JP2015210537A

JP2015210537A - 磁気センサ出力処理回路

Info

Publication number: JP2015210537A
Application number: JP2014089460A
Authority: JP
Inventors: 亮祐青木; Ryosuke Aoki
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-11-24

Abstract

【課題】磁気センサの出力信号を、高精度な識別を可能とする１種類の信号に変換することの可能な、磁気センサ出力処理回路を提供する。【解決手段】磁気センサ出力処理回路１Ａは、紙幣識別装置等に用いられる磁気センサ５０の出力信号を処理する回路であって、ハイパスフィルタ２と、第１増幅回路３と、第２増幅回路４と、半波整流回路５とを備える。ハイパスフィルタ２は、磁気センサ５０の出力信号の高周波成分を通過させる一方、低周波成分は減衰させる。第１増幅回路３は、ハイパスフィルタ２の出力信号を増幅する。第２増幅回路４は、第１増幅回路３の出力信号を増幅する。半波整流回路５は、第２増幅回路４の出力信号を半波整流する。半波整流回路５の出力信号、すなわち磁気センサ出力処理回路１Ａの出力信号は、装置本体のＣＰＵ７０に入力される。【選択図】図１

Description

本発明は、紙幣識別装置等に用いられる磁気センサの出力信号を処理する磁気センサ出力処理回路に関する。

自動販売機等には、投入された紙幣を識別する紙幣識別装置が設けられる。紙幣識別装置は、紙幣に印刷された磁気インクを読み取る磁気センサを備える。磁気センサは、例えば、磁石と、当該磁石の磁極面の上方に設けられた磁気検出素子とを有し、紙幣の通過に伴う磁気変動を検出する。下記特許文献１は、紙幣識別装置に関し、磁気センサの出力信号を比較回路で変換して得た２値信号と、前記出力信号を積分回路で積分して得たアナログデータとを利用して紙幣識別を行う技術を開示する。

特開２００６−９９１９７号公報

磁気センサの出力信号を２種類の異なる信号に変換して紙幣識別を行う手法は、紙幣識別精度を高めることができたとしても、回路の複雑化、大型化を避けるのが難しい。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、磁気センサの出力信号を、高精度な識別を可能とする１種類の信号に変換することの可能な、磁気センサ出力処理回路を提供することにある。

本発明のある態様は、磁気センサの出力信号を処理する磁気センサ出力処理回路であって、ハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの前段又は後段に設けられた増幅回路とを備える。

前記ハイパスフィルタを通過した信号を整流する半波整流回路を備えてもよい。

本発明のもう１つの態様は、磁気センサの出力信号を処理する磁気センサ出力処理回路であって、増幅回路と、前記増幅回路の出力信号のピーク値を保持するピークホールド回路と、前記ピークホールド回路を所定のタイミングでリセットするリセット回路とを備える。

前記ピークホールド回路の前段に設けられた半波整流回路を備えてもよい。

前記リセット回路は、前記増幅回路の出力電圧が所定値以上になるとオンするスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子を経由して前記ピークホールド回路が保持している電圧を放電させてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、磁気センサの出力信号を、高精度な識別を可能とする１種類の信号に変換することの可能な、磁気センサ出力処理回路を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る磁気センサ出力処理回路１Ａの概略構成を示すブロック図。磁気センサ出力処理回路１Ａの例示的な回路図。磁気センサ出力処理回路１Ａの各点（図１のＡ点〜Ｄ点）における電圧の波形図。本発明の実施の形態２に係る磁気センサ出力処理回路１Ｂの概略構成を示すブロック図。磁気センサ出力処理回路１Ｂの例示的な回路図。磁気センサ出力処理回路１Ｂの各点（図４のＡ点〜Ｄ点）における電圧の波形図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ出力処理回路１Ａの概略構成を示すブロック図である。図２は、磁気センサ出力処理回路１Ａの例示的な回路図である。磁気センサ出力処理回路１Ａは、紙幣識別装置等に用いられる磁気センサ５０の出力信号を処理する回路である。磁気センサ５０は、例えばＭＲ素子をフルブリッジ接続あるいはハーフブリッジ接続したものである。

図１に示すように、磁気センサ出力処理回路１Ａは、ハイパスフィルタ２と、第１増幅回路３と、第２増幅回路４と、半波整流回路５とを備える。ハイパスフィルタ２は、磁気センサ５０の出力信号の高周波成分を通過させる一方、低周波成分は減衰させる。第１増幅回路３は、ハイパスフィルタ２の出力信号を増幅する。第２増幅回路４は、第１増幅回路３の出力信号を増幅する。半波整流回路５は、第２増幅回路４の出力信号を半波整流する。半波整流回路５の出力信号、すなわち磁気センサ出力処理回路１Ａの出力信号は、装置本体（例えば紙幣識別装置本体）のＣＰＵ（Ａ／Ｄ変換器）７０に入力される。

図２において、ハイパスフィルタ２は、キャパシタＣ１,Ｃ２及び抵抗Ｒ１,Ｒ２からなる。第１増幅回路３は、非反転増幅回路であり、演算増幅器Ｕ１及び抵抗Ｒ３,Ｒ４からなる。キャパシタＣ３,Ｃ４は、電源Ｖ＋,Ｖ−用のバイパスコンデンサである。第２増幅回路４は、反転増幅回路であり、演算増幅器Ｕ２、抵抗Ｒ５,Ｒ６及びキャパシタＣ５からなる。半波整流回路５は、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ７からなる。ダイオードＤ１のカソードに現れる電圧が磁気センサ出力処理回路１Ａの出力信号となる。

図２における各素子の相互接続関係を説明する。キャパシタＣ１の一端は、磁気センサ５０の出力信号の入力端子に接続される。キャパシタＣ１の他端は、キャパシタＣ２及び抵抗Ｒ１の一端に接続される。キャパシタＣ２の他端は、演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子に接続される。演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子とグランドとの間には抵抗Ｒ２が設けられる。抵抗Ｒ１の他端は、演算増幅器Ｕ１の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ４の一端は、演算増幅器Ｕ１の出力端子に接続される。抵抗Ｒ４の他端は、演算増幅器Ｕ１の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ３の一端は、演算増幅器Ｕ１の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ３の他端はグランドに接続される。抵抗Ｒ５の一端は、演算増幅器Ｕ１の出力端子に接続される。抵抗Ｒ５の他端は、演算増幅器Ｕ２の反転入力端子に接続される。キャパシタＣ５（ノイズ対策用）及び抵抗Ｒ６の一端は、演算増幅器Ｕ２の出力端子に接続され、他端は、演算増幅器Ｕ２の反転入力端子に接続される。演算増幅器Ｕ２の非反転入力端子はグランドに接続される。ダイオードＤ１のアノードは、演算増幅器Ｕ２の出力端子に接続される。ダイオードＤ１のカソードは、抵抗Ｒ７の一端に接続される。抵抗Ｒ７の他端はグランドに接続される。

図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、磁気センサ出力処理回路１Ａの各点（図１のＡ点〜Ｄ点）における電圧の波形図であり、左半分は小振幅信号の場合、右半分は大振幅信号の場合をそれぞれ示す。図３（Ａ）に示すように、ハイパスフィルタ２への入力信号（磁気センサ５０の出力信号）は、正弦波に近い波形である。図３（Ｂ）に示すように、ハイパスフィルタ２を通過した信号の波形は、図３（Ａ）に示す通過前の信号の波形と比較して、波形の山にあたる部分の高さが低くなる（前半部分の振幅値が小さくなる）一方、波形の谷にあたる部分の深さは深くなる（後半部分の振幅値は大きくなる）。これは、ハイパスフィルタ２が、入力信号の変化の急な部分はよく通す一方、変化の緩やかな部分は通しにくいことに起因する。なお、最初に谷が来て後に山が来る波形の場合は、ハイパスフィルタ２を通過することで谷の深さが浅くなり山の高さが高くなる。ハイパスフィルタ２を通過した信号は、第２増幅回路４によって反転増幅され、図３（Ｃ）に示すように正負が反転する。第２増幅回路４によって反転増幅された信号は、半波整流回路５によって半波整流され、図３（Ｄ）に示すようにマイナス部分が除去される。図３（Ｄ）示す半波整流回路５の出力信号（磁気センサ出力処理回路１Ａの出力信号）は、山形の波形の現れるタイミングが検出対象（例えば紙幣）の磁気パターンの位置を示し、山形の波形の高さが前記磁気パターンによる磁気の強さを示す。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 磁気センサ出力処理回路１Ａは、１つの出力信号（図３（Ｄ））により磁気パターンの位置と強さを示すため、磁気センサ５０の出力信号を２種類の異なる信号に分けて出力する場合と比較して、回路の複雑化、大型化を避けながら高精度な識別を可能にできる。すなわち、磁気センサ出力処理回路１Ａは、磁気センサ５０の出力信号を、高精度な識別を可能とする１種類の信号に変換することができる。

(2) 磁気センサ５０の出力信号をハイパスフィルタ２に通すことで、増幅によらず振幅増大効果を得ることができるため、原波形のPeak-to-Peakの値の半分以上の振幅値を保ちつつ、Ｓ／Ｎを良好にできる。すなわち、ハイパスフィルタ２によらず増幅で振幅を高めようとすると、ノイズも一緒に増幅してしまうためＳ／Ｎは良くならないが、ハイパスフィルタ２によれば低周波域や信号帯域より低い帯域のノイズを減衰させながら振幅を高めることができるため、Ｓ／Ｎが良好となり、識別の高精度化に有利である。また、磁気センサ５０の出力信号の振幅が小さくても磁気パターンの位置と強さを適切に示すことができる。

(3) 半波整流回路５を設けているため、最終的な出力信号として不要な部分を除去でき、またノイズのマイナス側を除去できる（ノイズの電力を半分にできる）。

実施の形態２
図４は、本発明の実施の形態２に係る磁気センサ出力処理回路１Ｂの概略構成を示すブロック図である。図５は、磁気センサ出力処理回路１Ｂの例示的な回路図である。磁気センサ出力処理回路１Ｂは、紙幣識別装置等に用いられる磁気センサ５０の出力信号を処理する回路である。

図４に示すように、磁気センサ出力処理回路１Ｂは、第１増幅回路６と、半波整流回路７と、ピークホールド回路８と、第２増幅回路９と、リセット回路１０とを備える。第１増幅回路６は、磁気センサ５０の出力信号を増幅する。半波整流回路７は、第１増幅回路６の出力信号を半波整流する。ピークホールド回路８は、半波整流回路７の出力信号のピーク値を検出、保持する。ピークホールド回路８の出力信号、すなわち磁気センサ出力処理回路１Ｂの出力信号は、装置本体（例えば紙幣識別装置本体）のＣＰＵ（Ａ／Ｄ変換器）７０に入力される。第２増幅回路９は、第１増幅回路６の出力信号を増幅する。リセット回路１０は、第２増幅回路９の出力信号が所定のレベルを超えたときにピークホールド回路８をリセットする（ピークホールド回路８の出力信号をゼロにする）。

図５において、第１増幅回路６は、反転増幅回路であり、演算増幅器Ｕ１１、キャパシタＣ１１,Ｃ１５及び抵抗Ｒ１５,Ｒ１６からなる。半波整流回路７は、半波整流増幅回路であり、演算増幅器Ｕ１２、抵抗Ｒ１１,Ｒ１２及びダイオードＤ１１,Ｄ１３からなる。ピークホールド回路８は、演算増幅器Ｕ１３、キャパシタＣ１７、抵抗Ｒ１８,Ｒ１９,Ｒ２１,Ｒ２２及びダイオードＤ１２,Ｄ１４,Ｄ１５からなる。キャパシタＣ１７に蓄えられた電圧が、磁気センサ出力処理回路１Ｂの出力信号となる。演算増幅器Ｕ１３は、キャパシタＣ１７への充電を高速化する目的で設けられる。リセット回路１０は、トランジスタＱ１及び抵抗Ｒ１７,Ｒ２３からなる。第２増幅回路９は、非反転増幅回路であり、演算増幅器Ｕ１４及び抵抗Ｒ１３,Ｒ１４からなる。演算増幅器Ｕ１５及び抵抗Ｒ２０は、バッファ回路であり、インピーダンス変換のために設けられる。

図５における各素子の相互接続関係を説明する。ＡＣカップリング用のキャパシタＣ１１の一端は、磁気センサ５０の出力信号の入力端子に接続される。キャパシタＣ１１の他端は、抵抗Ｒ１５の一端に接続される。抵抗Ｒ１５の他端は、演算増幅器Ｕ１の反転入力端子に接続される。キャパシタＣ１５（ノイズ対策用）及び抵抗Ｒ１６の一端は、演算増幅器Ｕ１１の出力端子に接続され、他端は、演算増幅器Ｕ１１の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ１１の一端は、演算増幅器Ｕ１１の出力端子に接続される。抵抗Ｒ１１の他端は、演算増幅器Ｕ１２の反転入力端子に接続される。ダイオードＤ１１のアノードは、演算増幅器Ｕ１２の反転入力端子に接続される。ダイオードＤ１１のカソードは、演算増幅器Ｕ１２の出力端子に接続される。抵抗Ｒ１２の一端は、演算増幅器Ｕ１２の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ１２の他端は、ダイオードＤ１３のカソードに接続される。ダイオードＤ１３のアノードは、演算増幅器Ｕ１２の出力端子に接続される。ダイオードＤ１３のカソードは、演算増幅器Ｕ１３の非反転入力端子に接続される。演算増幅器Ｕ１３の非反転入力端子とグランドとの間には抵抗Ｒ１８が設けられる。ダイオードＤ１４のアノードは、演算増幅器Ｕ１３の反転入力端子に接続される。ダイオードＤ１４のカソードは、演算増幅器Ｕ１３の出力端子に接続される。ダイオードＤ１５のアノードは、演算増幅器Ｕ１３の出力端子に接続される。ダイオードＤ１５のカソードは、ダイオードＤ１２のアノードに接続される。ダイオードＤ１２のカソードは、抵抗Ｒ２０の一端に接続される。抵抗Ｒ２０の他端は、演算増幅器Ｕ１５の非反転入力端子に接続される。演算増幅器Ｕ１５の出力端子と反転入力端子は相互に接続される。抵抗Ｒ２１の一端は、演算増幅器Ｕ１３の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ２１の他端は、演算増幅器Ｕ１５の出力端子に接続される。抵抗Ｒ２１の他端とダイオードＤ１５のカソードとの間に抵抗Ｒ１９が設けられる。抵抗Ｒ２２の一端は、ダイオードＤ１２のカソードに接続される。抵抗Ｒ２２の他端は、キャパシタＣ１７の一端に接続される。キャパシタＣ１７の他端はグランドに接続される。抵抗Ｒ２３の一端は、キャパシタＣ１７の一端に接続される。抵抗Ｒ２３の他端は、トランジスタＱ１のコレクタに接続される。トランジスタＱ１のエミッタはグランドに接続される。トランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ１７の一端に接続される。抵抗Ｒ１７の他端は、抵抗Ｒ１３の一端及び演算増幅器Ｕ１４の出力端子に接続される。抵抗Ｒ１３の他端は、演算増幅器Ｕ１４の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ１４の一端は、演算増幅器Ｕ１４の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ１４の他端はグランドに接続される。演算増幅器Ｕ１４の非反転入力端子は、演算増幅器Ｕ１１の出力端子に接続される。

図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、磁気センサ出力処理回路１Ｂの各点（図４のＡ点〜Ｄ点）における電圧の波形図であり、左半分は小振幅信号の場合、右半分は大振幅信号の場合をそれぞれ示す。図６（Ａ）に示すように、第１増幅回路６への入力信号（磁気センサ５０の出力信号）は、正弦波に近い波形である。第１増幅回路６で非反転増幅された信号は、半波整流回路７によって増幅及び半波整流され、図６（Ｂ）に示すように振幅が大きくなると共にマイナス部分が除去される。一方、第１増幅回路６で非反転増幅された信号は、第２増幅回路９によって反転増幅され、図６（Ｃ）に示すように正負が反転する。図６（Ｄ）に示すように、ピークホールド回路８は、半波整流回路７の出力信号のピーク値を保持する。図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）の関係から明らかなように、ピークホールド回路８の出力信号は、第２増幅回路９の出力信号が所定のレベルを超えたタイミングでゼロにリセットされる。具体的には、第２増幅回路９の出力信号が前記所定のレベルを超えると、図５に示すトランジスタＱ１がターンオンし、ピークホールド回路８に保持された電圧（キャパシタＣ１７に蓄えられた電圧）がゼロになる。なお、第２増幅回路９の出力信号が前記所定のレベル以下になると、トランジスタＱ１はターンオフし、次のピーク保持動作が可能となる。図６（Ｄ）に示すピークホールド回路８の出力信号（磁気センサ出力処理回路１Ｂの出力信号）は、山形の波形の現れるタイミングが検出対象（例えば紙幣）の磁気パターンの位置を示し、山形の波形の高さが前記磁気パターンによる磁気の強さを示し、山形の波形の幅が前記磁気パターンの幅（相対移動方向の長さ）を示す。

本実施の形態の磁気センサ出力処理回路１Ｂによれば、１つの出力信号（図６（Ｄ））により磁気パターンの位置と強さを示すため、磁気センサ５０の出力信号を２種類の異なる信号に分けて出力する場合と比較して、回路の複雑化、大型化を避けながら高精度な識別を可能にできる。すなわち、磁気センサ出力処理回路１Ｂは、磁気センサ５０の出力信号を、高精度な識別を可能とする１種類の信号に変換することができる。また、半波整流回路７を設けているため、最終的な出力信号として不要な部分を除去でき、またノイズのマイナス側を除去できる（ノイズの電力を半分にできる）。また、磁気パターンが長く磁気センサ５０の出力信号波形の山と谷の位相が大きくずれている場合（山と谷が連続せずに間にゼロの区間が長くあるような場合）でも、磁気パターンの位置、強さ、及び幅を適切に示す出力信号を生成できる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

磁気センサ５０の出力信号（処理対象信号）は、紙幣の移動に伴う磁気変動を検出した信号に限定されず、磁気パターンが設けられた紙幣以外の任意の紙類の移動に伴う磁気変動を検出した信号であってもよいし、磁性体歯車や磁性体ラックの移動に伴う磁気変動を検出した信号であってもよい。すなわち、本発明の磁気センサ出力処理回路は、紙幣識別装置への適用に限定されず、磁気変動を検出する移動検出装置全般に適用できる。

１Ａ,１Ｂ磁気センサ出力処理回路、２ハイパスフィルタ、３第１増幅回路、４第２増幅回路、５半波整流回路、６第１増幅回路、７半波整流回路、８ピークホールド回路、９第２増幅回路、１０リセット回路、５０磁気センサ、７０ＣＰＵ（Ａ／Ｄ変換器）

Claims

磁気センサの出力信号を処理する回路であって、ハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの前段又は後段に設けられた増幅回路とを備える、磁気センサ出力処理回路。
前記ハイパスフィルタを通過した信号を整流する半波整流回路を備える請求項１に記載の磁気センサ出力処理回路。
磁気センサの出力信号を処理する回路であって、増幅回路と、前記増幅回路の出力信号のピーク値を保持するピークホールド回路と、前記ピークホールド回路を所定のタイミングでリセットするリセット回路とを備える、磁気センサ出力処理回路。
前記ピークホールド回路の前段に設けられた半波整流回路を備える請求項３に記載の磁気センサ出力処理回路。
前記リセット回路は、前記増幅回路の出力電圧が所定値以上になるとオンするスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子を経由して前記ピークホールド回路が保持している電圧を放電させる、請求項３又は４に記載の磁気センサ出力処理回路。