CN107073958A - 液体推进组件 - Google Patents

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Abstract

液体推进组件包括液体通道、电路块。电路块包括被部署在液体通道中以与通道中的液体接触的第一导体和与通道中的液体隔绝的第二导体。液体推进组件还包括存储与第二导体在预定义充电量下的模拟值相对应的数字代码的存储器。

Description

液体推进组件
背景技术
液体推进组件包括用于二维和三维打印的打印头、集成打印头墨盒、数字滴定设备/墨盒和片上实验室。这样的液体推进组件能够在包括2D和3D打印、电子取证实验室(forensic lab)、卫生保健和生命科学的应用领域中以相对高的精度推进液体、并且在许多实例中喷射液体。取决于应用的领域，高精度液体推进组件能够促进高分辨率打印图像、准确地再现预定义的液滴重量或液滴位置和/或执行高精度诊断(仅列举一些例子)。在某些示例中，液体推进组件是为了操作而需要被连接至主机设备的可替换组件。液体推进组件在达到一定使用水平之后(例如，在耗尽之后或者在一次性使用之后)被新的液体推进组件所替换。
主机设备或用户需要能够验证液体推进组件是否是由受信任方供给或生产的。受信任方可以是主机设备的OEM(原始设备生产商)或者被这样的OEM授权提供可替换组件的一方。这些受信任方可例如与一定质量水平相关联并且与随主机设备运行的保证书相关联。相比而言，由不信任方或未授权方提供的液体推进组件有时可产生较不可靠的结果(例如，低质量打印、不可靠的诊断)、损坏主机设备或者影响随主机设备运行的保证书。
附图说明
出于例证的目的，现在将参考附图描述根据此公开构建的某些示例。
图1示出了液体推进组件的示例的图示。
图2示出了液体推进组件的另一示例的图示。
图3示出了液体推进组件的又一示例的图示。
图4示出了在液体推进组件中读取和从液体推进组件传送模拟值的方法的示例的流程图。
图5示出了生产液体推进组件的方法的示例的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，对附图进行参考。描述和附图中的示例应当被视为是例证性的，而并不意图作为对所述具体示例或元件的限制。可以通过修改、组合或变化不同元件而从以下描述和附图中推导出许多示例。
图1示出了要被连接至主机设备并且在使用或耗尽之后被替换的液体推进组件1的示例的图示。液体推进组件1可以是通过包括光刻和化学处理的半导体制造方法获得的半导体或MEMS(微电子机械系统)设备。液体推进组件1包括推进液体经过其的液体通道3。液体通道3可以是微米级或纳米级大小，例如具有约1-250微米之间的最小宽度或直径。在一个示例中，液体通道3端接于喷嘴中来排出液体。
液体推进组件1包括电路5以推进和/或分析组件1中的液体。电路5包括致动器以推进液体。致动器可以具有微米级或纳米级尺寸并且可包括热敏电阻器、压电电阻器或微量泵。电路5还可包括感测电路以感测某些液体性质。电路5包括引擎7以驱动致动器和/或读取感测电路。
引擎7的组件可包括状态机、缓冲放大器、采样和保持放大器、数模转换器、模数转换器和测量电路。引擎7的功能可包括把从主机设备接收的数字输入转换为模拟输出以驱动致动器和感测电路，以及把模拟读数转换为数字输出以用于向主机设备传送感测到的性质。电路5还包括存储器9，存储器9是非易失和非暂时性的。存储器9可包括只读存储器。引擎7可包括寄存器。
电路5包括被部署在液体通道3中的第一导体13。第一导体13可被部署在液体通道3的壁上。第一导体13要在液体流经液体通道3时与液体接触。第一导体13可以是电气性质受接触到的液体的影响的任何类型的电阻器、板极(plate)、电极、端子或电容器。在某些示例中，第一导体13包括钽。第一导体13可包括诸如钝化层之类的保护涂层。在其上部署第一导体13的液体通道3的壁可由可被用于半导体制造的至少一种适合的介电材料组成，所述介电材料诸如是SU8、氧化硅、氮化硅、碳化硅、TEOS等中的至少一个。在一个示例中，第一导体13是感测电路的端子。在另一示例中，第一导体13是诸如热敏电阻器或压电电阻器或微量泵之类的推进设备的至少一部分。在这两个示例中，引擎7对第一导体13充电从而第一导体13能够执行其感测功能或致动功能或二者。
在示例中，第一导体13在生产期间被测试和校准以确定用于其感测或致动功能的合适充电量(charge)。一旦确定了第一导体13的合适充电量，就可将该充电量存储在存储器9中。
电路5包括第二导体15。第二导体15可以是具有与第一导体13类似类型的电阻器、板极、端子、电容器等等。第二导体15与液体隔绝，从而使得其模拟电气性质不受液体的影响。例如，第二导体15被部署在与液体通道3相距一定距离的MEMS结构中。在一个示例中，第二导体15被介电和/或接地材料围绕以避免与液体的物理和电气接触。围绕或邻接第二导体15的适合材料可包括适合的介电硅(诸如，SU8、氧化硅、氮化硅、碳化硅、TEOS等等)和/或适合的接地材料(诸如多晶硅或铝)。在一个示例中，第二导体15包括多晶硅。
电路5包括第一导体和第二导体13、15的电路块11。电路块11由引擎7控制。电路块11具有诸如感测或致动之类的专用功能。电路块11可以是同一层MEMS结构的一部分。在示例中，第一导体和第二导体13、15是以相同的制造步骤生产的，并且具有相同的性质。在另一示例中，第一导体和第二导体13、15由基本相同的材料组成。引擎7可以类似的方式对导体13、15进行充电和读取。
在制造期间，第一导体和第二导体13、15可被测试和校准。因而在制造校准阶段为导体13、15确定适当的充电量(“偏压”或“预充电”)值。在一个示例中，意图是引擎7在液体推进组件1的操作生命期期间根据所确定的充电值对每个导体13、15充电。在一个示例中，为导体13、15二者使用一个充电值。例如，一个充电值应用于整个电路块11。在另一示例中，为第一导体和第二导体13、15使用单独的充电值。在校准期间，优化充电值从而具有相应导体13、15的有效充电。
第一导体和第二导体13、15各自具有某些模拟特性，这些模拟特性经受生产容差并且固有地不同于它们的生产商规定的标称特性。在制造之前无法确切地知道这些模拟特性。示例模拟特性包括阻抗和电阻。其它可测量的示例模拟特性包括基于时间的残余充电量、相位角、和电感。引擎7通过测量相应的导体13、15如何对预先确定的充电量(即，在校准期间确定的充电量)进行反应来读取这些模拟特性。
当对第一导体13应用预定充电量时，返回的模拟值取决于与第一导体13接触的液体的存在或状态而变化。与在制造期间(那时通常不存在液体)相比，第一导体13可在操作中(那时通常液体(或碎屑)与第一导体13接触)返回不同的模拟值。相比而言，第二导体15在操作期间与液体隔绝。因而，可在制造校准阶段(那时通道中没有液体存在)返回第二导体15的模拟值，并且在操作期间(那时在通道3中存在液体)该值应当相对相似。
在制造期间，第二导体15的模拟值可通过引入预定的充电量来进行测量。测量到的模拟值被引擎7转换为数字代码21。数字代码21被编码在存储器9中，例如以加密的形式编码在诸如ROM(只读存储器)之类的非可重写存储器中。在后面的阶段处，在液体推进组件1的安装和操作条件中，模拟值可由同一引擎7使用相同的充电值被再次测量并且被转换为第二数字代码，并且被传送到主机设备以允许比较新测量到的数字代码与先前编码的数字代码21。
在一个示例中，如果第二导体15的先前编码的数字代码和新测量到的数字代码匹配，则液体推进组件1已经被正确制造和校准。在另一示例中，如果所述数字代码匹配，则可能的是这些代码是由授权生产商编码的。相反，如果确定先前编码的数字代码和新测量到的数字代码不匹配，则存在高概率液体推进组件1的制造不是由主机设备的OEM授权的。另外由于其它原因，先前编码的数字代码和新测量到的数字代码的匹配可被用于认证目的。
如已经解释的那样，第二导体15的模拟值将对于每个液体推进组件1是不同的。这样的模拟值可被用作固有存在的独有识别码，像指纹或序列号。第二导体15比第一导体13更适合用于识别目的，因为第一导体13在操作期间通常与液体接触。因而，测量到的模拟电气特性取决于液体的存在或状态而不同。因此，第二导体15被包括在相同的电路块11中并且用于识别目的。在将参考图3解释的示例中，液体推进组件包括多个电路块，每个电路块具有至少一个第二导体来存储多个独有模拟值中的一独有数字认证码。
图2示出了液体推进组件101的第二示例。液体推进组件101包括微米级或纳米级尺寸的液体通道103。液体通道103可包括伸长的液体通道、腔室和喷嘴中的至少一个。液体推进组件101包括半导体电路105。在一个示例中，半导体电路105包括或者形成MEMS结构的一部分，所述MEMS结构包括半导体组件、液体通道等等。电路105包括液体致动器123以推进通道103中的液体，例如推出喷嘴。致动器123可以是热敏电阻器致动器、压电电阻器致动器或任何类型的微量泵中的一个。示例致动器123是热敏喷墨电阻器和压电喷墨电阻器。
电路105还包括感测电路块111。电路块111包括第一感测电路125和第二感测电路127。在不同的应用示例中，第一感测电路和第二感测电路125、127中的每一个可用作阻抗传感器、电阻传感器或者其它模拟电气特性(诸如，基于时间的残余充电量、相位角、和电感)的传感器。第一感测电路125包括在液体通道103中延伸以与液体接触的第一导体113。第一导体113用作第一感测电路125的第一端子。第一导体113可以是板状的。第一感测电路125还包括接地129。接地129可用作感测电路125的第二端子。接地129可由液体通道壁的一部分(例如，被连接至通信/电源接口141的接地输出的p掺杂通道壁部分)形成。在一个示例中，第一导体113、液体(和/或空气和/或碎屑)和p掺杂硅壁用作电容器。引擎7和第一感测电路125被校准以感测端子113、129之间的液体存在或不存在或者液体(干燥、碎屑)的其它状态。在此校准期间，确定并存储用于第一感测电路125的合适充电值。
第二感测电路127包括第二导体115。第二导体115与液体隔绝。靠近第二导体115提供第二接地131，第二接地131也与液体隔绝。第二导体115和第二接地131形成第二感测电路127的端子。通过第二感测电路127感测到的模拟值可基本独立于液体的存在或状态。第二接地131可被部署在相距第二导体115的适合距离处。在一个示例中，在液体推进组件101的安装条件中，第二接地131要连接至主机设备的接地。在一个示例中，第二导体115是参考板极并且包括多晶硅，其中多晶硅被部署在热氧化层上，所述热氧化层被部署在n有源(n-active)硅材料层上，所述n有源硅材料层在操作中被连接到主机设备的接地。在另一示例中，第二接地131被连接到p掺杂晶片部分。
电路105包括引擎107以指示致动器123和感测电路块111以及把感测到的模拟值转换为数字代码以用于由主机设备处理。电路105还包括存储与至少第二感测电路127的模拟值相对应的数字代码的ROM 109。ROM 109要由主机设备读取。在不同示例中，引擎107包括数模转换器、模数转换器、输入采样和保持(S&H)元件、开关、输出S&H元件、状态机、时钟和多个寄存器。引擎107可被连接至主机设备的电压源。引擎107要向感测电路125、127引入电流。用于感测电路125、127的合适充电值137在制造阶段被确定并且被编码在ROM 109中，以由主机设备读取，并且然后被指示给引擎107。
引擎107要向第一和第二感测电路125、127引入存储在ROM 109中的(一个或多个)充电量。在一个示例中，第一感测电路125的充电值137在校准期间被确定，其中充电值137被优化以在第一导体113的干燥状态和潮湿状态中的阻抗之间进行区分。充电值137可包括对第一导体113进行充电的适合频率139。在一个示例中，时钟机构被用于把引擎的传感器控制信号适配成适合的频率。引擎107还包括至少一个寄存器135或者适合的读写存储器来在操作期间暂时存储充电值。在示例系统中，主机设备从ROM 109读取充电值并且把引擎寄存器135的某些位设置为这些充电值，从而引擎107向感测电路125、127引入这些充电量。
在一个示例中，ROM 109存储用于第一和第二感测电路125、127二者的相同充电值137。例如，引擎107可向电路块111中的感测电路125、127二者引入相同的充电量。因而，引擎107可使用相同的寄存器位位置以用于对电路块111的感测电路125、127二者充电。在又一示例中，第一和第二感测电路125、127要使用分离地存储在ROM 109中的不同充电值137，其中引擎107被配置为读取寄存器135中的不同位位置来应用对应不同的充电量到每个感测电路125、127。
ROM 109存储与第二感测电路127相对应的数字代码121。数字代码121对应于第二感测电路的模拟值。数字代码121可作为锁定的数据集或加密的数据集被编码在ROM 109上，以由主机设备解锁或解密。在一个示例中，数字代码121覆盖用于第二感测电路127的模拟值的范围。数字代码121可根据预先固定的数字代码的有限集合来设置，每个预先固定的数字代码对应于模拟值的一定范围。模拟值的不同范围可重叠以当测量到的模拟值接近范围的边限时允许一些余裕。在另一示例中，ROM 109上的数字代码对应于特定模拟值，其中由主机设备应用预定余裕以允许预先存储的数字代码和新读取的数字代码的匹配。
液体推进组件101包括通信/电源接口141以与主机设备通信。通信/电源接口141被连接至电路105的其余部分。通过这样的通信/电源接口141可建立数据连接、电压源连接和接地源连接中的至少一者。在一个示例中，通信/电源接口141包括接触焊盘阵列。
在某些示例中，液体推进组件101包括多个电路块111，类似于下文参考图3所述的示例。
图3示出了液体推进组件201的图示的另一示例。液体推进组件201包括MEMS电路205。MEMS电路205包括多个液体通道203-1、203-2、203-n。在所示示例中，液体通道203-1、203-2、203-n从诸如储液器之类的至少一个液体源243接收液体。液体源243可以是液体推进组件201的集成部分。液体由通道中的致动器(未在此示例中示出)推进通过通道203-1、203-2、203-n。致动器可以是热敏电阻器或压电电阻器或者任何其它适合的微量泵机构。在一个示例中，液体包括印墨。在另一示例中，液体推进组件是用于喷墨打印机的集成式打印头墨盒。
MEMS电路205还包括多个阻抗感测电路块211-1、211-2、211-n。在此示例中，一个阻抗感测电路块211-1、211-2、211-n与一个相应的液体通道203-1、203-2、203-n相关联。在其它示例中，一个阻抗感测电路块211-1、211-2、211-n与液体通道阵列相关联，或者反之亦然，一个液体通道203-1、203-2、203-n可与阻抗感测电路块211-1、211-2、211-n的阵列相关联。
在此示例中，每个阻抗感测电路块211-1、211-2、211-n包括当液体流经液体通道203-1、203-2、203-n时要与液体接触的流体阻抗传感器213-1、213-2、213-n。每个流体阻抗传感器213-1、213-2、213-n包括要与液体接触的两个端子，例如导体端子和接地端子，这两个端子与液体一起形成电容器。另外，每个阻抗感测电路块211-1、211-2、211-n包括与液体隔绝的参考阻抗传感器215-1、215-2、215-n。每个参考传感器215-1、215-2、215-n包括两个端子，例如导体端子和接地端子。在示例中，参考传感器215-1、215-2、215-n被用作参考以使实现每个电路块211-1、211-2、211-n的故障排除。
MEMS电路205包括引擎207以控制阻抗传感器213-1、213-2、213-n、215-1、215-2、215-n上的充电量。每个阻抗传感器213-1、213-2、213-n、215-1、215-2、215-n的充电值237-1、237-2、237-n被存储在ROM 209中的表中。充电值可包括一定频率237-1、237-2、237-n。引擎207使用对应的预先存储的充电值237-1、237-2、237-n对每个阻抗传感器213-1、213-2、213-n、215-1、215-2、215-n进行充电。在操作中，充电值237-1、237-2、237-n可由主机设备读取并且写入在寄存器135上以对相应的传感器213-1、213-2、213-n、215-1、215-2、215-n充电。如上所述，可在相应传感器213-1、213-2、213-n、215-1、215-2、215-n的校准阶段确定充电值237-1、237-2、237-n中的每一个。在一个示例中，每个流体阻抗传感器213-1、213-2、213-n的充电值237-1、237-2、237-n已经被校准以在传感器213-1、213-2、213-n的(i)潮湿条件、(ii)干燥条件、或(iii)其它(例如，干燥、被污染的)条件之间进行区分。在一个示例中，用于流体阻抗传感器213-、213-2、213-n的充电值237-1、237-2、237-n也用于参考阻抗传感器215-1、215-2、215-n或者整个电路块211-1、211-2、211-n。在其它示例中，用于流体阻抗传感器213-1、213-2、213-n的预先存储的充电值237-1、237-2、237-n和用于参考阻抗传感器215-1、215-2、215-n的预先存储的充电值是不同的，例如因为用于流体阻抗传感器213-1、213-2、213-n和参考阻抗传感器215-1、215-2、215-n的最优充电值237-1、237-2、237-n是不同的。
除了充电值237-1、237-2、237-n之外，ROM 209存储与这些充电值237-1、237-2、237-n的参考阻抗传感器215-1、215-2、215-n的阻抗读数相对应的数字代码221-1、221-2、221-n。例如，参考阻抗传感器215-1、215-2、215-n通过使用前文提到的经优化的存储的充电值237-1、237-2、237-n进行充电，藉此，结果的模拟阻抗值被引擎207测量并且被转换为数字代码221-1、221-2、221-n。在液体推进组件1的后面的操作阶段，参考阻抗传感器215-1、215-2、215-n的阻抗可被引擎7再次测量，并且结果的数字值可被主机设备与存储的数字代码进行比较。
图4示出了传送液体推进组件中的值的方法的示例流程图。方法包括液体推进组件向主机设备传送至少一个预先存储的数字代码(块300)。在示例中，这是由在主机设备中安装液体推进组件触发的。方法还包括在液体推进组件中用预定义的充电量对共用电路块中的第一导体和第二导体充电，其中第一导体与液体接触并且第二导体与液体隔绝(块310)。方法还包括读取第二导体的模拟值(块320)。方法包括把这些模拟值转换为数字代码(块330)。方法还包括向主机设备传送经转换的数字代码(块340)。方法还包括促进主机设备比较新读取的经转换的数字代码与预先存储的数字代码(块350)，例如从而对液体推进组件进行认证。
图5示出了生产液体推进组件的方法的示例的流程图。方法包括生产液体推进组件中的感测电路块，其中每个电路块包括液体通道中的流体阻抗感测电路和与液体隔绝的参考阻抗感测电路(块400)。方法包括校准每个感测电路以确定用于每个感测电路的合适充电值(块410)。例如，流体阻抗感测电路的充电值被优化为可靠地确定液体通道中的液体的存在、不存在或状态。在一个示例中，仅流体阻抗感测电路被校准并且确定的充电值被用于流体阻抗感测电路和参考阻抗感测电路二者。充电值可包括频率值。方法还包括将确定的充电值存储在诸如液体推进组件的ROM之类的存储器中(块420)。方法还包括使用存储的充电值对参考阻抗感测电路充电(430)。方法还包括读取参考阻抗感测电路的阻抗(440)。方法包括把这些测量到的阻抗转换为数字代码(块450)，例如通过使用模数转换器。方法还包括将这些数字代码存储在诸如液体推进组件的ROM之类的存储器上(块460)。
图5的示例方法可允许在安装液体推进组件之后读取参考阻抗感测电路的阻抗，把这些阻抗转换为数字代码，以及将这些数字代码与预先存储的数字代码相比较，藉此，可以通过使用合适的误差余裕或转换算法在经转换的数字代码和预先存储的数字代码匹配的情况下认证液体推进组件。在一个示例中，存储器上存储的数字代码表示模拟值的一定带宽从而包括一定的误差余裕。在另一示例中，数字代码与相对具体的测量到的模拟值相对应，藉此，在由主机设备执行的比较算法中包括一定的误差余裕。在又一示例中，多个数字代码可(例如，使用适合的加密和/或压缩算法)作为单个代码被编码到存储器。
作为阻抗的替代，诸如电阻之类的其它模拟值可被测量。作为阻抗传感器的替代，可使用其它类型的传感器或其它设备，例如例如热敏或压电电阻器或感测电阻器，其中参考电阻器可被添加到每个电路块。根据上文描述的原理中的一些，这样的其它设备被提供有与液体接触的第一导体以及相同电路块中的保持不受液体的影响的可被用作参考目的的第二导体。
在示例中，液体推进组件包括液体分配头，诸如打印头，以用于将液体喷射出喷嘴，其中每个流体通道可通往至少一个喷嘴。在液体分配头的示例中，靠近每个喷嘴或者一对或一组喷嘴提供一个液体感测电路。例如，液体感测电路被部署在流体通道中靠近喷嘴和/或靠近发射腔以感测靠近发射腔的液体的存在或不存在或者感测堵塞。
在一个示例中，所描述的示例之一的液体通道具有约1-250微米的直径。例如，液体通道包括发射腔和喷嘴。这样的发射腔可具有各自在约1微米和100微米之间的高度、宽度和长度尺寸。发射腔的示例容积尺寸是32x54x21微米。喷嘴可具有约5-70微米(例如，30-60微米，例如，大约46微米)的直径。一直通往发射腔或喷嘴或者在发射腔和喷嘴之间延伸的通道可具有约1和20微米之间(例如，10或7或5微米)的最小宽度(“夹点”)。可应用不同的尺寸。示例阻抗传感器可被部署在这些通道中，例如靠近相应的发射腔或喷嘴。

Claims (15)

1.一种液体推进组件，包括
用于导引液体的液体通道，
用于推进液体和分析液体中的至少一者的电路，所述电路包括
至少一个电路块，包括被部署在所述液体通道中以与通道中的液体接触的第一导体和与所述通道中的液体隔绝的第二导体，
引擎，用以根据预定义充电值对所述导体充电并且读取至少第二导体的模拟值，以及
存储器，存储与第二导体在所述预定义充电量下的模拟值相对应的数字代码。
2.如权利要求1所述的液体推进组件，所述存储器还存储所述预定义充电值。
3.如权利要求2所述的液体推进组件，其中所述存储器是只读存储器并且所述引擎包括寄存器以在操作中存储所述充电值。
4.如权利要求1所述的液体推进组件，其中所述引擎还用于
读取这两个导体的模拟值，以及
把所述模拟值转换为对应的数字值；并且
所述电路还包括用于传送所述数字值至主机设备的至少一个通信接口。
5.如权利要求1所述的液体推进组件，其中所述引擎用于根据相同的充电值对所述电路块的这两个导体充电。
6.如权利要求1所述的液体推进组件，包括液体通道的阵列以及第一导体和第二导体的对应阵列，其中所述第一导体和第二导体是感测电路的端子。
7.如权利要求5所述的液体推进组件，其中所述感测电路是阻抗感测电路并且所述模拟值是阻抗。
8.如权利要求5所述的液体推进组件，其中所述感测电路各自包括接地端子。
9.如权利要求1所述的液体推进组件，包括与所述电路块分离的液体推进电阻器以推进所述液体。
10.一种液体推进组件，包括
多个液体通道；
多个电路块，每个块包括液体通道中接触液体的第一导体和与所述液体隔绝的第二导体；
只读存储器，存储
用于对所述第二导体中的每一个充电的充电值，以及
与所述第二导体在根据所述充电值而被引入时的模拟值相对应的多个数字代码；以及
引擎，用于
使用存储的充电值对所述导体充电并且读取每个电路块中的导体的模拟值，以及
把所述模拟值转换为数字代码。
11.如权利要求10所述的液体推进组件，其中所述第一导体是液体感测电路的一部分并且所述第二导体是参考感测电路的一部分。
12.如权利要求11所述的液体推进组件，其中每个感测电路包括接地以允许相应的导体和所述接地之间的阻抗感测。
13.如权利要求10所述的液体推进组件，包括与所述电路块分离的液体推进电阻器以推进所述液体。
14.如权利要求10所述的液体推进组件是用于连接到主机设备的可替换墨盒，包括
通信和/或电源接口，以及
液体源，用于供应液体到所述液体通道。
15.如权利要求14所述的液体推进组件，其中集成式打印头喷墨墨盒用于连接至主机设备，所述液体源包括印墨。
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