METHOD AND APPARATUS FOR THE MEASUREMENT OF ACCELARATIONS, SPEEDS AND ANGULAR SPEEDS

Abstract: 1. A process for measuring accelerations, whereby ions are exposed in an ion conductor to the acceleration to be measured and the electrical voltage building up due to the forces of inertia of the ions is measured in order to determine the acceleration, characterised in that a stationary ion conductor having at least one stationary partial grid with pure of mixed ion conduction is exposed as an ion conductor to the acceleration.

Description: Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Messung von Beschleunigunen, wobei Ionen in einen Ionenleiter zur Messung Qer Beschleunigung ausgesetzt werden, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Messung von Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Unidrehungsgeschwindigkeiten ist bei vielen technischen und wissenschaftlichen Apparaturen eine Notwengigkeit. Es sind hierzu auch eine Anzahl von Verfahren entwickelt worden. Diese Verfahren beruhen auf der Ausnutzung der Trägheit von Korpern, auf optischen oder elektrischen Methoden. Insbe sonuere bein Abbremsen ooer beschleunigen ist die Slessung der sich entwickelnden mechanischen Kräfte erforderlich, was zum Teil sehr unpraktisch sein kann. Bei Flussigkeiten und Gasen sind oie Moglichkeiten oerartiger Beschleunigungsmessungen auf der Lasis von lonenleitern bereits wenigstens theoretisch behandelt worden, so etwa in den D±-AS 1 086 4G7 bzw. US-PS 2 735 949, wobei in der letzteren ausdrücklich angeführt ist, dass man sici uber die Wirkmechanismen nicht recht im klaren ist. Mit den flüssigen Elektrolyten sind aber eine Reihe von Nachteilen verbunden. Nachteile bestehen insbesondere da rin, dass bei flüssigen Elektroiyten mehrere Ionensorten nebeneinander beweglich sind und sich in der hier angespro chenen Anwendung in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben würden. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der die Nachteile flüssiger Elektrolyten vermieden werden bei gleichzeitiger Erhöhung der Messgenauigkeit und Ermöglichung einer sehr robusten Bauweise der Vorrichtung. Bei eine Verfahren der eingangs bezeicnneten Art wird diese Aufgabe gemass der Erfindung aaaurch gelöst, dass als Ionenleiter ein fester Ionenleiter mit reiner Ionenleitung oder gemischter Leitung der Beschleunigung ausgesetzt wird und dass die sich aurch aie Trägheitkraite aer Ionen aufbauende elektrische Spannung zur Bestimmung der Beschleunigung gemessen wird. Die Erfinaung macht sich die Erkenntnis zu nutze, dass es unter festen Stoffen solche gibt, die auch in einen festen Kristall, dass heisst mit feste Teilgitter, bewegliche Ionen enthalten. Diese Stoffe werden als feste lonenleiter bezeichnet. In Ausgestaltung sieht uie Erfindung vor, dass als Ionenlei- ter ein solcher mit mindestens einem festen Teilgitter und mindestens einer beweglichen Ionensorte eingestetzt wird, wobei insbesondere voryeselsen sein kann, dass als Ionenlei- ter ein solcher rit nur einer beweglichen lonensorte einer setzt wiru. Insbesondere die letzte Art der Verfahrenswei- se fuhrt zu besonders guten Messergebnissen, da bei nur einer beweglichen Teilchensorte sehr gut messbare Signale erzeugt werden können. Bekannt ist, dass die Trägheitskräfte der Elektronen unter ähnlichen Belastungen in Metallen gemessen werden können. Diese geben Jedoch weger ihrer geringen Nasse nur ein sehr kleines elektrisches Signal ab, so dass MeLgerte auf aieser Basis nicht sinnvoll sind. Ionen, wie z. b. Silber- ionen, die in einem Silberionenleiter; wie z.B. Silberjodid oberhalb ca. 150 C oder Silberrubidiumjodid bei Raumtemperatur eine hohe Beweglichkeit haben, besitzen gegen über Elektronen eine etwa 2.105 (200 000) mal grossere Masse und fuhren bei der Beschleunigung oder Abbremsung von Ionenleitern daher zu 2.105 mal hoheren elektrischen Signalen, d. h. bei sonst gleicher Geometrie des Leiters zu 2.10% mal höheren Spannungen. Zur Spannungsmessung können Elektroden verwendet werden. Dabei nat sich als besonders zweckmässig erwiesen, dass als Elektroden inonenaustauschende Elektroden und bei Verwen dung gemischter Leiter zusammengesetzte Elektroden benutzt werden, deren einer Teil aus einem Ionenleiter be steht. Eine weitere besonders zweckmässige Ausgestaltung der Erfin- dung liegt darin, dass ein Mittel zur Aufintegration der Beschleunigung und damit zur Messung der Geschwindigkeit und/oder ein Mittel zur zweimaligen Integration der Be schleunigung und damit zur Messung-des zurückgelegten EJe-- ges vorgesehen wird. Diese Gestaltung erweitert die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung auf Messungen von Geschwindigkeiten und zurückgelegten Wegen. Nach der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, zur Messung der radialen Beschleunigung und damit der Umdrenungsgeschwindigkeit eines Körpers den Ionenleiter auf dem sich drehenden Korper anzuordpen. In besonders wirkungsvoller und zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung iann vorgesehen sein, dass insbesondere zur Vergrösserung oer Messintensität mehrere Ionenleiter mit ihren Elektroden nebeneinander angeordnet und aurch metallische Leiter hintereinander oder parallel geschaltet werden. Was die Materialien aer einzusetzenden Elemente angeht, so sieht hier die Erfindung vor, dass als Ionenleiter alle bekannten gangigen festen Ionenleiter eingesetzt werden konnen, so z. l. fur Messungen bei Raumtemperatur insbesondere silbetionenleitende verbindungen, wie z. B. Silberrubi diumjodid, für Mittlere Temperaturen oberhalb etwa 150 C lonenleiter wie z. L. Silberjodid oder ss-Aluminiumoxyd und für hohe Temperaturen oberhalb etwa 700 C feste Sauerstoffionenleiter, insbesondere dotiertes Zirkonium oder Thoriumoxyd. Ein Prinzip der Erfindung ist in der beigefüyten Figur schematisch wiedergegeben. Die Vorrichtung bestett aus einer den Ionenleiter trayenuen Unterlage oder Umhullung, z. B. einm Rohr (1), das mit dem Ionenleiter z. B. Silberrubidiumjodid (2) gefullt ist und Silberelektroden (3), (4) mit den Zuleitungen (5), (6) besitzt, die mit dem Spannungsmesser (7) und dem weiteren Auswertgerat (8) verbunaen sind.

Claims: Patentanspruche: 1. Verfahren zur Messung von Beschleunigungen, wobei Ionen in einem lonenleiter der zu messenden Beschleunigung ausge setzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Ionenleiter ein fester Ionen leiter mit reiner Ionenleitung oder gemischter Leitung der Beschltunigung ausgesetzt wird, und dass die sich aurch die Trögjeotslrät- te der Ionen aufbauende elektrische Spannung zur Bestin mung der Beschleunigung gemessen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als IOnenleiter ein solcher mit mindestens tint:.- festen Teilgitter una mindestens einer beweglichen lonün- sorte eingesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als lonenleiter ein solcher mit nur einer beweglichen Ionen sorte eingesetzt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Aufintegration der Beschleunigung und damit zui Messung der Geschwindigkeit und/oder zun zwel@@ ligen Integration der Beschleunigung und damit zur Messung aes zurückgelegten Weges vorgesehen wird. 5. Verfahren nach einem der vorgangehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass zur liessuny der radialen Beschleunigung und damit der Umdrehungsgeschwindigkeit eines sich drehenden Körpers der Ionenleiter duf den- sich drehenden Körper angeorunet wird. 6. Verfahren nach einem der vorangenenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ionenlelter bei niedrigen una mittleren Temperatu- ren Silber-, Kupfer-, Lithium- oder Natriumionleiter, insbesondere Silberrubidiumjodid, zusatzlich stabilisier tes Silbersulfiu, Silberjodid, Lithiumnitrit, ss-Eukryptio oder ss-Aluminiumoxyd. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohen Temperaturen Sauerstoff- oder Fluorionenlei- ter, insbesondere dotiertes Zirkon- oder Thoriumdioxyd ouer Kalziumfluorid verwendet werden. 8. Verfahren nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Veiwendung gemischter Ionenleiter zusammengesetzte Elektroden Denutzt werden, deren Einen Teil aus einem rei nen lonerileiter besteht. 9. Vorrichtung zur Messung von Beschleunigungen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein fester lonenleiter (2) oder gemischter Leiter mit Elektroden (3,4) zur Messung von Beschleunigungen versehen ist. 10. Vorrichtung nacti Anspruch 11 > , dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstarkung der Messintensität mehrere Ionenleiter (2) nebeneinander in Parallel- oder bintereinanderschal tun angeordnet sina. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass aas Auswertgerat (8) insbesondere zur Integration oder zweimaligen Integration der Beschleunigung vorgeseben ist.

Inventors: RICKERT, HANS, DR. PROF.
Applicants: RICKERT, HANS, DR. PROF.
Application year: 1984
Main classification: G01P15
IPC codes: G01P7, G01P15