JP2990949B2 - 回転速度検出装置 - Google Patents

回転速度検出装置

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JP2990949B2 JP4137097A JP13709792A JP2990949B2 JP 2990949 B2 JP2990949 B2 JP 2990949B2 JP 4137097 A JP4137097 A JP 4137097A JP 13709792 A JP13709792 A JP 13709792A JP 2990949 B2 JP2990949 B2 JP 2990949B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転速度検出装置に係
り、特に磁気抵抗素子を用いて回転検出を行う回転速度
検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】車載用のセンサの一つとして回転速度検
出装置がある。この回転速度検出装置は、例えばアンチ
ブレーキシステム(ABS)において、車軸の回転速度
検出を行うのに用いられる。
【0003】従来、この種の回転速度検出装置として特
開昭62−66115号公報に示されるものがある。図
8は同公報に示された回転速度検出装置の構造を示して
いる。同図に示されるように、回転速度検出装置1は二
つの磁気抵抗素子2,3を有し、各磁気抵抗素子2,3
をブリッジ状に接続した構造を有している。磁気抵抗素
子2の一端は電源VCCに接続されており、他端は磁気抵
抗素子3の一端と接続されている。また磁気抵抗素子3
の他端は接地されており、出力電圧は各磁気抵抗素子
2,3間の出力端子4から出力される構成とされてい
た。尚、5は出力電圧を増幅するアンプである。
【0004】上記のように、従来の回転検出装置1にお
いて磁気抵抗素子2,3をブリッジ状に接続する構成と
したのは次の理由による。即ち、磁気抵抗素子2,3は
感度は良好であるものの、素子単品では抵抗値のばらつ
きが非常に大きく、また抵抗温度特性も非常に大きい。
例えば抵抗値については600 Ω〜4500Ωのばらつきを有
し、また抵抗温度特性においては35℃の温度変化(上
昇)で抵抗値が1/2 にも減少するものが知られている。
【0005】従って、このように抵抗値のばらつきを有
し、また抵抗温度特性の大きな磁気抵抗素子を単品で用
いた場合には、使用する磁気抵抗素子の抵抗値ずれや使
用する環境温度,磁界強度により測定値が大きく変化し
測定精度が低下してしまう。
【0006】このため、各磁気抵抗素子2,3をブリッ
ジ状に接続することにより各磁気抵抗素子2,3の抵抗
−温度特性を相殺し、これにより測定精度を向上させる
構成とされていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように各磁気抵
抗素子2,3をブリッジ状に接続することにより各磁気
抵抗素子2,3の抵抗−温度特性は相殺され、使用する
環境温度により測定値が大きく変動することを防止する
ことができる。
【0008】しかるに、各磁気抵抗素子2,3の初期抵
抗(印加磁界がゼロである時の抵抗値)にバラツキがあ
ると、回転速度検出用の磁気抵抗素子(二つの磁気抵抗
素子の内、いずれか一方)の両端電圧の振幅中心がブリ
ッジへの印加電圧の中心からずれてしまい、出力電圧の
振幅が小さくなり検出精度が低下してしまうという問題
点があった。
【0009】また、被回転検出体となるのは一般に磁性
材料で作られた歯車であるが、二つの磁気抵抗素子2,
3を用いた回転速度検出装置では、この二つの磁気抵抗
素子2,3を、一方の磁気抵抗素子(例えば磁気抵抗素
子2)が歯車の山と対向した時、他方の磁気抵抗素子3
が歯車の谷と対向するよう、磁気抵抗素子2,3と歯車
との位置決めを高精度に行う必要がある。しかるに、車
載用の回転速度検出装置の場合、歯車を車軸に配設する
ため外径等の形状が異なり、磁気抵抗素子2,3と歯車
を高精度に位置決めするためには歯車形状に合わせた磁
気抵抗素子が必要となるという問題点があった。
【0010】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、磁気抵抗素子を一つ使用し、この磁気抵抗素子の
両端電圧変化の直流成分電圧が所定値となるよう制御す
ることにより、検出精度の向上を図った回転速度検出装
置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理図で
ある。
【0012】同図に示すように、上記課題を解決するた
めに本発明では、磁界発生部(A1)と、この磁界発生部(A
1)が発生する磁束の影響を受ける位置に配設された単一
の磁気抵抗素子(A2)と、この磁気抵抗素子(A2)と対向配
設されると共に回転体(A3)に配設されており、この回転
体(A3)の回転速度に応じた周期で磁気抵抗素子(A2)に印
加される磁界の磁束密度を変化させる磁束密度変化部(A
4)と、上記磁気抵抗素子(A2)に所定電圧を印加する電圧
印加部(A5)とを具備し、磁気抵抗素子(A2)の両端部電圧
変化より回転体(A3)の回転速度を検出する回転速度検出
装置において、上記磁気抵抗素子(A2)の両端部電圧変化
より直流電圧成分を抽出する積分回路を設けており、上
記磁気抵抗素子(A2)の両端部電圧変化の直流成分電圧が
上記電圧印加部(A5)により印加される所定電圧に対して
上昇した際、これを検出して上記直流成分電圧を下げる
よう調整処理を行い、上記電圧印加部(A5)により印加さ
れる所定電圧に対し所定割合の電圧となるよう直流成
分電圧を制御する直流成分電圧制御部(A6)を設けたこと
を特徴とするものである。
【0013】
【作用】直流成分電圧制御部(A6)は、磁気抵抗素子(A2)
の両端部電圧変化の直流成分電圧が上記電圧印加部(A5)
により印加される所定電圧に対して上昇した際、これを
検出して上記直流成分電圧を下げるよう調整処理を行
い、電圧印加部(A5)により印加される所定電圧に対して
所定割合の電圧となるよう直流成分電圧を制御する。
のため、磁気抵抗素子(A2)の初期抵抗値にばらつきがあ
ったとしても、磁気抵抗素子(A2)の両端部には常に電圧
印加部(A5)により印加される所定電圧に対し所定割合の
電圧が印加される。従って、磁気抵抗素子(A2)の初期抵
抗値のばらつきに拘わらず出力電圧の振幅中心を所定値
とすることができ、常に大きな出力電圧振幅を保つこと
ができる。
【0014】また、直流成分電圧制御部(A6)は磁気抵抗
素子(A2)の両端部電圧変化の直流成分電圧を制御するも
のであるため、回転検出信号である交流成分には影響を
与えることはなく、精度の高い回転速度検出信号を得る
ことができる。更に、一つの磁気抵抗素子(A2)で回転速
度検出が行えるため、装置のコスト低減を図ることがで
きる。更に、直流成分電圧制御部(A6)は、磁気抵抗素子
(A2)の両端部電圧変化より直流電圧成分を抽出する積分
回路を設けているため、磁気抵抗素子(A2)からの交流電
圧成分は低減されることはなく、よって高出力の出力信
号を得ることが可能となる。
【0015】
【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に説明
する。図2は本発明の第1実施例である回転速度検出装
置10を示している。この回転速度検出装置10は、例
えば車載されるABS(Antilock Brake System)におい
て、車速検出センサとして用いられるものである。
【0016】同図において、11は磁性体よりなる回転
体であり、形成されている歯の山部11aは着磁されて
磁界を発生するよう構成されている。また、12は磁気
抵抗素子であり、本発明に係る回転速度検出装置10
は、一つの磁気抵抗素子12により回転速度検出を行う
構成とされている。この磁気抵抗素子12は、回転体1
1と対向するよう配設されている。
【0017】よって、回転体11の山部11aが磁気抵
抗素子12に近づくにつれて磁気抵抗素子12に印加さ
れる磁界の磁束密度は大となり、また回転体11の谷部
11bが磁気抵抗素子12に近づくにつれて磁気抵抗素
子12に印加される磁界の磁束密度は小となる。このよ
うに、回転体11の回転に伴い磁気抵抗素子12に印加
される磁界の磁束密度は変化する。磁気抵抗素子12
は、磁界の強さによりその抵抗値が変化する性質を有し
ており、上記磁束密度の変化に対応して抵抗値を変化さ
せる。また、上記磁束密度の変化は回転体11の回転速
度に対応しているため、よって磁気抵抗素子12の抵抗
値変化を検出することにより回転体11の回転速度を検
出することができる。尚、図中13は磁石であり、磁気
抵抗素子12に磁気バイアスを与えるために設けられて
いる。
【0018】14は本発明の特徴となる直流成分電圧制
御回路であり、例えばエンジンコントロールユニット
(ECU)15内に配設されている。以下、直流成分電
圧制御回路14の構成について説明する。
【0019】電源VCCには抵抗R3の一端部及びトラン
ジスタQ1のコレクタが接続されている。また、トラン
ジスタQ1のベースにはトランジスタQ2のコレクタが
接続されており、このベースとコレクタの接続点16に
は上記抵抗R3の他端部が接続され、更にトランジスタ
Q2のエミッタは接地されている。
【0020】トランジスタQ1のエミッタは、ECU1
5の外部ケースに設けられた磁気抵抗素子12の信号入
力端子17に接続されている。磁気抵抗素子12の一端
部はこの信号入力端子17に接続されると共に、他端は
同じくECU15の外部ケースに設けられたアース端子
18に接続されている。
【0021】トランジスタQ1のエミッタから信号入力
端子17にいたる配線途中の接続点19には、分圧回路
を構成する抵抗R1,R2が接続されており、この抵抗
R1,R2は直列に接続されると共に抵抗R2の抵抗R
1と接続側と異なる側は接地されている。また、この抵
抗R1と抵抗R2の接続点20にはトランジスタQ2の
ベース及びコンデンサCが接続されている。このコンデ
ンサCの接続点20との接続側と異なる側は接地されて
いる。更に、信号入力端子17と接続点19との間に
は、信号取り出し端子21が設けられており、回転速度
検出信号はこの信号取り出し端子21より取り出され
る。尚、22は信号増幅用の増幅器である。
【0022】続いて、直流成分電圧制御回路14の動作
について説明する。上記構成を有する直流成分電圧制御
回路14は直流成分定電圧回路となっており、抵抗R
1,R2の各抵抗値を適宜選定することにより、入力信
号端子17の電圧は電源VCCの電圧の略1/2の電圧値
で安定化するよう制御される構成とされている。
【0023】ここで、磁気抵抗素子12の抵抗にばらつ
きがあり、既定抵抗値(設計抵抗値)に対して磁気抵抗
素子12の初期抵抗値がずれていた場合を想定する。い
ま、磁気抵抗素子12の抵抗値が大きくなる方向にずれ
ることにより信号入力端子17の電圧が上昇した場合を
例に挙げて説明する。
【0024】信号入力端子17の電圧が上昇すると、こ
れに伴い接続点20の電圧も上昇し、トランジスタQ2
のベース電圧が上昇する。また、トランジスタQ2のベ
ース電圧が上昇することにより、トランジスタQ2のエ
ミッタ電流が増大し、これに伴い電源VCCから抵抗R3
を介してトランジスタQ2に流れ込むコレクタ電流が増
大する。これにより、トランジクタQ1のベース電圧V
C は低下し、よって直流成分電圧制御回路14は信号入
力端子17の電圧を下げようと作動する。従って、磁気
抵抗素子12の抵抗にばらつきが有ったとしても、信号
入力端子17の電圧は所定値(電源VCCの電圧の略1/
2の電圧値)に保たれる。
【0025】上記のように、直流成分電圧制御回路14
は直流成分定電圧回路として機能するため、磁気抵抗素
子12が有する抵抗値のバラツキによる影響を有効に除
去することができる。しかるに、磁気抵抗素子12は回
転体11の回転速度検出時において、回転体11から印
加される磁界の強さ変化に対応した交流波形的な出力信
号を生成する。この出力信号の交流波形は電圧変化成分
であるため、直流成分電圧制御回路14に代えて単に周
知の直流成分定電圧回路を設けた構成では、直流成分定
電圧回路は出力信号としての電圧変化までも定電圧化し
てしまい、出力信号が弱められてしまう。
【0026】そこで、本実施例に係る直流成分電圧制御
回路14は、回路内に抵抗R1とコンデンサCとにより
構成される積分回路を設けている。この積分回路の時定
数τはτ=R1×Cで示される。いま、磁気抵抗素子1
2からの入力信号が時定数τより大きい周期変動の場合
(即ち入力信号の周波数fが小さい場合時)には、上記
積分回路は機能せず、接続点20の電圧(即ち、トラン
ジスタQ2のベース電圧VB ) は出力信号の電圧変化に
応答して変動するため、直流成分電圧制御回路14は前
記したように信号入力端子17における電圧値VA を安
定化させるよう作用する。
【0027】しかるに、回転体11の回転速度が速い回
転速度となると、磁気抵抗素子12からの入力信号の周
期変動が時定数τより小さい周期変動となる(即ち入力
信号の周波数fが大きくなる)。従って、磁気抵抗素子
12からの入力信号波形は上記積分回路により積分され
た波形となるため、トランジスタQ2のベース電圧V B
は上記周波数fが増大するにつれ一定値となる。これに
より、接続点16における電圧VC の制御ができなくな
り、よって積分回路の時定数で定められる所定周波数f
c 以上の回転速度においては入力信号の変動は低減され
ることはなく、信号取り出し端子21からは高出力を有
する出力信号を取り出すことができる。
【0028】図3は、回転速度検出装置10において回
転体11の回転速度を徐々に上昇させることにより、回
転体11より磁気抵抗素子12に印加する交流磁界の周
波数fを徐々に上昇させた場合における電圧波形図を示
している。
【0029】同図に示されるように、トランジスタQ2
のベース電圧VB の値は、交流磁界の周波数(これは回
転体11の回転速度と等価)が記所定周波数fc に近づ
くにつれて収束しており、fc 以上では一定の電圧とな
っている。これに伴い、信号入力端子17における電圧
値VA もfc 以上においては、磁気抵抗素子12からの
入力信号の周期変動に対応した安定した電圧波形となっ
ている。
【0030】また、図4及び図5は、積分回路を設けた
場合と設けなかった場合における、信号取り出し端子1
9より取り出される出力信号を示している。図4は積分
回路を設けなかった場合における出力信号であり、図5
は積分回路を設けた場合における出力信号である。尚、
各図において、(A)は出力信号を示しており、(B)
はトランジスタQ2のベース電位を示している。
【0031】図4に示されるような、積分回路を除き直
流成分定電圧回路のみを設けた構成の場合、Q2のベー
ス電位には磁気抵抗素子12からの信号が重畳してお
り、この信号に対応した変動が見られる。また、出力信
号の大きさは直流成分定電圧回路の作用により低減され
て0.08VP-P と低い出力値となっている。
【0032】これに対し、直流成分定電圧回路に積分回
路を設けた直流成分電圧制御回路14の場合、Q2のベ
ース電位は積分されて一定の値となっており、また出力
信号の大きさは直流成分定電圧回路が作用しないため0.
46VP-P と、図4に示される構成に比べて大きな値とな
っている。よって図4及び図5より、直流成分電圧制御
回路14は磁気抵抗素子12からの交流波状の入力信号
を有効に出力してることが判る。
【0033】また図6(A)は、直流成分電圧制御回路
14に代えて磁気抵抗素子12と等しい値となるように
した固定抵抗を磁気抵抗素子12とブリッジ状に配設し
た場合における出力波形を示しており、同図(B)は本
発明に係る回転速度検出装置20による出力波形を示し
ている。同図より、固定抵抗をブリッジ状に配設した構
成に比べ、本発明に係る回転速度検出装置20では出力
が多少下がる(70パーセント程度)が、前述したよう
に磁気抵抗素子の抵抗のバラツキ,温度変化及び使用状
態での磁界強度の変化分などを考慮すると、固定抵抗で
のブリッジ回路では同図(A)の1/5程度の出力しか
保証できないため、本考案の回路がこのレベルを保つと
すると、磁気抵抗素子のバラツキの上下限に比べて3倍
以上の高出力を得ることができる。
【0034】上記してきたように回転速度検出装置10
は、直流成分電圧制御回路14を設け、この直流成分電
圧制御回路14を直流成分定電圧回路として機能させる
ことにより、磁気抵抗素子12の抵抗のバラツキによる
影響を除去し、かつ直流成分定電圧回路に前記した積分
回路を組み合わせることにより、出力信号を直流成分定
電圧回路が低減させないよう構成したものである。従っ
て、磁気抵抗素子12の抵抗のバラツキに拘わらず高出
力の回転速度検出信号が得られるため、検出精度を向上
させることができる。
【0035】また、本実施例に係る回転速度検出装置1
0は、磁気抵抗素子12の配設個数を1個とすることが
できるため、磁気抵抗素子を2個配設する従来構成の装
置に比べてコストの低減を図ることができる。また、回
転体11と磁気抵抗素子12の位置決めも、回転体11
の山部11aが磁気抵抗素子12と対向するよう位置決
めすれば足り、従来の如く他方の磁気抵抗素子を回転体
11の谷部11bと位置決めする必要がなくなり、位置
決め作業の簡略化を図ることができる。更に、磁気抵抗
素子12とECU15を接続するワイヤハーネスは2本
で足りるため、磁気抵抗素子を2個配設する構成に比べ
てワイヤハーネスを1本減らすことができる。
【0036】図7は本発明の第2実施例である回転速度
検出装置30を示している。同図に示す回転速度検出装
置30は、第1実施例で示した直流成分電圧制御回路1
4に代えて、抵抗値選択回路31を設けたことを特徴と
するものである。この回転速度検出装置30も、例えば
車載されるABSにおいて、車速検出センサとして用い
られるものである。
【0037】同図において、32は磁気抵抗素子であり
回転体(図示せず)に対向配設されている。また、磁気
抵抗素子32の背部には磁気バイアスを与える磁石33
が配設されている。また、抵抗値選択回路31は、抵抗
値の異なる複数の抵抗(本実施例ではR0〜R4の5
個)、サンプル・ホールド回路41、スイッチSW1〜
SW4、コンパレータCOMP1〜COMP4等により
構成されている。
【0038】磁気抵抗素子32の一端は接続点34〜3
8,コンデンサC,オペアンプ39を介して出力端子4
0に接続され、また磁気抵抗素子32の他端は接地され
ている。また、接続点34は抵抗R0 を介して電源VCC
に接続されており、かつ接続点34にはサンプル・ホー
ルド回路41が接続されている。従って、磁気抵抗素子
32と抵抗R0 はブリッジ回路を構成しており、抵抗R
0 の抵抗値は磁気抵抗素子32の初期抵抗値と一致する
よう選定されている。
【0039】抵抗R1〜R4は、夫々抵抗抵抗R0と並
列に接続されると共に、各接続点35〜38との間には
スイッチSW1〜SW4が配設されている。このスイッ
チSW1〜SW4は、後述するコンパレータCOMP1
〜COMP4からの信号により開閉動作を行い、各抵抗
R1〜R4と磁気抵抗素子32を接続する機能を奏す
る。サンプル・ホールド回路41は、指令信号が入来す
ることにより磁気抵素子32と接続された接続点34の
電圧値をサンプリングする回路である。この指令信号と
しては、例えばエンジンが始動したことを示すイグニリ
ョンスイッチからのIG信号が用いられている。
【0040】サンプル・ホールド回路41でサンプリン
グされた接続点34の電圧値は、各コンパレータCOM
P1〜COMP4に供給される。各コンパレータCOM
P1〜COMP4は夫々異なる閾値を有しており、サン
プル・ホールド回路41から供給された接続点34の電
圧値が閾値の範囲となっている場合には、当該閾値が設
定されているコンパレータ(仮に設定されたコンパレー
タがCOMP1であるとして、以下述べる)がスイッチ
SW1に対して駆動信号を供給し、これによりスイッチ
SW1が閉成される構成とされている。スイッチSW1
が閉成されることにより、抵抗R1は磁気抵抗素子32
に接続され、よって磁気抵抗素子32とブリッジ回路を
構成する抵抗は抵抗R0とR1となる。従って、磁気抵
抗素子32とブリッジ回路を構成する抵抗の合成抵抗値
は(R0×R1)/(R0+R1)となり、スイッチS
W1閉成まえの抵抗値と異なる抵抗値となる。
【0041】上記構成とされた抵抗値選択回路31を設
けることにより、磁気抵抗素子32の抵抗値にばらつき
があり磁気抵抗素子32と抵抗R0の値にずれがあるよ
うな場合においても、この抵抗値ずれにより発生する接
続点34の電圧変化をサンプル・ホールド回路41を介
して各コンパレータCOMP1〜COMP4が判断し、
接続点34の電圧が電源VCCの電圧値の略1/2の値と
なるよう、磁気抵抗素子32に接続する抵抗R1〜R4
を選択する。
【0042】上記のように、第1実施例における直流成
分電圧制御回路14に代えて抵抗値選択回路31を設け
た構成としても、第1実施例と同様の効果を得ることが
でき、磁気抵抗素子32の抵抗値のばらつきに拘わらず
磁気抵抗素子32の端子電圧を一定に制御できるため、
高精度の回転速度検出が可能となる。
【0043】尚、上記した実施例では、直流成分電圧回
路14及び抵抗値選択回路31により磁気抵抗素子1
2,32に印加される両端電圧の値を電源VCCの電圧値
の略1/2とした構成を示したが、この両端電圧の値は
図2における抵抗R1,R2の値を適宜選定することに
より、また図7におけるCOMP1〜4の閾値の値を適
宜選定しておくことにより、任意の電圧値に設定するこ
とができる。
【0044】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、直流成分電
圧制御部は磁気抵抗素子の両端部電圧変化の直流成分電
圧が電圧印加部により印加される所定電圧に対し、所定
割合の電圧となるよう直流成分電圧を制御するため、磁
気抵抗素子の初期抵抗値にばらつきがあったとしても、
磁気抵抗素子の両端部には常に電圧印加部により印加さ
れる所定電圧に対し所定割合の電圧が印加され、従って
磁気抵抗素子の初期抵抗値のばらつきに拘わらず出力電
圧の振幅中心を所定値とすることができ、常に大きな出
力電圧振幅を保つことができる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】本発明の第1実施例である回転速度検出装置の
回路図である。
【図3】出力電圧とトランジスタQ2のベース電圧の電
圧波形図である。
【図4】積分回路を設けなかった場合における出力信号
を示す波形図である。
【図5】積分回路を設けた場合における出力信号を示す
波形図である。
【図6】(A)は磁気抵抗素子に直流成分電圧制御回路
に代えて固定抵抗をブリッジ状に配設した場合における
出力波形図、(B)は本発明に係る回転速度検出装置に
よる出力波形を示す図である。
【図7】本発明の第2実施例である回転速度検出装置の
回路図である。
【図8】従来の回転速度検出装置の一例を説明するため
の図である。
【符号の説明】
10,30 回転速度検出装置 11 回転体 12,32 磁気抵抗素子 13 磁石 14 直流成分電圧制御回路 15 ECU 16,19,20,34〜38 信号入力端子 17 信号入力端子 18 アース端子 21 信号取り出し端子 22 増幅器 31 抵抗値選択回路 41 サンプル・ホールド回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01P 3/488 G01D 5/245

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁界発生部と、 該磁界発生部が発生する磁束の影響を受ける位置に配設
    された単一の磁気抵抗素子と、 該磁気抵抗素子と対向配設されると共に回転体に配設さ
    れており、該回転体の回転速度に応じた周期で該磁気抵
    抗素子に印加される磁界の磁束密度を変化させる磁束密
    度変化部と、 該磁気抵抗素子に所定電圧を印加する電圧印加部とを具
    備し、該磁気抵抗素子の両端部電圧変化より該回転体の
    回転速度を検出する回転速度検出装置において、該磁気抵抗素子の両端部電圧変化より直流電圧成分を抽
    出する積分回路を設けており、該磁気抵抗素子の両端部
    電圧変化の直流成分電圧が該電圧印加部により印加され
    る所定電圧に対して上昇した際、これを検出して該直流
    成分電圧を下げるよう調整処理を行い 、該電圧印加部に
    より印加される所定電圧に対し所定割合の電圧となる
    よう該直流成分電圧を制御する直流成分電圧制御部を設
    けたことを特徴とする回転速度検出装置。
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