CN109476162B - 用于具有数字流体液位传感器的流体供应盒的垂直接口 - Google Patents

Abstract

一种用于流体供应盒(120)的垂直接口(100)用于将流体供应盒(120)连接到流体喷射装置(140)。垂直接口(100)包括一个或多个流体互连隔膜(102)，用于垂直流体地将流体供应盒的供应流体互连到流体喷射装置。垂直接口(100)包括电接口(104)，用于垂直导电地将流体供应盒(120)的数字流体液位传感器(124)连接到流体喷射装置(140)的相对应电接口(144)。

Description

用于具有数字流体液位传感器的流体供应盒的垂直接口

背景技术

流体喷射装置包括喷墨打印装置，例如喷墨打印机，其可以通过选择性地将墨水喷射到介质上而在诸如纸张的介质上形成图像。许多类型的流体喷射装置可接受流体供应盒(例如在喷墨打印装置的情况下的墨盒)的插入或连接。当现有盒内的流体供应源耗尽时，可以从已插入盒的流体喷射装置中取出盒，然后将含有新流体供应源的新盒插入或连接到流体喷射装置使装置可以继续喷射流体。

附图说明

图1A和1B分别是将流体供应盒连接到流体喷射装置的用于流体供应盒的示例性垂直接口的截面正视图和侧视图。

图2A和2B分别是将流体供应盒连接到流体喷射装置的用于流体供应盒的另一示例性垂直接口的截面正视图和侧视图。

图3A是连接到流体喷射装置的相对应电接口的用于流体供应盒的垂直接口的示例性垂直取向电接口的透视图。

图3B是连接到流体喷射装置的相对应电接口的用于流体供应盒的垂直接口的另一示例性垂直取向电接口的透视图。

图4A是连接到流体喷射装置的相对应电接口的用于流体供应盒的垂直接口的示例性水平取向电接口的透视图。

图4B是图4A的电接口之一的仰视图。

图5是用于具有贮槽的流体供应盒的示例性垂直接口的截面正视图。

图6A是根据本文描述的原理的一个示例的用于示例性流体液位传感器的示例性液体接口的一部分的视图。

图6B是根据本文描述的原理的一个示例的用于示例性流体液位传感器的另一示例性液体接口的一部分的视图。

图7是根据本文描述的原理的一个示例的使用图6A和6B的流体液位传感器确定液位的示例性方法的流程图。

图8是根据本文描述的原理的一个示例的示例性液位感测系统的视图。

图9是根据本文描述的原理的一个示例的包括图8的液位感测系统的示例性液体供应系统的视图。

图10是根据本文描述的原理的一个示例的包括图8的液位感测系统的另一示例性液体供应系统的视图。

图11是根据本文描述的原理的一个示例的流体液位传感器的另一示例性液体接口的一部分的视图。

图12是根据本文描述的原理的一个示例的图8的流体液位传感器的示例性电路图。

图13是根据本文描述的原理的一个示例的图8的示例性液体接口的截面图。

图14A是根据本文描述的原理的一个示例的图8的流体液位传感器的局部正视图，示出了由加热器的脉冲产生的示例性热尖峰。

图14B是根据本文描述的原理的一个示例的另一示例性流体液位传感器的局部正视图，示出了由加热器的脉冲产生的示例性热尖峰。

图14C是根据本文描述的原理的一个示例的图14B的示例性流体液位传感器的截面图，示出了由加热器的脉冲产生的示例性热尖峰。

图15是示出根据本文描述的原理的一个示例的随时间的对加热器脉冲的不同感测温度响应的示例的曲线图。

图16是根据本文描述的原理的一个示例的另一示例性流体液位传感器的视图。

图17是根据本文描述的原理的一个示例的图16的示例性流体液位传感器的一部分的放大视图。

图18A是根据本文描述的原理的一个示例的流体液位传感器的等距视图。

图18B是根据本文描述的原理的一个示例的图18A的流体液位传感器沿线A的侧视剖面图。

具体实施方式

如背景技术部分所述，诸如喷墨打印装置的流体喷射装置可接受诸如墨盒的流体供应盒的插入或连接。例如，当现有的供应已经耗尽时，这种可移除的盒允许将新的流体供应源提供给流体喷射装置。一些类型的流体供应盒包括流体液位传感器，其可以测量其中剩余的流体的液位(即量)。

一种类型的流体液位传感器是数字流体液位传感器，其依赖于传感器内的硅条，并且盒的流体与其接触。随着盒内流体的液位降低，流体所接触的这种条状物的暴露区域也减小。流体的液位可以通过合计的条状物传感器(即，条状物的暴露区域)的冷却速率的差异来确定，因为冷却速率的差异取决于条状物的哪些暴露区域与流体接触，而条状物的哪些暴露区域不与流体接触而与盒内的环境空气接触。在具体实施方式的末尾部分描述了这种创新性流体液位传感器的示例。

本文公开了用于具有数字流体液位传感器的流体供应盒的新型垂直接口。接口是垂直接口，因为接口可以是其一部分的流体供应盒可垂直插入流体喷射装置中，例如在重力方向上从上至下，而不是水平插入装置中。该接口包括一个或多个流体互连隔膜，以垂直地和流体地将流体供应盒的供应流体互连到流体喷射装置。该接口还包括电接口，用于将流体供应盒的数字流体液位传感器垂直导电地连接到流体喷射装置的对应电接口。

图1A和1B分别是将盒120连接到流体喷射装置140的用于流体供应盒120的示例性垂直接口100的截面正视图和侧视图。在图1A和1B中示出了流体供应盒120和流体喷射装置140的部分。图1B的截面侧视图是从

图1A的截面线110的角度看的，其中，图1A中在线110的右侧的部分被移除。图1A的截面正视图是从图1B的截面线112的角度看的，其中，图1B中在线112右侧的部分被移除。

接口100是垂直接口，因为流体供应盒120沿垂直方向插入，例如如箭头114所示向下插入，以将盒120连接到流体喷射装置140。接口100设置在流体供应盒120的壳体122的表面130处，该表面130可以是由壳体122的唇缘132限定的腔的底部处的凹陷表面。接口100包括电接口104和流体互连隔膜102A和102B，它们统称为流体互连隔膜102。在图1B的截面侧视图中仅示出了隔膜102A。在图1A和1B的示例中，电接口104设置在隔膜102之间。

垂直接口100的电接口104垂直导电地将流体供应盒120的数字流体液位传感器124连接到流体喷射装置140的对应电接口144。流体互连隔膜102例如通过刺入并穿过隔膜102的装置140的对应针142A和142B(统称为针142)，垂直流体地将包含在流体供应盒120的壳体122内的供应流体128互连到流体喷射装置140。在图1A和1B的示例中，隔膜102A可以是供应隔膜，用以通过刺入并穿过隔膜102A的对应针142A将盒120的流体128供应到流体喷射装置140。隔膜102B可以是返回隔膜，用以将未使用的流体和替换空气通过刺入并穿过隔膜102B的对应针142B从流体喷射装置140返回到盒120。这样，隔膜102B可以流体地互连到壳体122内的管126，其确保这种未使用的流体和空气在壳体122内以高于壳体122内的流体128的液位的高度返回。

图2A和2B分别是将流体供应盒120连接到流体喷射装置140的用于流体供应盒120的另一示例性垂直接口100的截面正视图和侧视图。在图2A和2B中示出了流体供应盒120和流体喷射装置140的部分。图2B的截面侧视图是从图2A的截面线110的角度看的，其中，图2A中在线110的右侧的部分被移除。图2A的截面正视图是从图2B的截面线112的角度看的，其中，图2B中在线112右侧的部分被移除。

如在图1A和1B中，图2A和2B的接口100是垂直接口，因为盒120沿垂直方向插入，例如如箭头114所示向下插入，以将盒120连接到流体喷射装置140。接口100设置在流体供应盒120的壳体122的表面130处，其可以是由壳体122的唇缘132限定的腔的底部处的凹陷表面。接口100包括电接口104和流体互连隔膜102A和102B，它们统称为流体互连隔膜102。在图2B的截面侧视图中未示出隔膜102。在图2A和2B的示例中，隔膜102设置在电接口104的同一侧。例如，隔膜102A可以设置在电接口104的右侧，并且隔膜102B可以设置在隔膜102A的右侧。

如在图1A和1B中，图2A和2B中的垂直接口100的电接口104垂直导电地将流体供应盒120的数字流体液位传感器124连接到流体喷射装置140的对应电接口144。同样如在图1A和1B中，图2A和2B中的流体互连隔膜102例如通过刺入并穿过隔膜102的装置140的对应针142A和142B(统称为针142)，垂直流体地将包含在流体供应盒120的壳体122内的供应流体128互连到流体喷射装置140。隔膜102A可以是供应隔膜，用以通过刺入并穿过隔膜102A的对应针142A将盒120的流体128供应到流体喷射装置140。隔膜102B可以是返回隔膜，用以将未使用的流体和替换空气经由刺入并穿过隔膜102B的对应针142B从流体喷射装置140返回到盒120。这样，隔膜102B可以流体地互连到壳体122内的管126，其确保这种未使用的流体和空气在壳体122内以高于壳体122内的流体128的液位的高度返回。

图3A和3B各自示出了垂直取向电接口300和350的透视图。在一个实施方式中，电接口300可以是用于图1A、1B、2A和2B的流体供应盒120的接口100的电接口104，在这种情况下，电接口350可以是流体喷射装置140的电接口144。在该实施方式中，电接口300可以垂直向下移动，使得它连接到电接口350并与该电接口350电接触，如箭头370所示。电接口300可以是连接到图1A、1B、2A和2B的数字流体液位传感器124的分立逻辑板，或者接口300可以是流体液位传感器124的集成部分。电接口350可以是电接口300可插入其中的连接器。

在另一实施方式中，电接口350可以是用于盒120的接口100的电接口104，在这种情况下，电接口300可以是流体喷射装置140的电接口144。在该实施方式中，与图3A和3B中所示的相比，电接口300和350的垂直取向可以颠倒，使得电接口350可以垂直向下移动，使得它连接到电接口300并与电接口300电接触。电接口350可以是连接到图1A、1B、2A和2B的数字流体液位传感器124的连接器。电接口300可以是电路板。

电接口300具有相对的表面302和304，同样，电接口350具有相对的表面352和354。在图3A的示例中，电触点306A和306B设置在接口300的表面302上，并且电触点306C、306D和306E设置在接口300的表面304上。电触点356A和356B同样设置在接口350的表面352上，并且它们对应于接口300的电触点306A和306B。同样存在设置在表面354上的电触点，它们对应于表面302上的电触点306C、306D和306E，但是在图3A的透视图中被隐藏。如图3A所示，表面302和352上的电触点的数量与表面304和354上的电触点的数量在数量上不同，但是在另一种实施方式中，表面302和352可以具有与表面304和354相同数量的电触点。

在图3B的示例中，电触点306A和306B设置在电接口300的表面302上，但是没有电触点设置在接口300的表面304上。同样存在设置在电接口350的表面352上的电触点356A和356B，它们对应于接口300的电触点306A和306B。然而，没有电触点设置在电接口350的表面354上。因此，图3A和3B的示例之间的差异在于：在前者中，电触点设置在电接口300和350中的每个的两侧上，而在后者中，电触点仅设置在电接口300和350中的每个的一侧上。

在图3A和3B中，电接口300和350被称为垂直取向接口。这是因为接口300的电触点306沿着其垂直表面导电地连接到接口350的电触点356。即，彼此导电连接的电触点306的表面和电触点356的表面平行于垂直方向，如箭头370所示，其中接口300向下移动以连接到接口350。

图4A示出了水平取向电接口400和450的透视图。接口400具有表面402。如图4B的仰视图所示，电触点404设置在表面402上。接口450具有表面452。从表面452延伸的是与电触点404对应的电触点454。

在一个实施方式中，电接口400可以是用于图1A、1B、2A和2B的流体供应盒120的接口100的电接口104，在这种情况下，电接口450可以是流体喷射装置140的电接口144。在该实施方式中，电接口400可以垂直向下移动，使得它连接到电接口450并与电接口450电接触，如箭头470所示。电接口400可以是连接到图1A、1B、2A和2B的数字流体液位传感器124的分立逻辑板。电接口450可以是压缩连接器，电接口400可物理地压在该压缩连接器上。电接口400还可以是流体液位传感器124的集成部分。

在另一实施方式中，电接口450可以是用于盒120的接口100的电接口104，在这种情况下，电接口400可以是流体喷射装置140的电接口144。在该实施方式中，与图4A中所示的相比，电接口400和450的垂直取向可以颠倒，使得电接口450可以垂直向下移动，使得它接触电接口400并与电接口400电接触。电接口450可以是连接到图1A、1B、2A和2B的数字流体液位传感器124的压缩连接器，电接口400可物理地压在该压缩连接器上。电接口400可以是电路板。电接口450还可以是流体液位传感器124的集成部分。

电接口400的电触点404单独地对应于电接口450的对应电触点454。当接口400和450彼此接触时，电触点404和454彼此物理地压靠。这样，电触点404与对应的电触点454形成导电连接。

电接口400和450被称为水平取向接口。这是因为接口400的电触点404沿着其水平表面导电地连接到接口450的电触点454。即，彼此导电连接的电触点404的表面和电触点454的表面垂直于箭头470所示的垂直方向，其中，接口400向下移动以连接到接口450。

图5示出了用于将盒120连接到流体喷射装置的流体供应盒120的示例性垂直接口100的截面正视图。在图5中示出了流体供应盒120的一部分。接口100设置在流体供应盒120的壳体122的表面130处，其可以是在由壳体122的唇缘132限定的腔的底部处的凹陷表面。接口100包括电接口104和流体互连隔膜102A和102B，它们统称为流体互连隔膜102。在图5的示例中，电接口104设置在隔膜102之间，如图1A和1B中，但隔膜102也可以设置在接口104的同一侧，如图2A和2B中。

垂直接口100的电接口104垂直导电地将流体供应盒120的数字流体液位传感器124连接到流体喷射装置的对应电接口。流体互连隔膜102垂直流体地将包含在流体供应盒120的壳体内的供应流体128互连到流体喷射装置140。在图5的示例中，隔膜102A是供应隔膜，用以将盒120的流体128供应到流体喷射装置，并且隔膜102B可以是返回隔膜，用以将未使用的流体和替换空气从流体喷射装置返回到盒120。隔膜102B可以流体地互连到壳体122内的管126，以确保这种未使用的流体和空气在壳体122内以高于壳体122内的流体128的液位的高度返回。

图5的垂直接口100与图1A、1B、2A和2B的不同之处在于：隔膜102A设置在流体供应盒120的贮槽500下方。盒120的设置有接口100的表面130朝向隔膜102A向下倾斜，因此不平行于唇缘132的底表面，如图1A、1B、2A和2B中的。壳体122内的内表面502也存在于图5中，也朝向隔膜102A向下倾斜。壳体的表面130和502朝向隔膜102A的向下角度限定了贮槽500。

贮槽500的存在以及供应隔膜102A在贮槽500处的位置确保了最大量的流体128可输送到流体供应盒120所连接的流体喷射装置。这是因为通过重力迫使流体128向下流向贮槽，该贮槽被限定为流体128收集的凹陷。此外，数字流体液位传感器124可以朝向贮槽500倾斜，如图5中具体示出的。将流体液位传感器124朝向贮槽500倾斜可以确保即使流体128收集在贮槽500，传感器124仍然能够准确地测量流体128的液位(即，流体128的量、数量或体积)。

可以相关于图1A、1B、2A和2B的示例来实现图5的示例。即，在图1A、1B、2A和2B的示例中，像表面502那样的一个或多个倾斜表面可以布置在盒120的内部，以在盒120的底部形成与贮槽500类似的贮槽，其中设置有隔膜102A和接口104。类似地，诸如表面502的一个或多个倾斜表面可以布置在盒120内部，以在盒120的底部形成与贮槽500类似的贮槽，其中设置有隔膜102A和102B以及接口。

本文已经公开了用于具有数字流体液位传感器的流体供应盒的创新性垂直接口。这种垂直接口允许这种流体供应盒垂直插入或连接到流体喷射装置，使得装置可以喷射包含在盒内的流体。如上所述，这种流体喷射装置可以是喷射包含在墨盒内的墨水的喷墨打印装置。

现在说明示例性数字流体传感器。示例性流体传感器可以是针对其说明了创新垂直接口的流体供应盒的一部分。图6A-6B示出了用于流体液位传感器的示例性液位感测接口1024。液体接口1024与体积1040内的液体相互作用并输出指示液体在体积1040内的当前液位的信号。处理这些信号以确定体积1040内的液体液位。液体接口1024有助于以低成本的方式检测体积1040内的液体液位。

如图6A-6B示意性地所示，液体接口1024包括条带1026、加热器1030的系列1028和传感器1034的系列1032。条带1026包括细长条带，其将延伸到包含液体1042的体积1040中。条带1026支撑加热器1030和传感器1034使得当液体1042存在时，加热器1030和传感器1034的子集浸没在液体1042内。

在一个示例中，从顶部或从底部支撑条带1026，使得浸没在液体1042内的条带1026的那些部分及其支撑的加热器1030和传感器1034在所有侧面都被液体1042完全包围。在另一个示例中，沿着体积1040的侧面支撑条带1026，使得邻近体积1040的侧面的条带1026的面不与液体1042相对。在一个示例中，条带1026包括细长矩形、大致扁平的条带。在另一个示例中，条带1026包括了包括不同的多边形截面或圆形或椭圆形截面的条带。

加热器1030包括沿着条带1026的长度间隔开的各个加热元件。每个加热器1030足够靠近传感器1034，使得由单个加热器发出的热量可以由相关联的传感器1034感测到。在一个示例中，每个加热器1030独立地可致动以独立于其他加热器1030发热。在一个示例中，每个加热器1030包括电阻器。在一个示例中，每个加热器1030以至少10mW的功率发射热脉冲至少持续10μs。

在所示的示例中，加热器1030用于发热并且不用作温度传感器。结果，每个加热器1030可以由多种电阻材料构成，包括宽范围的电阻温度系数。电阻器可以由其电阻温度系数或TCR表征。TCR是电阻器的电阻根据环境温度的变化。TCR可以以ppm/℃为单位表示，其表示每摄氏度的百万分率。

电阻温度系数计算如下：

电阻器温度系数：TCR＝(R2-R1)e-6/R1*(T2-T1)，其中，TCR以ppm/℃为单位，R1为室温下以欧姆为单位，R2为以欧姆为单位的工作温度下的电阻，T1是以℃为单位的室温，T2是以℃为单位的工作温度。

由于加热器1030与温度传感器1034分离且不同，因此在用于形成加热器1030的晶圆制造工艺中可获得多种薄膜材料选择。在一个示例中，每个加热器1030具有每个区域相对高的散热性、高温稳定性(TCR<1000ppm/℃)、以及发热至周围介质和热传感器的紧密耦合。合适的材料可以是难熔金属及其各自的合金，例如钽及其合金，钨及其合金，仅举几例；然而，也可以使用其他散热装置，如掺杂硅或多晶硅。

传感器1034包括沿着条带1026的长度间隔开的各个感测元件。传感器1034中的每一个足够靠近对应的加热器1030，使得传感器1034可以检测或响应来自相关联的或者对应的加热器1030的热的传递。传感器1034中的每一个输出指示或反映传送到特定传感器1034的热量的信号，该信号遵循并对应于来自相关联的加热器的热脉冲。由相关联的加热器传送的热量将根据在到达传感器1034之前传热所通过的介质而变化。液体1042具有比空气1041更高的热容量。因此，液体1042降低的传感器1034所检测的温度相对于空气1041不同。结果，来自传感器1034的信号之间的差异指示体积1040内的液体1042的液位。

在一个示例中，每个传感器1034包括具有特征温度响应的二极管。例如，在一个示例中，每个传感器1034包括P-N结二极管。在其他示例中，可以采用其他二极管或者可以采用其他温度传感器。

在所示的示例中，加热器1030和传感器1034由条带1026支撑，以便沿条带1026的长度彼此交叉或交错。出于本公开内容的目的，关于加热器和/或传感器和条带的术语“支撑”或“被支持”意味着加热器和/或传感器由条带承载，使得条带、加热器和传感器形成单个连接单元。这种加热器和传感器可以被支撑在条带的外部或者条带内和内部。出于本公开内容的目的，术语“交叉”或“交错”意味着两个物品相对于彼此交替。例如，交叉式加热器和传感器可包括第一加热器，接着是第一传感器，接着是第二加热器，接着是第二传感器等等。

在一个示例中，单个加热器1030可以发射热脉冲，该热脉冲将由靠近单个加热器1030的多个传感器1034感测。在一个示例中，每个传感器1034与单个加热器1030间隔不大于20μm。在一个示例中，传感器1034具有沿条带1024的每英寸至少100个传感器1034的最小一维密度(每厘米至少1040个传感器1034)。一维密度包括沿着条带1026的长度方向的每单位尺寸的传感器数量，条带1026的尺寸延伸到不同的深度，限定液体接口1024的深度或液位感测分辨率。在其他示例中，传感器1034具有沿条带1024的其他一维密度。例如，传感器1034具有沿条带1026的每英寸至少10个传感器1034的一维密度。在其他示例中，传感器1034可以具有沿条带1026的大约每英寸1000个传感器(每厘米10400个传感器1034)或更大的一维密度。

在一些示例中，垂直密度或每垂直厘米或英寸的传感器数量可沿条带1026的垂直或纵向长度而变化。图6A示出了示例性传感器条带1126，其包括沿其主要尺寸或者发射长度的密度变化的传感器1034。在所示的示例中，传感器条带1126在沿着垂直高度或深度的那些区域中具有较大密度的传感器1034可以从更大程度的深度分辨率中受益更多。在所示的示例中，传感器条带1126具有包括第一密度的传感器1034的下部1127和包括第二密度的传感器1034的上部1129，第二密度小于第一密度。在这样的示例中，传感器条带1126提供更高程度的准确度或分辨率，因为体积内的液体液位接近空状态。在一个示例中，下部1127具有每厘米至少1040个传感器1034的密度，而上部1129具有每厘米少于10个传感器的密度，并且在一个示例中，每厘米4个传感器1034。在其他示例中，与传感器带1126的其他部分相比，传感器带1126的上部或中部可替代地具有更大密度的传感器。

每个加热器1030和每个传感器1034在控制器的控制下可选择性地致动。在一个示例中，控制器是条带1026的一部分或由条带1026承载。在另一个示例中，控制器包括电连接到条带1026上的加热器1030的遥控器。在一个示例中，接口1024包括与控制器分开的部件，从而便于更换接口1024或便于通过单独的控制器控制多个接口1024。

图7是可以使用液体接口(例如液体接口1024)执行的示例性方法1100的流程图，用以感测和确定体积内的液体液位。如框1102所示，将控制信号发送到加热器1030，使得加热器1030的子集或每个加热器1030开启和关闭，以便发射热脉冲。在一个示例中，将控制信号发送到加热器1030，使得加热器1030被顺序地致动或开启和关闭(脉动地)以顺序地发射热脉冲。在一个示例中，加热器1030顺序地开启和关闭，例如，以沿着条带1026从顶部到底部或者沿着条带1026从底部到顶部的顺序。

在另一个示例中，基于搜索算法致动加热器1030，其中，控制器识别哪个加热器1030应当最初脉动以努力减少被脉动以确定体积1040内的液体1042的液位的加热器1030的总时间或总数。在一个示例中，基于历史数据来识别最初脉动的加热器1030。例如，在一个示例中，控制器查询存储器以获得关于体积1040内的最后感测到的液体1042液位的数据，并且在脉动距最后感测到的液体1042液位更远的其他加热器1030之前脉动那些距最后感测到的液体1042液位最接近的加热器1030。

在另一个示例中，控制器基于所获得的最后感测到的液体1042的液位来预测体积1040内的当前液体1042的液位，并且在脉动距预测的当前液体1042的液位更远的其他加热器1030之前脉动体积1040内那些与预测的当前液体1042的液位接近的加热器1030。在一个示例中，预测的当前液体1042液位是基于最后感测到的液体1042液位和自上次感测的液体1042液位以来所经过的时间。在另一个示例中，预测的当前液体1042液位是基于最后感测到的液体1042液位和指示液体1042从体积1040中的消耗或抽取的数据。例如，在液体接口1042感测到墨水供应源中的墨水的体积1040的情况下，预测的当前液体1042液位可以基于最后感测到的液体1042液位和诸如使用墨水打印的页数等的数据。

在又一个示例中，加热器1030可以顺序地脉动，其中，最初脉动接近体积1040的深度范围的中心的加热器1030，并且其中，其他加热器1030基于它们与体积1040的深度范围的中心的距离来按顺序脉动。在另一个示例中，同时脉动加热器1030的子集。例如，第一加热器和第二加热器可以同时脉动，其中，第一加热器和第二加热器沿着条带1026彼此充分间隔开，使得第一加热器发出的热不会传送到或者不会到达意图感测来自第二加热器的热传输的传感器。同时脉动加热器1030可以减少用于确定体积1040内的液体1042液位的总时间。

在一个示例中，每个热脉冲具有至少10μs的持续时间并且具有至少10mW的功率。在一个示例中，每个热脉冲的持续时间在1到100μs之间并且高达毫秒。在一个示例中，每个热脉冲具有至少10mW且高达并且包括10W的功率。

如图7中的框1104所示，对于每个发射的脉冲，相关联的传感器1034感测从相关联的加热器到相关联的传感器1034的热传递。在一个示例中，每个传感器1034在来自相关联的加热器的热脉冲之后的预定时间段之后被致动、开启或轮询。该时间段可以基于脉冲的开始、脉冲的结束或与脉冲的时序相关的某个其他时间值。在一个示例中，每个传感器1034在来自相关联的加热器1030的热脉冲结束之后的至少10μs开始感测从相关联的加热器1030传送的热。在一个示例中，每个传感器1034在来自相关联的加热器1030的热脉冲结束之后的至少1000μs开始感测从相关联的加热器1030传送的热。在另一个示例中，传感器1034在等于热脉冲持续时间的一段时间之后在来自相关联的加热器的热脉冲结束之后开始感测热，其中这种感测发生的时间段在热脉冲持续时间的两到三倍之间。在又一示例中，热脉冲与相关联的传感器1034的热感测之间的时间延迟可以具有其他值。

如图7中的框1106所示，控制器或另一控制器基于感测到的来自每个发射脉冲的热传递来确定体积1040内的液体1042的液位。例如，液体1042具有比空气1041更高的热容量。因此，液体1034降低的传感器1034所检测的温度相对于空气1041不同。如果体积1040内的液体1042的液位使得液体在特定加热器1030与其相关联的传感器1034之间延伸，则与空气1041在特定加热器1030与其相关联的传感器1034之间延伸的情况相比，从特定加热器1032到相关联的传感器1034的热传递将更少。基于相关联的传感器1034在相关联的加热器1030发出热脉冲之后感测到的热量，控制器确定是空气还是液体在特定加热器1030和相关联的传感器之间延伸。使用该确定以及沿着条带1026的加热器1030和/或传感器1034的已知位置以及条带1026相对于体积1040的底板的相对定位，控制器确定体积1040内的液体1042的液位。基于所确定的体积1040内的液体1042的液位和体积1040的特征，控制器还能够确定体积1040内剩余的液体的实际体积或量。

在一个示例中，控制器通过查询存储在存储器中的查找表来确定体积1040内的液体液位，其中查找表将来自传感器1034的不同信号与体积1040内的不同液体液位相关联。在又一个示例中，控制器通过利用来自传感器1034的信号作为算法或公式的输入来确定体积1040内的液体1042的液位。

在一些示例中，方法1100和液体接口1024可以不仅用于确定体积1040内的液体1042的最高液位或顶面，而且还用于确定同时存在于体积1040内的不同液体的不同液位。例如，由于不同的密度或其他性质，不同液体可以在存在于单个体积1040中的同时彼此层叠。每种这样的不同液体可以具有不同的传热特性。在这样的应用中，方法1100和液体接口1024可以用于识别第一液体层在体积1040内终止的位置以及第一液体的下面或上面的第二不同液体层开始的位置。

在一个示例中，通过显示器或听觉设备输出所确定的体积1040内的液体液位(或多个液位)和/或所确定的体积1040内的液体体积或量。在其他示例中，所确定的液体液位或液体体积用作向用户触发警报、警告等的基础。在一些示例中，所确定的液体液位或液体体积用于触发补充液体或阀门关闭以阻止液体流入体积1040的自动重新排序。例如，在打印机中，所确定的体积1040内的液体液位可自动触发更换墨盒或更换墨水供应的重新排序。

图8示出了示例性液位感测系统1220。液位感测系统1220包括载体1222、上述液体接口1024、电互连1226、控制器1230和显示器1232。载体1222包括支撑条带1026的结构。在一个示例中，载体1222包括由聚合物、玻璃或其他材料形成或包括聚合物、玻璃或其他材料的条带1026。在一个示例中，载体1222具有嵌入的电迹线或导体。例如，载体1222包括由编织玻璃纤维布和环氧树脂粘合剂组成的复合材料。在一个示例中，载体1222包括玻璃增强的环氧树脂层压板、管、杆或印刷电路板。

如上所述的液体接口1024沿着载体1222的长度延伸。在一个示例中，液体接口1024被胶合、粘合或以其他方式固定到载体1222。在一些示例中，取决于条带1026的厚度和强度，可以省略载体1222。

电互连1226包括接口，来自如图6A-6B所示的接口1024的传感器1034的信号通过该接口传送到控制器1230。在一个示例中，电互连1226包括电接触焊盘1236。在其他示例中，电互连1226可以具有其他形式。电互连1226、载体1222和条带1024共同形成流体液位传感器1200，其可以结合到液体容器体积中并作为液体容器体积的一部分固定，或者可以是可以临时手动插入不同的液体容器或体积的分离的便携式感测装置。

控制器1230包括处理单元1240和相关联的非瞬态计算机可读介质或存储器1242。在一个示例中，控制器1230与流体液位传感器1200分离。在其他示例中，控制器1230被并入作为传感器1200的一部分。处理单元1240归档包含在存储器1242中的指令。为了本申请的目的，术语“处理单元”应表示当前开发的或未来开发的处理单元，其执行包含在存储器中的指令序列。执行指令序列使处理单元产生控制信号。指令可以从只读存储器(ROM)、大容量储存设备或某个其他永久储存器加载到随机存取存储器(RAM)中以供处理单元执行。在其他实施例中，可以使用硬连线电路代替或结合软件指令以实现所描述的功能。例如，控制器1230可以体现为至少一个专用集成电路(ASIC)的一部分。除非另外具体指出，否则控制器1230不限于硬件电路和软件的任何特定组合，也不限于由处理单元执行的指令的任何特定源。

处理单元1240遵循包含在存储器1242中的指令，执行上面相关于图7所示和所述的方法1100。处理器1240遵循存储器1242中提供的指令，选择性地脉动加热器1030。处理器1240遵循存储器1242中提供的指令，从传感器1034获得数据信号，或者在数据信号中指示来自脉冲的热耗散及到传感器1034的热传递。处理器1240遵循存储器1242中提供的指令，基于来自传感器1034的信号确定体积1040内的液体1042的液位。如上所述，在一些示例中，控制器1230可另外使用包含液体1042的体积1040或腔室的特征来确定液体1042的量或体积。

在一个示例中，显示器1232从控制器1230接收信号，并基于体积1040内的所确定的液体1042的液位和/或所确定的液体1042的体积或量呈现可视数据。在一个示例中，显示器1232呈现图标或其他图形，其示出了填充有液体1042的体积1040的百分比。在另一个示例中，显示器1232呈现液体1042的液位的字母数字指示或填充有液体1042或已被清空的液体1042的体积1040的百分比。在另一个示例中，显示器1232基于体积1040内所确定的液体1042的液位呈现警报或“可接受”状态。在其他示例中，可以省略显示器1232，其中体积内所确定的液体液位用于自动触发事件，诸如补充液体、阀门的致动以将液体添加到体积或阀的致动以终止正在进行的将液体1042添加到体积1040中的重新排序。

图9是示出作为液体供应系统1310的一部分并入的液位感测系统1220的截面图。液体供应系统1310包括液体容器1312、腔室1314和流体或液体端口1316。容器1312限定腔室1314。腔室1314形成容纳液体1042的示例性体积1040。如图9所示，载体1222和液体接口1024从腔室1314的底侧突出到腔室1314中，从而便于在腔室1314接近完全空的状态时确定液体液位。在其他示例中，液体接口1024的载体1222可替代地从腔室1314的顶部悬挂。

液体端口1316包括液体通道，来自腔室1314内的液体通过该液体通道被输送并被引导至外部接收器。在一个示例中，液体端口1316包括阀或其他机构，从而便于从腔室1314选择性地排出液体。在一个示例中，液体供应系统1310包括用于打印系统的轴外墨水供应。在另一个示例中，液体供应系统1310另外包括打印头1320，打印头1320流体地耦接到腔室1314，以通过液体接口1316从腔室1314接收液体1042。在一个示例中，液体供应系统1310，包括打印头1320，可以形成打印盒。出于本公开内容的目的，术语“流体地耦接”意味着两个或多个流体传送体积彼此直接连接或通过中间体积或空间彼此连接，使得流体可以从一个体积流入另一个体积。

在图9中所示的示例中，通过诸如通用串行总线连接器或其他类型的连接器的有线连接器1324，便于远离液体供应系统1310或与液体供应系统1310分离的控制器1230之间的通信。控制器1230和显示器1232如上所述操作。

图10是示出液体感应系统1410(液体供应系统1310的另一个示例)的截面图。除了液体供应系统1410包括液体端口1416来代替液体端口1316之外，液体供应系统1410类似于液体供应系统1310。除了液体端口1416设置在容器1312的腔室1314上方的端盖1426中之外，液体端口1416类似于液体端口1316的接口。系统1410的对应于系统1310的部件的那些剩余部件类似地编号。

图11-13示出了流体液位传感器1500；图8的流体液位传感器1200的另一个示例。图11是示出液体接口1224的一部分的视图。图12是传感器1500的电路图。图13是沿线8-8截取的通过图11的液体接口1224的截面图。如图11所示，液体接口1224类似于上面结合图6A-6B描述的液体接口1024，因为液体接口1224包括条带1026，其支撑一系列加热器1530和一系列温度传感器1534。在所示的示例中，加热器1530和温度传感器1534沿条带1026的长度(L)交叉或交错。长度(L)是条带1026的主要尺寸，当使用传感器1500时，条带1026延伸穿过不同的深度。在所示的示例中，每个传感器1534与其相关联或相对应的加热器1530隔开小于或等于20μm并且标称为10μm的间隔距离(S)，如沿长度(L)的方向测量的。在所示示例中，传感器1534及其相关联的加热器1530成对布置，其中相邻对的加热器1530彼此分开至少25μm的距离(D)，如沿长度(L)的方向测量的，以减少连续加热器之间的热串扰。在一个示例中，连续加热器1530彼此分开25μm至2500μm之间并且标称为100μm的距离(D)。

如图12所示，每个加热器1530包括电阻器1550，其可以通过晶体管1552的选择性致动选择性地接通和断开。每个传感器1534包括二极管1560。在一个示例中，用作温度传感器的二极管1560包括PN结二极管。每个二极管1550具有对温度变化的特征响应。特别地，每个二极管1550具有响应于温度变化而改变的正向电压。二极管1550在温度和施加电压之间呈现近似线性的关系。因为温度传感器1530包括二极管或半导体结，所以传感器1500具有较低的成本并且可以使用半导体制造技术在条带1026上制造。

图13是传感器1500的一个示例的一部分的截面图。在所示的示例中，条带1026由载体1222支撑，如上所述。在一个示例中，条带1026包括硅，而载体1222包括聚合物或塑料。在所示的示例中，加热器1530包括多晶硅加热器，其由条带1026支撑，但通过电绝缘层1562(例如二氧化硅层)与条带1026分离。在所示的示例中，加热器1530进一步由外部钝化层1564封装，外部钝化层1564阻止加热器1530与被感测的液体之间的接触。钝化层1564保护加热器1530和传感器1534免受由于与被感测的液体或墨水的腐蚀性接触而导致的损坏。在一个示例中，外钝化层1564包括碳化硅和/或原硅酸四乙酯(TEOS)。在其他示例中，可以省略或者可以由其他材料形成层1562和1564。

如图12和13所示，传感器1500的结构产生提供额外热阻(R)的各种层或屏障。由加热器1530发出的热脉冲通过这样的热阻传送到相关联的传感器1534。热从特定加热器1530传送到相关联的传感器1534的速率根据特定加热器1530是与空气1041还是液体1042接界而变化。来自传感器1534的信号将根据它们是通过空气1041还是液体1042传送而变化。不同的信号用于确定体积1040内的液体1042的当前液位。

图14A、14B和14C示出了液体接口1624和1644；液体接口1024的其他示例。在图14A中，加热器和传感器成对布置，标记为0、1、2、...N。除了沿条带1026的长度垂直交错或交叉之外，液体接口1624类似于图6A-6B的液体接口1024，加热器1030和传感器1034沿条带1026的长度垂直地排列成并排对的阵列。

图14B和14C示出了液体接口1644；图6A-6B的液体接口1024的另一个示例。除了加热器1030和传感器1034布置成沿条带1026的长度垂直间隔的堆叠阵列之外，液体接口1644类似于图6A-6B的液体接口1024。图14C是接口1644的截面图，进一步示出了加热器1030和传感器1034对的堆叠布置。

图14A-14C另外示出了加热器/传感器对1中的加热器1030的脉冲以及随后通过相邻材料散热的示例。在图14A-14C中，随着热进一步远离热源，即加热器/传感器对1中的加热器1030，热的温度或强度散失或下降。

图14A-14C中的交叉阴影线的变化说明了热的散失。

图15示出了图14A-14C中所示的示例性脉冲的一对时间同步图。图15示出了加热器传感器对1中的加热器1030的脉冲与加热器/传感器对(0、1、2、...N)中的传感器1034随时间的响应之间的关系。如图15所示，每对(0、1、2、...N)中的每个传感器1034的响应根据空气或液体是否在相应的加热器/传感器对(0、1、2，...N)上方或附近而变化。在存在空气的情况下相对于存在液体的情况下，特征瞬态曲线和量值标度是不同的。结果，来自接口1644以及诸如接口1024和1624的其他接口的信号指示体积内的液体液位。

在一个示例中，诸如上述控制器1230的控制器通过单个地脉动一对加热器/传感器中的加热器1030来确定感测体积内的液体液位，并相对于加热器脉冲参数比较从相同对的传感器感测到的温度的大小，以确定是液体还是空气与单个加热器/传感器对相邻。控制器1230对阵列中的每对执行这种脉动和感测，直到找到或识别出感测体积内的液体液位。例如，控制器1230可首先脉动对0中的加热器1030，并将由对0中的传感器1034提供的感测温度与预定阈值进行比较。此后，控制器1030可以脉动对1中的加热器1030并将由对1中的传感器1034提供的感测温度与预定阈值进行比较。重复该过程，直到找到或识别出液体液位。

在另一个示例中，诸如上述控制器1230的控制器通过单个地脉动一对中的加热器1030并且比较由多对中的传感器感测的多个温度大小来确定感测体积内的液体液位。例如，控制器1230可以脉动对1中的加热器1030，然后比较由对1中的传感器1034感测的温度，由对0中的传感器1034感测的温度，由对2中的传感器1034感测的温度，等等，每个温度都由对1中的加热器1030的脉动产生。在一个示例中，控制器1230可利用对由单个热脉冲产生的来自沿液体接口垂直的不同传感器1034的多个温度大小的分析，以确定液体还是空气与包括被脉动的加热器的加热器传感器对相邻。在这样的示例中，控制器1230通过分别脉动阵列中的每对的加热器并分析所得到的相对应的多个不同温度大小来执行这种脉动和感测，直到找到或识别出感测体积1040内的液体1042的液位。

在另一个示例中，控制器1230可以基于由单个热脉冲导致的沿液体接口垂直的多个温度大小的差异来确定感测体积1040内的液体1042的液位。例如，如果特定传感器1034的温度大小相对于相邻传感器1034的温度大小急剧变化，则急剧变化可指示液体1042的液位位于两个传感器1034处或之间。在一个示例中，控制器1230可以将相邻传感器1034的温度大小之间的差异与预定阈值进行比较，以确定液体1042的液位是否在两个传感器1034的已知垂直位置处或之间。

在其他示例中，诸如上述控制器1230的控制器基于来自单个传感器1034的信号的瞬态温度曲线的分布或基于来自多个传感器1034的信号的多个瞬态温度曲线的分布来确定感测体积1040内的液体1042的液位。在一个示例中，控制器(例如上述控制器1230)通过单个地脉动一对(0、1、2、...N)中的加热器1030，并相对于预定阈值或预定曲线，比较由相同对(0、1、2、...N)的传感器产生的瞬态温度曲线，以确定液体1042还是空气1041与单个加热器/传感器对(0、1、2、...N)相邻，来确定感测体积1040内的液体1042的液位。控制器1230对阵列的每对(0、1、2、...N)执行这种脉动和感测，直到找到或识别出感测体积1040内的液体1042的液位。例如，控制器1230可首先脉动对0中的加热器1030并将由对0中的传感器1034产生的所得瞬态温度曲线与预定阈值或预定义比较曲线进行比较。此后，控制器1230可以脉动对1中的加热器1030，并将由对1中的传感器1034产生的所得瞬态温度曲线与预定阈值或预定义比较曲线进行比较。重复该过程，直到找到或识别出液体1042的液位。

在另一个示例中，控制器(例如上述控制器1230)通过单个地脉动一对(0、1、2、...N)中的加热器1030并且比较由多对(0、1、2、...N)中的传感器43产生的多个瞬态温度曲线来确定感测体积1040内的液体1042的液位。例如，控制器1230可以脉动对1中的加热器1030，然后比较由对1中的传感器1034产生的所得瞬态温度曲线，由对0中的传感器1034产生的所得瞬态温度曲线，由对2中的传感器1034产生的所得瞬态温度曲线，等等，每个瞬态温度曲线都由对1中的加热器1030的脉动产生。在一个示例中，控制器1230可以利用对由单个热脉冲产生的来自沿液体接口垂直的不同传感器1034的多个瞬态温度曲线的分析，以确定液体1042还是空气1041与包括被脉动的加热器1030的加热器传感器对(0、1、2、...N)相邻。在这样的示例中，控制器1230通过分别脉动阵列中的每对(0、1、2、...N)的加热器1030并分析所得到的相对应的多个不同瞬态温度曲线来执行这种脉动和感测，直到找到或识别出感测体积1040内的液体1042的液位。

在另一个示例中，控制器1230可以基于由单个热脉冲导致的由沿液体接口垂直的不同传感器1034产生的多个瞬态温度曲线的差异来确定感测体积1040内的液体1042的液位。例如，如果特定传感器1034的瞬态温度曲线相对于相邻传感器1034的瞬态温度曲线急剧变化，则急剧变化可指示液体1042的液位位于两个传感器1034处或之间。在一个示例中，控制器1230可以将相邻传感器1034的瞬态温度曲线之间的差异与预定阈值进行比较，以确定液体1042的液位是否在两个传感器1034(0、1、2、...N)的已知垂直位置处或之间。

图16和17示出了传感器1700；图11-13的传感器1500的示例。传感器1700包括载体1722、液体接口1224、电接口1726、驱动器1728和套环1730。载体1722类似于上述载体1222。在所示的示例中，载体1722包括模制聚合物。在其他示例中，载体1722可包括玻璃或其他材料。

以上描述了液体接口1224。液体接口1224沿着载体1722的长度粘合、胶合或以其他方式粘附到载体1722的面上。载体1722可以由玻璃、聚合物、FR4或其他材料形成或包括玻璃、聚合物、FR4或其他材料。

电接口1726包括印刷电路板，该印刷电路板包括电接触焊盘1236，用于与上面参照图8-10描述的控制器1230进行电连接。在所示的示例中，电接口1726被粘合或以其他方式粘附到载体1722。电接口1726电连接到驱动器1728以及例如图11的液体接口1224的加热器1530和传感器1534。在一个示例中，驱动器1728包括专用集成电路(ASIC)，其响应于通过电接口1726接收的信号驱动加热器1530和传感器1534。在其他示例中，加热器1530的驱动和传感器1534的感测可以可替换地由完全集成的驱动电路代替ASIC来控制。

套环1730围绕载体1722延伸，并且用作载体1722和液体容器1040之间的供应集成接口，其中传感器1700用于检测体积1040内的液体1042的液位。在一些示例中，套环1730提供液体密封，将被感测的包含在体积1040内的液体与电接口1726分离。如图16所示，在一些示例中，驱动器1728以及驱动器1728、液体接口1224和电接口1726之间的电连接进一步被保护性电绝缘线接合粘合剂或密封剂1735(例如环氧树脂模塑料层)覆盖。

图18A是根据本文描述的原理的一个示例的流体液位传感器1900的等距视图。流体液位传感器1900包括电接口1726，电接口1726包括印刷电路板，该印刷电路板包括电接触焊盘1236，用于与如上面参照图8-10所述的控制器1230进行电连接。流体液位传感器1900还包括用电接口1726包覆成型到可模制基板1902中的条形管芯1901。

图18B是根据本文描述的原理的一个示例的沿线A的图18A的流体液位传感器1900的侧视剖面图。电接口1726经由导线接合1903电耦合到条形管芯1901，导线接合1903在位于电接口726的与电接触焊盘236相对的一侧上的接触焊盘1936与位于条形管芯1901上的电接触焊盘1937之间延伸。加热器1030和传感器1034的阵列设置在与流体液位传感器1900与空气1041或液体1042接触的相对侧上的条形管芯1901上，如下面将更详细描述的。尽管多个加热器1030和传感器1034设置在图18B的条形管芯1901上，但任何数量的加热器1030和传感器1034可以设置在如本文所述的条形管芯1901上。

Claims (14)

1.一种将流体供应盒连接到流体喷射装置的用于所述流体供应盒的垂直接口，包括：

第一流体互连隔膜，用于垂直流体地将所述流体供应盒的供应流体互连到所述流体喷射装置；

第二流体互连隔膜，用以将所述流体和空气从所述流体喷射装置返回到所述流体供应盒，其中，所述第二流体互连隔膜流体地互连到壳体内的管，以确保所述流体和空气在所述壳体内以高于所述壳体内的流体的液位的高度返回；以及

电接口，用于垂直导电地将所述流体供应盒的数字流体液位传感器连接到所述流体喷射装置的相对应电接口。

2.一种可垂直插入流体喷射装置的流体供应盒，包括：

壳体；

所述壳体内的供应流体；

所述壳体内的数字流体液位传感器，其与所述流体接触，以测量所述壳体内的流体的液位；以及

所述壳体的表面处的垂直接口，用于将所述流体供应盒连接到流体喷射装置，所述垂直接口包括：

第一流体互连隔膜，用于垂直流体地将所述供应流体互连到所述流体喷射装置；

第二流体互连隔膜，用以将所述流体和空气从所述流体喷射装置返回到所述流体供应盒，其中，所述第二流体互连隔膜流体地互连到所述壳体内的管，以确保所述流体和空气在所述壳体内以高于所述壳体内的流体的液位的高度返回；以及

电接口，用于垂直导电地将所述数字流体液位传感器连接到所述流体喷射装置的相对应电接口。

3.根据权利要求2所述的流体供应盒，其中，所述第一流体互连隔膜和所述第二流体互连隔膜设置在所述电接口的同一侧。

4.根据权利要求2所述的流体供应盒，其中，所述电接口设置在所述第一流体互连隔膜和所述第二流体互连隔膜之间。

5.根据权利要求2所述的流体供应盒，其中，所述电接口包括：

垂直取向电接口，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

在所述第一表面和所述第二表面中的一个或多个上的多个电触点。

6.根据权利要求5所述的流体供应盒，其中，所述电触点仅在所述第一表面上。

7.根据权利要求5所述的流体供应盒，其中，所述电触点包括：

所述第一表面上的一个或多个第一电触点；以及

所述第二表面上的一个或多个第二电触点。

8.根据权利要求5所述的流体供应盒，其中，所述垂直取向电接口是可插入所述流体喷射装置的相对应电接口的相对应连接器中的电路板。

9.根据权利要求5所述的流体供应盒，其中，所述垂直取向电接口是所述数字流体液位传感器的集成部分。

10.根据权利要求5所述的流体供应盒，其中，所述垂直取向电接口是连接器，所述流体喷射装置的相对应电接口的相对应电路板可插入所述连接器中。

11.根据权利要求2所述的流体供应盒，其中，所述电接口包括：

具有表面的水平取向电接口；

所述表面上的多个电触点。

12.根据权利要求11所述的流体供应盒，其中，所述水平取向电接口是可物理地压靠在所述流体喷射装置的相对应电接口的相对应压缩连接器上的电路板。

13.根据权利要求11所述的流体供应盒，其中，所述水平取向电接口是所述数字流体液位传感器的集成部分，并且可物理地压靠在所述流体喷射装置的相对应电接口的相对应压缩连接器上。

14.根据权利要求11所述的流体供应盒，其中，所述水平取向电接口是压缩连接器，所述流体喷射装置的相对应电接口可物理地压靠在所述压缩连接器上。

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