leitend.
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Das in Fig. 1 linke, durch einen Rand 20 begrenzte Ende der freien
Zunge 18 steht an seiner dem Substrat 11 zugewandten Seite mit einem aus leitendem
Material hergestellten Distanzstück 26 mittels
intermetallischer
Kräfte mit einem Bereich in Verbindung, der durch den Rand 20 sowie einen Punkt
21 definiert ist. Mit einem weiteren Bereich, der durchseinen am in Fig. 1 rechten
Ende der Zunge 18 befindlichen Rand 22 sowie einen - bezogen auf die Zeichnung -
links davon angeordneten Punkt 23 definiert ist, ragt die freie Zunge 18 bis in
den Bereich der feststehenden Gegenzunge überlappend hinein. Der zwischen dem Punkt
21 und dem Rand 22 liegt gende Teil der freien Zunge 18 ist durch keinerlei zwischengescha~
tetes Material abgestützt. Wenn ein mit der Schalteranordnung 10 ausgestatteter
Gegenstand sich in Ruhe befindet, vedäuft der zwischen dem Punkt 21 und dem Rand
22 befindliche Bereich der freien Zunge 18 im wesentlichen parallel zu der Gegenzunge
14. Das Distanzstück 26 bestimmt den Abstand y zwischen den beiden Teilgebieten,
in denen die freie Zunge 18 und die Gegenzunge 14 einander überlappen. Im Ruhezustand
des Gegenstandes nehmen die beiden Zungen 14 und 18 daher eine im wesentlichen feststehende
Lage relativ zueinander ein.
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Die freie Zunge 18 ist ebenso wie die Gegenzunge 14 vorzugsweise aus
Gold hergestellt, obwohl andere Metalle in gleicher Weise einsetzbar sind, sofern
sie eine ausreichende Nachgiebigkeit und Elastizität, ferner eine zur leichten Einstellung
ihrer Dicke geeignete Ätzbarkeit aufweisen. Ferner muß das Metall genügend gleichförmig
und frei von Fehlstellen sein, eine gegenüber den anderen verwendeten Metallen unterschiedliche
Ätzbarkeit und einen Elastizitätsmodul E haben, der sich mit der Temperatur nur
geringfügig ändert. Das Distanzstück kann aus Nickel, Molybdän oder einem anderen
Material bestehen, das sich unter einer aus Gold bestehenden freien Zunge 18 leicht
herausätzen läßt, ohne daß die Zunge selbst durch den Atzvorgang angegriffen wird.
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Mit dem Distanzstück 26 ist eine Lage 28 aus leitendem Metall, vorzugsweise
wiederum Gold, verbunden. Die Lage 28 erstreckt sich in demselben Höhenabstand von
der oberen Begrenzungsebene des Substrats 11 wie die Gegenzunge 14. Ein kleiner
Teil der Lage 28 steht mit dem Distanzstück 26 in Verbindung. An die Lage 28 angrenzend
erstreckt sich eine Schicht 17 aus Titan. Die Schicht 17,
die Lage
28 und das Distanzstück 26 stellen einen ersten, leitenden Bestandteil der Abstützung
der freien Zunge 18 dar, dessen zweiten Bestandteil das isolierende Substrat 11
bildet.
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Bei der Bestimmung der den Schalter 12 bildenden Elemente müssen eine
Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Zu diesen Faktoren gehören die Länge L,
mit der die freie Zunge 18 von dem Punkt 21 aus über das Distanzstück 26 hinausragt,
der Abstand y zwischen der freien Zunge 18 und der Gegenzunge 14, die Resonanzfrequenz
der freien Zunge 18, die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Zungen
und die Stärke d der oberen freien Zunge 18.
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Wie bei jedem Schalter steht zwischen den Zungen 18 und 14 eine Spannung
an, wenn der Schalter sich im geöffneten Zustand befindet. Wegen der besonders kleinen
Größe des Schalters nach der Erfindung bringen daher übermäßig große Spannungen
zwischen den Zungen Probleme mit sich. Eine Begrenzung für die Betriebsspannung
ergibt sich aus der dielektrischen Durchbruchsspannung für Luft, die typischerweise
in dem Bereich von 2-3 x 106 V/m liegt. Es ist wünschenswert, daß dieser Durchbruch
eintritt, wenn der Schalter sich bis auf 5 % seines ursprünglichen Abstandswertes
- d.h. den Abstand zwischen der freien Zunge 18 und der Gegenzunge 14 für den Ruhezustand
von Gegenstand und zugeordnetem Schalter - geschlossen hat. Diese Zusammenhänge
lassen sich wie folgt ausdrucken: VBetr < 2-3 x 106 V/m, (1) 0,05 y = worin y
der Abstand zwischen den Zungen ist, wenn der mit dem Schalter versehene Gegenstand
sich im Ruhezustand befindet. Wie ersichtlich, wird entsprechend der Beziehung (1)
die Arbeitsspannung zwischen den Zungen auf einen sehr kleinen Wert von vorzugsweise
weniger als 1 Volt begrenzt.
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Eine weitere Einschränkung für die Betriebs spannung ergibt sich aus
der elektrostatischen Wirkung, die ggf. durch eine zu große, auf die Zungen einwirkende
Spannung hervorgerufen werden kann. In einem solchen Fall könnte es zu einer vorzeitigen
Schließung der
Kontakte infolge elektrostatischer Anziehung kommen.
Mit anderen Worten, die Zungen würden schließen, bevor die Schwellwert-Beschleunigung
erreicht worden ist, so daß der Beschleunigungswert ungenau angezeigt würde. Um
den Einfluß der elektrostatischen Wirkung weitestgehend auszuschalten, sollte die
Betriebsspannung daher weniger als 5 % der Spannung ausmachen, bei der es zu einem
Anziehen kommen kann. Um eine einwandfreie Anzeige einer bestimmten Schwellwert-Beschleunigung
zu erhalten, muß daher gelten: VBetr 50,05 VAnz (2) Die Anzug-Stannung - VAnz der
Beziehung (2) ist die Spannung, die die Kontakte vorzeitig zum Schließen bringt,
ehe die gewünschte Schwellwert-Beschleunigung a(t)Schwell erreicht worden ist. Die
Anzug-Spannung bestimmt sich wie folgt:
| VAnZ158-y Q r Q WL'd a(t)Schwel , (3) |
| w 276 olfL' lY K g |
worin E0 die Dielektrizitätskonstante von Luft, W die Breite der Zunge 18, L' der
Abstand zwischen dem Rand 22 und dem Punkt 23 der Zunge 18 ist, in dem freie Zunge
18 und Gegenzunge 14 einander überlappen, y der Abstand zwischen den beiden Zungen
14 und 18 im Ruhezustand der schalteranordnung,? die Dichte der freien Zunge 18,
d die Dicke der freien Zunge 18, g die Erdbeschleunigung und K die Federkonstante
der Zunge 18 entsprechend der Beziehung K = 3Ed3WL' (4) 3L4 und E in der Beziehung
(4) der Elastizitätsmodul der Zunge 18 sind.
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Es ist für den einschlägigen Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß
der zuvor erwähnte 5 %-Wert für die dielektrische Durchbruchsspannung von Luft und
die Anzug-Spannung je nach den Bedingungen, unter denen der Beschleunigungsmesser
eingesetzt werden soll, eine Änderung erfahren kann.
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Bei der Bestimmung der Länge der Zunge 18 zwischen dem Punkt 21 und
dem Rand 22 muß der Resonanzfrequenz der Zunge Rechnung getragen
werden.
Diese Resonanzfrequenz ergibt sich aus der Beziehung:
| res = 0t505 d F (Hz). (5) |
'Nachdern Länge und Dicke der Zunge 18 unter Verwendung der anderen Faktoren bestimmt
worden sind, muß die Zunge 18 neu ausgelegt werden, so daß ihre Resonanz frequenz
mehrere Oktaven über der höchsten Frequenzkomponente liegt, die in einem weiter
unten noch zu erläuternden Beschleunigungsprofil enthalten ist.
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Die Wahl der geometrischen Abmessungen wird ebenfalls durch den Beschleunigungs-Schwellwert
bestimmt. Bei der Wahl des Abstandes zwischen den Zungen 14 und 18 muß daher auf
die folgende Beziehung Rücksicht genommen werden:
| y = 3 e L4 1 + a(t)Schwell] (m) (6) |
| 2EdZ g |
| . |
| = 0,384 1 + a(t)Schwell |
| freie |
| - 0,334 a(t)Schwell (m). |
| 2 g |
| fres |
Daher kann, nachdem eine Annäherung zwischen der Länge und der Dicke der freien
Zunge 18 vorgenommen worden ist, der Abstand zwischen den Kontakten durch Einsetzen
des gewünschten Wertes für die Schwellwert-Beschleunigung in Gleichung (6) ermittelt
werden.
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Für ein praktisches Ausführungsbeispiel käme die Verwendung von Gold
mit einer Dichte von 2 x 1Q4 kg/m3 und ein Elastizitätsmodul von E = 8 x 109 kg/m2
in Frage.
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Die Abmessungen für den Schalter könnten beispielsweise folgende sein:
y = 6 Mikron, d = 6 Mikron, L = 0,05 mm und W - 0,025 mm.
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Damit würde eine Schwellwert-Beschleunigung aschwell = 560 g erhalten
und die Resonanzfrequenz fres = 6 kHz sein.
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An die Zunge 14 und die Lage 28 sind Anschlußdrähte 30 bzw. 31
beispielsweise
durch Herstellung einer Druckverbindung (thermal compression bonding) angeschlossen.
Für die Anschlußdrähte 30 und 31 soll dasselbe Metall wie für die Gegenzunge 14
bzw. die Lage 28 verwendet werden, um die Bildung einer galvanischen Zellenwirkung
möglichst gering zu halten. Vorzugsweise bestehen die Anschlußdrähte 30 und 31 daher
aus Gold. Statt der Drähte 30 bzw. 31 können auch Goldstreifen-Zufhrungen verwendet
werden, die über den Rand des Substrats 11 hinausragen.
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Fig. 2 gibt eine elektrische Schaltung wieder, die anzeigt, oh der
Schalter sich im geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet.
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Dieser Schaltkreis enthält einen Transistor 32 mit einem Kollektor
33, einer Basis 34 sowie einem Emitter 35. Der Emitter 35 liegt an Masse 40 und
ist somit über den Anschlußdraht 30 mit der Gegenzunge 14 verbunden. Die Basis 34
steht mit der beweglichen freien Zunge 18 des Schalters 12 über das Distanzstück
26, die Lage 28 sowie den Anschlußdraht 31 in Verbindung. über einen Widerstand
37 liegt das Potential +V einer Speisespannung an der Basis 34. Wie erwähnt, ist
die Betriebsspannung VBetr = VEB, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, und kleiner als
1 V. Das Pontential +V liegt über einen Widerstand 39 ebenfalls an dem Kollektor
33. Im Betrieb ist der Transistor 32 normalerweise zwischen seinem Kollektor 33
und seinem Emitter 35 leitend. Im leitenden Zustand des Transistors erscheint an
dessen Kollektorausgang nur eine geringe oder gar keine Spannung, weil der Widerstand
des Transistors gegenüber dem Widerstandswert des Widerstandes 39 gering ist. Wenn
jedoch der mit der Schalteranordnung nach der Erfindung ausgestattete Gegenstand
die vorgegebene Schwell-Beschleunigung erreicht, so berührt die freie Zunge 18 die
Gegenzunge 14, so daß der Schalter 12 in den geschlossenen bzw. leitenden Zustand
UbergeWt. Dementsprechend fließt ein Strom von der das Potential +V führenden Anschlußklemme
über den Widerstand 37, den Anschlußdraht 31, die Lage 28, das Distanzstück 26,
die freie Zunge 18, die Gegenzunge 14, den Anschlußdraht 30 an Masse. Bei Schließung
des Schalters 12 wird die Basis des Transistors 32 praktisch mit Masse kurzgeschlossen,
so daß die Spannung VEB QF o und der Transistor nicht-leitend gemacht wird. In diesem
Fall wird der Widerstand des Transistors im Verhältnis
zu dem
Widerstand 39 sehr groß, so daß an dem Kollektor 33 eine Ausgangsspannung auftritt.
Diese erhöhte Ausgangsspannung am Kollektor 33 kann durch verschiedene logische
Niedrigwert-Tore, beispielsweise DTL-(Dioden-Transistor-Logik) oder TTL (Transistor-Transistor-Logik)-Transistor-Tore
oder C/MOS (Complementär-Metalloxidhalbleiter)-Tore erfaßt werden.
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Mit Fig. 3 ist eine etwas abgewandelte Ausführungsform des Schalters
der Fig. 1 wiedergegeben. Der Hauptunterschied besteht darin, daß die bewegliche
Zunge aus einem Streifen besteht, der nicht nur an seinem einen, sondern an beiden
Enden eingespannt ist.
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Die Schalteranordnung der Fig. 3 weist eine Trägerschicht 50 auf,
die, wie zuvor erläutert, aus einem Isolierwerkstoff hergestellt sein kann. An der
Oberseite der Trägerschicht 50 befindet sich eine Schicht 51 aus Siliziumdioxid.
Die Trägerschicht 50 nimmt die hier mit 54 bezeichnete Gegenzunge als feststehenden
Kontakt auf.
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Die bewegliche Zunge 56 ist mittels Enden 56a bzw. 56b an der Schicht
51 aus Siliziumdioxid befestigt. Der Abstand zwischen der Mitte der beweglichen
Zunge 56 und der feststehenden Gegenzunge 54 hängt von der anzuzeigenden Schwellwert-Beschleunigung
ab. Der Abstand läßt sich entsprechend der nachstehenden Beziehung berechnen:
| y - e L4 1 + a(t)Schwell (7) |
| 32d2E g |
Die Stärke der Schicht 51 aus Siliziumdioxid wird durch den zwischen den beiden
Zungen erforderlichen Abstand bestimmt.
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Naturgemäß treten hier die gleichen Probleme wie bei dem Ausführungsbeispiel
mit frei auskragender Zunge auf.
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Um es zu wiederholen, die dabei zu berücksichtigenden Faktoren waren:
llektrostatische Wirkungen, Anzug-Spannung, dielektrischer Durchbruch für Luft,
Stärke der beweglichen Zunge, Resonanzfrequenz, Länge L der beweglichen Zunge sowie
Abstand zwischen den Zungen.Wie bei dem Ausführungsbeispiel mit frei auskragender
Zunge
werden beide Zungen aus Gold hergestellt, ebenso die Anschlußdrähte
(nicht dargestellt) für die Verbindung der Schalterkontakte mit einem Transistor.
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Zur Anzeige, wann der Schalter der Fig. 3 eine Betätigung erfährt,
ist an die beiden Zungen in gleicher Weise wie mit Fig. 2 veranschaulicht ein Transistor
angeschlossen.
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Häufig soll in Form eines Diagramms aufgetragen werden können, wie
ein bestimmter Gegenstand beschleunigt und anschließend wieder verzögert wird. Ein
solches Diagramm wird als Beschleunigungsprofil bezeichnet. Fig. 5A gibt ein typisches
derartiges Beschleunigungsprofil wieder, das - wie aus Fig. 5A ersichtlich - lediglich
eine Aufzeichnung der Beschleunigung in Abhängigkeit von der Zeit ist.
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Fig. 4 zeigt eine Schaltung mit einer Mehrzahl mit von 1 bis n bezeichneten
Erfassungskreise, wie sie sich in vorteilhafter Weise zur Ermittlung eines Beschleunigungsprofils
einsetzen läßt. Jeder dieser Erfassungskreise hat eine Schalteranordnung sowie einen
Transistor, der die Betätigung des ihm zugeordneten Schalters anzeigt. Die Schalter
können entweder der Ausführungsform der Fig. 1 mit frei auskragender beweglicher
Zunge oder aber der Ausführungsform der Fig. 3 mit-beidseitig befestigter Zunge
entsprechen. Die Längen der beweglichen Zungen sind unterschiedlich gehalten, so
daß verschiedene Beschleunigungswerte erfaßbar sind.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 sei angenommen,
daß mehrere der Erfassungskreise in Fig. 4 entsprechender Parallelschaltung an einem
Artilleriegeschoß befestigt sind. Wenn das Geschoß abgefeuert wird, steigt die Beschleunigung
bis zu einem Wert an, bei dem der Schalter 61 schließt. Die Schließung des Schalters
61 erfolgt zum Zeitpunkt tl, so daß am Ausgang eines Transistors 71 ein Signal abgegeben
wird, wie das mit dem Kurvenzug 1 der Fig. 5B gezeigt ist. Wie daraus ersichtlich,
bleibt der Schalter 61 geschlossen, bis die Beschleunigung des Geschosses wieder
unter den vorgegebenen Schwellwert abfällt, so daß der Schalter wieder öffnet, der
Transistor 71 leitend wird und die
Ausgangsspannung des Transistors
auf ihren Ausgangswert zurückgeht.
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Diese erneute Öffnung des Schalters 61 erfolgt entsprechend Fig.
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5A zum Zeitpunkt tal2.
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Bei weiterer Beschleunigung des Artilleriegeschosses schließt auch
der Schalter 62 zu einem Zeitpunkt t2, wie mit dem Kurvenzug 2 der Fig. 5B angedeutet.
Wenn der Schalter 62 schließt, liefert der Transistor 72 vom Zeitpunkt t2 ab eine
größere Ausgangsspannung.
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Der Schalter 62 bleibt geschlossen, bis die Beschleunigung des Artilleriegeschosses
unter den vorgegebenen Schwellwert absinkt.
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Dies erfolgt, wie mit dem Kurvenzug 2 der Fig. 5B dargestellt, zum
Zeitpunkt tll.
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In der gleichen Weise schließen alle an dem Artilleriegeschoß befestigten
Schalter aufeinanderfolgend mit zunehmender Beschleunigung des Geschosses. Der weitere
Ablauf läßt sich den Fig. 5A bzw.
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5B ohne weiteres entnehmen.
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Es versteht sich, daß der Einsatz einer Mehrzahl von Erfassungseinrichtungen
entsprechend der Schaltung der Fig. 4 nicht auf die Messung des Beschleunigungsprofils
eines Artilleriegeschosses beschränkt ist. Wie oben erwähnt, läßt sich eine Mehrzahl
solcher Erfassungskreise auch in Verbindung mit einer Turbine oder einem Generator
einsetzen, um die Dreh- oder Zentrifugal-Beschleunigungskräfte zu messen. Ebenso
kommt ein Einsatz für Automobile in Frage, an denen die Wirkung von Zusammenstößen
untersucht werden soll, um das Verhalten eines Automobils bei einem Unfall zu bestinmen.
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Die Erfindung stellt somit einen Beschleunigungsmesser zur Verfügung,
der erfassen und anzeigen kann, wann eine bestimmte Schwellwert-Beschleunigung erreicht
worden ist. Dabei können mehrere solcher Beschleunigungsmesser Verwendung finden,
um eine kontinuierliche Ablesung von Änderungen sowohl zunehmender als auch abnehmender
Natur der Beschleunigung zu erhalten.
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Patentansprüche: