CN110446612B - 包括应变计传感器的流体喷射管芯 - Google Patents

Abstract

一种流体喷射系统包括流体喷射管芯和控制器。所述流体喷射管芯包括用于喷射流体液滴的多个喷嘴以及用于感测所述流体喷射管芯内的应变的多个应变计传感器。所述控制器用于从每一应变计传感器接收所感测的应变以确定所述流体喷射管芯的状态。

Description

包括应变计传感器的流体喷射管芯

背景技术

作为流体喷射系统的一个示例的喷墨打印系统可以包括打印头、向打印头供应液体油墨的油墨供应装置以及控制打印头的电子控制器。作为流体喷射装置的一个示例的打印头通过多个喷嘴或孔口并朝向打印介质(诸如纸张)喷射油墨液滴，以便打印到打印介质上。在一些示例中，所述孔口被布置成至少一列或阵列，使得当打印头和打印介质相对于彼此移动时，来自所述孔口的适当排序的油墨喷射致使字符或其他图像打印在打印介质上。

附图说明

图1A是示出流体喷射系统的一个示例的框图。

图1B是示出流体喷射系统的另一示例的框图。

图2示出了流体喷射管芯的一个示例的正视图。

图3示出了流体喷射管芯的另一示例的正视图。

图4A示出了应变计传感器的一个示例。

图4B示出了应变计传感器的另一示例。

图5A是示出用于处理来自多个应变计传感器的信号的电路的一个示例的框图。

图5B是示出用于处理来自多个应变计传感器的信号的电路的另一示例的框图。

图6是示出用于维持流体喷射系统的方法的一个示例的流程图。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参考形成所述具体实施方式的一部分的附图，并且在所述附图中通过图示示出了其中可以实践本公开的具体示例。要理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它示例并且可以作出结构或逻辑改变。因此，以下具体实施方式不被认为具有限制意义，并且本公开的范围由所附权利要求限定。要理解，除非另外具体说明，否则本文中所描述的各种示例的特征可以部分或全部彼此组合。

难以监测管芯易碎性以及流体喷射管芯故障的成因。因此，本文中所公开的流体喷射系统包括流体喷射管芯，其包括用于喷射流体液滴的多个喷嘴以及用于感测应变的多个应变计传感器。所述应变计传感器感测流体喷射管芯内的各个位置处的应变以确定流体喷射管芯的状态。在一个示例中，每一应变计传感器耦合到偏压电路和模数转换器，使得可以同时感测来自每一应变计传感器的应变。在另一示例中，每一应变计传感器耦合到模拟多路复用器，所述模拟多路复用器耦合到偏压电路和模数转换器，使得可以感测来自选定应变计传感器的应变。

图1A是示出流体喷射系统10的一个示例的框图。流体喷射系统10包括流体喷射管芯12和控制器18。流体喷射管芯12包括用于喷射流体液滴的多个喷嘴14以及用于感测流体喷射管芯12内的应变的多个应变计传感器16。控制器18从每一应变计传感器16接收所感测的应变以确定流体喷射管芯12的状态。流体喷射管芯12的状态可以包括流体喷射管芯12的应变分布或应力特征，其指示流体喷射管芯平坦度和/或易碎性。

图1B是示出流体喷射系统100的另一示例的框图。流体喷射系统100包括流体喷射组件(诸如打印头组件102)和流体供应组件(诸如油墨供应组件110)。在所示出的示例中，流体喷射系统100还包括服务站组件104、托架组件116、打印介质输运组件118以及电子控制器120。虽然以下描述提供用于关于油墨的流体处理的系统和组件的示例，但是所公开的系统和组件还适用于除油墨以外的流体的处理。

打印头组件102包括至少一个打印头或流体喷射管芯106，其通过多个孔口或喷嘴108喷射油墨或流体的液滴。在一个示例中，所述液滴被引向介质(诸如打印介质124)，以便打印到打印介质124上。在一个示例中，打印介质124包括任何类型的合适片材，诸如纸、卡片纸、透明胶片、密拉聚酯薄膜(Mylar)、织物等等。在另一示例中，打印介质124包括用于三维(3D)打印的介质(诸如粉末床)，或用于生物打印和/或药物发现测试的介质(诸如贮存器或容器)。在一个示例中，喷嘴108被布置成至少一列或阵列，使得当打印头组件102和打印介质124相对于彼此移动时，来自喷嘴108的适当排序的油墨喷射致使字符、符号和/或其他图形或图像打印在打印介质124上。

流体喷射管芯106还包括多个应变计传感器107。应变计传感器107感测流体喷射管芯106内的应变。在一个示例中，应变计传感器107使得流体喷射系统100能够监测流体喷射管芯106所经受的应力。当流体喷射管芯106的对应区域受到应力时，每一应变计传感器107表现出导电率的变化。通过测量所述导电率的变化来量化应力的大小。通过分析流体喷射管芯106的每一对应区域处的应力，可以执行许多诊断。

油墨供应组件110向打印头组件102供应油墨并且包括用于存储油墨的贮存器112。如此，在一个示例中，油墨从贮存器112流到打印头组件102。在一个示例中，打印头组件102和油墨供应组件110一起容纳在喷墨或流体喷射打印盒或笔中。在另一示例中，油墨供应组件110与打印头组件102分离并且通过接口连接件113(诸如供应管和/或阀)向打印头组件102供应油墨。

托架组件116相对于打印介质输运组件118定位打印头组件102，并且打印介质输运组件118相对于打印头组件102定位打印介质124。因此，打印区126在打印头组件102和打印介质124之间的区域中邻近于喷嘴108被限定。在一个示例中，打印头组件102是扫描式打印头组件，使得托架组件116相对于打印介质输运组件118移动打印头组件102。在另一示例中，打印头组件102是非扫描式打印头组件，使得托架组件116将打印头组件102固定在相对于打印介质输运组件118的规定位置处。

服务站组件104提供打印头组件102的喷溅、擦拭、加盖和/或灌注以维持打印头组件102的功能，并且更具体来说维持喷嘴108的功能。例如，服务站组件104可以包括橡胶刀或擦拭器，其周期性地越过打印头组件102以擦拭和清洁喷嘴108的多余油墨。另外，服务站组件104可以包括盖，所述盖覆盖打印头组件102以保护喷嘴108免于在停用周期期间变干。另外，服务站组件104可以包括墨盂，打印头组件102在喷溅期间向所述墨盂中喷射油墨以确保贮存器112维持适当的压力水平和流动性水平，并且确保喷嘴108不堵塞或渗出液体。服务站组件104的功能可以包括服务站组件104和打印头组件102之间的相对运动。

电子控制器120通过通信路径103与打印头组件102通信、通过通信路径105与服务站组件104通信、通过通信路径117与托架组件116通信、并且通过通信路径119与打印介质输运组件118通信。在一个示例中，当打印头组件102安装在托架组件116中时，电子控制器120和打印头组件102可以经由托架组件116通过通信路径101通信。电子控制器120还可以与油墨供应组件110通信，使得在一个实施方案中，可以检测新的(或使用过的)油墨供应装置。

电子控制器120从主机系统(诸如计算机)接收数据128，并且可以包括用于临时存储数据128的存储器。数据128可以沿着电子、红外、光学或其他信息传递路径发送到流体喷射系统100。数据128表示例如要打印的文档和/或文件。如此，数据128形成流体喷射系统100的打印作业并且包括至少一个打印作业命令和/或命令参数。

在一个示例中，电子控制器120提供对打印头组件102的控制，包括从喷嘴108的油墨液滴喷射的定时控制。如此，电子控制器120限定所喷射的油墨液滴图案，其在打印介质124上形成字符、符号和/或其他图形或图像。定时控制并且因此所喷射的油墨液滴图案由打印作业命令和/或命令参数确定。在一个示例中，形成电子控制器120的一部分的逻辑和驱动电路系统位于打印头组件102上。在另一示例中，形成电子控制器120的一部分的逻辑和驱动电路系统位于打印头组件102之外。

电子控制器120还从多个应变计传感器107中的每一者接收所感测的应变以确定流体喷射管芯106的状态。流体喷射管芯106的状态可以包括流体喷射管芯106的应变分布或应力特征，其指示流体喷射管芯平坦度和/或易碎性。电子控制器120可以使用来自多个应变计传感器107中的每一者的所感测的应变，以用于多种目的，诸如控制流体喷射系统100的操作或提醒流体喷射系统100的用户关于流体喷射管芯106的状态。

图2示出了流体喷射管芯200的一个示例的正视图。在一个示例中，流体喷射管芯200提供先前参考图1A所描述和示出的流体喷射管芯12或先前参考图1B所描述和示出的流体喷射管芯106。流体喷射管芯200包括多个喷嘴202和多个应变计传感器204。在一个示例中，流体喷射管芯200是硅管芯，并且多个应变计传感器204中的每一者集成在所述管芯内。每一应变计传感器204在流体喷射管芯200内的唯一位置处感测流体喷射管芯200内的应变。

虽然在此示例中，流体喷射管芯200包括矩形形状，但是在其他示例中，流体喷射管芯200可以具有另一合适形状，诸如正方形形状。流体喷射管芯200可以包括任何合适数量的喷嘴202以及任何合适数量的应变计传感器204。虽然流体喷射管芯200包括布置成两列的喷嘴202以及布置成与这两列喷嘴平行的两列的应变计传感器204，但是在其他示例中，喷嘴202和应变计传感器204可以具有其他合适布置，诸如一列喷嘴和/或一列应变计传感器或者多于两列喷嘴和/或多于两列应变计传感器。而且，虽然流体喷射管芯200包括相对于彼此对齐的应变计传感器204，但是在其他示例中，应变计传感器204可以相对于彼此交错。在其他示例中，流体喷射管芯200可以包括在两列喷嘴202之间的应变计传感器204。

图3示出了流体喷射管芯300的另一示例的正视图。在一个示例中，流体喷射管芯300提供先前参考图1A所描述和示出的流体喷射管芯12或先前参考图1B所描述和示出的流体喷射管芯106。流体喷射管芯300包括多个应变计传感器304、多个接合垫306以及多个狭槽308。每一狭槽308将流体输送到邻近于每一狭槽308的多个对应喷嘴(未示出)。在一个示例中，流体喷射管芯300是硅管芯，并且多个应变计传感器304中的每一者集成在所述管芯内。每一应变计传感器304在流体喷射管芯300内的唯一位置处感测流体喷射管芯300内的应变。

多个应变计传感器304可以布置成与所述狭槽308平行的至少一列(例如，在此示例中为三列)。在此示例中，一列应变计传感器304在流体喷射管芯300的中心中布置在狭槽308之间，并且两列应变计传感器304布置在流体喷射管芯300的相对侧上。可以使用分布在整个流体喷射管芯300中的应变计传感器304来确定跨越流体喷射管芯300的应变分布或应力特征。

狭槽308沿着流体喷射管芯300的长度布置在接合垫306之间。第一多个应变计传感器304环绕每一狭槽308的第一端部，并且第二多个应变计传感器304环绕每一狭槽308的第二端部。在此示例中，五个应变计传感器304环绕每一狭槽308的每一端部。由于用于形成狭槽的硅开槽过程，狭槽308的端部是流体喷射管芯300内的高应力区。环绕每一狭槽308的端部的应变计传感器304监测这些区以确定流体喷射管芯300的状态。

接合垫306布置在流体喷射管芯300的第一端部上并且布置在流体喷射管芯300的与所述第一端部相对的第二端部上。在另一示例中，替代或除流体喷射管芯300的顶部以外，接合垫306还布置在流体喷射管芯300的侧部上。当流体喷射管芯300安装在流体喷射系统中时，接合垫306将流体喷射管芯300电耦合到所述系统。多个应变计传感器304接近接合垫306。在此示例中，六个应变计传感器304接近接合垫306(即，三个应变计传感器304接近流体喷射管芯300的第一端部上的接合垫300，并且三个应变计传感器304接近流体喷射管芯300的第二端部上的接合垫300)。由于电互连、接合垫密封剂和接合垫粘合剂，接合垫306是流体喷射管芯300内的高应力区。接近接合垫306的应变计传感器304监测这些区以确定流体喷射管芯300的状态。在其他示例中，应变计传感器304可以布置在流体喷射管芯300内的各种其他位置处。

图4A示出了应变计传感器400的一个示例。在一个示例中，应变计传感器400提供先前参考图2所描述和示出的流体喷射管芯200的每一应变计传感器204或先前参考图3所描述和示出的流体喷射管芯300的每一应变计传感器304。应变计传感器400包括第一电极402、第二电极404以及电耦合在第一电极402和第二电极404之间的压电传感器元件406。压电传感器元件406响应于沿一个轴线的应力表现出电阻的变化。因此，通过使应变计传感器400偏压有恒定电流并测量压电传感器元件406两端的电压或者通过使应变计传感器400偏压有恒定电压并测量通过压电传感器元件406的电流，可以感测压电传感器元件406上的应变。

图4B示出了应变计传感器410的另一示例。在一个示例中，应变计传感器410提供先前参考图2所描述和示出的流体喷射管芯200的每一应变计传感器204或先前参考图3所描述和示出的流体喷射管芯300的每一应变计传感器304。应变计传感器410包括第一电极412、第二电极414、第三电极416、第四电极418、第一压电传感器元件420、第二压电传感器元件421、第三压电传感器元件422以及第四压电传感器元件423。第一压电传感器元件420电耦合在第一电极412和第二电极414之间。第二压电传感器元件421电耦合在第二电极414和第三电极416之间。第三压电传感器元件422电耦合在第三电极416和第四电极418之间。第四压电传感器元件423电耦合在第四电极418和第一电极412之间。

应变计传感器410响应于沿两个轴线的应力表现出电阻的变化。应变计传感器410以惠斯通电桥(Wheatstone bridge)配置来配置，其中在两个相对电极(例如，第一电极412和第三电极416)两端施加外部偏压电压，同时在另外两个相对电极(例如，第二电极414和第四电极418)两端测量电压。因此，通过使应变计传感器410偏压有外部电压并测量压电传感器元件420-423两端的电压，可以感测应变计传感器410上的应变。

图5A是示出用于处理来自多个应变计传感器的信号的电路500的一个示例的框图。电路500包括偏压电路502₁至502_N、应变计传感器506₁至506_N以及模数转换器510₁至510_N，其中“N”是流体喷射管芯上的应变计传感器的任何合适数量。来自每一应变计传感器的信号被传递到控制器，诸如先前参考图1A所描述和示出的控制器18或先前参考图1B所描述和示出的电子控制器120。应变计传感器506₁至506_N集成在流体喷射管芯上，诸如先前参考图2所描述和示出的流体喷射管芯200或先前参考图3所描述和示出的流体喷射管芯300。偏压电路502₁至502_N以及模数转换器510₁至510_N可以集成在流体喷射管芯中、打印头组件中、流体喷射系统的其他部件中或其组合中。

每一偏压电路502₁至502_N分别通过信号路径504₁至504_N电耦合到应变计传感器506₁至506_N。每一应变计传感器506₁至506_N分别通过信号路径508₁至508_N电耦合到模数转换器510₁至510_N。每一模数转换器510₁至510_N分别通过信号路径512₁至512_N电耦合到控制器。

每一偏压电路502₁至502_N向对应的应变计传感器506₁至506_N提供偏压电压或电流。每一应变计传感器506₁至506_N可以由先前参考图4A所描述和示出的应变计传感器400或先前参考图4B所描述和示出的应变计传感器410提供。来自每一应变计传感器506₁至506_N的电压信号(即，模拟输出)由对应的模数转换器510₁至510_N转换为数字信号。对应于每一应变计传感器506₁至506_N的所感测的应变的数字信号然后被传递到控制器。以此方式，可以同时感测每一应变计传感器的应变。

图5B是示出用于处理来自多个应变计传感器的信号的电路520的另一示例的框图。电路520包括偏压电路522、包括模拟开关528₁至528_M的多路复用器、应变计传感器532₁至532_M以及模数转换器538，其中“M”是流体喷射管芯上的应变计传感器的任何合适数量。来自每一应变计传感器的信号被传递到控制器，诸如先前参考图1A所描述和示出的控制器18或先前参考图1B所描述和示出的电子控制器120。应变计传感器532₁至532_M集成在流体喷射管芯上，诸如先前参考图2所描述和示出的流体喷射管芯200或先前参考图3所描述和示出的流体喷射管芯300。偏压电路522、模拟开关528₁至528_M以及模数转换器538可以集成在流体喷射管芯中、打印头组件中、流体喷射系统的其他部件中或其组合中。

偏压电路522通过信号路径524电耦合到每一模拟开关528₁至528_M。每一模拟开关528₁至528_M还通过信号路径526接收选择信号。每一模拟开关528₁至528_M分别通过信号路径530₁至530_M电耦合到应变计传感器532₁至532_M。每一应变计传感器532₁至532_M分别通过信号路径534₁至534_M电耦合到模拟开关528₁至528_M。每一模拟开关528₁至528_M通过信号路径536电耦合到模数转换器538。模数转换器538通过信号路径540电耦合到控制器。

偏压电路522向每一模拟开关528₁至528_M提供偏压电压或电流。响应于信号路径526上的对应于模拟开关528₁至528_M的选择信号，选定的模拟开关528₁至528_M通过对应信号路径530₁至530_M将偏压电压或电流传递到对应的应变计传感器532₁至532_M。每一应变计传感器532₁至532_M可以由先前参考图4A所描述和示出的应变计传感器400或先前参考图4B所描述和示出的应变计传感器410提供。来自选定的应变计传感器532₁至532_M的电压信号(即，模拟输出)通过对应的信号路径534₁至534_M传递到选定的模拟开关528₁至528_M。选定的模拟开关528₁至528_M然后将电压信号传递到模数转换器538。模数转换器538将电压信号转换为数字信号。对应于选定的应变计传感器532₁至532_M的所感测应变的数字信号然后被传递到控制器。以此方式，单个偏压电路和单个模数转换器可以用于通过一次感测一个应变计传感器的应变来感测多个应变计传感器的应变。

图6是示出用于维持流体喷射系统的方法600的一个示例的流程图。在602处，方法600包括：经由集成在流体喷射管芯内的应变计传感器感测流体喷射管芯内的多个位置处的应变。在604处，方法600包括：分析来自流体喷射管芯内的每一位置的所感测的应变以确定流体喷射管芯的状态。在一个示例中，感测应变包括同时感测流体喷射管芯内的多个位置处的应变。在另一示例中，感测应变包括一次一个地感测流体喷射管芯内的每一位置处的应变。感测应变还可以包括：感测用于在流体喷射管芯内输送流体的狭槽的两端周围的应变。此外，感测应变可以包括感测接近流体喷射管芯的接合垫的应变。

虽然本文中已经示出和描述了具体示例，但是在不脱离本公开的范围的情况下，各种替代和/或等效的实施方案可以代替所示出和所描述的具体示例。本申请旨在涵盖本文中所讨论的具体示例的任何改编或变化。因此，旨在的是，本公开仅由权利要求及其等效物限制。

Claims (14)

1.一种流体喷射系统，其包括：

流体喷射管芯，其包括用于喷射流体液滴的多个喷嘴以及用于感测所述流体喷射管芯内的应变的多个应变计传感器；

多个偏压电路，每一偏压电路用于使应变计传感器偏压；

多个模数转换器，每一模数转换器用于将应变计传感器的模拟输出转换为数字值；以及

控制器，其用于接收所述数字值以确定所述流体喷射管芯的状态。

2.根据权利要求1所述的流体喷射系统，其中所述多个喷嘴布置成至少一列，并且

其中所述多个应变计传感器布置成与至少一列喷嘴平行的至少一列。

3.根据权利要求1所述的流体喷射系统，其中所述多个喷嘴布置成至少两列，并且

其中所述多个应变计传感器在至少两列喷嘴之间布置成至少一列。

4.根据权利要求1所述的流体喷射系统，其中所述流体喷射管芯包括用于将流体输送到所述多个喷嘴的狭槽，

其中所述多个应变计传感器包括环绕所述狭槽的第一端部的第一多个应变计传感器以及环绕所述狭槽的第二端部的第二多个应变计传感器。

5.根据权利要求1所述的流体喷射系统，其中所述流体喷射管芯包括多个接合垫，

其中所述多个应变计传感器接近所述多个接合垫。

6.一种流体喷射系统，其包括：

流体喷射管芯，其包括用于喷射流体液滴的多个喷嘴以及用于感测所述流体喷射管芯内的各个位置处的应变的多个应变计传感器；

多个偏压电路，每一偏压电路用于使应变计传感器偏压；

多个模数转换器，每一模数转换器用于将应变计传感器的模拟输出转换为数字值；以及

控制器，其用于接收所述数字值以确定所述流体喷射管芯的应变分布。

7.根据权利要求6所述的流体喷射系统，其还包括：

多个模拟开关，每一模拟开关用于选择对应的应变计传感器；

偏压电路，其用于使选定的应变计传感器偏压；以及

模数转换器，其用于将选定的应变计传感器的模拟输出转换为数字值。

8.根据权利要求6所述的流体喷射系统，其中所述流体喷射管芯包括硅管芯，并且

其中每一应变计传感器包括压电传感器元件。

9.根据权利要求6所述的流体喷射系统，其中每一应变计传感器包括呈惠斯通电桥配置的四个压电传感器元件。

10.一种用于维持流体喷射系统的方法，所述方法包括：

经由集成在流体喷射管芯内的应变计传感器感测所述流体喷射管芯内的多个位置处的应变；

经由多个偏压电路中的每个使应变计传感器偏压；

经由多个模数转换器中的每个将应变计传感器的模拟输出转换为数字值；以及

分析所述数字值以确定所述流体喷射管芯的状态。

11.根据权利要求10所述的方法，其中感测所述应变包括：同时感测所述流体喷射管芯内的所述多个位置处的所述应变。

12.根据权利要求10所述的方法，其中感测所述应变包括：一次一个地感测所述流体喷射管芯内的每一位置处的所述应变。

13.根据权利要求10所述的方法，其中感测所述应变包括：感测用于在所述流体喷射管芯内输送流体的狭槽的两端周围的所述应变。

14.根据权利要求10所述的方法，其中感测所述应变包括：感测接近所述流体喷射管芯的接合垫的所述应变。

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