Elektor

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Nicht jeder kennt den Beschleuni-
gungssensor ADXL05 von Analog
Devices, den wir im letztjährigen
Aprilheft in einem Applikator der
(staunenden) Elektor-Leserschaft vor-
stellten. Deshalb hier eine Beschrei-
bung des ADXL05 in Kurzfassung. Wie
Bild 1a zeigt, ist der Beschleunigungs-
sensor zusammen mit einem Oszilla-
tor, einem Demodulator, Vorverstärker,
Spannungsreferenz und einem Puf-
ferverstärker in einem zehnpoligen
TO100-Metallgehäuse untergebracht.
Das Bauteil mißt Beschleunigungen im
Bereich ±5 g (Volllaussteuerung) mit
einer Empfindlichkeit von 200 mV/g.
Das typische Rauschen beschränkt
sich auf 500 µg/

√

Hz, so daß Signale

hinunter bis etwa 5 mg erfaßt werden
können. Der ADXL05 mißt stetig posi-
tive und negative Beschleunigungen,

aber auch Wechselgrößen (zum Bei-
spiel Vibrationen) bis ungefähr 4 kHz.
Da Beschleunigung ein Raumvektor ist,
besitzt der ADXL05 auch drei orthogo-
nale Achsen, von denen nur eine (X)
sensitiv ist. Die Querempfindlichkeit
zur ebenfalls auf der Chipfläche liegen-
den Y- sowie zur senkrecht auf Bild 1b
stehenden Z-Achse beträgt etwa 2 %.

E

I N

S

E N S O R

U N D E I N W E N I G M E H R
Bei einem Blick auf Bild 2 erstaunt die
geringe Anzahl der Bauteile, die für ein
solches Präzisionsmeßgerät notwendig
sind. Der Sensor IC2 ist nämlich an ein
fix und fertiges Voltmeter-Modul
(DVM) mit LC-Display angeschlossen,
und zwischen Sensor und Modul
befindet sich eine Reihe von (einstell-
baren) Widerständen und einige Kon-

Vor gut einem Jahr

berichtete Elektor über

den integrierten

Beschleunigungssensor

ADXL05 der Firma Ana-

log Devices. Auf vielfa-

chen Leserwunsch stel-

len wir nun eine Vor-

satzschaltung für ein

Digital-Voltmetermodul

mit diesem Sensor vor.

32

Idee von J. Wilkes

Elektronischer

Beschleunigungsmesser

Vorsatz für DVM-Modul

densatoren zur Entkopplung. Der
ADXL05 liefert bei einer Beschleuni-
gung von 0 g eine nominelle Aus-
gangsspannung von 1,8 V. Damit das
DVM bei dieser Ausgangsspannung
Null anzeigt, muß dem Minus-Eingang
des Moduls eine Offsetspannung
angeboten werden. Zu diesem Zweck
besitzt der ADXL05 einen 3,4-V-Refe-
renzspannungsausgang. Der Span-
nungsteiler R1, R2 und P2 erlaubt die
exakte Einstellung des Nullpunkts.
Die Ausgangsspannung des Sensors
bei 0 g schwankt produktionsbedingt
um etwa ±0,3 V, kann also im Bereich
1,5...2,1 V liegen. Um diese große Tole-
ranz ausgleichen zu können, greifen
P3/R6 in die Verstärkungsregelung des
Puffer-Opamps ein.
Obwohl der Einsatz eines DVM-
Moduls mit einem Vollausschlag von
200 mV einen kompakten Aufbau
erlaubt, tauchen doch einige sich
widersprechende Forderungen auf, für
die geeignete Kompromisse gefunden
werden müssen. Um die Empfindlich-
keit und Genauigkeit des Moduls voll
zu nutzen, sollte es an die typische
Empfindlichkeit des Sensors von 200
mV/g angepaßt werden. Das ist nicht
schwierig: Die Verstärkung des Puffers
wird auf 0,5 und damit ein Meßbereich
von 2 g entsprechend einem Anzeige-
bereich von 200 mV eingestellt. Aller-
dings ist dann der Meßbereich des
Sensors von 5 g nicht ausgeschöpft.
Würde man einen Verstärkungsfaktor
von 0,05 wählen, ergäbe eine Beschleu-
nigung von 5 g eine
Anzeige von 50 mV,
was wiederum die Auf-
lösung des DVM-
Moduls nicht maximal
nutzt. Deshalb haben
wir zwei umschaltbare

Meßbereiche von ±2 g
und ±5 g vorgesehen,
so daß man zwischen
bester Sensor- und
bester Display-Genau-
igkeit wählen kann.
Die restlichen Bauteile der Schaltung
sind schnell erläutert: An P2 gleicht
man die Sensorempfindlichkeit ab und

korrigiert damit die
eventuell beträchtliche
Toleranz der Empfind-
lichkeit (laut Daten-
blatt ±25 mV/g). C4
bestimmt die Zeitkon-
stante des der Demo-

dulators und damit die
Bandbreite des Meß-
geräts. Mit den hier ein-
gesetzten 22 nF erreicht
man eine -3-dB-Band-

breite von 1600 Hz. Das Beschleuni-
gungsmeßgerät wird von einer 9-V-
Batterie versorgt, deren Ausgangs-
spannung von IC1 auf 5 V stabilisiert
wird. Eine Verpolung der Batterie
bleibt dank D1 ohne nachteilige Folgen
für den Sensor. Die Stromaufnahme
beträgt rund 15 mA, davon gehen 2
mA für das DVM-Modul ab.

K

O N S T R U K T I O N

33

Elektor

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1

A

B

Bild 1. Blockdiagramm
(a) und Lage der emp-
findlichen Achse (b)
des ADXL05.

1N4001

78L05

100

µ

100n

BT1

16V

4

µ

7

10V

22n

22n

IC1

9V

S1

D1

C1

C5

C2

C3

C4

ADXL05

VIN –

IC2

VREF

VOUT

ODC

VPR

DC1

DC4

10

ST

5

9

6

1

4

8

2

3

7

R1

22k

R2

22k

R4

28k7

1%

R3

3k16

1%

C7

100n

C6

1

µ

R6

270k

R5

47k

20k

P2

MT

50k

P3

5k

P1

MT

S2a

2g (200mV)

5g (50mV)

0

DVM

DVM

+5V

1V8

1V8

8V4

5V

DVM

DPM951

980047 - 11

3V4

2

Bild 2. Die Schaltung
des Beschleunigungs-
Meßgeräts weist nur
wenige Bauelemente
auf, erlaubt aber den-
noch einen exakten
Abgleich.

Das Beschleunigungs-Meßgerät ist
einfach mit der Platine aufzubauen,
deren Layout und Bestückungsplan
in Bild 3 zu sehen ist. Die einzige
Besonderheit ist, daß der Sensor
direkt auf die Platine gelötet und kei-
nesfalls in eine Fassung gesteckt wer-
den sollte. Nur so ist die Lage der X-
Achse die gleiche wie die der Platine.
Wie die externen Bauteile (Bereichs-
und Betriebsschalter,
Batterie, DVM) ange-
schlossen werden,
zeigt

Bild 4 deutlich.

Vor dem Anschluß des DVM-Moduls
ist aber der

A

B G L E I C H

an der Reihe. Dazu schließt man
1. ein Digitalvoltmeter zwischen dem
Minuspol der Batterie und dem -DVM-
Anschluß an. P1 ist so zu drehen, daß
das Voltmeter 1,800 V anzeigt.
2. ein Digitalvoltmeter zwischen
Minuspol der Batterie und dem
+DVM-Anschluß an. P3 ist so zu dre-
hen, daß das Voltmeter wiederum
1,800 V anzeigt (Platine waagrecht !).
3. Zwischen den beiden Bereichen hin
und her schalten. Der angezeigte Wert
sollte gleich sein. Wenn nicht, hilft nur
eine Neueinstellung von P3.
Anschließend muß natürlich auch P1
neu abgeglichen werden.
4. Wiederholen Sie die Punkte 1...3, bis
das Optimum erreicht ist.

5. Stellen Sie den ±2-g-
Bereich ein und halten
Sie die Platine so, daß
Pin 10 des Sensors

genau nach oben weist. Dann stellt
man P2 so ein, daß im Display 1.000
(entsprechend 1 g) erscheint. Nun
dreht man die Platine, bis Pin 10 genau
nach unten zeigt. Auf der Anzeige
erscheint, wenn alles o.k. ist, genau
–1.000 (gleich –1 g). Stimmen die Werte
abgesehen vom Vorzeichen nicht exakt
überein, so hängt dies in der (geringen)
Querempfindlichkeit des ADXL05
zusammen.
Schließlich noch ein paar Worte zum
eingesetzten DVM-Modul. Es erlaubt
schwebende Messungen und kann
deshalb mit nur einer Batterie versorgt
werden. Zur Spannungsversorgung
des Moduls steht auf der Platine ein
eigener 0/5-V-Anschluß zur Verfügung.
Schließen Sie keinesfalls den Minus-
Anschluß, sondern immer den Nullan-
schluß des Moduls an den Minuspol
der Batterie, also die Schaltungsmasse
an. Minus- und Plusanschluß des
Moduls können dagegen beliebig ver-
tauscht werden, es ändert sich lediglich
das Vorzeichen der Anzeige.

(980047)rg

980047-1

H2

H4

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

D1

H1

H3

IC1

IC2

P1

P2

P3

R1

R2

R3

R4

R5

R6

980047-1

5V

0

DVM

+

+

+

-

-

S2

S1

BT1

980047-1

3

Bild 3. Layout und
Bestückungsplan der Platine.

Stückliste

Widerstände:
R1,R2 = 22 k
R3 = 3k16, 1% MRS25
R4 = 28k7, 1% MRS25
R5 = 47 k
R6 = 270 k

P1 = 5 k Mehrgangtrimmer liegend
P2 = 20 k Mehrgangtrimmer liegend
P3 = 50 k Mehrgangtrimmer liegend

Kondensatoren:
C1 = 100

µ/16 V stehend

C2 = 100 n Sibatit
C3,C4 = 22 n MKT
C5 = 4

µ7/10 V stehend

C6 = 1

µ MKT

C7 = 100 n MKT

Halbleiter:
D1 = 1N4001
IC1 = 78L05
IC2 = ADXL05JH

Außerdem:
BT1=9-V-Block
S1 = Kippschalter 1

⋅an

S2 = Kippschalter 1

⋅an oder 3⋅um

für Dezimalpunktansteuerung

DVM = DPM95-I (Conrad Best.-Nr.

121142-44)

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

D1

IC1

IC2

P1

P2

P3

R1

R2

R3

R4

R5

R6

980047-1

5V

0

DVM

+

+

+

+

-

-

-

S2

S2a

S1

S2b

980047 - 12

S2c

S1

BT1

BT1

9V

INHI

1

INLO

2

VDD

LK4

LK5

LK6

3

VSS

4

COMMON

5

6

REFLO

7

REFHI

8

BP

9

BP

10

11

DP3

12

DP2

13

DP1

14

5g

2g

DVM

DPM951

Bild 4. Verdrahtungs-
plan von Platine, Bat-
terie und DVM-Modul.
S2b/c schalten den
Dezimalpunkt bei der
Bereichswahl um.
Luxus pur!

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