CN114761245B

CN114761245B - 毛细结构

Info

Publication number: CN114761245B
Application number: CN201980103076.8A
Authority: CN
Inventors: R·S·维克维尔; D·N·奥尔森; M·W·坎比
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2039-12-18
Also published as: US20230025338A1; WO2021126190A1; CN114761245A

Abstract

一种示例性流体装置包括：流体储存器，其具有布置在该储存器内的多孔介质；以及毛细结构。该毛细结构与该多孔介质和流体储存器流体连通，并且具有与该流体储存器和多孔介质的参数相对应的经调整参数。其中，该毛细结构内的流体响应于该储存器中的压力变化而改变水平。

Description

毛细结构

背景技术

流体可流过流体管芯的通道（例如，微通道）并且可被管芯操纵，包括以流体液滴的形式喷射。流体管芯可使用毛细作用将流体引入到管芯的流体通道中。流体管芯也可使用流体致动器来引起流体在流体通道内的移动。流体储存器可与流体管芯流体连通，并且可包括多孔介质（例如，固体泡沫），以帮助将流体输送到流体管芯。

附图说明

下面将通过参考以下附图来描述各种示例。

图1是示例性流体装置的框图；

图2图示了毛细结构的示例性流体路径；

图3A-3C是示例性流体装置的剖面侧视图；

图4是另一示例性流体装置的剖面侧视图；

图5是根据一种实施方式的以英寸H₂O（inches H₂O）计的毛细压力与以秒计的时间的关系图；

图6A-6C是图示了用于毛细结构的示例性感测装置的示意图；

图7是图示了示例性流体系统的各方面的示意图；

图8A-8D图示了示例性流体装置的各方面；

图9A-9C图示了另一示例性流体装置的各方面；

图10是示例性流体系统的框图；以及

图11和图12是与具有毛细结构的流体装置的操作相关的示例性方法的流程图。

在下面的具体实施方式中参考了附图，这些附图形成该具体实施方式的一部分，其中，相似的附图标记自始至终可标示相对应和/或类似的相似部分。将领会到的是，例如为了图示的简单和/或清楚，附图不一定按比例绘制。

具体实施方式

贯穿本说明书对一个实施方式、实施方式、一个示例、示例和/或类似物的引用意味着与特定实施方式和/或示例相关地描述的特定特征、结构、特性和/或类似物被包括在要求保护的主题的至少一个实施方式和/或示例中。因此，这样的用语例如出现在贯穿本说明书的各个地方不一定旨在指代相同的实施方式和/或示例或者指代任何一个特定的实施方式和/或示例。此外，要理解的是，所描述的特定特征、结构、特性和/或类似物能够以各种方式组合在一个或多个实施方式和/或示例中，并且因此在预期的权利要求范围内。当然，一般来说，一如专利申请的说明书的情况一样，这些和其他问题在特定的使用背景下可能会有所不同。换言之，在整个公开中，描述和/或用途的特定背景提供了关于要得出的合理推论的有帮助的指导；然而，同样地，“在此背景下”一般在没有进一步限定的情况下是指本公开的背景。

有时，流体可在流体管芯中被操纵，该流体管芯是半导体材料块，电信号（例如，往返集成电路元件）和流体（例如，液体和/或气体）两者都可通过这些半导体材料块传播。在一个示例中，流体可响应于流体致动器（例如，热敏电阻、压电元件等）的致动而穿过流体管芯中的流体通道（例如，微通道），该流体致动器的致动可响应于电信号而发生。这样的操作可能对将打印流体施加于基板（例如，用于二维（2D）或三维（3D）打印）很有意义，以便操纵和/或测试生物样本（例如，血液测试、流体分析和/或诊断等）。因此，可能期望将流体输送到流体管芯，以便使得能够实现前述示例中概述的功能。将流体输送到流体管芯提出了挑战，例如与复杂性和/或成本相关的挑战。例如，主动流体输送系统可能会给系统增加成本和复杂性。

在与流体管芯流体连通的流体储存器内使用例如固体泡沫（本文中称为泡沫）的多孔介质提供了一种简单且廉价的方法来将流体输送到流体管芯。然而，使用泡沫作为流体输送机制也引入了其他挑战。例如，确定多孔介质储存器中的流体量可能具有挑战性。例如，流体可相对缓慢地穿过多孔介质，并且多孔介质内的流体分布是高度可变的。

在流体储存器的两端处使用导电构件（例如，导电销或针）并将电阻的差异与储存器内的不同流体水平相关联的方法在无孔介质储存器中可能工作得很好（例如，电阻的差异可相对快速地测量，并且可表示相当精确的填充水平的测量结果）。然而，在储存器中包含多孔介质可能会降低相关性的精度，例如，这是由于流体通过多孔介质的不均匀分布、流体通过多孔介质的缓慢移动以及导电构件周围的多孔介质的饱和范围有限（例如，用于避免导电构件周围的多孔介质干燥）等。

可替代地，可使用压力传感器来测量多孔介质储存器中的压力。虽然压力传感器可提供期望的精度、分辨率和测量速度，但压力传感器可能相对昂贵并且占用系统中宝贵的物理空间。并且因此，有时，压力传感器可能不是测量多孔介质储存器中的流体水平的理想装置。

考虑到前述内容，本说明书提出使用新颖的结构和方法来测量多孔介质储存器内的压力（以及因此，饱和度或可提取流体）。因此，在一个示例中，毛细结构可与多孔介质储存器流体连通地使用。该毛细结构将具有调整为与多孔介质储存器的参数相对应的参数（例如，尺寸），使得在多孔介质储存器中的饱和度或可提取流体与毛细结构中的流体水平之间存在关系。例如，在一种情况下，毛细结构中的流体可响应于多孔介质储存器内的压力变化，从而可能响应于流体离开多孔介质储存器而下降到低于阈值，并且在足够的流体保留在多孔介质储存器中时保持高于阈值。如将在下文中更详细论述的，毛细结构中的流体水平可用多种不同的方式感测（例如，基于电阻、电容、光学等），从而导致对多孔介质储存器中的流体水平的估计。

为了说明基于毛细结构的多孔介质储存器流体水平估计系统，图1呈现了包括流体装置100、包括多孔介质104的流体储存器102以及与流体储存器102流体连通的毛细结构108的框图。如上所述，流体装置100可表示待用于将打印流体喷射到介质（例如，纸、构建材料等）上的装置。例如，流体装置可以是喷墨盒、打印装置（例如，2D或3D打印装置）中的打印杆，或者将打印流体施加于介质的其他类似机构。当然，如应领会到的，要求保护的主题不限于流体装置100的此类用途。其他示例可包括用于测试流体是否存在疾病的平台（例如，通过按大小、类型等对细胞进行分类来测试例如血液的流体的组分）以及可操纵流体的类似机构。在这样的示例中，多孔介质储存器可保持待使用的流体，包括血液、血浆和其他流体（例如，盐溶液等）。

流体储存器102表示包括空隙的结构，流体（例如，打印流体）可存储在该空隙内，并且流体可从该空隙被推动和/或牵引，例如通过流体管芯（例如，流体喷射管芯）。多孔介质104可被布置在流体储存器102内并且流体可流过其胞腔（cell）。例如，多孔介质104可包括开孔或闭孔泡沫（例如，作为非限制性示例，聚氨酯（PU）、聚烯烃纤维或聚乙烯（PE）泡沫）。多孔介质104可具有多个参数106，这些参数106可用于表征通过多孔介质104的流体流。为了说明，具有第一组参数106的第一多孔介质104可允许流体以第一速率流动（例如，响应于压力和重力），而第二组参数106可允许流体以第二速率流动，等等。诸如固体泡沫的多孔介质可响应于毛细效应而允许流体流动。实际上，毛细效应可能会在多孔介质内引起负压。并且多孔介质的参数可能对多孔介质的饱和度与压力之间的相关性具有影响。

毛细结构108表示一种结构，例如包括塑料或玻璃体，并且毛细通道布置在该结构内。毛细结构108的参数可被选择成响应于流体储存器102和多孔介质104的操作而实现期望的功能。例如，毛细结构108内的毛细通道可限定流体可流过的流体路径，以便指示流体储存器102内的流体水平。在一种实施方式中，毛细结构108可当作二元满/未满指示器。如此，只要储存器102内的流体水平大于阈值，流体就可保持在毛细结构108内的阈值上方。然而，随着储存器102内的流体下降到阈值以下，毛细结构108内的流体水平可能下降到毛细结构的阈值以下。在这样的情况下，毛细结构108特别是可用于指示储存器102应重新填充，应安装替换流体装置100等。当然，在一些实施方式中，毛细结构108可包括不只二元满/未满指示。例如，在一些情况下，毛细结构108可能能够提供多个阈值和/或可提供流体填充水平的模拟指示，但不限于此。图2和支持性论述将提供关于毛细结构108的经调整参数110的附加细节，但对于本论述，理解多孔介质104和储存器102的参数与毛细结构108的经调整参数（例如，尺寸，诸如流体路径尺寸和/或流体填充阈值高度、表面能等）之间存在关系就足够了，以使得能够实现提供储存器102内的填充水平的指示的毛细结构108。

例如，多孔介质104和毛细结构108之间的关系可使得毛细结构108内的流体填充水平将响应于毛细结构108内的压力的变化而变化，如将关于图3A-3C进一步详细论述的。在一些情况下，例如，储存器102中的负压可能变得越来越负（例如，当流体从储存器102被引出到附接的流体管芯中时），并且毛细结构108中的流体水平可能响应于此而下降。相反，有时，储存器102中的压力可能变得不那么负，例如，这是响应于流体被添加到储存器102。作为响应，毛细结构108中的流体水平可能增加。

因此，鉴于前述内容，在一种实施方式中，流体装置（例如，流体装置100）可包括：流体储存器（例如，流体储存器102），其具有布置在其中的多孔介质（例如，多孔介质104）；以及毛细结构（例如，毛细结构108），其与多孔介质和流体储存器流体连通。该毛细结构具有与流体储存器和多孔介质的参数（参数106）相对应的经调整参数（例如，经调整参数110）。如此，毛细结构内的流体将响应于由饱和度的变化引起的储存器中的压力变化而改变水平。如上所述，该多孔介质可包括PU泡沫。

图2图示了毛细结构208（与图1的毛细结构108相比）的流体路径209。为简单起见，未图示外部结构，从而仅留下流体路径209。在图2中所示的示例中，流体路径209被图示为具有矩形剖面，当然也可设想其他形式的流体路径，只要调整参数以使得能够使用毛细结构来指示流体储存器内的流体水平。流体205被图示为处于流体路径209内。在该示例中，与流体路径209的对大气开放的上部部分相比，流体路径209的下部部分更紧密地流体接近流体储存器（例如，图1的流体储存器102）。如此，流体205集中在流体路径209的下部部分处。

图2还包括流体路径209的尺寸符号。第一尺寸d₁表示流体路径209进出页面的深度并且表示在针对储存器调整毛细结构时特别感兴趣的尺寸。第二尺寸d₂表示流体路径209的跨页面的宽度。并且第三尺寸d₃表示毛细结构208的流体路径209内的流体205的高度。D₃可指代表示满状态的阈值。在某些情况下，另一个填充水平（示出为d₄）可表示一较低的阈值，低于该阈值，储存器被认为处于空状态。例如，毛细结构208的参数可被调整，使得流体路径209中的流体响应于流体储存器内的压力为大约-1英寸H₂O而达到d₃（例如，“满”阈值）。在另一个示例中，该阈值可对应于大约-2英寸H₂O。并且例如d₄的较低阈值可对应于储存器中对应于大约-4或-5英寸H₂O的压力，作为非限制性示例，其可对应于“空”状态的储存器的多孔介质中的毛细压力。在该示例中，这些示例性尺寸可基于多孔介质、流体储存器和/或流体类型的参数来选择，以便产生能够指示多孔介质流体储存器内的流体水平的毛细结构208。

在该示例中，在流体储存器（例如，图1中的流体储存器102）内的压力和毛细结构208的流体路径209之间建立对应关系。这种对应关系可取决于以下表达式：

表达式1。

表达式1的值包括：

- P _{reservoir_full}，其表示指处于满状态的储存器中的压力。在某些情况下，处于满状态的储存器中的压力可根据经验确定，并且可使用表达式1来求解毛细结构208的流体路径209的尺寸；

- δ，其表示流体205的表面张力。不同的流体表现出不同的表面张力值。例如，水在20℃时具有大约72.8 mN/m的表面张力。作为进一步的示例，一些打印流体可具有大约20或45 mN/m的表面张力。并且这些值可随不同类型或颜色的打印流体而变化（例如，具有黑色着色剂的打印流体可能具有与具有青色着色剂的打印流体不同的表面张力等），但没有限制；

- θ，其表示流体路径209中的流体的接触角。接触角可取决于毛细结构208内部的表面能和多孔介质中的流体的表面张力。例如，如果结构的表面能接近流体的表面张力，则接触角范围从0至90度。如果表面能小于表面张力，则θ大于90度，并且表达式变为负（表明毛细结构的流体排斥）。对于给定尺寸的毛细结构，可通过将余弦值推至1来最大化毛细压力，这由0的接触角表示。这可通过使结构的表面能显著大于流体的表面张力来实现。另外，可能对尽可能可润湿以实现较低接触角的内表面感兴趣。这可包括将等离子体处理的表面用于塑料毛细结构；

- ρ，其表示流体的密度。该密度因流体而变化。例如，一些打印流体可具有大约1.0至1.1 g/cm³的密度。相比之下，水具有大约1 g/cm³的密度，并且用于增材制造的粘合剂可在大约2 g/cm³的数量级；

- g，其表示重力加速度。该重力加速度因高度而异，并且在地球表面上的不同高度处可在9.76和9.83 m/s²之间；

- 以及d₃，其表示流体路径209中的期望流体阈值高度。d₃的值可被选择为近似处于毛细结构208的中间。

考虑到前述内容，可选择毛细结构208的参数以产生填充水平的指示。另外，在特定的毛细结构设置中，可根据经验确定较低的阈值（例如，d₄）。

应当理解的是，基于经调整的参数，流体路径209内的流体水平将响应于流体储存器达到“满”状态而达到或跨越阈值。并且在一些情况下，流体路径209内的流体水平可响应于流体储存器达到“空”状态而达到或越过较低阈值（例如，d₄）。然而，应当领会到的是，在满状态下，储存器内仍然可能存在空间用于附加的流体，并且同样，在空状态下，仍然可能保留少量流体（例如，为了潜在地避免在空状态下通过试图致动流体致动器而损伤流体管芯）。

如上所述，在流体连通中使用毛细结构可能是期望的，以便提供流体储存器内的流体水平的指示。图3A-3C图示了根据一种实施方式的一个流体装置300的操作。注意，相同编号的元件（例如，100和300）应理解为在结构和/或操作上相似。例如，流体装置300应理解为具有类似于图1中的流体装置100的结构和/或操作。然而，要注意，后面的元件的特定方面不应被读回到前面的元件中。例如，图3A-3C的流体装置300被图示为打印装置的流体装置。但是流体装置100不一定是打印装置的一部分。另外，在某些情况下，一种实施方式的各方面并不意在应用于所有类似的元件。例如，在一种实施方式中，图3A-3C的流体装置300可在热喷墨（TIJ）打印装置的背景下论述，但该示例并不意在将其他（例如，前面和/或后面）示例的范围限于TIJ装置。替代的是，提供这些实施细节是为了更全面地说明特定示例，而非限制。

返回到图3A-3C，其在不同的离散时间点图示了流体装置300。例如，图3A图示了填充毛细结构308的时间点，图3B图示了使用流体装置300喷射流体的时间点，并且图3C图示了重新填充流体装置300的时间点。

如所示，流体装置300被图示为具有流体储存器302，其中布置有多孔介质304。气隙307被图示为处于多孔介质304上方。在多孔介质304内，流体可具有不同的浓度，例如由于重力。例如，在图3A中所示的示例中，多孔介质304的下部部分313B完全饱和，而多孔介质304的较小的上部部分313A更加轻度地饱和。当然，要理解的是，多孔介质304的饱和不是两个不同的饱和区域，而是在一些实施方式中更呈梯度状。

毛细结构308被图示为经由中间多孔介质腔室338和流体通路340与流体储存器302流体连通。中间多孔介质腔室338可包括与多孔介质304相同或相似的多孔介质（例如，使得毛细结构的经调整参数对应于多孔介质304和中间多孔介质腔室338的多孔介质）。注意，毛细结构308的下部部分因此比毛细结构308的上部部分更紧密地流体接近流体储存器302。流体入口303也被图示为处于储存器302的顶部部分中，并且附加的流体可通过该流体入口303添加到储存器302（图3C）。

流体装置300也被图示为具有流体管芯314，该流体管芯314喷射流体（喷射的流体液滴318），如图3B中所示。作为非限制性示例，流体的喷射可通过流体致动器来实现，例如热电阻或压电元件。例如，流体管芯314可包括多个流体通道（例如，微通道），流体可通过这些流体通道流向喷射腔室。致动器可被布置在喷射腔室内，以便使流体液滴离开流体管芯314的孔口（例如，喷嘴）。在一个示例中，当流体液滴从流体管芯314喷射时，附加的流体可至少部分地由于毛细力而从流体储存器302被引入到流体管芯314中，以替代喷射的流体体积。在其他示例中，储存器302也可被加压（例如，灌注），使得当流体从流体管芯314喷射时，对应量的流体从外部源被吸入到流体储存器302中。另外，除了由于流体管芯314处的毛细效应引起的流体力之外，一些示例还可包括流体泵，以将流体推入到流体储存器302中。

作为设置过程的一部分，毛细结构308可能需要校准。例如，在一种情况下，流体装置300可在“空”状态下运输，其中储存器302中不存在流体（或仅运输流体）。在这样的示例中，毛细结构308可能未填充有流体或者可能不具有以期望水平存在的流体。因此，在安装在系统（例如，打印系统）中时，毛细结构308可能必须校准，以表示储存器302内的流体水平。当然，在其他情况下，流体装置300可在运输之前被校准，并且因此毛细结构308的初始校准可能不是必要的。图3A图示了初始校准阶段，其中流体被引入到对应于（并且指示）流体储存器302的流体水平的毛细结构中。例如，流体储存器302可被填充和灌注（例如，被加压并且为流体管芯314的操作做好准备）。流体储存器302的灌注可包括在流体储存器302中产生背压。为了使流体流入到毛细结构308中，毛细结构308可能必须单独加压（例如，施加压力，使得毛细结构308中的压力（负压）大于（负值更大）流体储存器302的压力（负压）。此外，在毛细结构308处于储存器302外部的情况下，可对毛细结构308施加真空，以引起中间多孔介质腔室338的饱和和毛细结构308的填充。因此，流体可流入到毛细结构308中，而毛细结构308中的压力（例如，负压）大于（例如，在负压的情况下负值更大）流体储存器302中的压力（例如，负压），如通过所表示的，其中下标“C”表示该压力是多孔介质中的毛细压力与毛细结构中的毛细压力的比较。图3A使用箭头图示了从流体储存器302到流体通路340、流出中间多孔介质腔室338和在毛细结构308内的流体流。流体流动的这种指示可能是由于压力不平衡，这是因为流体试图移动到毛细结构308中，以实现平衡状态。如前所述，毛细结构308的参数可被调整，以便响应于流体储存器302内的流体水平而在毛细结构308内实现期望的填充水平。

移至图3B，其图示了在从流体管芯314喷射流体液滴318时的流体装置300的操作。随着流体液滴318被喷射，响应于流体管芯314中的毛细作用，储存器302内的流体被引入到并引向流体管芯314，如下部部分312b上方的箭头所示。除了影响流体储存器302内的压力之外，毛细作用还使得流体离开毛细结构308和中间多孔介质腔室338，如毛细结构308和中间多孔介质腔室338中的箭头所示。毛细结构308中的流体水平可指示流体储存器302中降低的流体水平。实际上，如所示，与图3A中的部分312b相比，被流体饱和的部分312b在图3B中更小。流体装置300的操作可通过不等式来描述，其中，P _C Porous media再次比P _C Capillary所表示的毛细压力负值更大。

如图3C中所示，随着流体被添加到流体储存器302（例如，参见经由流体入口303进入的液滴），多孔介质304的饱和度增加（例如，如部分312b的尺寸增加以及部分312b上方和部分312a上方的箭头所示）。添加的流体可能会导致多孔介质中的毛细压力变得负值不那么大。如图3C中所示的流体装置300的操作可通过不等式来描述，其描述了P _C Porous media的负压变得比由P _C Capillary描述的毛细结构308中的负压负值更小。

如所论述的，毛细结构308的参数被调整成实现前面段落中论述的功能。有时，流体储存器外部的毛细结构可使得能够实现视觉和/或光学水平检测方法。例如，在一个示例中，并且如将在下文中更详细论述的，毛细结构308可被安装在流体储存器302的壳体中的窗口附近，以便使得能够实现基于用户的和光学的流体水平感测两者。

考虑到前述内容，在一个示例性流体装置（例如，流体装置300）中，毛细结构（例如，毛细结构308）被布置在储存器（例如，流体储存器302）的外部，并且流体装置还包括中间多孔介质腔室（例如，中间多孔介质腔室338）。该中间多孔介质腔室与储存器流体连通，并且毛细结构经由该中间多孔介质腔室与储存器流体连通。

虽然图3A-3C图示了毛细结构308处于流体储存器302外部的实施方式，但是图4图示了毛细结构408布置在流体装置400的流体储存器402内的实施方式。可调整毛细结构408的参数，以实现毛细结构408内的与储存器402内的“满”水平相对应的填充水平阈值。例如，在该示例中，多孔介质404的部分412b被图示为处于饱和状态，而部分412a处于半饱和状态。在一些示例中，这种饱和状态可被认为对应于“满”，并且可选择毛细结构408的流体路径的尺寸，以实现图4中所示的填充水平。并且可经由流体入口403添加附加的流体。

尽管与毛细结构处于流体储存器外部的实施方式（例如，参见图3A-3C）相比，这种实施方式可能是有益的，但它也可能带来挑战，例如读取毛细结构内的流体水平。例如，在内部毛细结构实施方式中，使用机电装置的水平感测实施方式可在储存器内使用附加结构（例如，电子器件、引线等），这可能会增加装置的复杂性。

考虑到前述内容，在一个示例性流体装置（例如，流体装置400）中，毛细结构（例如，毛细结构408）可布置在流体储存器（例如，流体储存器402）内，并且毛细结构的第一端靠近储存器的底部部分（例如，部分412b），且毛细结构的第二端在气隙407（其可处于大气压力下）内靠近储存器的顶部部分（例如，在部分412a上方）。

图5是图示了对应于毛细结构（例如，毛细结构308或408）中的流体水平的流体储存器（例如，相应地在图3A-3C或图4中的流体储存器302或402）中的压力读数的图表。这些示例性读数基于实验数据，并说明了与多孔介质流体储存器流体连通的毛细结构中的流体水平之间的关系。实际上，图5比较了在触发流体管芯的致动器以喷射流体液滴时的时间流逝与流体装置的多孔介质内的毛细压力。注意，时间的流逝仅用于帮助识别填充水平。更令人感兴趣的是如下事实，即：随着流体储存器内的毛细压力从-1降低到-5英寸H₂O，毛细结构开始排出（例如，参见（a）、（b）、（c）和（d）），使得通过-4英寸H₂O，它已达到几乎空的状态（例如，参见（e））。图5还示出了毛细结构保持在几乎空的状态（例如，参见（e）到（f）之间的间隙），直到储存器的毛细压力返回到-2英寸H₂O（参见，例如（g）），此时随着储存器中的压力返回到-1英寸H₂O，它会继续填充（例如，参见（h）和（i））。在实践中，毛细结构是否再填充取决于与毛细结构的流体路径流体连通的孔是否仍具有流体（例如，并且因此维持毛细结构内的压力）。然而，如果多孔介质的相关孔隙变干，则将必须对毛细结构施加真空压力以重新校准毛细结构。因此，可通过使用压力阈值来估计所论述的孔隙是否变干。换句话说，压力阈值可设置成对应于孔隙变干的可能性并且例如在多孔介质饱和度和毛细压力方面，用作避免越过的点的速记或近似。使用这种近似，图5中的实验行为说明了毛细结构相对于储存器内的示例性阈值负压（例如，在一个示例中为-6英寸H₂O，在另一个示例中为-9英寸H₂O等，这取决于毛细结构的特定经调整参数）根据需要操作。

图6A-6C图示了用于确定毛细结构中的流体是对应于满状态还是非满状态的多种流体水平检测实施方式。图6A图示了基于光学感测的实施方式；图6B图示了基于电容感测的实施方式；并且图6C图示了基于电阻感测的实施方式。当然，流体感测的其他实施方式也是可能的（例如，基于MEMS的感测系统），并且这些示例仅作为例示呈现。

图6A示出了两个视图：左侧的非满视图和右侧的满视图。在毛细结构608的未满状态下，电磁辐射（EMR）从传感器641的发射器642发射。虚线和箭头645a表示发射EMR（例如，光），其朝向毛细结构608的阈值填充区域传输。虚线和箭头645b表示从毛细结构608反射回来的反射EMR。在一种实施方式中，传感器641和毛细结构608可布置成使得EMR被反射到检测器644，而毛细结构608处于满状态。但是在另一实施方式中，传感器641和毛细结构608可布置成使得EMR被反射回检测器644，而毛细结构608处于未满状态。图6A图示了后者的实施方式。如左侧的未满图示所示，EMR在从毛细结构608的空部分反射时反射回到检测器644。这与右侧所示的满状态形成对比，其中EMR被反射回来以不被检测器644检测到。

图6B还图示了毛细结构608的未满状态（左侧）和满状态（右侧）以及电容检测方法。电容传感器646表示能够检测和测量跨导电板648a和648b的电容的机构。随着毛细结构内的流体水平在满和未满状态之间来回移动，电容的变化将会发生。

图6C图示了左侧的毛细结构608的未满状态，以及右侧的毛细结构608的满状态。在水平感测的这种实施方式中，电阻传感器652将基于毛细结构608内的填充水平的变化来测量电阻的变化。因此，第一电阻值可对应于未满状态，而第二电阻值可对应于满状态。在任何情况下，多个导电元件（例如，导电元件650a和650b）可被布置在毛细结构中，以便确定毛细结构608的填充水平（例如，流体接触）。

毛细结构中的水平感测的结果可以电信号或状态的形式表示，并且可被发送到例如流体装置的外部。例如，基于测量的填充水平，系统可能能够填充流体储存器，停止填充储存器，提供低填充水平的用户可识别指示等。

考虑到前述内容，图7图示了流体装置（例如，图1的流体装置100）如何可在更大的系统、流体系统701内操作。流体系统701包括流体装置700，其在结构和功能上类似于先前的流体装置（例如，图1的流体装置100等）。流体装置700经由流体管线734a和734b与流体供应装置720流体连通。加压机构722（例如，泵）被图示为处于流体供应装置720和流体装置700之间，并且可操作以产生从流体供应装置720朝向流体装置700的流体流。此外，阀724也被布置在加压机构722和流体装置700之间，以便维持流体装置700内的压力。

流体装置700和加压机构722与补给系统726连通（例如，交换电信号），以检测、管理和控制流体装置700中的流体水平。例如，732a-732c表示交换的信号（例如，经由控制线）。指示流体装置700中的流体水平的信号可由732a传输，因此，补给系统726可经由732c将信号传输到加压机构722。作为响应，加压机构可操作以将流体从流体供应装置720引出，经由流体管线734a，通过阀724和流体管线734b并引入到流体储存器702中。空气阀736表示从流体储存器702选择性地释放空气的机构。有时，例如，空气可能被截留在输送到流体装置700的流体中，例如以气泡的形式。随着气泡破裂，空气可被释放，并且储存器702可经由空气阀736（例如，主动或被动地）将空气推出。

毛细结构（图7中未示出）可用于确定流体储存器702内的流体水平。例如，如图7中所示，部分712b表示多孔介质704的饱和部分（并且部分712a表示多孔介质704的半饱和部分）。毛细结构可使得能够确定该饱和状态低于期望，并且信号可从补给系统726发送到加压机构722，这又可导致流体被泵入到流体储存器702中，如所示。

图7图示了致动器716，其可使流体喷射，如流体液滴718所示。如上所述，经由流体管芯714喷射流体液滴可导致流体被引出流体储存器702。并且毛细结构可能能够检测这种变化，响应于此，信号可被发送到补给系统726，以便管理流体储存器702内的流体水平。

注意，补给系统726包括两个模块：填充水平系统728和再填充系统730。填充水平系统728表示硬件和/或软件（但不是软件本身）的组合，其能够将指示毛细结构的填充水平的信号关联到流体储存器702的填充水平中。同时，再填充系统730表示硬件和/或软件（但不是软件本身）的组合，其使用来自填充水平系统728的信号（例如，如732b所示接收的）来确定是否将附加的流体从流体供应装置720泵送到流体装置700中。再填充系统730还可确定加压机构722是否需要停止（例如，流体装置700已达到满状态）。

考虑到前述内容，一个示例性打印流体喷射装置（例如，流体系统701）可包括其中布置有多孔介质（例如，多孔介质704）的储存器（例如，流体储存器702）。该打印流体喷射装置还可包括流体喷射管芯（例如，流体管芯714）和毛细结构（例如，图3A-3C的毛细结构308）。该流体喷射管芯与储存器流体连通并且布置成从储存器吸取打印流体并将打印流体的液滴（例如，流体液滴718）喷射到打印流体喷射装置的外部。毛细结构与储存器的一部分流体连通，打印流体被集中在该部分（例如，部分712b）中。毛细结构还具有与储存器和多孔介质的参数相对应的经调整参数，使得打印流体将保留在毛细结构中，而流体储存器中的压力变化小于阈值（例如，参见图2和3A-3C的论述）。

图8A-8D图示了流体装置（流体装置800）的实施方式，对于该流体装置，毛细结构（毛细结构808a-808c；统称为808）被布置在流体储存器（例如，流体储存器802a-802c；统称为802）内，如上文关于图4所述。

图8A图示了壳体856，流体储存器802连同相对应的毛细结构808布置在该壳体856内。盖858被放置在壳体856的顶部上，以完全封闭流体储存器802。在该实施方式中，毛细结构808内的流体水平可使用电阻传感器来确定，并且指示电阻值（并且对应于填充水平）的信号可经由电互连件854a-854f接收。标签862指的是顶部元件，其限制对盖858的一部分的接近并提供信息（例如，物件编号、标志、警告等）等。

图8B图示了流体储存器802a-802c，其各自对应于从壳体856爆出的不同流体。盖858和标签862也作为分解图的一部分示出，与壳体856分开。毛细结构808a-808c相应地用于每个流体储存器802a-802c。毛细结构808a-808c的下部部分可以是开放的并且与多孔介质（例如，图7的多孔介质704）流体连通。图8B图示了图8D中所示的剖视图的方向（标注8D-8D），图8D示出了分成两半的毛细结构808a，第一半部808a1和第二半部808a2。在这两个半部中，导电元件850a和850b相应地收容在销孔864a和864b内。销孔864a和864b布置在流体路径809附近，以使得能够测量电阻率，以使得能够测量毛细结构808内的流体水平。

图8C是毛细结构808a的分解图，其示出了两个半部808a1和808a2如何包括形成流体路径809以及销孔864a和864b的特征，导电元件850a和850b可被布置在该销孔864a和864b内。导电元件850a和850b的顶部部分包括电互连件854a和854b，而下部部分可包括导电销。电互连件854a和854b将相对于盖858布置，以使得能够实现导电元件850a和850b与例如图7的补给系统726的外部装置之间的信号交换。

如从前文中应明显的，示例性流体装置（例如，图8中的流体装置800）可包括多个导电元件（例如，导电元件850a、850b以及与电互连件854c-854f相关联的其余导电销），其包括布置在毛细结构的流体路径（例如，流体路径809）的相对端处的销孔（例如，销孔864a、864b以及与电互连件854c-854f相关联的其余销孔）中的导电销。

另一个示例性流体装置（例如，流体装置800）可包括一对导电传感器（例如，导电元件850a和850b）以及电互连件（例如，电互连件854a和854b）。该对导电传感器被布置在毛细结构（例如，毛细结构808）内。电互连件将被布置在流体装置的壳体（例如，盖858）的表面上并且与该对导电传感器电连通，以使得能够实现从打印流体喷射装置（例如，如图7中所示）的外部到该对导电传感器的电连接（例如，图7中的箭头732a）。

图9A-9C图示了流体装置的实施方式，即流体装置900，其使用基于光学感测的方法来感测毛细结构（例如，毛细结构908a-908c；统称为毛细结构908）内的流体水平。图9A图示了包括壳体956的流体装置900，流体储存器和毛细结构（例如，毛细结构908a-908c）布置在该壳体956内并且通过壳体窗口955a-955c可见。类似于图8A-8D的实施方式，壳体956包括盖958和标签962a。

图9B是流体装置900的分解图，其图示了流体储存器902a-902c（统称为902），其各自用于容纳不同的流体。与图8中的储存器802相比，储存器902不包括布置在其中的毛细结构908。替代的是，类似于图3A-3C，使用中间多孔介质腔室（例如，中间多孔介质腔室938a-938c；统称为938）并且其布置在毛细结构908和储存器902之间。在该实施方式中，毛细结构908朝向壳体956的前部部分布置，以便使得能够经由壳体窗口955a-955c观察流体水平。如此，毛细结构908可具有透明或半透明的材料，以使得能够观察/确定流体水平。

图9C图示了壳体956的下侧，以示出流体管芯914，流体可通过该流体管芯914被喷射到壳体956的外部。图9C的视图还示出了中间多孔介质腔室938a-938c和对应的流体通路940a-940c。如上所述，毛细结构908a-908c相应地经由中间多孔介质腔室938a-938c和流体通路940a-940c与多孔介质储存器902a-902c流体连通。包括标签962b以覆盖流体装置900的一部分（例如，到中间多孔介质腔室938a-938c的通路）和/或提供信息（例如，标志等）。

考虑到前述内容，示例性流体装置（例如，流体装置900）可包括壳体（例如，壳体956），该壳体包括开口（例如，壳体窗口955a-955c），通过这些开口从壳体的外部可看到毛细结构（例如，毛细结构908a-908c），以使得能够通过布置在毛细结构附近的光学传感器（例如，图6A的光学传感器641）来实现毛细结构内的流体水平检测。

上面的描述涉及交换信号、喷射流体液滴、操作加压机构等。图10是图示了使得能够实现此类功能的流体系统1001的部件的框图。流体系统1001包括流体装置1000、控制器1065和存储器1066。

控制器1065表示能够执行指令以使得能够实现与指令相关联的功能的硬件和软件（但不是软件本身）的组合。例如，示例想指令可包括确定毛细结构内的流体水平的指令、打开和关闭加压机构的指令、致动流体致动器以引起流体液滴的喷射的指令等。作为非限制性示例，控制器1065可包括一种或多种处理机构，例如现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）和通用处理器。存储器1066表示能够存储信号或状态的结构，并且可包括易失性和非易失性存储器，包括但不限于随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、磁存储器、相变存储器以及存储信号、状态和值的其他合适装置。存储器1066可存储指令和值，并且可将存储的指令和值传输到控制器1065以使得能够实现流体系统1001的操作。除了上面论述的操作（例如，使用毛细结构确定多孔介质流体储存器内的流体水平以及使用这种确定来操作系统），流体系统1001还可实现图11和12中论述的功能。

实际上，图11图示了用于确定流体装置（例如，图10的流体装置1000）的流体水平的示例性方法1100。在框1105处，可在流体装置处接收指示流体致动器的致动的信号。流体致动器的致动可引起流体在流体喷射管芯（例如，图9的流体管芯914）内的移动。如框1110处所示，可发送指示与流体装置的多孔介质流体储存器（例如，储存器902）流体连通的毛细结构（例如，图9的毛细结构908）的流体水平的信号。例如，这些信号可被发送到控制器1065，并且可使得能够实现上面关于图7的填充水平系统728所论述的功能。这可包括确定检测到的填充水平与多孔介质流体储存器内的流体水平之间的相关性。在一些情况下，控制器1065可执行该计算。在其他情况下，这可包括使用存储在存储器1066中的查找表（LUT）。

转到图12，其图示了另一示例性方法1200。方法1200在方法1100上图示如下。在框1205处，响应于指示流体水平下降到阈值以下的信号，可在流体储存器中接收附加的流体。例如，毛细结构中的流体水平可能低于阈值，并且控制器1065可使再填充系统（图7中的再填充系统730）发挥功能，以便使加压机构（图7中的加压机构722）将流体从流体供应装置（例如，流体供应装置720）推入到流体装置中。框1210图示了正在发送附加信号，其这一次指示毛细结构的更新的流体水平。例如，控制器1065可接收信号（例如，经由图8A的电互连件854a-854f）并且可确定接收到的信号和流体储存器中的流体水平之间的相关性。可确定流体储存器内的更新的流体水平。框1215图示了加压机构停止将附加的流体传输到流体装置的阶段。停止接收附加的流体是响应于在框1210处发送的信号。实际上，在确定流体水平超过阈值（例如，对应于“满”状态）时，控制器可将信号发送到加压机构，以停止泵送流体。

前述描述提供了一种方法，其使用毛细结构来确定多孔介质流体储存器中的流体水平。

注意，前述描述非常谨慎地使用了如“和/或”、“至少”、“一个或多个”的术语以及其他类似的开放式术语。然而，这是不受限制地进行的。并且除非另有明确说明，否则单数术语（例如，“一”、“一个”或“一种”部件）并非意在仅限于单数情况，而是意在也涵盖复数情况。类似地，除非另有说明，否则“或”旨在是开放式的，使得“A或B”可仅指A，仅指B，以及指A和B。

另外，上面使用了如“顶部”和“底部”之类的术语，仅是为了便于描述，而不应以限制性意义理解。例如，上面提到的毛细结构的“顶部”用于区分如图中所示的毛细结构的其他部分，但不一定如此，因为毛细结构可与要求保护的主题一致地使用。

在前面的描述中，已描述了所要求保护的主题的各个方面。出于解释的目的，阐述了诸如数量、系统和/或构造之类的细节作为示例。在其他情况下，省略和/或简化了公知的特征，以免模糊所要求保护的主题。虽然本文已图示和/或描述了某些特征，但是本领域技术人员现在将会想到许多修改、替换、改变和/或等同物。因此，要理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入所要求保护的主题内的所有修改和/或改变。

Claims

1.一种流体装置，包括：

流体储存器，其具有布置在所述储存器内的多孔介质；以及

毛细结构，其与所述多孔介质和所述流体储存器流体连通，并且具有与所述流体储存器和所述多孔介质的参数相对应的经调整参数，其中，所述毛细结构内的流体响应于所述储存器中的压力变化而改变水平，

其中，所述毛细结构相对所述储存器布置在外部，并且所述流体装置还包括位于所述储存器外部的中间多孔介质腔室以及处于所述流体储存器与所述中间多孔介质腔室之间的流体通路，所述中间多孔介质腔室与所述储存器流体连通，并且所述毛细结构仅经由所述流体通路和所述中间多孔介质腔室与所述储存器流体连通。

2.根据权利要求1所述的流体装置，其中，所述毛细结构的满阈值对应于大约-1英寸H₂O。

3.根据权利要求1所述的流体装置，还包括布置在所述毛细结构中的多个导电元件。

4.根据权利要求3所述的流体装置，其中，所述多个导电元件包括布置在所述毛细结构的流体路径的相对端处的销孔中的导电销。

5.根据权利要求1所述的流体装置，其中，所述多孔介质包括聚氨酯(PU)泡沫。

6.根据权利要求1所述的流体装置，其中，所述毛细结构的所述经调整参数包括流体路径的尺寸和流体填充阈值高度。

7.一种打印流体喷射装置，包括：

储存器，其具有布置在其中的多孔介质；

与所述储存器流体连通的流体喷射管芯，所述流体喷射管芯布置成从所述储存器吸取打印流体，并且将打印流体的液滴喷射到所述打印流体喷射装置的外部；

毛细结构，其与所述储存器的所述打印流体集中在其中的部分流体连通，其中，所述毛细结构具有与所述储存器和所述多孔介质的参数相对应的经调整参数，使得在所述储存器中的压力变化小于阈值时，打印流体保留在所述毛细结构中；

中间多孔介质腔室，其位于所述储存器外部并且包括多孔介质，所述中间多孔介质腔室与所述储存器流体连通；以及

处于所述储存器与所述中间多孔介质腔室之间的流体通路，所述毛细结构仅经由所述流体通路和所述中间多孔介质腔室与所述储存器流体连通。

8.根据权利要求7所述的喷射装置，还包括：

布置在所述毛细结构内的一对导电传感器；以及

电互连件，其处于所述打印流体喷射装置的壳体的表面上，并且与所述一对导电传感器电连通，以使得能够实现从所述打印流体喷射装置的外部到所述一对导电传感器的电连接。

9.根据权利要求7所述的喷射装置，还包括：

包括开口的壳体，通过所述开口，所述毛细结构从所述壳体的外部可见，以使得能够通过靠近所述毛细结构布置的光学传感器来实现所述毛细结构内的流体水平检测。

10.一种使用如权利要求1-6中任一项所述的流体装置的方法，所述方法包括：

接收与流体喷射管芯的流体致动器的致动相对应的信号，以引起流体在所述流体喷射管芯内的移动；以及

发送指示与所述流体装置的多孔介质流体储存器流体连通的毛细结构的流体水平的信号。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括响应于指示所述毛细结构的所述流体水平下降到阈值以下的信号的发送，而在所述多孔介质流体储存器中接收附加的流体。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

发送指示所述毛细结构的更新的流体水平的信号，所述更新的流体水平超过所述阈值；以及

响应于指示所述更新的流体水平超过所述阈值的所述信号的发送，而停止在多孔介质储存器中接收附加的流体。