CN1216744C - 液体容器中液位的检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

液位检测系统200具有提供光线215的单一光源108和接收光线215的单一光接收装置109。该系统还包括有多个排列其上的受控表面230的液体容器101。若液体容器中液体与受控表面230接触则每个受控表面呈第一反射光特性，而若液体不与受控表面接触则呈第二反射光特性。受控表面这样排列在液体容器上，使得来自单一光源108的光线215投射在每个受控表面上，产生第一或第二反射光特性而被光线接收装置109检测到，从而确定液体容器101中的液位205。

Description

液体容器中液位的检测方法和装置
技术领域
本发明涉及喷墨打印机，更详细地说，涉及利用液体容器的不同部分的反射特性来确定该液体容器中墨水高度的喷墨打印系统。
背景技术
喷墨打印机包括墨滴喷射装置和用来向喷射装置提供诸如墨水的打印液体的打印液体供给源。在热喷墨打印的情况下，通常把墨滴喷射装置称为打印头。通过随着打印头相对于打印介质移动而选择性地起动打印头来完成打印操作。先前使用的喷墨打印机的一种通用的类型使用可替换的打印盒，后者包括打印头和包含在该打印盒中的墨水供给源。这种类型的打印盒是不打算重新充填的。当最初的墨水供给源用尽时，弃置所述打印盒并且安装新的打印盒。
另一种类型的喷墨打印机使用与打印头分开的可替换的墨水容器。可以把所述可替换的容器设置在扫描滑架上或者设置在扫描滑架之外。在把墨水盒安装在滑架之外的情况下，墨水盒一直处在与所述打印头实现液体连通的状态，所述打印头例如是通过柔性导管连接的或者是通过把所述滑架置于重新充填工位而间歇地连接的。使用可替换的墨水容器为与打印头分开地替换墨水容器做好了准备，这允许一直使用打印头直至其使用寿命终止，从而降低了每打印一页的成本。
不管喷墨打印机的结构如何，重要的是，所述系统具有指示低的墨水高度的精确装置，以便避免在打印工作中途用尽所述墨水供给源之一造成的损害和资源浪费。此外，重要的是，所述墨水盒接近空时，系统停止打印。使喷墨打印机的墨水盒到达全部墨水用尽的状态会导致所述热打印头在没有墨水的情况下工作，这会导致所述打印头的灾难性的损伤和故障。
授予Hara的美国专利5616929中公开了一种这样的墨水高度检测器，其中，由透光材料制成的光学墨水检测部分具有倾斜的界面并且与墨水罐做成一体。当墨水罐存在墨水时，来自光源的入射光线在界面处被折射、产生折射光线而不投射到目视观测部分。当不存在墨水时，所述入射光线全部被界面反射、产生能够被目视观测的全反射光线。Hara讲授了这样一种系统的应用：它根据光接收元件处存在或者不存在反射光线来检测液体墨水的不存在和存在。为了检测墨水罐上其它离散位置的墨水高度，在每一个所需要的墨水检测截面处都需要光源、光接收元件和光界面。在当前技术的廉价的、小型的打印机中，这不仅是昂贵的而且在空间方面是行不通的。
具有在墨水罐上许多位置检测墨水高度的能力有一些明显的优点。例如，在把大量的墨水用于覆盖大的打印表面的大型格式打印机(format printer)的情况下，在打印之前把墨水需要量和墨水容器中墨水剩余量进行比较的能力是非常宝贵的。此外，向使用墨水的用户提供更全面的反馈使用户可以更好地预计什么时候将需要更换墨水容器。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供了一种液位检测系统，包括：用来提供光线的单一光源；用来接收从所述单一光源发射的所述光线的单一光线接收装置；和液体容器，具有多个沿所述液体容器内壁垂直排列的受控表面对，所述受控表面在所述液体容器中的液体与所述受控表面接触时具有第一反射光特性，而在所述液体不与所述受控表面接触时具有第二反射光特性；其中，所述多个受控表面对中的每一个这样排列在所述液体容器上，使得来自所述单一光源的所述光线投射在所述多个受控表面对上，每个受控表面对产生被所述单一光线接收装置探测到的所述第一或者所述第二反射光特性之一，以确定所述液体容器中的液位。
按照本发明的另一个方面，提供了一种喷墨打印系统，包括：具有光线发射部分和光线接收部分的墨水高度探测装置；用来选择性地把墨水涂在打印介质上的多个喷墨打印头；多个墨水容器，该多个墨水容器中的每一个与所述多个喷墨打印头中的一个喷墨打印头相联系，用来向所述相应的喷墨打印头提供所述墨水，同时，所述多个墨水容器中的每一个具有多个沿所述墨水容器内壁垂直排列的受控表面对；以及移动装置，用来相对于所述多个墨水容器这样移动所述墨水高度检测装置，使得所述光线发射部分发射光线，该光线选择性地照射所述受控表面对中的每一个而被所述光线接收部分所接收，从而选择性地确定来自所述多个墨水容器中每一个墨水容器的墨水高度信息；其中，所述每个受控表面在所述墨水容器中的墨水与所述受控表面接触时具有第一反射光特性，而在所述墨水不与所述受控表面接触时具有第二反射光特性。
按照本发明的再一方面，提供了一种供喷墨打印系统使用的墨水保持装置，所述墨水保持装置包括：用来容纳墨水的外壳；沿所述外壳内壁排列的多个受控表面对，所述多个受控表面对中的每个受控表面在所述墨水与所述受控表面接触时具有第一反射光特性，而在所述墨水不与所述受控表面接触时具有第二反射光特性；以及其中，所述多个受控表面对中的每一个这样设置和排列在所述外壳上，使得投射在所述多个受控表面对中每一个上的入射光线根据所述墨水保持装置中的墨水高度产生具有组合的光强度值的所述第一或者所述第二反射光特性之一。
按照本发明的又一方面，提供了一种检测液体容器中液位的方法，包括：提供所述液体容器，其中，沿所述液体容器内壁垂直布置所述液体容器的多个受控表面对，所述多个受控表面对处在一个液位检测装置的检测范围内；发射入射在所述多个受控表面对上的光线；在所述液体不与所述受控表面接触时从每个所述受控表面反射所述光线，并且使所述光线以多条反射光线的形式返回所述液位检测装置的一个单一光线接收装置；在所述液体与所述受控表面接触时使所述光线散射到所述液体中；通过所述液位检测装置分析被所述光线接收装置接收的所述反射光线的总量来确定所述液位；以及向一个控制装置发送信号，以报告所述液位。
附图说明
图1描绘了包含本发明的墨水容器和墨水高度检测装置的打印系统的图解表示。
图2描绘了具有检测区的部分充填的墨水容器和用来检测所述检测区中墨水高度的墨水高度检测装置的图解表示。
图3是所述检测区的一部分的大大地放大的图解表示，用来举例说明墨水容器上入射面和反射面之间的角度关系。
图4描绘了处在与喷墨打印头的液体连通状态的墨水容器的侧视平面图，图中所述墨水高度检测装置定位在确定墨水高度的位置。
图5描绘了滑架(未示出)上的四个喷墨打印头的顶视平面图，所述滑架在导轨上移动，同时，墨水高度检测装置处在这样的位置，使得每一个墨水容器从所述检测装置旁边经过时都能够确定其中的墨水高度。
具体实施方式
图1描绘了使用本发明的墨水高度检测装置107的打印系统100的图解表示。打印系统100包括：墨水容器101；通过液体导管111以液体连通的方式连接到墨水容器101的打印头103；以及打印机控制器105。打印机控制器105通过第一链路115连接到墨水高度检测装置107，并且通过第二链路113连接到打印头103。
墨水容器101通过液体导管111向打印头103提供墨水。打印头103通常安装在扫描滑架上(未示出)。通过选择性地激活打印头103，墨水从打印头103喷出，从而在打印介质上形成图象。墨水容器101将打印头103再装满，然后墨水被再次喷出。
连同第一链路115一起的打印机控制器105和墨水高度检测装置107用来确定墨水容器101中剩余的墨水量。图1中所示的墨水高度检测装置107包括单一光源108，后者将光线投射在检测区117，从而，单一光线接收装置109接收表示墨水容器115中墨水高度的从检测区117反射的光量。通过第一链路115把这种墨水高度信息提供给打印机控制器105。打印机控制器105确定是否出现低墨水状态并且把这种状态通知用户。可以连续地向用户发送墨水高度信息，以便提供不断更新的墨水高度信息。另一种方法是，可以在用户提出请求时向用户发送墨水高度信息。用户可以采取适当的行动，例如获取合适的替换墨水供给源。最好在墨水用尽之前通知用户，以便在墨水用尽之前或者在没有足够的墨水来完成一幅图象的打印之前更换墨水容器101。
第一链路115最好是电导线、光纤光导管或者用来在墨水高度检测装置107和打印机控制器105之间传送信息的传统的装置。打印机控制器105是这样的装置：它或者询问墨水高度检测装置107来确定是否已经出现特定的墨水高度状态，或者等待、直至接收到表示特定的墨水高度的信号。用硬连线逻辑电路、微处理器或者可编程控制器或者适合于执行打印机控制器105功能的某种传统的装置来实现打印机控制器105。例如，一旦出现低墨水高度状态，打印机控制器105立即向用户提供表示已经出现低墨水高度状态的某种形式的标记。关于打印机控制器105的另一个例子是：在开始打印工作时询问墨水高度检测装置107，以便使用户确信墨水容器101中有足够量的墨水来打印所指令的工作。
图2描绘了具有检测区117的局部充填的墨水容器101和用来在检测区117附近、在墨水容器101的宽的墨水高度范围内确定墨水高度205的墨水高度检测装置107的图解表示。在本发明的这个最佳实施例中，示出具有外壳211的墨水容器101，所述外壳211具有外壳内表面209和外壳外表面207。在外壳内表面209上用户感兴趣的墨水高度区域内设置和排列检测区117。在示出的最佳实施例中，这个区域在墨水容器101的下部，墨水容器101中最后剩余的墨水往往会积累在这里。也已经设想过扩展检测区117，以便监视墨水容器101的整个高度，结果，这种信息或者对于打印系统或者对于用户将是宝贵的。
在图2中所示的本发明的最佳实施例中，检测区117包括与多个第二受控表面231配对并且与所述多个第二受控表面成一定角度的多个受控表面230，其中，来自单一光源的多条光线215投射在多个受控表面230中的每一个上。在墨水201与受控表面230接触的情况下，光线215将折射到墨水201中，如用多条折射光线217所表示的。在墨水201不与受控表面230接触的另一种情况下，光线215反射到第二受控表面231上，并且如多条反射光线213所表示的那样返回到安装在单一光线接收装置109上的集光透镜223中。由单一光线接收装置109接收到的反射光线213的量或者反射光线的强度表示墨水容器101中的墨水高度205。例如，在墨水容器101充满墨水201的情况下，受控表面230上的所有入射光线都折射到墨水201中，几乎没有光线返回到单一光线接收装置109。在墨水高度205低于最低的受控表面230的情况下，最大量或者最大强度的反射光线213返回到单一光线接收装置109。
图2中示出墨水高度205大约在检测区117的顶部和检测区117的底部之间的中间位置。结果，发射光线215中的大约一半将折射到墨水201中，同时，另一半将以反射光线213的形式反射回到单一光线接收装置109。当把这种光强度接收电平向打印机控制器105报告时，这种光强度接收电平使打印机控制器105能够很接近地估计墨水容器101中墨水201的剩余量。
虽然是以具有单一光源108、单一光线接收装置109和集光透镜223的三部件装置的形式示出墨水高度检测装置107的，但是，可以把这些部件集成为单一装置。此外，可能需要也可能不需要用来聚集或者分配光线的光学透镜。
检测区117的各受控表面不必如图2中所示是成对的、构成角度的受控表面，而可以是沿着墨水容器101的侧壁向下成抛物面形地排列的多个相邻的受控表面。所述多个受控表面中的每一个从墨水高度检测装置107的能量源元件接收能量，并且向墨水高度检测装置107的能量接收元件反射能量。未折射到墨水201中的入射能量将以反射能量的形式返回墨水高度检测装置107，从而产生一些表示墨水高度205的变化的能量强度。例如，在比较低的墨水容器墨水高度的情况下，较多的受控表面没有与墨水相邻，因此，能量接收元件接收到比较高的能量强度。这仅仅是如何使用组合的能量源和检测器的一个例子。其它配置也是可能的。
图3是为了说明的目的而大大地放大的检测区117的一部分的图解表示。应当指出，图3的定位和间隔是为了说明的目的，因而不打算精确地确定。图3考察所述最佳实施例的单光线，仅仅用来举例说明本发明的原理。受控表面230和第二受控表面231之间存在角度关系，并且存在与单一光源108和单一光线接收装置109的定位的相应的相互联系的角度关系。
在如图3中所示的具有单一光源108、单一光线接收装置109、受控表面230以及第二受控表面231的配置的情况下，邻接第二受控表面231并且与第二受控表面231形成一定角度的受控表面230形成角度φ。从单一光源108发射的光线215以角度α入射在受控表面230上。在从受控表面230反射时，反射角α’等于角度α。类似地，对于以角度β’入射在第二受控表面231的光线，从第二受控表面231反射的光线213的反射角β等于入射角β’。
在图3说明性的实施例中，α＝α’＝β＝β’。但是，重要的是要注意，最初的入射角α可以变化，而最后得到的角度α’将等于角度α。由于α’、β’和φ的和总是等于180°，所以，由角度α’，β’和φ形成的三角形控制着α’和β’之间的关系。因此，β’＝180°-φ-α’。这种关系的重要性在于：单一光源108和单一光线接收装置109相对于受控表面230和231的准确的对准在诸如光线从单个反射表面反射的情况下、在光源108和光线接收装置109之间的光线路径方面是不同的。本发明涉及根据在检测区117中多条平行光线215的反射和折射来检测变化的能量强度，后者是可以校准的并且表示墨水容器中存在的变化的墨水高度。在Hara的专利中，在界面的点上观测全反射的存在或者不存在，以便检测在那个界面上存在或者不存在墨水。这将需要Hara的光学装置的更精确的对准和定位。
用角度θ来描绘单一光源108和单一光线接收装置109之间的分离的角度。为了具有这种相互联系的角度关系，必须有以下不可缺少的条件：
φ＝(θ/2)+90°
其中，α＝α’以及β＝β’
设想了另一个实施例，其中，把单一光源108和单一光线接收装置109排成一直线、成为单个墨水高度检测装置107，其中，角度θ＝0°，角度φ＝90°，并且α＝α’＝β＝β’＝45°。在这个实施例中，从单个墨水高度检测装置107发射的光线将是入射在检测区117的整个表面上的多条平行光线。
图4描绘本发明的具有坐标系统403的一个实施例的侧面平面图的图解表示。如图中所示，坐标系统403具有Z轴、Y轴和指向纸面的X轴(未示出)。墨水容器101以可拆卸的方式安装在打印头103上并且借助于流体导管111处在与打印头103的液体连通状态。在本实施例中，墨水容器101和打印头103一起安装在打印机滑架(未示出)上并且在打印介质沿着Y轴方向移动的同时沿着坐标系统403的X轴运行。打印头103通过链路113与打印机控制器105通信(图1)，由此，打印头103根据来自打印机控制器105的命令把多滴墨水滴沿着Z轴方向喷射在打印介质(未示出)上。
检测区117是墨水容器101的整体的一部分并且被布置在低的墨水高度状态到空的墨水高度状态的区域。在图4所示的实施例中，墨水高度检测装置这样安装在打印机外壳(未示出)内滑架之外，使得滑架经过墨水高度检测装置107而移动。随着包含检测区117的滑架经过检测装置107而移动，检测区117被分析。如先前图2中所述那样，墨水高度检测装置107通过链路115把在检测区117检测到的表示墨水容器101中墨水高度的能量电平输送到打印机控制器105(图1)。
另一个实施例采用固定在打印机外壳内的墨水容器101，并且打印头103包括小的墨水容器。墨水容器101可以或者借助于柔性导管处在与打印头的连续液体连通状态，或者借助于把滑架置于起再充填工位的作用的墨水容器101的位置而间歇地连接。墨水容器101相对于检测装置107这样定位，使得能够不间断地监视墨水高度信息。
另一个实施例采用包含内部墨水容器的打印头103，由此，检测区117是打印头103的整体的一部分。在这个实施例中，把墨水高度检测装置107入射在打印头上这样的区域上，使得墨水高度检测装置107可以检测所述墨水高度。
图5描绘具有如图4中所示以液体流动的方式连接的打印头103(用虚线示出)并且安装在打印机滑架(未示出)上的四个墨水容器101的顶视平面图的图解表示。如图中所示，坐标系统503具有X轴、Y轴和指向纸面的Z轴(未示出)。在所示实施例中，打印机滑架在导轨501上沿着X轴方向移动。打印介质沿着Y轴移动。
墨水高度检测装置107这样定位，使得当每一个墨水容器101的检测区117从墨水高度检测装置107的旁边经过时都能够被选择性地分析，以便能够选择性地确定每一个墨水容器101中的墨水高度205(图2)。
在另一个实施例中，从沿着X轴往返运动的打印头103卸下的墨水容器101静止在轴上，并且墨水高度检测装置107相对于所述多个墨水容器101移动，从而选择性地确定每一个墨水容器中的墨水高度。
本发明是一种用来检测墨水容器装置中液位的既低成本又简单的方法，这种检测是在除了包含在墨水容器101的模制材料外壳211中的受控表面230之外墨水容器101没有附加的检测装置的情况下进行的。此外，把一个墨水高度检测装置107用于多个墨水容器101的能力既降低了制造成本又消耗最小的打印机滑架区域空间。最后，本发明不但在选定的位置上检测墨水高度，而且在沿着墨水容器的分级的位置上检测墨水高度，这使用户总是对有足够的墨水来完成其指令的打印工作有把握。

Claims (8)

1.一种液位检测系统(200)，包括：
用来提供光线(215)的单一光源(108)；
用来接收从所述单一光源(108)发射的所述光线(215)的单一光线接收装置(109)；和
液体容器(101)，具有多个沿所述液体容器(101)内壁垂直排列的受控表面对，所述受控表面在所述液体容器(101)中的液体(201)与所述受控表面接触时具有第一反射光特性，而在所述液体(201)不与所述受控表面接触时具有第二反射光特性；
其中，所述多个受控表面对中的每一个这样排列在所述液体容器(101)上，使得来自所述单一光源(108)的所述光线(215)投射在所述多个受控表面对上，每个受控表面对产生被所述单一光线接收装置(109)探测到的所述第一或者所述第二反射光特性之一，以确定所述液体容器(101)中的液位(205)。
2.权利要求1的液位检测系统(200)，其特征在于：
所述单一光源(108)和所述单一光线接收装置(109)组合成既发射又接收所述光线(215)的单个液位探测装置(107)。
3.权利要求1的液位检测系统(200)，其特征在于：所述多个受控表面对中的每个受控表面对都包含第一受控表面(230)和第二受控表面(231)，所述第一受控表面(230)中的每一个与邻接的、构成一定角度的相应一个第二受控表面(231)配对，由此，所述光线(215)在从所述第一受控表面(230)反射时反射到所述第二受控表面(231)上，从而产生多个反射到所述单一光线接收装置(109)中的光线(213)。
4.权利要求1的液位检测系统(200)，其特征在于：所述光线接收装置(109)接收代表来自所述多个受控表面对中每一个的反射光线(213)之和的光强度，以产生表示所述液体容器(101)中墨水高度的信号。
5.权利要求1的液位检测系统(200)，其特征在于：
所述液体容器(101)具有多个墨水容器(101)，每一个墨水容器(101)具有多个受控表面对，以及
其中所述单一光线接收装置(109)以这样的方式相对于所述多个墨水容器(101)移动，使得所述单一光源(108)发射光线(215)，该光线(215)选择性地照射所述受控表面对而被所述单一光线接收装置(109)所接收，从而选择性地确定所述多个墨水容器(101)中每一个的墨水高度。
6.一种喷墨打印系统(100)，包括：
具有光线发射部分(108)和光线接收部分(109)的墨水高度探测装置(107)；
用来选择性地把墨水(201)涂在打印介质上的多个喷墨打印头(103)；
多个墨水容器(101)，该多个墨水容器(101)中的每一个与所述多个喷墨打印头(103)中的一个喷墨打印头相联系，用来向所述相应的喷墨打印头(103)提供所述墨水(201)，同时，所述多个墨水容器(101)中的每一个具有多个沿所述墨水容器(101)内壁垂直排列的受控表面对；以及
移动装置，用来相对于所述多个墨水容器(101)这样移动所述墨水高度检测装置(107)，使得所述光线发射部分(108)发射光线(215)，该光线(215)选择性地照射所述受控表面对中的每一个而被所述光线接收部分(109)所接收，从而选择性地确定来自所述多个墨水容器(101)中每一个墨水容器的墨水高度信息；
其中，所述每个受控表面在所述墨水容器(101)中的墨水(201)与所述受控表面接触时具有第一反射光特性，而在所述墨水(201)不与所述受控表面接触时具有第二反射光特性。
7.一种供喷墨打印系统(100)使用的墨水保持装置(101)，所述墨水保持装置(101)包括：
用来容纳墨水(201)的外壳(211)；
沿所述外壳(211)内壁排列的多个受控表面对，所述多个受控表面对中的每个受控表面在所述墨水(201)与所述受控表面接触时具有第一反射光特性，而在所述墨水(201)不与所述受控表面接触时具有第二反射光特性；以及
其中，所述多个受控表面对中的每一个这样设置和排列在所述外壳211上，使得投射在所述多个受控表面对中每一个上的入射光线根据所述墨水保持装置(101)中的墨水高度产生具有组合的光强度值的所述第一或者所述第二反射光特性之一。
8.一种检测液体容器(101)中液位(205)的方法，包括：
提供所述液体容器(101)，其中，沿所述液体容器(101)内壁垂直布置所述液体容器的多个受控表面对，所述多个受控表面对处在一个液位检测装置(107)的检测范围内；
发射入射在所述多个受控表面对上的光线(215)；
在所述液体(201)不与所述受控表面接触时从每个所述受控表面反射所述光线(215)，并且使所述光线(215)以多条反射光线的形式返回所述液位检测装置(107)的一个单一光线接收装置(109)；
在所述液体(201)与所述受控表面接触时使所述光线(215)散射到所述液体(201)中；
通过所述液位检测装置(107)分析被所述光线接收装置(109)接收的所述反射光线(213)的总量来确定所述液位(205)；以及
向一个控制装置(105)发送信号，以报告所述液位(205)。
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