Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Be schleunigungsaufnehmer gemäss der Definition des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs.

Stand der Technik

[0002] Eine Beschleunigung ist eine gerichtete physikali sche Grösse. Ein Beschleunigungsaufnehmer nimmt eine Be schleunigungskomponente auf, welche der durch die Ausrichtung des Beschleunigungsaufnehmers gegebenen Komponente der Be schleunigung entspricht.

[0003] Ein Beschleunigungsaufnehmer ist aus der Schrift W017093100A1 bekannt. Der Beschleunigungsaufnehmer weist ein piezoelektrisches System, eine seismische Masse und eine Vor spannanordnung auf. Bei Beschleunigung übt die seismische Masse eine ihrer Beschleunigung proportionale Kraft auf das piezoelektrische System aus, welche Kraft im piezoelektri schen System piezoelektrische Polarisationsladungen erzeugt. Die piezoelektrischen Polarisationsladungen sind als Be schleunigungssignale elektrisch abgreifbar. Die seismische Masse weist zwei Masseelemente auf, an denen die elektrischen Polarisationsladungen abgreifbar sind. Der Beschleunigungs aufnehmer ist eingerichtet die Beschleunigung entlang einer vorgegebenen Raumrichtung aufzunehmen. Liegt eine Beschleuni gung entlang einer anderen Raumrichtung vor, so ermittelt der Beschleunigungsaufnehmer nur die Beschleunigungskomponente entlang der vorgegebenen Raumrichtung. [0004] Beschleunigungsaufnehmer nehmen mindestens eine Be schleunigungskomponente einer Beschleunigung entlang einer Raumachse oder um eine Raumachse auf. Eine Beschleunigungs komponente entspricht dabei einer Beschleunigung entlang ei ner Raumachse eines kartesischen Koordinatensystems oder ei ner Winkelbeschleunigung um eine Raumachse. Der Beschleuni gungsaufnehmer weist dafür ein piezoelektrisches Messsystem auf, welches idealerweise eine Sensitivität auf die zu ermit telnde Beschleunigungskomponenten aufweist, auf andere Be schleunigungskomponenten jedoch nicht sensitiv ist. Die Aus richtung der Raumachse ist durch die Eigenschaften und die Ausrichtung des piezoelektrischen Messsystems gegeben.

[0005] Piezoelektrische Kristalle werden im Allgemeinen entlang einer Achse des Kristalls geschnitten, so dass piezo elektrische Messelemente, welche mindestens einen piezoe lektrischen Kristall aufweisen, durch den piezoelektrischen Effekt eine Sensitivität auf eine entlang einer bestimmten Richtung wirkenden Kraft aufweisen. Es wird hierbei, analog zum Lehrbuch "Piezoelektrische Messtechnik"' von G. Gautschi, Springer-Verlag 1980, zwischen vier Arten des piezoelektri schen Effekts unterschieden: Dem longitudinalen piezoelektri schen Effekt, bei dem eine senkrecht auf eine erste Oberflä che und eine zweite Oberfläche des piezoelektrischen Messele ments wirkende Kraft eine elektrische Polarisationsladung, kurz Polarisationsladungen, auf der ersten Oberfläche und ei ne Polarisationsladung auf der zweiten Oberfläche erzeugt; dem transversalen piezoelektrischen Effekt, bei dem eine senkrecht auf eine erste Oberfläche und eine zweite Oberflä che des piezoelektrischen Messelements wirkende Kraft Polari sationsladung auf Oberflächen des piezoelektrischen Messele ments erzeugt, welche senkrecht zu der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche sind; dem piezoelektrischen longitudi nalen Schubeffekt, bei welchem eine parallel zur erste Ober fläche zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Ober fläche wirkende Schubkraft Polarisationsladungen auf der ers ten Oberfläche und Polarisationsladungen auf der zweiten Oberfläche erzeugt; und dem piezoelektrischen transversalen Schubeffekt, bei welchem eine parallel zur erste Oberfläche zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche wirkende Schubkraft Polarisationsladungen auf Oberflächen des piezoelektrischen Messelements erzeugt, welche senkrecht zu der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche sind. Trans versaler und longitudinaler piezoelektrischer Schubeffekt wird oftmals auch als transversaler und longitudinaler piezo elektrischer Schereffekt bezeichnet.

[0006] Sind piezoelektrische Messelemente in einem Be schleunigungsaufnehmer gegen eine seismische Masse mittels einer Vorspanneinrichtung vorgespannt, so ist meist ein Mes selement mit einem Schubeffekt verwendet, da so eine Änderung in der Grösse der Vorspannung keine Polarisationsladung gene riert, welche fälschlicherweise einer Beschleunigung zuge schrieben würde. Eine Änderung der Vorspannung kann bei spielsweise durch eine Änderung der Temperatur des Beschleu nigungsaufnehmers oder des Umgebungsdrucks hervorgerufen wer den.

[0007] Sollen mehrere Beschleunigungskomponenten aufgenom men werden, beispielsweise alle drei möglichen Beschleuni gungskomponenten einer linearen Beschleunigung, so sind im Allgemeinen wegen der Vorteile bei der Verwendung von Mes selementen mit piezoelektrischem Schubeffekt mehrere Be schleunigungsaufnehmer mit piezoelektrischen Messelementen mit Schubeffekt senkrecht zueinander angeordnet, wobei jedes eine eigene seismische Masse aufweist. Die Anordnung mit meh reren separaten Beschleunigungsaufnehmern erfordert viel Raum. Des Weiteren muss jeder Beschleunigungsaufnehmer mit einem eigenen Kabel kontaktiert werden, was aufwändig ist. ist. Unter einer linearen Beschleunigung wird in diesem Doku ment eine Beschleunigung verstanden, welche entlang einer Achse in einem kartesischen Koordinatensystem wirkt ohne eine Richtungsänderung hervorzurufen.

[0008] Eine Aufgabe der Erfindung ist es einen platzspa renden Beschleunigungsaufnehmer bereitzustellen, welcher ein gerichtet ist mindestens drei Beschleunigungskomponenten ei ner Beschleunigung separat zu erfassen.

Darstellung der Erfindung

[0009] Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängi gen Ansprüche gelöst.

[0010] Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsaufneh mer wobei der Beschleunigungsaufnehmer eine seismische Masse, eine Vorspannanordnung und ein Messsystem aufweist; welche seismische Masse bei einer Beschleunigung eine Kraft auf das Messsystem ausübt; wobei eine Längsachse zentral durch die Mitte der seismischen Masse verläuft; welches Messsystem zwei räumlich beabstandete piezoelektrische Messelemente aufweist; welche Messelemente bezüglich der Längsachse beidseitig der seismischen Masse angeordnet sind; welche Messelemente Ober flächen aufweisen; wobei eine Beschleunigung auf den Oberflä chen elektrische Polarisationsladungen generiert; wobei der Beschleunigungsaufnehmer eine Anzahl N Messsysteme aufweist; wobei die seismische Masse eine Anzahl N+l Teilmassen auf- weist, welche Teilmassen elektrisch voneinander isoliert sind; und wobei die Anzahl N=3,4,5, oder 6 entspricht.

[0011] Der Beschleunigungsaufnehmer ist vorzugsweise ein gerichtet die Beschleunigung in einer Anzahl N=3,4,5, oder 6 Beschleunigungskomponenten zu bestimmen; wobei eine Beschleu nigungskomponente eine Beschleunigung entlang einer Raumachse eines Kartesischen Koordinatensystems oder eine Winkelbe schleunigung um eine Raumachse ist; wobei Beschleunigungskom ponenten entlang mindestens drei orthogonaler Raumachsen er mittelbar sind; wobei die Längsachse eine der Raumachsen ist; wobei je eines der N Messsysteme auf eine der N Beschleuni gungskomponenten sensitiv ist.

[0012] In vorliegender Erfindung weist der Beschleuni gungsaufnehmer mindestens drei piezoelektrische Messelemente auf, welche je eine der mindestens drei Beschleunigungskompo nenten entlang der orthogonalen Raumachsen ermitteln.

[0013] Die gleiche seismische Masse wirkt auf alle Mess systeme, wodurch der Beschleunigungsaufnehmer eine kleinere räumliche Ausdehnung aufweist als Beschleunigungsaufnehmer, in welchem für jedes Messsystem eine eigene seismische Masse verwendet ist. Der Beschleunigungsaufnehmer ist daher platz sparend und auch in Anwendungen einsetzbar, in denen wenig Raum für eine Installation des Beschleunigungsaufnehmers ver fügbar ist.

[0014] Die Messsysteme sind mit einer Vorspannanordnung in Richtung der Längsachse des Beschleunigungsaufnehmers vorge spannt. Dies hat den Vorteil, dass die piezoelektrischen Mes selemente mit ihren jeweiligen Elektroden kraftschlüssig ver bunden sind, sodass sich keine Spalte bilden können und der elektrische und mechanische Kontakt zwischen Messelement und Elektrode auch bei Beschleunigung des Beschleunigungsaufneh mers bestehen bleibt. Die Elektroden sind Teil des Messsys tems.

[0015] Ein Messelement ist auf eine Kraft entlang einer Raumachse oder um ein Drehmoment um eine Raumachse sensitiv, welche die seismische Masse auf Grund einer Beschleunigungs komponente entlang einer Raumachse eines Kartesischen Koordi natensystems oder auf Grund einer Winkelbeschleunigungskompo nente um eine Raumachse auf das Messelement ausübt.

[0016] Durch die Vorspannung der Messelemente sind neben der Druckkraft sowohl eine Schubkraft als auch eine Zugkraft durch ein Messelement bestimmbar. Eine Druckkraft beauf schlagt dabei das Messelement mit einer Kraft, eine Zugkraft entlastet das Messelement mit einer Kraft. Liegt eine Be schleunigung entlang der Längsachse vor, so sind Messelemente auf einer Seite der seismischen Masse mit einer Kraft ent sprechend der Beschleunigung beaufschlagt, während die Mes selemente, welche auf der anderen Seite der seismischen Masse angeordnet sind mit derselben Kraft entlastet sind. Messele mente eines Messsystems sind so elektrisch verbunden, dass die jeweiligen erzeugten Polarisationsladungen auf einer ers ten Oberfläche und der zweiten Oberfläche das gleiche Vorzei chen haben, sich also addieren. Im Fall von Messelementen, welche auf eine Beschleunigung entlang der Längsachse oder auf eine Winkelbeschleunigung um die Querachse oder um die Vertikalachse sensitiv sind, bedeutet dies, dass die Messele mente auf einer Seite der seismischen Masse eine Polarisati onsrichtung bezüglich der Längsachse entgegengesetzt zu den Messelementen auf der anderen Seite der seismischen Masse aufweisen. Die Messelemente sind also Spiegelsymmetrisch be züglich der Ebene aus Querachse und Längsachse um die seismi sche Masse angeordnet.

[0017] Diese Anordnung hat auch den Vorteil, dass eine Än derung der Vorspannung, welche Messelemente beidseits der seismischen Masse bezüglich der Längsachse gleichermassen be lastet oder entlastet, eine Aufhebung der dadurch erzeugten Polarisationsladungen bewirkt. Eine Änderung der Vorspannung kann beispielsweise durch eine Temperaturänderung des Be schleunigungsaufnehmers hervorgerufen sein.

[0018] Durch die Verwendung einer gemeinsamen Vorspannano rdnung für alle mindestens drei Messsysteme weist der Be schleunigungsaufnehmer zudem eine kleinere räumliche Ausdeh nung auf als ein Beschleunigungsaufnehmer, in welchem für je des Messsystem eine eigene Vorspannanordnung vorgesehen ist.

[0019] Es werden alle Polarisationsladungen der Messele mente abgegriffen, wodurch auf Grund der betragsmässig glei chen Grösse mit entgegengesetzten Vorzeichen der Polarisati onsladung auf der ersten Oberfläche und der Polarisationsla dung auf der zweiten Oberfläche eine Prüfung der Konsistenz der erfassten Beschleunigung möglich ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0020] Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Beizug der Figuren näher erklärt. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilansicht einer Ausführungsform des Be schleunigungsaufnehmers,

Fig. 2 eine weitere Teilansicht der Ausführungsform aus

Fig. 1, Fig. 3 eine weitere Teilansicht der Ausführungsform aus

Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Teilansicht der Ausführungsform des Beschleunigungsaufnehmers aus Fig. 1,

Fig. 5 eine Teilansicht einer ersten Elektrode, Steg und

Kontaktelement zur Verwendung in der Ausführungsform aus Fig. 1,

Fig. 6 eine Teilansicht zweiten Elektrode, Stegen und Kon taktelement zur Verwendung in der Ausführungsform aus Fig. 1,

Fig. 7 eine Teilansicht einer zweiten Elektrode, Steg und Kontaktelement zur Verwendung in der Ausführungsform aus Fig. 1 an einer Seite der seismischen Masse welche einer Leiterplatte zugewandt ist,

Fig. 8 eine Teilansicht einer ersten Elektrode, Steg und

Kontaktelement zur Verwendung in der Ausführungsform aus Fig. 1 an einer Seite der seismischen Masse welche einer Leiterplatte zugewandt ist,

Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Messelements,

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines weiteren Messele ments,

Fig. 11 eine schematische Ansicht eines weiteren Messele ments,

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines weiteren Messele ments, Fig. 13 eine schematische Ansicht eines weiteren Messele ments,

Fig. 14 eine schematische Ansicht eines weiteren Messele ments,

Fig. 15 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform des Beschleunigungsaufnehmers ,

Fig. 16 eine Teilansicht der Ausführungsform des Beschleu nigungsaufnehmers aus Fig. 15.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0021] Fig. 1 zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse X und einer Vertikalachse Z durch einen Teil einer Ausführungs form des Beschleunigungsaufnehmers 1. Der Beschleunigungsauf nehmer 1 ist eingerichtet die Beschleunigung in einer Anzahl N Beschleunigungskomponenten Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz zu be stimmen, wobei beispielhaft ein Beschleunigungsaufnehmer 1 dargestellt ist, welcher eingerichtet ist drei Beschleuni gungskomponenten Tx, Ty, Tz zu erfassen, bei dem also die An zahl der aufzunehmenden Beschleunigungskomponenten Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz N=3 ist. Andere Ausführungsformen des Be schleunigungsaufnehmers 1 sind eingerichtet N=3,4,5, oder 6 Beschleunigungskomponenten zu erfassen. Eine Beschleunigungs komponente Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz ist eine Beschleunigung entlang einer Raumachse eines kartesischen Koordinatensys tems, oder eine Winkelbeschleunigung um eine Raumachse. Die Längsachse X ist eine dieser Raumachsen. Weitere Raumachsen sind Querachse Y und Vertikalachse Z. [0022] Der Beschleunigungsaufnehmer 1 in Fig. 1 weist eine seismische Masse 2, eine Vorspannanordnung 3 und beispielhaft N=3 Messsysteme 4 auf, welche Messsysteme 4 jeweils zwei räumlich beabstandete piezoelektrische Messelemente 41 auf weisen. Je eines der N Messsysteme 4 ist auf eine der N Be schleunigungskomponenten Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz sensitiv.

[0023] Im Folgenden ist der Beschleunigungsaufnehmer 1 für N=3 beschrieben. Die Beschreibung ist jedoch auch für Ausfüh rungsformen des Beschleunigungsaufnehmers 1 gültig, welche auf eine Anzahl N=4,5, oder 6 Beschleunigungskomponen ten Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz sensitiv sind. Diese Ausführungs formen sind fallen auch unter die beschriebene Erfindung.

[0024] Eine Querachse Y ist in der Explosionsansicht der Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Teil der Ausführungs form aus Fig. 1, wobei die Vorspannanordnung 3 der besseren Übersicht halber nicht dargestellt ist. Die Messelemente 41 sind zur besseren Übersicht beabstandet von der seismischen Masse 2 dargestellt. Längsachse X, Querachse Y und Verti kalachse Z bilden ein orthogonales Koordinatensystem.

[0025] Die seismische Masse 2 ist bevorzugt zylinderförmig entlang der Längsachse X ausgeführt und weist eine Anzahl N+l, in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform vier, Teilmassen 21 auf. Die Längsachse X verläuft zentral durch die Mitte der seismischen Masse 2. Die Teilmassen 21 erstre cken sich entlang der Längsachse X von einer Stirnfläche 24 der zylinderförmigen seismischen Masse 2 zu einer anderen Stirnfläche 24 der seismischen Masse 2. Die Teilmassen 21 ha ben demnach je zwei Stirnflächen, welche jeweils einen Teil der Stirnfläche 24 der seismischen Masse 2 bilden und welche weitgehend parallel zueinander ausgerichtet und entlang der Längsachse X beabstandet sind. In der dargestellten Ausfüh rungsform aus Fig. 1 und Fig. 2 haben die Teilmassen 21 in einem Schnitt entlang der Querachse Y und der Vertikalachse Z die Form eines Kreissegmentes, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Kreissegmente sind voneinander beabstandet. Fig 3 zeigt eine weitere Teilansicht der Ausführungsform des Beschleunigungs aufnehmers 1 aus Fig. 1.

[0026] Die Teilmassen 21 sind durch einen Isolator 22 elektrisch voneinander isoliert. Der Isolator 22 ist zwischen den Teilmassen 21 angeordnet. Zwischen den Teilmassen 21 ist als Isolator 22 ein elektrisch isolierendes Material angeord net, beispielsweise Kapton, Teflon, PVC, Polyethylen, Polyp ropylen, Gummi, Luft, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Glas, Stickstoff, elektrisch isolierende Gasgemische oder Edelgase oder ähnliche Materialien. Auch Vakuum ist als Isolator 22 möglich.

[0027] Der spezifische Widerstand des Isolators 22 beträgt mindestens 10 ⁹ W mm ² / m (Q=Ohm, mm=Millimeter, m=Meter). So ist gewährleistet, dass die einzelnen Teilmassen 21 zur Lei tung von Polarisationsladungen verwendet werden können, ohne dass die Polarisationsladungen auf eine andere Teilmasse 21 abfliessen können.

[0028] Die Teilmasse 21 ist bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Reinmetall oder einer Metalllegierung ausgeführt.

[0029] Der Isolator 22 weist bevorzugt ein Elastizitätsmo dul von mindestens 100 GPa (GPa=10 ⁹ Pascal) und ein Schubmo dul von mindestens 50 GPa auf. Der Isolator 22 ist mit den Teilmassen 21 stoffschlüssig oder kraftschlüssig verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die ohnehin durch die Vorspann- kraft relativ gegeneinander starr angeordneten Teilmassen 21 sich auch bei extremen Beschleunigungen ausserhalb des durch die Höhe der Vorspannkraft definierten Beschleunigungsbe reichs nicht relativ zueinander bewegen können.

[0030] Ein Messsystem 4 ist eingerichtet eine Beschleuni gung Tx, Ty, Tz entlang einer Raumachse X, Y, Z oder eine Winkelbeschleunigung Mx, My, Mz um eine Raumachse X, Y, Z zu ermitteln. Dafür weist das Messsystem 4 zwei piezoelektrische Messelemente 41 auf, welche bezüglich der Längsachse X beid seitig der seismischen Masse 2 angeordnet sind. Zudem weist das Messsystem 4 erste Elektroden 47 und zweite Elektroden 48 auf, welche eingerichtet sind die bei einer Beschleunigung oder Winkelbeschleunigung des Beschleunigungsaufnehmers 1 auftretenden Polarisationsladungen eines Messelement 41 auf zunehmen.

[0031] Die Messelemente 41 sind plattenförmig und paral lel zu den Stirnflächen 24 der seismischen Massen 2 angeord net. Die Messelemente 41 weisen jeweils eine erste Oberflä che 42 und eine zweite Oberfläche 43 auf. Die gegenüberlie genden grössten Flächen der plattenförmigen Messelemente 41 sind als erste Oberfläche 42 und als zweite Oberfläche 43 be zeichnet. Die erste Oberfläche 42 ist weitgehend parallel zur zweiten Oberfläche 43. Die erste Oberfläche 42 ist weitgehend parallel zur Querachse Y und weitgehend parallel zur Verti kalachse Z. Die Messelemente 41 weisen entlang der Querach se Y und der Vertikalachse Z eine Ausdehnung auf, welche gleich oder geringer als die Ausdehnung der Stirnflächen 24 der seismischen Masse 2 entlang der Querachse Y und der Ver tikalachse Z ist. Dadurch wirkt eine Kraft, welche die seis mische Masse 2 auf die Messelemente 41 ausübt, gleichmässig auf die gesamte erste oder zweite Oberfläche 42, 43 des Mess elements 41, was ein Brechen des Messelements 41 durch un- gleichmässige Krafteinwirkung verhindert. In einer Ebene ent lang der Querachse Y und der Vertikalachse Z weisen die Mess elemente 41 bevorzugt einen quadratischen oder achteckigen Querschnitt auf. Dies ermöglicht ein Stapeln mehrerer Mes selemente 41 bezüglich der Längsachse X derart, dass alle Kanten eines Messelements 41 mit allen entsprechenden Kanten der anderen Messelemente 41 in einer Ebene liegen. Dies er laubt eine gleichmässige Krafteinwirkung auf alle Messelemen te 41 des Stapels.

[0032] Selbstverständlich kann ein Messelement 41 in einer Ausführungsform des Beschleunigungsaufnehmers 1 auch einen anderen Querschnitt in der Ebene entlang der Querachse Y und der Vertikalachse Z aufweisen, beispielsweise einen kreisför migen Querschnitt.

[0033] Erfährt der Beschleunigungsaufnehmer 1 eine Be schleunigung, so wirkt auf Grund der Trägheit der seismischen Masse 2 eine der Beschleunigung proportionale Kraft K auf die Messelemente 41. Wirkt eine der Beschleunigung proportionale Kraft K auf ein Messelement 41, so wird auf der ersten Ober fläche 42 des Messelements 41 eine Polarisationsladung gene riert und auf der zweiten Oberfläche 43 desselben Messele ments 41 eine Polarisationsladung generiert. Die Polarisati onsladung der ersten Oberfläche 42 und der zweiten Oberflä che 43 weisen eine entgegengesetzte elektrische Polarität auf, eine Oberfläche weist eine positive Polarisationsladung auf und eine Oberfläche weist eine negative Polarisationsla dung auf. [0034] Die jeweils ersten Oberflächen 42 der Messelemen te 41 eines Messsystems 4 sind elektrisch leitend verbunden. Alle generierten Polarisationsladungen der ersten Oberflä chen 42 eines Messsystems 4 sind als Beschleunigungssignal abgreifbar. Da die Messelemente 41 eines Messsystems 4 beid seits der seismischen Masse 2 angeordnet sind, sind diese so elektrisch verbunden, dass, bei Wirkung einer Kraft K durch die seismische Masse 2 auf die das Messsystem 4 sensitiv ist, das Messelement 41 auf einer Seite der seismischen Masse 2 und das Messelement 41 auf der anderen Seite der seismischen Masse 2 die jeweiligen erzeugten Polarisationsladungen auf der ersten Oberfläche 42 der Messelemente 41 das gleiche Vor zeichen und auf der zweiten Oberfläche 43 der Messelemente 41 das gleiche Vorzeichen haben, sich also addieren.

[0035] Es ist für jedes Messsystem 4 jeweils die erste Elektrode 47, welche in Kontakt mit der ersten Oberfläche 42 des Messelements 41 auf einer Seite der seismischen Masse 2 bezüglich der Längsachse X ist, mit der ersten Elektrode 47 elektrisch leitend verbunden, welche in Kontakt mit der ers ten Oberfläche 42 des Messelements 41 auf anderen Seite der seismischen Masse 2 ist. Die ersten Elektroden 47 und die zweiten Elektroden 48 sind Teil des Messsystems 4.

[0036] Die ersten Elektroden 47 sind jeweils über einen Steg 44 mit einem Kontaktelement 46 verbunden. Das Kontakte lement 46 ist in elektrisch leitenden und mechanischen Kon takt mit einer der N+l Teilmassen 21 der seismischen Masse 2. Steg 44, Kontaktelement 46 und Elektrode sind vorteilhafter weise einstückig ausgeführt. Der Steg 44 ragt seitlich bezüg lich der Querachse Y über den Querschnitt der Messelemente 41 hinaus und ist dort in Richtung der seismischen Masse 2 ent- lang der Längsachse X umgebogen, erstreckt sich bis zur nächsten Stirnfläche 24 der seismischen Masse 2, und ist zum Kontaktelement 46 hingebogen, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

Fig. 4 zeigt schematisch die Elektroden, die Stege 44, die Kontaktelemente 46 und die Teilmassen 21.

[0037] Das mit einer der ersten Elektrode 47 elektrisch leitend verbundene Kontaktelement 46 kontaktiert genau eine Teilmasse 21 und ist elektrisch isoliert zu allen anderen Teilmassen 21 der seismischen Masse 2. Dafür weist das Kon taktelement 46 entlang der Querachse Y und der Vertikalach se Z bevorzugt einen Querschnitt auf, welcher mindestens der Schnittfläche zwischen Querschnitt der Teilmasse 21 in dieser Ebene und des Messelements 41 in dieser Ebene entspricht. Ei ne Ausführungsform eines Kontaktelements 46, eines Steges 44 und einer ersten Elektrode 47 ist in Fig. 5 gezeigt.

[0038] Die erste Oberfläche 42 eines Messelements 41 auf einer Seite der seismischen Masse 2 ist, wie in Fig. 4 sche matisch gezeigt, also über die Elektrode 47, 48 , welche im elektrischen Kontakt mit der ersten Oberfläche 42 ist, den Steg 44, das Kontaktelement 46 mit einer Teilmasse 21 elektrisch leitend verbunden. Die erste Oberfläche 42 eines Messelements 41 auf einer anderen Seite der seismischen Mas se 2 ist über die Elektrode 47, 48, welche im elektrischen Kontakt mit der ersten Oberfläche 42 ist, den Steg 44, das Kontaktelement 46 mit derselben Teilmasse 21 elektrisch lei tend verbunden, mit der die erste Oberfläche 42 des Messele ments 41 auf der einen Seite der seismischen Masse 2 verbun den ist. Die generierte Polarisationsladung der ersten Ober flächen 42 der Messelemente 41 jeweils eines der N Messsysteme 4 ist so an jeweils einer der N+l Teilmassen 21 als Beschleunigungssignal abgreifbar.

[0039] Bevorzugt sind die jeweils zweiten Oberflächen 43 der Messelemente 41 aller Messsysteme 4 untereinander elektrisch leitend verbunden. Alle generierten Polarisations ladungen der zweiten Oberflächen 43 aller Messsysteme 4 sind als Summe der Polarisationsladungen abgreifbar. Die zweite Elektrode 48 des Messsystems 4 ist in elektrisch leitenden Kontakt mit der zweiten Oberfläche 43 eines Messelements 41 eines Messsystems 4. Die zweiten Elektroden 48, welche in Kontakt mit der zweiten Oberfläche 43 des Messelements 41 auf einer Seite der seismischen Masse 2 bezüglich der Längsachse X sind, sind mit den zweiten Elektroden 48 der Messelemen te 41 aller Messsysteme 4 auf derselben Seite der seismischen Masse 2 und mit allen zweiten Elektroden 48 auf der anderen Seite der seismischen Masse 2 elektrisch leitend verbunden. Die Elektroden sind aus einem elektrisch leitenden Material plattenförmig und im Wesentlichen mit dem gleichen oder grös seren Querschnitt bezüglich der Querachse Y und der Verti kalachse Z wie das Messelement 41 ausgestaltet.

[0040] Die zweiten Elektroden 48 sind jeweils über einen Steg 44 mit den bezüglich der Längsachse X nächsten zweiten Elektroden 48 elektrisch leitend verbunden, welche auf der selben Seite der seismischen Masse 2 bezüglich der Längsach se X angeordnet sind, wie in Fig. 6 gezeigt. Die der seismi schen Masse 2 bezüglich der Längsachse X nächstliegende zwei te Elektrode 48 ist über einen Steg 44 mit einem Kontaktele ment 46 elektrisch leitend verbunden. Das Kontaktelement 46 ist in elektrisch leitenden und mechanischen Kontakt mit ei ner der N+l Teilmassen 21 der seismischen Masse 2. Steg 44, Kontaktelement 46 und Elektroden sind vorteilhafterweise ein stückig ausgeführt. Der Steg 44 ragt seitlich bezüglich der Querachse über den Querschnitt der Messelemente 41 hinaus und ist dort entlang der Längsachse X umgebogen, erstreckt sich dann entlang der Längsachse X bis zu den nächsten Elektroden und ist dann zur nächsten Elektrode hingebogen, wie aus Fig.

2 und Fig. 6 ersichtlich. Ist eine zweite Elektrode 48 nächstliegend zu einem Kontaktelement 46 bezüglich der Längs achse X angeordnet, so erstreckt sich der Steg 44 entlang der Längsachse X bis zum Kontaktelement 46 und ist dann zum Kon taktelement 46 hingebogen Fig. 4 zeigt schematisch die Elekt roden, die Stege 44, die Kontaktelemente 46 und die Teilmas sen 21.

[0041] Das mit den zweiten Elektroden 48 elektrisch lei tend verbundene Kontaktelement 46 kontaktiert genau eine Teilmasse 21 und ist elektrisch isoliert zu allen anderen Teilmassen 21 der seismischen Masse 2. Dafür weist das Kon taktelement 46 einen Querschnitt entlang der Querachse und der Vertikalachse Z bevorzugt einen Querschnitt auf, welcher der Schnittfläche zwischen Querschnitt der Teilmasse 21 in dieser Ebene und des Messelements 41 in dieser Ebene ent spricht. Eine Ausführungsform eines Kontaktelements 46, eines Steges 44 und einer zweiten Elektrode 48 ist in Fig. 6 ge zeigt.

[0042] Die zweiten Oberflächen 43 aller Messelemente 41 auf einer Seite der seismischen Masse 2 sind also über die zweiten Elektroden 48, welche im elektrischen Kontakt mit den zweiten Oberflächen 43 ist, Stege 44 und das Kontaktele ment 46 mit einer Teilmasse 21 elektrisch leitend verbunden. Die zweiten Oberflächen 43 aller Messelemente 41 auf der an- deren Seite der seismischen Masse 2 sind über die zweiten Elektroden 48, welche im elektrischen Kontakt mit den zweiten Oberflächen 43 ist, Stege 44 und das Kontaktelement 46 mit derselben Teilmasse 21 elektrisch leitend verbunden. Die ge nerierte Polarisationsladung der zweiten Oberflächen 43 der Messelemente 41 aller N Messsysteme 4 ist so an einer der N+l Teilmassen 21 abgreifbar.

[0043] Eine Prüfung auf Konsistenz umfasst nun einen Ver gleich der Summe der als Beschleunigungssignale abgegriffenen Polarisationsladungen der ersten Elektroden 47 der N Messsys teme 4 mit der abgegriffenen Polarisationsladungen der zwei ten Elektroden 48 der N Messsysteme 4. Sind diese betragsmäs- sig gleich und weisen ein entgegengesetztes Vorzeichen auf, so ist die Erfassung der Beschleunigungskomponenten Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz konsistent. Diese Art der Konsistenzprüfung ist vorteilhaft, da die Polarisationsladung der zweiten Ober flächen 43 der Messsysteme 4 nicht einzeln abgegriffen wer den. Zur Prüfung der Konsistenz der Erfassung der Beschleuni gungskomponente Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz reicht die summierte Polarisationsladung der zweiten Oberflächen 43 aus, welche auf einem einzelnen Signalleiter 5 abgreifbar ist. Würden die Polarisationsladungen der zweiten Oberflächen 43 der Messsys teme 4 einzeln abgegriffen, so wären N Signalleiter 5 nötig. Gleichheit besteht, wenn die Summe der Polarisationsladungen der ersten Elektroden 47 der N Messsysteme 4 weniger als 10% von der abgegriffenen Polarisationsladungen der zweiten Elektroden 48 der N Messsysteme 4 abweicht.

[0044] Zwischen Kontaktelement 46 und der Elektro de 47, 48, welche von der seismischen Masse 2 aus bezüglich der Längsachse X nächstliegend angeordneten ist, ist im me- chanischen Kontakt mit dem Kontaktelement 46 ein Isolierele ment 49 angeordnet, welches das Kontaktelement 46 von der Elektrode elektrisch isoliert. Das Isolierelement 49 ist weitgehend gleich einem Messelement 41 dimensioniert. Das Isolierelement 49 ist aus einem elektrisch isolierenden Mate rial ausgeführt, wobei der spezifische Widerstand des Isolie relementes 49 mindestens 10 ⁹ W mm ² / m beträgt. Das Isolie relement 49 ist beispielsweise aus Kapton, Teflon, PVC, Po lyethylen, Polypropylen, Gummi, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Glas, etc. ausgeführt.

[0045] Vorzugsweise sind die ersten Elektroden 47 und die zweiten Elektroden 48 aus einem elektrisch leitfähigen Rein metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, Edelstahl, etc. ausgeführt.

[0046] Die ersten Elektroden 47 und die zweiten Elektro den 48 sind aus einem elektrisch leitenden Material platten förmig und im Wesentlichen mit dem gleichen oder grösseren Querschnitt bezüglich der Querachse und der Vertikalachse Z wie das Messelement 41 ausgestaltet. Die Elektrode hat eine Dicke bezüglich der Längsachse X von mindestens 0.05 mm und maximal 0.50 mm.

[0047] Die Vorspannanordnung 3 spannt die Messelemente 41 eines piezoelektrischen Messsystems 4 gegen die seismische Masse 2 vor. Eine solche Vorspannung verhindert ein verrut schen der piezoelektrischen Messelemente 41 gegeneinander be züglich der Vertikalachse Z und bezüglich der Querachse. Wei ter ist die Vorspannungsanordnung vorteilhaft um Spalte zwi schen den Messelementen 41 bezüglich der Längsachse X zu ver meiden. Spalte sind zu vermeiden, da ansonsten die bei einer Beschleunigung vorliegende und von der seismischen Masse 2 auf die Messelemente 41 ausgeübte Kraft K nicht gleichmässig auf das Messelement 41 übertragen wird. In diesem Fall würde die ausgeübte Kraft K nicht vollständig erfasst werden und die Messung der Beschleunigung wäre fehlerhaft.

[0048] Die Vorspannanordnung 3 spannt die Messelemente 41 gegen die seismische Masse 2 mit einer Vorspannkraft vor. Diese Vorspannkraft ist grösser als die Kraft K, welche die seismische Masse 2 bei vorliegender Beschleunigung entlang der Längsachse X auf die Messelemente 41 ausübt. Eine Be schleunigung entlang der Längsachse X beaufschlagt die unter der Vorspannkraft angeordneten Messelemente 41 auf einer Sei te der seismische Masse 2 mit einer der Beschleunigung ent sprechenden zusätzlichen Kraft K, während die unter der Vor spannkraft angeordneten Messelemente 41 auf der anderen Seite der seismischen Masse 2 mit der entsprechenden Kraft K ent lastet werden. Diese entlastende Kraft K darf die Vorspann kraft nicht überschreiten.

[0049] Die Messelemente 41 der piezoelektrischen Messsys teme 4 sind gegen die Vorspannanordnung 3 durch ein Isolie relement 49 elektrisch isoliert. Das Isolierelement 49 ist zwischen der Elektrode, welche der Vorspannanordnung 3 am nächsten ist, und der Vorspannanordnung 3 angeordnet. Die Elektrode ist im Kontakt mit dem der Vorspannanordnung 3 nächsten Messelements 41. Das Isolierelement 49 ist weitge hend gleich einem Messelement 41 dimensioniert. Das Isolie relement 49 ist aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeführt, wobei der spezifische Widerstand des Isolierele mentes 49 mindestens 10 ⁹ W mm ² / m beträgt. Das Isolierele ment 49 ist beispielsweise aus Kapton, Teflon, PVC, Polyethy- len, Polypropylen, Gummi, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Glas, etc. ausgeführt.

[0050] In der dargestellten Ausführungsform der Fig. 1 weist die Vorspannanordnung 3 einen topfförmige Vorspannhül se 31 und ein deckelförmiges Vorspannelement 32 auf. Die topfförmige Vorspannhülse 31 weist einen Boden auf, der weit gehend parallel zu den Oberflächen der Messelemente 41 ange ordnet ist, und eine zylinderförmige Wandung, welche mit ei ner Zylinderachse weitgehend entlang der Längsachse X ange ordnet ist. Die Messsysteme 4, Isolierelemente 49, Elektroden und die seismische Masse 2 sind bezüglich der Längsachse X innerhalb der Vorspannhülse 31 bevorzugt mittig bezüglich der Vertikalachse Z und der Querachse Y angeordnet. Die topfför mige Vorspannhülse 31 ist an ihrem offenen Ende bezüglich der Längsachse X mit dem deckelförmigen Vorspannelement 32 stoff schlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig verbunden. Durch die Verbindung von Vorspannhülse 31 und Vorspannelement 32 wird eine Vorspannkraft auf die Messsysteme 4, Isolierelemen te 49, Elektroden und die seismische Masse 2 ausgeübt. Die Vorspannanordnung 3 ist mehrheitlich aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgeführt. Die Vorspannanordnung 3 um- schliesst die N Messsysteme 4 weitgehend.

[0051] Die Vorspannanordnung 3 ist mit einem definierten Potential verbunden, beispielsweise dem Erdpotential, oftmals auch Massepotential genannt. Dies hat den Vorteil, dass die Vorspannanordnung 3 die in ihrem Inneren angeordneten Mess systeme 4 gegen äussere Störungen abschirmt. Auch kann sich die Vorspannanordnung 3 nicht mit elektrischer Ladung aufla den, beispielsweise durch Reibungselektrizität, auch tribo- elektrischer Effekt genannt. So sind beispielsweise Störungen bei der Ermittlung der Kraft K durch elektromagnetische Wel len oder elektrische Aufladung der Vorspannanordnung 3 ver hindert.

[0052] Die Verbindung von Vorspannhülse 31 und Vorspann element 32 ist hermetisch dicht gegen Gase und Flüssigkeiten, beispielsweise durch eine geeignete Abdichtung oder, bei ei ner stoffschlüssigen Verbindung, durch einen Klebstoff oder eine Schweissung. Unter hermetisch dicht wird eine Dichtung verstanden, welche eine Luft Leckrate von weniger als IO ^-3 Pa-m ³ /s aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die üblicher weise hygroskopischen piezoelektrischen Kristalle vor Feuch tigkeit geschützt sind. Feuchtigkeit innerhalb der Vorspanna nordnung 3 vermindert den Widerstand zwischen den voneinander und von der Vorspannanordnung 3 elektrisch isolierten Elekt roden und vermindert dadurch die ermittelbare Polarisations ladung.

[0053] In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird die generierte Polarisationsladung der ersten Oberflächen 42 an der jeweiligen Teilmasse 21 abgegriffen. Dafür ist an einer Seite der seismischen Masse 2 bezüglich der Längsachse X zwi schen Vorspannanordnung 3 und Isolierelement 49, welches Iso lierelement 49 die Vorspannanordnung 3 von den Messelemen ten 41 elektrisch isoliert, eine Leiterplatte 55 angeordnet. Die Leiterplatte 55 ist aus einem elektrisch isolierenden Ma terial ausgeführt und weist auf der der seismischen Masse 2 zugewandten Seite N+l Leiterbahnen 56 auf. Die N+l Leiterbah nen 56 sind eingerichtet N+l Kontaktelemente 46 zu kontaktie ren. Das Kontaktelement 46, welches die Leiterbahn 56 elektrisch leitend kontaktiert ist gleich dem Kontaktele ment 46 aus Fig. 5 und Fig. 6 ausgeführt, das die Teilmas- se 21 der seismischen Masse 2 elektrisch leitend kontaktiert. Das Kontaktelement 46 ist bezüglich der Längsachse X zwischen Leiterplatte 55 und Isolierelement 49, welches Isolierele ment 49 die Vorspannanordnung 3 von den Messelementen 41 elektrisch isoliert, angeordnet.

[0054] Ein Kontaktelement 46 im elektrischen Kontakt zu einer der N+l Leiterbahnen 56 ist über einen Steg 44 mit der nächstliegenden zweiten Elektrode 48 elektrisch leitend ver bunden, wie in Fig. 7 gezeigt. So ist die generierte Polari sationsladung aller zweiten Oberflächen 43 aller Messelemen te 41 an einer Teilmasse 21 elektrisch abgreifbar. Die ent sprechende Teilmasse 21 ist über das Kontaktelement 46, wel ches die Teilmasse 21 elektrisch leitend kontaktiert, über Stege 44 zwischen den zweiten Elektroden 48 und über den Steg 44 zwischen dem Kontaktelement 46, welches die Leiter bahn 56 elektrisch leitend kontaktiert, und der nächsten zweiten Elektrode 48 mit der Leiterbahn 56 elektrisch leitend verbunden.

[0055] Je ein Kontaktelement 46 im elektrischen Kontakt zu einer der N+l Leiterbahnen 56 ist über einen Steg 44 mit je einer nächstliegenden ersten Elektrode 47 elektrisch leitend verbunden, wie in Fig. 8 gezeigt. Dadurch ist die generierte Polarisationsladung der ersten Oberflächen 42 der Messelemen te 41 je eines Messsystems and an je einer Teilmasse 21 elektrisch abgreifbar. Die entsprechende Teilmasse 21 ist über das Kontaktelement 46, welches die Teilmasse 21 elektrisch leitend kontaktiert, über Stege 44 zwischen der ersten Elektrode 47, welche auf derselben Seite der seismi schen Masse 2 angeordnet ist wie die Leiterplatte 55, und über den Steg 44 zwischen dem Kontaktelement 46, welches die Leiterbahn 56 elektrisch leitend Kontaktiert, und der nächs ten ersten Elektrode 47 mit der Leiterbahn 56 elektrisch lei tend verbunden.

[0056] Die Vorspannanordnung 3 ist als geschlossenes Ge häuse mit einer Öffnung 33 ausgeführt. Die Teilmassen 21 sind durch die Öffnung 33 elektrisch leitend mit einem Signalka bel 9 verbunden.

[0057] In Fig. 1 sind die N+l Leiterbahnen 56 mit einem Signalkabel 9, welches Signalkabel 9 N+l voneinander isolier te Signalleiter 5 aufweist, elektrisch leitend verbunden. Das Signalkabel 9 ist durch eine Öffnung 33 in der Vorspannanord nung 3 geführt.

[0058] Die Signalleiter 5 des Signalkabels 9 sind einge richtet Beschleunigungssignale von den Teilmassen 21 elektrisch abzuleiten.

[0059] Zwischen Signalkabel 9 und Vorspannanordnung 3 ist ein Dichtungselement 57 angeordnet. Das Gehäuse ist herme tisch abgedichtet. Die Öffnung 33 ist um das Signalkabel 9 so hermetisch gasdicht abgedichtet.

[0060] Es kann auch auf die Leiterplatte 55 verzichtet werden. In diesem Fall ist mit jeder Teilmasse 21 ein elektrischer Signalleiter 5 elektrisch leitend kraftschlüs sig, stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden. Die resul tierenden N+l Signalleiter 5 sind zu einem Signalkabel 9 ge bündelt, welches Signalkabel 9 durch eine Öffnung 33 in der Vorspannanordnung 3 geführt ist. Die Signalleiter 5 können alternativ auch mit einem Steg 44 oder einer Elektro de 47, 48elektrisch leitend verbunden sein. [0061] Vorteilhafterweise weist das Signalkabel 9 N+l elektrische Signalleiter 5 und einen Potentialleiter 8 mit einem definierten elektrischen Potential auf. Die elektri schen Signalleiter 5 sind direkt oder indirekt mit den Teil massen 21 elektrisch leitend und mechanisch verbunden. Der Potentialleiter 8 ist direkt oder indirekt mit der Vorspanna nordnung 3 elektrisch leitend und mechanisch verbunden. Der Potentialleiter 8 umschliesst die Signalleiter 5 weitgehend. Der Potentialleiter 8 hat dasselbe elektrische Potential wie die Vorspannanordnung 3. Dadurch sind die Signalleiter 5 des Signalkabels 9 gleichermassen vor elektromagnetischen Störun gen geschützt wie die Messelemente 41 innerhalb der Vorspan nanordnung 3.

[0062] Die Messsysteme 4 sind in unterschiedlicher Nähe zur seismischen Masse 2 angeordnet. Ein erstes Messsystem 4 weist den kleinsten Abstand zur seismischen Masse 2 auf. Ein N-tes Messsystem 4 weist den grössten Abstand zur seismischen Masse 2 auf. Die Nummerierung der Messsysteme 4 steigt mit steigendem Abstand von der seismischen Masse 2 aus an. Mes selemente 41, welche der seismischen Masse 2 bezüglich der Längsachse X nächstliegend angeordnet sind gehören demnach zum ersten Messsystem 4. Messelemente 41, welche von der seismischen Masse 2 am weitesten entfernt sind gehören dem nach zum N-ten Messsystem 4. Zwischen seismischer Masse 2 und dem ersten Messsystem 4 ist, wie bereits beschrieben, ein Isolierelement 49 angeordnet. Die erste Oberfläche 42 der Messelemente 41 des ersten Messsystems 4 und jedes Messsys tems 4 mit einer ungeraden Nummer ist zur seismischen Masse 2 hin ausgerichtet. Die erste Oberfläche 42 der Messelemente 41 mit einer geraden Nummer ist von der seismischen Masse 2 weg ausgerichtet. Zwischen zwei einander zugewandten zweiten Oberflächen 43 zweier direkt nebeneinander bezüglich der Längsachse X angeordneter Messelemente 41 verschiedener Mess systeme 4 ist eine zweite Elektrode 48 im Kontakt mit den beiden zweiten Oberflächen 43 angeordnet. Zwischen zwei ei nander zugewandten ersten Oberflächen 42 zweier direkt neben einander bezüglich der Längsachse X angeordneter Messelemen te 41 verschiedener Messsysteme 4 ist jeweils eine erste Elektrode 47 im Kontakt mit jeweils einer der ersten Oberflä chen 42 angeordnet und zwischen den beiden ersten Elektro den 47 direkt nebeneinander bezüglich der Längsachse X ange ordneter Messelemente 41 ist ein Isolierelement 49 angeord net. Messelemente 41 zweier Messsysteme 4 sind direkt neben einander angeordnet, wenn sich die Nummer der Messsysteme 4 um die Zahl 1 unterscheidet. So sind Polarisationsladungen angrenzender erster Oberflächen 42 verschiedener Messsyste me 4 voneinander elektrisch isoliert. Die Polarisationsladun gen der ersten Oberflächen 42 der Messsysteme sind einzeln an den jeweils mit der ersten Elektrode 47 elektrisch leitend verbundenen Teilmasse 21 elektrisch abgreifbar.

[0063] Die Messelemente 41 sind bezüglich der Längsachse X beidseitig der seismischen Masse 2 spiegelsymmetrisch bezüg lich einer Ebene senkrecht zur Längsachse X angeordnet.

[0064] Das Messelement 41 weist mindestens ein piezoelekt risches Kristallelement 45 auf. Ein piezoelektrisches Kris tallelement 45 ist aus einem piezoelektrischen Kristall ge fertigt. Ein piezoelektrischer Kristall ist beispielsweise Quarz, Turmalin, Gallium Orthophosphat, Kristalle der CGG Gruppe, Lithium-Niobat, Lithium-Tantalat, etc.

[0065] Ein Messelement 41 zur Ermittlung einer Beschleuni gungskomponente Tx entlang der Längsachse X ist in Fig. 9 schematisch dargestellt und umfasst einen Kristall, welcher den longitudinalen piezoelektrischen Effekt aufweist und sen sitiv auf Kräfte entlang der Längsachse X ist. Polarisations ladungen werden bei vorliegender Beschleunigung auf den Ober flächen senkrecht zur Längsachse X erzeugt.

[0066] Ein Messelement 41 zur Ermittlung einer Beschleuni gungskomponente Ty entlang der Querachse ist in Fig. 10 sche matisch dargestellt und umfasst einen Kristall, welcher den longitudinalen piezoelektrischen Schubeffekt aufweist und sensitiv auf Schubkräfte, welche an den Oberflächen senkrecht zur Längsachse X angreifen und entlang der Querachse ausge richtet sind. Polarisationsladungen werden bei vorliegender Beschleunigung auf den Oberflächen senkrecht zur Längsachse X erzeugt.

[0067] Ein Messelement 41 zur Ermittlung einer Beschleuni gungskomponente Tz entlang der Vertikalachse Z ist in Fig. 11 schematisch dargestellt und umfasst einen Kristall, welcher den longitudinalen piezoelektrischen Schubeffekt aufweist und sensitiv auf Schubkräfte ist, welche an den Oberflächen senk recht zur Längsachse X angreifen und entlang der Vertikalach se Z ausgerichtet sind. Polarisationsladungen werden bei vorliegender Beschleunigung auf den Oberflächen senkrecht zur Längsachse X erzeugt.

[0068] Ein Messelement 41 zur Ermittlung einer Beschleuni gungskomponente My um die Quersachse Z ist in Fig. 12 schema tisch dargestellt und umfasst zwei symmetrische Kristallele mente 45 welcher jeweils den longitudinalen piezoelektrischen Effekt aufweisen. Die Kristallelemente 45 sind entgegenge setzt in ihrer Polarisation ausgerichtet und entlang der Querachse getrennt. Eine Winkelbeschleunigung um die Querach- se erzeugt eine belastende Kraft K auf einem der Kristallele mente 45 und eine entlastende Kraft K auf dem anderen Kris tallelement 45 des Messelements 41. Polarisationsladungen werden bei vorliegender Beschleunigung auf den Oberflächen senkrecht zur Längsachse X erzeugt. Durch die entgegengesetz te Ausrichtung sind weiterhin bei Vorliegen einer Winkelbe schleunigung um die Querachse Beschleunigung gleichartige Po larisationsladungen auf der ersten Oberfläche 42 des Messele ments 41 und entgegengesetzt gleichartige Polarisationsladun gen auf der zweiten Oberfläche 43 des Messelements 41 ab greifbar. Das Messelement 41 zur Ermittlung einer Beschleuni gungskomponente My um die Quersachse ist schematisch in Fig. 12 dargestellt.

[0069] Ein Messelement 41 zur Ermittlung einer Beschleuni gungskomponente Mz um die Vertikalsachse Z ist in Fig. 13 schematisch dargestellt und umfasst zwei symmetrische Kris tallelemente 45 welcher jeweils den longitudinalen piezoe lektrischen Effekt aufweisen. Die Kristallelemente 45 sind entgegengesetzt in ihrer Polarisation ausgerichtet und ent lang der Vertikalachse Z getrennt. Eine Winkelbeschleunigung um die Vertikalachse Z erzeugt eine belastende Kraft K auf einem der Kristallelemente 45 und eine entlastende Kraft K auf dem anderen Kristallelement 45 des Messelements 41. Pola risationsladungen werden bei vorliegender Beschleunigung auf den Oberflächen senkrecht zur Längsachse X erzeugt. Durch die entgegengesetzte Ausrichtung sind weiterhin bei Vorliegen ei ner Beschleunigung gleichartige Polarisationsladungen auf der ersten Oberfläche 42 des Messelements 41 und entgegengesetzt gleichartige Polarisationsladungen auf der zweiten Oberflä che 43 des Messelements 41 abgreifbar. [0070] Ein Messelement 41 zur Ermittlung einer Beschleuni gungskomponente Mx um die Längsachse X Z ist in Fig. 14 sche matisch dargestellt und umfasst mindestens zwei symmetrische Kristallelemente 45 welcher jeweils den longitudinalen piezo elektrischen Schubeffekt aufweisen. Die Kristallelemente 45 sind ihrer Polarisation weitgehend tangential um die Längs achse X, d.h. entlang der Rotationsrichtung um die Längsach se X, ausgerichtet. Eine Winkelbeschleunigung um die Längs achse X erzeugt eine Schubkraft entlang der Rotationrichtung um die Längsachse X zwischen der ersten Oberfläche 42 und der zweiten Oberfläche 43 des Messelements 41, wobei jedes Kris tallelement 45 eine Schubkraft weitgehend entlang seiner Po larisationsrichtung erfährt. Polarisationsladungen werden bei vorliegender Winkelbeschleunigung um die Längsachse X auf den Oberflächen senkrecht zur Längsachse X erzeugt. Durch die Ausrichtung entlang der Rotationsrichtung um die Längsachse X sind weiterhin bei Vorliegen einer Beschleunigung gleicharti ge Polarisationsladungen auf der ersten Oberfläche 42 des Messelements 41 und entgegengesetzt gleichartige Polarisati onsladungen auf der zweiten Oberfläche 43 des Messelements 41 abgreifbar .

[0071] Der Beschleunigungsaufnehmer 1 weist vorteilhafter weise eine Kompensationseinrichtung zur Temperaturkompensati on auf. Die temperaturabhängige Längenausdehnung entlang der Längsachse X der Vorspannanordnung 3 und der Messelemente 41 unterscheidet sich, da der Längenausdehnungskoeffizient der metallischen Vorspannanordnung 3 im Allgemeinen grösser ist als der Längenausdehnungskoeffizient der Messelemente 41. Ei ne Änderung der Temperatur des Beschleunigungsaufnehmers 1 ändert daher die Vorspannkraft, welche die Vorspannanord nung 3 auf die Messelemente 41 ausübt. Eine Änderung der Vor- Spannkraft ändert die Sensitivität der Messelemente 41. Die Sensitivität ist der Zusammenhang zwischen wirkender Kraft K und generierter Polarisationsladung. Dies ist unvorteilhaft, da aus der generierten Polarisationsladung auf die durch eine Beschleunigung Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz mittels der seismischen Masse 2 auf die Messelemente 41 wirkende Kraft K geschlossen wird. Die Kompensationseinrichtung besteht aus der Kombinati on der seismischen Masse 2 und der Vorspannanordnung 3, wobei das Material der seismischen Masse 2 und der Vorspannanord nung 3 so gewählt ist, dass das Material der seismischen Mas se 2 einen grösseren Längenausdehnungskoeffizienten als das Material der Vorspannanordnung 3 aufweist. Die Länge der seismischen Masse 2 bezüglich der Längsachse X ist dabei der art angepasst, dass die kombinierte Längenausdehnung der ent lang der Längsachse X angeordneten Messelemente 41, Elektro den 47, 48, Isolierelemente 49 und seismischer Masse 2 gleich der Längenausdehnung der Vorspannanordnung 3 in diesem Ab schnitt bezüglich der Längsachse X ist. Bei einer Tempera turänderung des Beschleunigungsaufnehmers 1 bleibt die Vor spannkraft der Messelemente 41 weitgehend konstant. Selbst verständlich kann statt einer Anpassung der Länge der seismi schen Masse 2 auch an geeigneter Stelle, beispielsweise zwi schen Isolierelement 49 und Vorspannanordnung 3 ein Längen ausgleichselement (nicht gezeigt) angeordnet sein. Das Län genausgleichselement ist aus einem Material mit grösserem Längenausdehnungskoeffizienten als das Material der Vorspan nanordnung 3 ausgeführt. Die Ausdehnung des Längenausgleich selements entlang der Vertikalachse Z und der Querachse Y ist gleich dem Isolierelement 49 und die Dicke des Längenaus gleichselements entlang der Längsachse X ist angepasst, so- dass die kombinierte Längenausdehnung der entlang der Längs- achse X angeordneten Messelemente 41, Elektroden 47, 48, Iso lierelemente 49, seismischer Masse 2 und Längenausgleichsele ment gleich der Längenausdehnung der Vorspannanordnung 3 in diesem Abschnitt bezüglich der Längsachse X ist.

[0072] Vorteilhafterweise ist die Länge und die Material wahl der seismischen Masse 2 derart gewählt, dass die kombi nierte Längenausdehnung der seismischen Masse 2 und der N piezoelektrischen Messsysteme 4 und vorhandenen Isolierele mente 49 nicht mehr als 10% von der Längenausdehnung der Vor spannanordnung 3 über einen Temperaturbereich von mindestens 50 K in Richtung der Längsachse X abweicht.

[0073] In Fig. 15 ist eine weitere Ausführungsform des Be schleunigungsaufnehmers 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist der Beschleunigungsaufnehmer 1 eingerichtet N=6 Beschleu nigungskomponenten Tx, Ty, Tz, Mx, My, Mz aufzunehmen. Die seismische Masse 2 weist entsprechend in N+l=7 Teilmassen 21 auf. Fig. 15 zeigt eine weitere Teilansicht des Beschleuni gungsaufnehmers 1, welcher entsprechend N=7 Messsysteme 4 aufweist. Die Beschleunigungskomponenten Tx, Ty, Tz, Mx,

My, Mz sind beispielsweise je eine Beschleunigungskomponen te Tx, Ty, Tz entlang der Längsachse X, der Querachse Y und der Vertikalachse Z, sowie je eine Beschleunigungskomponen ten Mx, My, Mz um die Längsachse X, um die Querachse Y und um die Vertikalachse Z.

[0074] Es sind weitere Ausführungsformen möglich, die ver schiedene Merkmale der in dieser Schrift offenbarten Ausfüh rungsformen wo möglich miteinander kombinieren. Bezugszeichenliste

1 Beschleunigungsaufnehmer

2 Seismische Masse

3 Vorspannanordnung

4 Messsystem

5 Signalleiter

8 Potentialleiter

9 Signalkabel

21 Teilmasse

22 Isolator

24 Stirnfläche

31 Vorspannhülse

32 Vorspannelement

33 Öffnung

41 Messelement

42 Erste Oberfläche

43 Zweite Oberfläche

44 Steg

45 Kristallelement

46 Kontaktelement

47 erste Elektrode

48 zweite Elektrode

49 Isolierelement

55 Leiterplatte

56 Leiterbahnen

57 Dichtungselement

K Kraft

Mx Beschleunigungskomponente um die Längsachse

My Beschleunigungskomponente um die Querachse

Mz Beschleunigungskomponente um die Vertikalachse

Tx Beschleunigungskomponente entlang der Längsachse Ty Beschleunigungskomponente entlang der Querachse

Tz Beschleunigungskomponente entlang der Vertikalachse

X Längsachse Y Querachse Z Vertikalachse