CN101508204B - 可测量物品剩余量的容器 - Google Patents

Abstract

一种可测量物品剩余量的容器，包括：可变电容，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状并且可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；环行天线，经由二极管与电容并联的电路与可变电容连接；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统产生共振频率，根据共振频率确定容器中物品的剩余量。本发明可以代替压电元件(压电传感器)；可以用在喷墨打印机的墨盒上测量墨盒内墨水的剩余量(残余量)，还可以用在激光打印机或复印机的碳粉盒上测量粉盒内碳粉的剩余量。

Description

可测量物品剩余量的容器 

技术领域

本发明涉及测量容器内的物品剩余量的技术。例如，涉及测量喷墨打印机的墨盒里的墨水的剩余量的技术。 

背景技术

喷墨打印机正在普及，墨盒用于容纳喷墨打印机使用的墨水的容器，容器中的物品作为墨水。测量墨盒中墨水剩余量的方法，传统上，从打印头喷射的墨滴的数量或者所吸收的墨水量由软件计数，以计算墨水的剩余量。但是，这种由软件计数喷射出的墨滴的数量或墨水量以计算墨水剩余量的方法中存在着一些打印头喷射的墨滴的重量的差别。这种差别造成的墨水消耗量的误差累计的情况，造成墨盒中墨水剩余量计算不准确。然而，精确测量墨盒中墨水的剩余量是必要的。 

另外还有使用压电元件的墨盒，如申请号为200480003655.9和200480001120.8的中国专利就公开了使用压电元件的墨盒。压电元件的制造工艺复杂，生产成本高，材料特殊难以制造。 

发明内容

本发明正是为了解决现有技术中的上述问题而完成的，其目的是提供一种准确测量墨盒中墨水的剩余量的技术。 

为了解决上述任务，本发明采用的技术方案是： 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在 可变电容上的力可以改变可变电容的形状；环行天线，用于接收或发送电信号，该环行天线经由单向导通元件与电容并联的电路与可变电容连接；可变电容和环行天线和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；共振信号生成电路，与可变电容连接；共振频率检测部，检测共振系统的共振频率，根据共振频率确定容器中物品的剩余量；电容设置部，与可变电容连接，用于在可变电容的两端施加直流偏置电压改变可变电容的电容；可变电容和共振信号生成电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统产生共振频率。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容。至少一个电容与电感串联的电路与所述可变电容并联，这个与电感串联的电容可以是可变电容。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，该可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在该可变电容两端的电压可以改变该可变电容的电容，该可变电容由至少一个变容二极管和至少一个电容连接成。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，该可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在该可变电容两端的电压可以改变该可变电容的电容，该可变电容由至少一条电容与电子元件串联的电路组成，当施加在该电容与电子元件串联的电路上的电压增加到预定值时，该电容与电子元件串联的电路中的电子元件导通，使该可变电容的电容变化。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；可变电容，可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电容两端的电压可 以改变可变电容的电容；至少两个探头，安装在容器上，连接在被代替的元件端子之间的电路中，当容器中的物品剩余量比预定量多时，这两个探头与物品相接触时将会彼此电连通，把电子元件连接到电路中。 

一种可测量物品剩余量的容器，包括：容器，用于容纳物品；电感，安装在被代替的元件端子之间的电路中，当该电感连接在被代替的元件端子之间的电路中时，至少有一个电容与该电感串联，这个与电感串联的电容可以是可变电容；至少两个探头，安装在容器上，当容器中物品比预定量多时这两个探头与物品相接触时将会彼此电连通把电感连接到被代替的元件端子之间的电路中，而当容器中的物品剩余量比预定量少时这两个探头彼此断开把电感从被代替的元件端子之间的电路中断开。 

附图说明

图1(a)是实施例1中可变电容的侧面图；图1(b)是实施例1中可变电容的平面图；图1(c)是可变电容的电路符号。图2是电阻与电容串联电路的充电和放电电路图。图3是墨盒的外观图。图4(a)是实施例1中可变电容安装在墨盒的侧面的剖面图表示墨水的剩余量比预定量多；图4(b)是实施例1中可变电容安装在墨盒的侧面的剖面图表示墨水的剩余量比预定量少；图4(a)和图4(b)简称图4，图4是指图4(a)或者图4(b)。图5是实施例1中的示意图。图6是实施例1中的示意图。图7是可变电容连接在压电元件端子上的示意图。图8(a)和图8(b)分别都是实施例2中的示意图。图9(a)是变容二极管的电路符号图；图9(b)是两个变容二极管的同性极端相连接的串联电路图；图9(c)和图9(d)和图9(e)分别都是用变容二极管组成可变电容的电路图。图10是用稳压二极管和电容组成可变电容的电路图。图11是用稳压二极管和电容组成可变电容的电路图。图12是可变电容与电阻串联电路图。图13(a)和图13(b)分别都是可变电容与可变电容并联的电路图；图13(a)和图13(b)简称图13，图13是指图13(a)或者图13(b)。图14是可变电容与电感连接电路图。图15(a)是用探头切换电感的电路图表示墨水液面比预定量多；图15(b)是用探头切换电感的电路图表示墨水液面比预定量少；图15(a)和图15(b)简称图15，图15是指图15(a)或者图15(b)。 

图16是实施例4中的示意图； 

图17是实施例4中的示意图； 

具体实施方式

本发明的实施例1： 

本发明实施例中用弹性材料制成的可变电容：图1(a)是可变电容的侧面图，图1(b)是可变电容的平面图。图1(c)是可变电容的电路符号。在图1(a)中，可变电容的一个极板30的下面是介质31，再下面是另一个极板32。极板30的引脚是20，极板32的引脚是21，介质31的厚度为d。极板30和极板32的长度为a，宽度为b，面积s＝ab，如图1(b)所示。 

可变电容的电容C： 

C＝εs/d 

式中s为极板的面积，单位为米；d为两极板之间的距离，单位为米；ε为绝缘材料的介电常数，单位为法拉/每米；电容C的单位为法拉。 

可变电容Cv的介质31是由弹性材料制成，在本实施例中是陶瓷材料或氧化铝陶瓷材料，当然也可以用其它弹性材料，例如橡皮。可变电容Cv的两个极板30、32由电镀在介质两个平面的金属物制成。 

如果在可变电容Cv的两个极板30和32之间施加电压V时，由于受两个极板之间的电场引力的作用，介质31产生厚度压缩变形，厚度d减小，可变电容Cv的电容C增大；而且，施加在极板30和极板32之间的电压V越大，介质31的厚度d越缩小，并且可变电容Cv的电容C越增大。当电压V撤销后，介质31的厚度d恢复原状，可变电容Cv的电容C恢复原值。当然也可以是，在可变电容Cv的两个极板30和32之间施加电压V时，由于受两个极板之间的电场引力的作用，介质31被极化造成介电常数ε减小，造成可变电容Cv的电容C减小；而且，施加在极板30和极板32之间的电压V越大，介电常数ε越减小，可变电容Cv的电容C越减小。当电压V撤销后，介电常数ε恢复原值，可变电容Cv的电容C恢复原值。 

如果在可变电容Cv的两个极板30和32之间施加交流电压AV时，由于受两个极板之间的交变电场引力的作用，介质31产生厚度压缩和恢复变形，两极板产生弯曲，两极板随着交流电压而振动。 

可以看出，可变电容Cv的两极板之间的介质31还可以是其它因两极板之 间施加的电压变化而改变两极板之间电容的材料。 

如果在可变电容Cv的两个极板30和32上施加作用压力F时，介质31产生厚度压缩变形，厚度d减小，可变电容Cv的电容C增大；而且，施加在极板30和极板32上的作用压力F越大，介质31的厚度d越缩小，并且可变电容Cv的电容C越增大。当作用压力F撤销后，介质31的厚度d恢复原状，可变电容Cv的电容C恢复原值。 

可变电容Cv改变了形状，也就改变了两极板的间距，也就改变了电容。 

本发明实施例中的墨盒的结构：图3是本发明实施例中的墨盒100的外观图。墨盒100的内部储存有作为物品的消耗品的一种墨水。在墨盒100的下部设有供墨口110，用于给打印机提供墨水。在墨盒100的前面部装有电路板120，电路板120的正面装有触点130，用于与打印机电接触进行通信。另外，也可以通过射频识别(RFID)的非电接触方式与打印机进行通信。在电路板120的反面装有电路B120。在墨盒100的侧面部安装有用于测量墨水剩余量的传感器可变电容Cv。可变电容Cv与电路板120电连接。 

图4是可变电容Cv安装在墨盒100的侧面的剖面图，薄膜22是从可变电容Cv向墨水传导振动的薄膜，极板(即引脚)20、21分别是可变电容Cv的两个极板，极板(即引脚)20、21连接到电路板120上(图3)。 

图4(a)表示墨水的剩余量比预定量多，从而墨水的液面比可变电容的位置高的情况。图4(b)表示没有剩余预定量以上的墨水，从而墨水的液面比可变电容Cv的位置低的情况。 

在墨水的液面比可变电容Cv的位置高时，可变电容Cv、墨水和墨水上方的较小空间构成振动体；而在墨水的液面比可变电容Cv的位置低时，可变电容Cv、附着在可变电容Cv上的少量墨水和墨水上方的较大空间构成振动体。其结果是，可变电容Cv周围的振动特性根据墨水的剩余量而变化。在本实施例中，利用这种振动特性的变化来进行墨水剩余量的测量。 

本实施例的墨水剩余量测量电路如图5所示。可变电容Cv的一端20与共振信号生成电路310的一端XT1连接，还与共振频率检测部330的一端PB1连接，可变电容Cv的另一端21与共振信号生成电路310的另一端XT2连接，还与共振频率检测部330的PB2连接。控制部320通过一组通信线与共振信号生成电路310连接，用于双方传输控制信号和数据信号。控制部320还通过另一组通信线与共振频率检测部330连接，用于双方传输控制信号和数据信号。 

当需要测量墨水剩余量时，控制部320控制共振信号生成电路310输出n个周期(例如3个周期)的频率为f1(例如30KHz)的峰值电压为Vp(例如37V)的共振触发脉冲P1。共振触发脉冲P1使可变电容Cv两极板间距在电场引力作用下产生厚度压缩和恢复变形，两极板产生凹入和凸出变形振动，这种振动通过薄膜22，如图4所示，传导到墨水。由于共振系统包括可变电容Cv、可变电容Cv连接的振荡电路、墨水和墨水上方的空间。所以可变电容Cv电路中的共振频率同可变电容Cv的电容、可变电容Cv连接的振荡电路的元件参数、墨水液面的位置、墨水上方的空间大小、墨水作用在可变电容Cv上的压力、墨水的阻尼程度有关。或者是，可变电容Cv电路中的共振频率同可变电容Cv的电容、可变电容Cv连接的振荡电路的元件参数、墨水液面的位置、墨水上方的空间大小、墨水的阻尼程度有关。墨水作用在可变电容Cv的压力使可变电容Cv变形，影响可变电容Cv的振动幅度，影响可变电容Cv的电容变化，影响可变电容Cv的共振频率。墨水的阻尼程度影响可变电容Cv的形状变形和恢复，影响可变电容Cv的电容变化，影响可变电容Cv的共振频率。与可变电容Cv组成的振荡电路(未示出)包含在共振信号生成电路310的内部，这个振荡电路可以是RC振荡电路、LC振荡电路、电容三点式振荡电路、电感三点式振荡电路、由非门组成的振荡电路或其它振荡电路。可变电容Cv电路中的共振频率与这个振荡电路中的元件参数有关，例如是LC振荡电路，共振频率则与电感L有关，并且与电容C即可变电容Cv的电容有关。这个振荡电路可以维持在可变电容Cv上的共振。另外，不论与可变电容Cv连接的电路是否是振荡电路，电路中都有分布电容，都有等效串联电感，这些都会影响可变电容Cv的共振频率；所以与可变电容Cv连接的电路是和可变电容Cv在同一个共振系统。控制部320控制共振信号生成电路310停止输出共振触发脉冲P1。让共振系统自由振荡，产生共振频率，并维持一段时间共振系统的共振。同时控制部320控制共振频率检测部330检测可变电容Cv两端的共振信号的频率。如果共振频率检测部330检测到的频率较低(例如30KHz)表示墨水液面比可变电容Cv的位置高，如图4(a)所示，墨水剩余量比预定量多。如果检测到的共振频率较高(例如100KHz)，表示墨水液面比可变电容Cv的位置低，如图4(b)所示，墨水剩余量比预定量少。共振频率检测部330将检测到的墨水剩余量的信号通过数据线和通过触点130(图3)传输到打印机。也可以通过射频识别(RFID)的非电接触方式与打印机进行通信。 

共振信号生成电路310、控制部320、共振频率检测部330可以安装在电路板120(图3)的反面B120上；也可以不安装在墨盒100上，而安装在打印机上。 

共振信号生成电路310包括振荡电路和电压(例如37V)生成电路。共振频率检测部330包括微处理器和非易失性数据存储器。 

本实施例也可以按照图6所示的电路图工作。图6是在图5的基础上增加了电容设置部340和隔直流电容Ci，其它部分的连接和功能都和图5相同。电容设置部340的两根输出线分别与可变电容Cv的两根引脚连接。电容设置部340的作用是在控制部320的控制下向可变电容Cv输出预定量的直流偏置电压，把可变电容Cv设置在预定量的电容。所以，可变电容Cv电路中的共振频率还与电容设置部340施加在可变电容Cv上的直流偏置电压有关，也就是与可变电容Cv的电容有关。电容设置部340由电压(例如37V)产生电路组成。电容Ci的作用是将电容设置部340施加在可变电容Cv上的直流电压与共振信号生成电路310和共振频率检测电路330隔离。电容Ci较大，对共振信号是通路的。电容设置部340可以安装在墨盒100的电路板120上(图3)，也可以不安装在墨盒100上，而安装在打印机上。电容设置部340也可以制作在共振信号生成电路310的内部，这样共振信号生成电路310就包含了电容设置部340的功能，共振信号生成电路310包括振荡电路和电压(例如37V)生成电路。 

本例中可变电容Cv的静电容＝220PF，电容Ci＝0.1uF。 

如果用可变电容Cv代替压电元件的话，则将可变电容Cv按照图4所示的方法安装，将可变电容Cv的两个引脚20、21分别连接在被代替的压电元件端子的两个端子10、11上，如图7所示；被代替的压电元件端子的两个端子10、11通过触点130(图3)与打印机连接。也可以在可变电容Cv的引脚上串联一个电阻Rm，如图12所示，本例中电阻Rm＝600KΩ。 

本发明的实施例2： 

如图8(a)所示，可变电容Cv的两端分别与环行天线210的两端连接，可变电容Cv与环行天线210组成振荡电路。另一个环行天线300的两个端头分别与共振信号生成电路310的两个端头连接，另一个环行天线300的两个端头还分别与共振频率检测部330的两个端头连接。环行天线210与另一个环行天线300尽量靠近，使双方发送与接收的信号最强。控制部320通过一组通信线与共振 信号生成电路310连接，用于双方传输控制信号和数据信号。控制部320还通过另一组通信线与共振频率检测部330连接，用于双方传输控制信号和数据信号。 

本实施例检测墨水剩余量的原理与实施例1相同。可变电容Cv的特性在实施例1中，“本发明实施例中用弹性材料制成的可变电容”中已说明，可变电容Cv的安装方法如图4所示。控制部320控制共振信号生成电路310向另一个环行天线300输出共振触发脉冲，该共振触发脉冲发射到环行天线210上，使可变电容Cv、环行天线210、墨水和墨水液面上方的空间产生共振。控制部320控制共振信号生成电路310停止输出共振触发脉冲，让共振系统自由振荡，产生共振频率，并维持一段时间共振系统的共振。该共振信号又通过环行天线210发射到另一个环行天线300上。控制部320控制共振频率检测部330检测另一个环行天线300上的共振频率。可变电容Cv电路中的共振频率同可变电容Cv的电容、环行天线210的电感、墨水液面的位置、墨水上方的空间大小、墨水作用在可变电容Cv上的压力、墨水的阻尼程度有关。共振频率检测部330根据共振频率确定墨水的剩余量，并把墨水剩余量的信息通过信号线传输给打印机。 

另一个环行天线300、共振信号生成电路310、控制部320和共振频率检测部330可以安装在墨盒100的电路板120上(图3)，也可以不安装在墨盒100上，而安装在打印机上。 

本实施例中的可变电容Cv的一端还可以经由一个二极管D21与电容C21并联的电路连接到环行天线210的一端；二极管D21的负极接可变电容Cv；环行天线210的另一端与可变电容Cv的另一端连接，如图8(b)所示；电阻R21与可变电容Cv并联。 

图8(b)的工作原理为，控制部320，图8(a)，控制共振信号生成电路310向另一个环行天线300输出n个周期(例如20个周期)的频率为f1(例如30KHz)的峰值电压为Vp(例如37V)的共振触发脉冲P1。该共振触发脉冲P1发射到环行天线210上，图8(b)，经由电容C21可变电容Cv与环行天线210组成振荡电路；同时共振触发脉冲P1经二极管D21的整流后在可变电容Cv上产生电压Vp，电压Vp把可变电容Cv的电容设置在预定值。可变电容Cv电路中的共振频率同可变电容Cv的电容、环行天线210的电感、墨水液面的位置、墨水上方的空间大小、墨水作用在可变电容Cv上的压力、墨水的阻尼程度有关。控制部320控制共振信号生成电路310停止输出共振触发脉冲，让共振系统自由振荡，产生 共振频率，并维持一段时间共振系统的共振。由于电容C21取得较大，对共振信号相当于通路。共振信号又通过环行天线210发射到另一个环行天线300上，控制部320控制共振频率检测部330检测另一个环行天线300上的共振频率。共振频率检测部330根据共振频率确定墨水的剩余量，并把墨水剩余量的信息传输给打印机。电阻R21用于可变电容Cv的放电。本例中R21＝10MΩ，C21＝0.1uF，D21＝1N4148。本例中可变电容Cv的静电容＝220PF。 

本实施例中的环行天线210和另一个环行天线300可以分别绕在两个磁性材料上；也可以绕在同一个磁性材料上，例如，绕在同一根磁棒上，或绕在同一个磁环上。 

本发明的实施例3： 

本实施例说明用所述可变电容Cv代替EPSON喷墨打印机使用的压电元件的墨盒上的压电元件，例如EPSON DX6000喷墨打印机使用的型号为T0711～T0714的墨盒。 

关于原厂打印机检测压电元件的方法与步骤可以参看中国专利公开的申请号为200480003655.9的专利说明书。 

要代替压电元件，首先要通过原厂打印机对代替元件的充放电时间常数变化特性的检测；然后，原厂打印机再对代替元件进行共振频率检测判别墨水剩余量。只要代替元件通过上述两项检测，并且频率在一定范围(例如30KHz)，原厂打印机就认为墨盒中墨水剩余量比预定量多。 

如图7所示，可变电容Cv的一端20连接在被代替的压电元件端子的一端10，可变电容Cv的另一端21连接在被代替的压电元件端子的另一端11。被代替的压电元件端子10、11通过安装在墨盒100前面部的触点130与打印机连接，如图3所示。可变电容Cv的特性在实施例1中，“本发明实施例中用弹性材料制成的可变电容”中已说明。可变电容Cv的安装图如图4所示。可变电容Cv测量墨水剩余量的方法在实施例1和实施例2中已说明。 

可变电容Cv也可以不与墨水接触，不与墨水共振，即不按图4所示安装。只要是可变电容Cv的两端施加了电压后其电容值会改变。改变了电容也就改变了充电和放电时间常数。 

也可以用变容二极管(Variable Capacitance Diode)制作成可变电容Cv。变容二极管内部的“PN结”的结电容随外加反向电压的增加而减小，所以变容 二极管可作为可变电容用。图9(a)是变容二极管的电路符号。在本实施例中，是将两个变容二极管的同性极端相连接的串联电路作为一个变容二极管，如图9(b)所示，变容二极管Cta与变容二极管Ctb的两个负极相连接，这样变容二极管就没有方向性，施加正向或反向电压都能作为一个无方向性的变容二极管；在后面所指的变容二极管(在图9(c)、图9(d)和图9(e)中)都将是这种连接成的无方向性的变容二极管。将一个变容二极管Ct与一个电容C并联后作为一个可变电容Cv，如图9(c)所示。将一个变容二极管Ct与一个电容C1串联的电路再与一个电容C并联作为一个可变电容Cv，如图9(d)所示。将一个变容二极管Ct与电容C的并联电路再与“另一个变容二极管Ct1与另一个电容C1的串联电路”相并联的电路作为一个可变电容Cv，如图9(e)所示。本例中电容C＝200PF，电容C1＝300PF，变容二极管Ct和Ct1为BB439。 

图9(c)、图9(d)和图9(e)分别就是一个可变电容Cv，可以将这些图中的任一个图的引脚20、21连接在被代替的压电元件的端子10、11上，如图7所示；也可以将这些图中任一个图所组成的可变电容Cv用于后面将要说明的图12、图13、图14和图15中安装在可变电容Cv的位置。 

也可以用普通电容按图10所示的连接制作成可变电容Cv的功能。引脚20接电容C41的一端，电容C41的另一端接引脚21；电容C42的一端与电容C41的一端连接，电容C42的另一端与电容C43的一端连接，电容C43的另一端接电容C41的另一端；稳压二极管D41的正极与电容C42的一端连接，稳压二极管D41的负极与稳压二极管D42的负极连接，稳压二极管D42的正极与电容C42的另一端连接；电阻R41的一端与电容C42的一端连接，电阻R41的另一端与电容C42的另一端连接。从图10可以看出，电容C42与电容C43串联；稳压二极管D41和D42的串联电路与电容C43串联；稳压二极管D41和D42的串联电路与电容C42并联。 

电容C44的一端与电容C41的一端连接，电容C44的另一端与电容C45的一端连接，电容C45的另一端接电容C41的另一端；稳压二极管D43的正极与电容C44的一端连接，稳压二极管D43的负极与稳压二极管D44的负极连接，稳压二极管D44的正极与电容C44的另一端连接；电阻R42的一端与电容C44的一端连接，电阻R42的另一端与电容C44的另一端连接。 

设稳压二极管D41和D42的稳压值都为Z1(例如10V)。稳压二极管D41和D42的负极彼此相连接是为了在D41和D42的串联电路上施加正向或反向电压时 稳压值都近似为Z1，即把稳压二极管D41和D42的串联电路作为一个无极性的稳压二极管稳压值可以近似为Z1。设稳压二极管D43和D44的稳压值都为Z2(例如15V)。电阻R41和电阻R42用于电容的放电过程。 

在引脚20与21之间没施加电压时(或施加5V以下电压时)，电路的总电容Ct＝C41+C42C43/(C42+C43)+C44C45/(C44+C45)，设这时的总电容Ct为初始值。电容C42与电容C43串联电路的总电容Ct1＝C42C43/(C42+C43)。 

当在引脚20与21之间施加的电压逐渐增高，使电容C42上的电压达到稳压二极管D41和D42稳压值Z1时，稳压二极管D41和D42导通，电容C42被稳压二极管D41和D42短路，这时电容C42与电容C43串联电路的总电容Ct1＝C43，即增大了。所以整个电路的总电容Ct也增大了。也可以说，稳压二极管D41和D42导通把电容C43直接连接到引脚20上，使整个电路的总电容Ct增大了。如果把整个电路(图10)看作是可变电容Cv的话，则可变电容Cv增大了。 

当引脚20与21之间施加的电压继续增高，使电容C44上的电压达到稳压二极管D43和D44的稳压值Z2时，稳压二极管D43和D44导通，电容C44被稳压二极管D43和D44短路，使得总电容Ct增大，使得可变电容Cv增大。 

当引脚20与21之间的电压降低，稳压二极管D43和D44截止，总电容Ct将减小。当引脚20与21之间的电压继续降低，稳压二极管D41和D42将截止，总电容Ct将恢复初始值。 

这个电路(图10)就是一个可变电容Cv，可以将其引脚20、21分别连接在被代替的压电元件的端子10、11上，如图7所示。被代替的压电元件端子10和11通过触点130(图3)与打印机连接。 

图10中，电容C41＝200PF，C42＝200PF，C43＝200PF，C44＝200PF，C45＝200PF，电阻R41＝R42＝10MΩ。稳压二极管D41、D42、D43和D44也可以用三极管或场效应三极管。 

还可以用普通电容按图11所示的连接方法制作成可变电容Cv的功能。图11的工作原理与图10相同。 

在图11中，引脚20接电容C41的一端，电容C41的另一端接引脚21；电容C42的一端与电容C41的一端连接，电容C42的另一端与电容C44的一端连接，电容C44的另一端与电容C43的一端连接，电容C43的另一端接电容C41的另一端；稳压二极管D41的正极与电容C42的一端连接，稳压二极管D41的负极与稳压二极管D42的负极连接，稳压二极管D42的正极与电容C42的另一 端连接；电阻R41的一端与电容C42的一端连接，电阻R41的另一端与电容C42的另一端连接。从图11可以看出，电容C42与电容C44与电容C43串联；稳压二极管D41和D42的串联电路与电容C44串联；稳压二极管D41和D42的串联电路与电容C42并联。稳压二极管D43的正极与电容C44的一端连接，稳压二极管D43的负极与稳压二极管D44的负极连接，稳压二极管D44的正极与电容C44的另一端连接；电阻R42的一端与电容C44的一端连接，电阻R42的另一端与电容C44的另一端连接。 

设稳压二极管D41和D42的稳压值都为Z1(例如10V)。设稳压二极管D43和D44的稳压值都为Z2(例如15V)。电阻R41和电阻R42用于电容的放电过程。 

当在引脚20与21之间施加的电压逐渐增高，使电容C42上的电压达到稳压二极管D41和D42稳压值Z1时，稳压二极管D41和D42导通，电容C42被稳压二极管D41和D42短路，这时电容C42和电容C44和电容C43串联电路的电容由于C42的短路而增大了。所以整个电路的总电容也增大了。也可以说，稳压二极管D41和D42导通把电容C44直接连接到引脚20上，使整个电路的总电容增大了。如果把整个电路(图11)看作是可变电容Cv的话，则可变电容Cv增大了。 

当引脚20与21之间施加的电压继续增高，使电容C44上的电压达到稳压二极管D43和D44的稳压值Z2时，稳压二极管D43和D44导通，电容C44被稳压二极管D43和D44短路，使得总电容增大，使得可变电容Cv增大。 

当引脚20与21之间的电压降低，稳压二极管D43和D44截止，总电容将减小。当引脚20与21之间的电压继续降低，稳压二极管D41和D42将截止，总电容将恢复无电压时值。 

这个电路(图11)就是一个可变电容Cv，可以将其引脚20、21分别连接在被代替的压电元件的端子10、11上，如图7所示。 

图10或图11的电路所组成的可变电容Cv可以用于后面将要说明的图12、图13、图14和图15中安装在可变电容Cv和Cvb的位置。 

图11中，电容C41＝200PF，C42＝200PF，C43＝200PF，C44＝200PF，电阻R41＝R42＝10MΩ。稳压二极管D41、D42、D43和D44也可以用三极管或场效应三极管。 

由于可变电容Cv与压电元件使用的材料不同，可能可变电容Cv的等效串联电阻与压电元件不同，所以在可变电容Cv的引脚上串联一个电阻Rm来补偿 等效串联电阻，如图12所示，本例中电阻Rm＝600KΩ。如果可变电容Cv与压电元件的等效串联电阻相同的话，电阻Rm可以不用，如图7所示。 

如果可变电容Cv的高频特性与压电元件不同的话，可以在图7的可变电容Cv的两端并联一条由另一个可变电容Cvb和电阻Rb的串联电路，如图13(b)所示。如果已有电阻Rm的情况，可以在图12中在可变电容Cv与电阻Rm的串联电路的两端并联一条由另一个可变电容Cvb和电阻Rb的串联电路，如图13(a)所示。另一个可变电容Cvb和电阻Rb的串联电路是补偿可变电容Cv的高频特性。电阻Rb是补偿另一个可变电容Cvb的等效串联电阻，如果图13(a)或图13(b)电路中的等效串联电阻与压电元件相同的话，电阻Rb可以不用(即将电阻Rb短路)，该电阻Rb的阻值较小，可以短路。另一个可变电容Cvb也可以用一个普通电容代替。可变电容Cv的两端还可以并联多条由可变电容Cvb和电阻Rb的串联电路。本实施例中，可变电容Cvb＝220PF，电阻Rb＝400Ω。 

如果可变电容Cv与压电元件还有差别的话，可以在图13中的另一个可变电容Cvb和电阻Rb的串联电路中再串联一个由电容Cb和电感Lb并联的电路，如图14所示。电感Lb是补偿总电路中(包括原厂打印机内部)的电感的，使共振频率在一定的范围，产生墨盒中墨水比预定量多时的频率(例如30KHz)。电容Cb是在原厂打印机检测压电元件(可变电容Cv)的充放电时间常数特性时用于短路电感Lm的。本例中，电感Lm＝700uH，电容Cb＝33nF。 

用切换电路中的电感Lm的方法也可以测量墨水的剩余量，如图15所示。由于原厂打印机是用测量电路中共振频率的方法来测量墨水的剩余量的，如果把电路中的电感Lm断开，则电路中的共振频率将会增高；而把电感Lm连接在电路中，共振频率将会降低。本例中使用的电感Lm(700mH)使得电路中的共振频率为30KHz，原厂打印机检测到这个频率认为是墨水比预定量多。切换电感Lm的方法是，在墨盒100的墨水液面比预定量多的高度安装两个探头，当墨水液面比预定量多时这两个探头与墨水接触，彼此电连接，把电感Lm连接到电路中，如图15(a)所示。当墨水剩余量比预定量少时，图15(b)，墨水液面没有与这两个探头接触，彼此断开，把电感Lm从电路中断开。如果可变电容Cv是使用一个较小的可变电容，就可以在电路中使用电感Lm。图15中的可变电容Cv和Cvb也可以使用普通电容。 

也可以用探头切换可变电容Cv的方法来测量墨盒中墨水的剩余量。在墨盒100的墨水液面比预定量多的高度安装两个探头，当墨水液面比预定量多时这两 个探头与墨水接触，彼此电连接，把可变电容Cv连接到电路中。当墨水剩余量比预定量少时，墨水液面没有与这两个探头接触，彼此断开，把可变电容Cv从电路中断开。可变电容Cv可以是图7、图12、图13或图14中的可变电容Cv，即在这些电路图中把可变电容Cv的一端断开，把这两个探头分别连接到这两个断开点上。当可变电容Cv被探头连接到电路中时，可以通过原厂打印机对压电元件(即可变电容Cv)的充放电时间常数变化特性的检测和频率特性检测，打印机认为墨盒中墨水比预定量多；当可变电容Cv被探头从电路中断开时，不能通过原厂打印机对压电元件(即可变电容Cv)的充放电时间常数变化特性的检测和频率特性检测，打印机认为墨盒中无墨水或压电元件特性不符合要求(也可以认为是无墨水)。如果可变电容Cv的充放电时间常数变化特性和频率特性制成同压电元件相同，可以不安装电感Lm。 

也可以把本实施例说明的图12、图13或图14的电路用于实施例1代替压电元件。 

在图7、图12、图13、图14和图上5中，可变电容Cv和可变电容Cvb可以使用实施例1中“本发明实施例中用弹性材料制成的可变电容”中已说明的可变电容；也可以使用图9(c)、图9(d)或图9(e)中任一个图用变容二极管制作成的可变电容Cv；也可以使用图10或图11中电路所连接成的可变电容Cv。 

本发明的实施例4： 

如图16所示，本实施例是把实施例1中的测量墨盒100中墨水剩余量的方法和实施例3中通过原厂打印机检测压电元件充放电特性及频率特性的方法结合起来代替压电元件。 

图16右边部分中的控制部320、电容设置部340、共振信号生成电路310、共振频率检测部330、电容Ci和可变电容Cv的连接方法和功能都和实施例1相同，用于检测墨盒100中墨水剩余量的多少。可变电容Cv的安装方式如图4所示，与墨水组成共振系统。 

图16左边部分中的可变电容Cvb、电阻Rb、电容Cb、电感Lb、电阻Rm、可变电容Cv1的连接方法和功能都和实施例3中相同，是产生压电元件的充放电特性的。 

在图16中，电容Cm与可变电容Cv1串联，NPN三极管Q1的集电极连接在可变电容Cv1与电容Cm的连接端。三极管Q1的基极经由限流电阻Ri连接到共 振频率检测部330的输出端PB3。三极管Q1的发射极接地。 

当共振频率检测部330检测到可变电容Cv两端的共振频率是墨水液面比预定量多时频率时(例如30KHZ)，其输出端PB3输出低电平，使三极管Q1截止。当共振频率检测部330检测到可变电容Cv两端的共振频率是墨水液面比预定量少时频率时(例如100KHZ)，其输出端PB3输出高电平，使三极管Q1导通。 

当三极管Q1截止时，连接在被代替的压电元件端子10、11之间的电路，由电容Cvb、电阻Rb、电容Cb、电感Lb、电阻Rm、可变电容Cv1和电容Cm组成，可以通过原厂打印机对压电元件(即可变电容)的充放电时间常数特性的检测，打印机认为墨盒中墨水比预定量多。而当三极管Q1导通时，电容Cm被三极管Q1短路，连接在被代替的压电元件端子10、11之间的电路的总电容减少了，充放电时间常数和频率特性也都改变了，打印机将检测出墨盒无墨水的结果。 

本实施例也可以把实施例2中的测量墨盒100中墨水剩余量的方法和实施例3中通过原厂打印机检测压电元件充放电特性的方法结合起来代替压电元件。这样，图16中的右边部分将由图8(a)代替，如图17所示。同样是，三极管Q1的基极经由限流电阻Ri连接到共振频率检测部330的输出端PB3。在这里环行天线210和300可以同绕在一根磁棒上。在图17中，可变电容Cv、环行天线210和300、共振信号生成电路310、控制部320、共振频率检测部330的连接方式和测量墨水剩余量的方法都在实施例2中说明了。图17中的可变电容Cv和环行天线210组成的电路也可以使用图8(b)所示的电路。 

本发明同样适用于激光打印机或复印机上的碳粉盒，检测碳粉盒内碳粉的剩余量。这样，上面实施例中的墨盒将用碳粉盒代替，墨水将用碳粉代替。本发明还适用于检测容器中其它物品的剩余量。 

当然，本专利的保护范围不限于上面所举的实施例子，所有等同技术的替换物，分解或合并本专利技术的替换物都包括在本专利权利要求的保护范围之内。

根据《电工手册》或《电工基础》教材，计算电容C的容抗Xc的公式是：Xc＝1/(2ЛfC)；式中：f是频率，单位是Hz；电容C的单位是F(法拉)；容抗Xc的单位是Ω(欧姆)。将可变电容Cv带入上式得Xc＝1/(2ЛfCv)。 

Claims (10)

1.一种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括：

容器，用于容纳物品；

可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。

2.如权利要求1所述的可测量物品剩余量的容器，其特征在于，所述可变电容的两端接收到共振触发脉冲。

3.一种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括：

容器，用于容纳物品；

可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；

环行天线，用于接收或发送电信号，该环行天线经由单向导通元件与电容并联的电路与可变电容连接；

其特征在于，

可变电容和环行天线和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。

4.如权利要求3所述的可测量物品剩余量的容器，其特征在于，还包括：共振频率检测部，检测所述共振系统的共振频率，根据共振频率确定所述容器中物品的剩余量。

5.一种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括：

容器，用于容纳物品；

可变电容，可变电容的至少一端与被代替的压电元件端子连接；

可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。

6.一种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括：

容器，用于容纳物品；

可变电容，可变电容的至少一端与被代替的压电元件端子连接，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，在可变电容施加了直流偏置电压下工作；

至少一个电容与电感串联的电路与所述可变电容并联，这个与电感串联的电容可以是可变电容。

7.如权利要求6所述的可测量物品剩余量的容器，其特征在于，所述可变电容由至少一个变容二极管和至少一个电容连接成。

8.如权利要求6所述的可测量物品剩余量的容器，其特征在于，所述可变电容由至少一条电容与电子元件串联的电路组成，当施加在该电容与电子元件串联的电路上的电压增加到预定值时，该电容与电子元件串联的电路中的电子元件导通，使所述可变电容的电容变化。

9.如权利要求6或7或8所述的可测量物品剩余量的容器，其特征在于，至少两个探头，安装在所述容器上，连接在所述被代替的压电元件端子之间的电路中，当所述容器中的物品剩余量比预定量多时，这两个探头与所述物品相接触时将会彼此电连通，把电子元件连接到电路中。

10.一种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括：

容器，用于容纳物品；

可变电容，安装在容器上，可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率；

另一个可变电容，至少一端与被代替的压电元件端子连接，在施加了直流偏置电压下工作；

至少一个电容与电感串联的电路与另一个可变电容并联，这个与电感串联的电容可以是可变电容。

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