CN1309293A - 墨量检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种打印机(54)的墨盒(10),包括在墨容器(13)的相对侧面上的第一和第二电极(16和18)。在容器(13)中的墨量可以按照以下步骤进行测量:对第一电极(16)加测试信号,在第二电极(18)检测信号,提取检测到的信号的直流分量,使用所述直流分量确定墨量。

Description

墨量检测方法和装置
本发明一般涉及喷墨打印机。尤其涉及利用喷墨盒和墨容器的打印机的墨量检测。
利用墨容器和墨盒的打印机在操作时，要注意墨盒中的墨量。对墨量进行检测，使得印刷机不致在无墨的情况下试图打印。喷墨式打印机或其它类型的打印机在无墨时的工作会破坏打印机的打印头。
在热喷墨式打印机中，通过使墨沸腾并通过很小的喷嘴以每秒几百甚至几千次地喷出进行打印。在没有墨却进行打印时，作为一种复杂的机电系统的打印头，其中含有数百个喷嘴、加热元件、隔板、墨通道和底层电路将被不可恢复地被破坏。
在过去，无墨打印没有引起重视，因为打印头的可用寿命短。当墨被耗尽时，打印头通常也需要更换。在墨耗尽之后，整个墨盒，包括打印头便被丢弃。因而，旧的喷墨盒是作为一次性使用的单元而制造的。
然而，近来，打印头却作为一种可再使用的单元被制造。在墨耗尽时，打印头还能使用。因为打印头和墨相比是相当贵的，所以通常是补充墨而不丢弃打印头。因此，应当避免无墨打印从而避免损坏打印头。
此外，在停止供墨的情况下，打印机的操作可以导致重要信息的丢失。例如打印传真信息的打印机可以接收发送的信息，并且好象被接收的信息正在被打印一样地操作。如果墨被耗尽，信息便不能被打印上。除非接收机请求发送者重新发送传真，所述信息不能再恢复。
在其它情况下，知道墨盒的精确的量可能是重要的。例如，在开始打印大的印制件之前，应当知道剩余的墨是否够用。如果墨量不足，则墨盒要被更换或补充，以便避免浪费时间、纸张和试图打印大的印制件而付出的精力。
充有泡沫的墨容器的墨量可以通过测量泡沫内的敞开区域的不透明度来检测。所述测量利用光源和光检测器进行。墨量只在容器内的一个位置被检测。因此，高于或低于检测点的墨量便不能被确定。此外，这种光学技术以已知的方式依赖于泡沫内的墨量的改变，在一些情况下会给出错误的读数。例如，被存放一段时间的在其一侧被局部充满的墨盒可以提供错误的读数。
因而，需要检测在墨容器中剩余的墨的量。
按照本发明的一个方面，一种用于打印机的墨盒包括用于限定一个墨容器的壳体；接近所述容器的第一电极；以及接近所述容器的第二电极。所述电极被分开，用于容器中的墨量的测量。
本发明的其它方面和优点由下面结合附图以举例方式说明本发明的原理的详细说明可以更加清楚地看出，其中：
图1是按照本发明的优选实施例的墨盒的截面图；
图2是用于说明流体容器的电特性的表示电路；
图3是按照本发明测量墨量的方法的流程图；
图4表示按照本发明的优选实施例的滤波器电路；
图5是百分比量对试样的墨盒的数字信号值的曲线；
图6表示带墨盒的打印机；
图7是按照本发明的墨盒的另一个实施例的截面图；
图8A是按照本发明的墨盒的又另一个实施例的截面图；
图8B是按照本发明的墨盒的再另一个实施例的截面图；以及
图9表示具有按照本发明的流体容器的打印机
如用于说明本发明的附图所示，本发明以一种用于检测喷墨盒中的剩余墨量的方法和装置来实施。如果发现墨量太低，则可以停止打印机的工作，从而避免损坏打印头。这种墨量测量也可以用于确定墨的剩余寿命，从而使得可以仔细地安排打印工作。此外，测量墨盒的墨量可以避免丢失有价值的信息。
参看图1，喷墨盒10包括壳体12和打印头14。壳体12限定了墨容器13。墨可以是液体、固体或者充有泡沫的。第一电极16位于壳体12的第一侧面附近，第二电极18位于壳体12的第二侧面附近。电极16和18由可以成形的导电材料制成。电极16和18不需要非常厚。实际上，电极16和18可以尽可能薄，并且可以以导电涂料形式被涂覆在壳体12上。按照经验，已经成功地使用厚度为0.5密耳的电极。此外，电极16和18可以从容器13的顶部延伸到容器13的底部。在这种结构中，容器的墨量可以从满到空被测量。此外，对电极16和18的尺寸或形状略有限制。
可以使用介电材料19a,19b分别盖住电极16和18。盖层19a、19b防止电极16和18受容器13内的墨沾染，防止电解或者在墨和电极16、18之间发生其它化学反应。介电材料19a、19b可以是具有足够厚度的KAPTON带。介电材料19a,9b的厚度可以小于30密耳。介电材料19a、19b应当尽量薄只要其厚度足以阻止电极和墨之间发生电化学反应即可。例如，介电盖层19a、19b的厚度可以是3密耳。墨盒10可以包括存储器15，用于保存查阅表和其它信息。存储器15和查阅表将在下面讨论。
检测信号被加在第一电极16上，在第二电极18被检测到一个信号。由于各种因素，检测到的信号和施加于第一电极16的信号不同。例如，检测信号通过第一电极16和第二电极18之间的距离。根据介电材料19a、19b的电性能，介电材料19a、19b与电极16、18可以呈现类似于电容器的性能。此外，检测信号依容器13内的墨的电性能和数量而改变。容器中的墨对于检测信号可以被表征为一个阻电电路(“RC”)。
图2说明墨盒10的墨容器13的电特性。喷墨盒10可以被模拟为一个RC电路。在第一电极16和其覆盖的介电层19a之间形成一个电容，由第一电容20a表示。在第二电极18和其覆盖的介电层19b之间形成另一个电容，由第二电容20b表示。墨具有电阻，由电阻22表示。在容器13中的墨也提供一个电容，由电容24表示。电阻22和电容20a、20b、24在墨容器13中实际上是不存在的，这里仅仅是用于说明墨容器13的电性能。电阻22和电容20a、20b、24被表示为一种可变的元件，因为，随着墨量的减少，这些元件的表示值也改变，例如，当墨量减少时，电阻22的表示值增加。
墨的电阻减少电极16和18之间的电流，并在电极16和18之间产生电压降。由电容20a、20b、24表示的电容引起电极16和18之间的电流的相移。相移的程度取决于总的电容对电阻值的相对值。
喷墨盒10的电阻和电容取决于多种因素。这些因素包括但不限于以下几种：容器的拓扑；其中所含的墨的固有的电特性；电极16和18的尺寸和形状；制造电极16和18的材料；使用的介电材料的电特性；以及在喷墨盒10中剩余的墨量。
当墨被耗尽时，容器13相当于开路，电阻22具有在理论上为无穷大的值，电容20a、20b和24不受影响。在另一方面，当墨充满时，容器13具有最低的电阻值和最高的电容值。电阻22的精确的“最低的电阻值”和电容器20a、20b、24的精确的“最高的电容值”取决于多种因素，其中一些上面列出了，这些因素可以用实验或其它方法获得。
图3是用于测量容器13的墨量的步骤的流程图。当需要测量墨量时，检测信号被加于第一电极16。这一步由方块28表示。
检测信号可以由和第一电极16相连的振荡器施加。在优选实施例中，振荡器可以包括通常在大多数打印机和其它电子装置中使用的时钟电路。这种时钟电路一般产生预定频率的方波直流信号。因而，可以使用方波直流信号作为检测信号。此外，也可以使用交流信号作为检测信号。检测信号被在第二电极18中检测(方块30)，并把检测到的信号转换成墨量测量值(方块32)。在转换期间，检测到的信号被滤波器电路滤波而成为滤波信号(方块34)。然后把滤波信号转换成数字信号(方块36)。这一般使用模数转换器(ADC)进行。最后，使用数字信号的值确定墨量(方块38)。
数字信号值到墨量测量值的转换至少可以以两种不同的方法进行。可以使用相关表把数字信号值转换成墨量值。相关表列出在一个预期的信号值的范围内的信号值，并且使所列的每个信号值和墨量值相关。
此外，可以通过利用一个系数表中的系数值计算墨量值来确定墨量值。在这种方法中，数字信号值利用系数表和一组系数相关。系数表将列出在一个预期的数字信号值范围内的信号值，并且使它们和用于计算墨量值的一组系数相关。相关表和系数表一般被称为“查阅表”。所述系数对于容器的每种结构可能不同。这至少取决于容器和电极的几何形状和尺寸，也取决于使用的流体的类型。
可以连续地或周期地进行墨量测量。在测量之间的时间间隔可以从小于1秒到几分钟甚至几小时之间改变。确定测量之间的时间间隔时需要考虑许多因素，其中包括但不限于：墨盒的尺寸、使用的速率、印刷机的利用率等等。此外，测量之间的时间间隔还根据墨量而改变。例如，当墨量下降到一个预定门限例如容量的10％时可以更频繁地测量。
图4说明用于对检测信号滤波的滤波器电路40。滤波器电路40是一种简单的可以以许多不同结构实现的低通滤波器。滤波器电路40的一个优选实施例包括被连接在第二电极和地之间的电流检测电阻42。二极管44被连接在电流检测电阻42和电压检测电容46之间。电压检测电容46被连接在二极管44和地之间。当电流检测电阻42的两端具有检测电压时出现检测信号的电流分量。所述检测电压被二极管44整流，其峰值被加于电压检测电容46上。因而，电阻42、二极管44和电容46一起用于使检测信号的交流分量衰减。检测信号的剩余的直流电压分量是滤波信号。
滤波信号和墨量可能不是线性相关的，如图5所示。图5说明百分比墨量与实验墨盒的数字信号值的关系。图表50的X轴表示数字信号值。Y轴表示在实验墨盒的容器中的百分比墨量。一种8位的模数转换器(ADC)可以产生范围从0到255的数字信号值。数据曲线52表示当墨盒10被充满时，从检测信号产生的数字信号值大约为220。数据曲线52还表示当墨盒10空时数字信号值是0。
图5表示，对于给定的百分比墨量的改变，在低墨量时数字信号值的改变比在高墨量时数字信号值的改变大。这在低墨量时增加的灵敏度使得在低墨量时的检测精度增加。这是希望的，因为在确定是否补充或更换容器的处理中低墨量时的精度更有用。
图6说明带有按照本发明的墨盒10的打印机54。打印机54具有和各个打印机子系统例如纸电机驱动58和打印机控制板60相连的处理器56。打印机54一般通过通信端口62和主计算机(未示出)相连。主计算机通过通信端口62发送要被打印的作业。打印机54通过通信端口62发送各种状态信息，其中包括打印机内的墨盒的墨量的信息。
打印机54包括时钟64，用于向墨盒10提供检测信号。来自时钟64的检测信号可被开关66控制。可以使用逻辑与门作为开关66。对与门66的另一个输入可以是来自处理器56的控制信号。使用开关66，处理器56控制检测信号被施加于墨盒10上的时刻。当进行墨量测量时，把检测信号加到电极16上。
打印机54包括滤波器电路40，其和墨盒10的第二电极18相连。处理器56读数字值并把其转换成墨量测量值。
如上所述，数字信号值到墨量测量值的转换可以使用查阅表72进行。查阅表72可以存储在可由处理器56访问的存储器70中。查阅表72的值可以通过实验或其它方法预先确定。存储器70可以是ROM、RAM、磁盘或包括两个或多个这种介质的组合的任何合适的机械可读介质。查阅表72可以是一个相关表或系数表。对于相关表，第一栏可以列出信号值，第二栏可以列出相应的流体量。对于系数表，第一栏可以列出信号值，第二栏可以列出被用来计算流体量的系数值。
此外，查阅表72可以被置于和墨盒10相连的存储器15内。这种存储器15通常是可编程的，并且可被安装有墨盒10的打印机读取。存储器芯片可以利用关于用于那个特定墨盒的打印机电路的预测的墨量响应信息编程。例如，存储器芯片可以包括查阅表，其能够使打印机从数字信号值确定墨量。用这种方式，可以改变墨盒10的特定设计，以便适应工程和市场的需要，并且使得打印机能够继续精确地检测不同墨盒中的墨量。
打印机54可以包括远方墨源11，其位于墨盒10的远方。远方墨源11可以含有比墨盒10较多的墨。当墨盒10内的墨下降到预定值以下时，可以使用远方墨源11重新充满墨盒10(重新填满用的机构图6中没有示出)。远方墨源11也可以包括用于接收测试信号的第一电极11a，和用于接收检测信号的第二电极11b。虽然在图6中没有示出远方墨源11和电极11a、11b的连接，电极11a、11b可以和墨盒10的电极16和18相同的方式进行连接。远方墨源11也可以包括用于保持查阅表和其它信息的存储器11c。
打印机54可以向通过通信端口62和其相连的计算机发出墨量测量值信号。例如，当墨量低于一个预定值时发出墨量测量值信号。此外，每当从计算机向打印机54发出印刷作业时，主机可以请求进行墨量测量。在一个印刷作业期间，主机可以监视墨量值，以便确保成功地完成印刷作业。
墨量信息可以通过控制板60得到。用户可以使用控制板60命令进行墨量测量。作为响应，由控制板60显示精确的墨量测量值。当墨量低于一个预定门限时，可以利用控制板60显示警告信息。不管是否需要墨量状态，都可以出现警告信息。
图7表示在墨盒10的第一侧上的第一电极16和在墨盒10的相对侧(第二侧)上的第二电极(未示出)。第二电极可以具有和第一电极相同的结构。第一电极16具有不均匀的宽度，并具有不同宽度的部分。第一电极16具有顶部、中部和底部16a、16b、16c。顶部16a最窄，底部16c最宽。具有不同宽度的部分限定了不同的面积。这种设计具有若干优点。其使得当墨量低时，墨量检测系统最灵敏和最精确(因为底部16c最宽，或者具有较大的相对面积)。
此外，可以使用测量值的突然改变确定容器3内的流体的精确值。当墨量从A减少到B时，检测信号基本上呈反比变化。然而，当墨量从B到C时，检测信号侧发生突变。这种突变可以被处理器56识别，从而检测容器中的精确的墨量，因为电极宽度改变时的精确位置是已知的。
虽然已经说明了特定的实施例，但是本发明并不限于所述的结构的特定形式。
例如，使用介电盖层19a、19b是优选的，但是并不一定如此。电极16和18与墨之间的电解可以通过选择频率足够高的信号作为用于本发明的检测信号，从而被减到最小，而不使用介电带19a、19b。
检测信号可以是交流信号或者直流方波信号。特定的频率可以在相对宽的范围内选择；不过，选择的频率应当能够产生这样的电阻和电容特性，使得检测系统的灵敏度最大。即使电流和电压的相角差为45度。
图8A表示一种其中电极16d和18d被嵌入容器壳体12d的壁中的墨盒10d。图8B表示其中电极16d和18e被置于壳体12e的外部的墨盒10e。
图9表示一种具有用于墨容器88的墨盒接收器86的设备54a。设备54a还可以包括许多和图6的打印机54相同的元件40、56、58、60、62、64、66、68和70。第一电极90可以置于接收器86的内部的第一侧上，第二电极92被设置在接收器86内部的第二侧上。在一种改型中，电极90和92可以被嵌入接收器86的壁中。因为电极90和92是接收器86的部件，它们可以用于检测其它故障状态，例如墨容器未被插入。
本发明可以作为喷墨打印机、墨容器、远方墨源以及具有改进的容器接收器的印刷系统或设备来实施。但是，本发明还可以作为用于测量含有饮料、果汁或其它食品或化学制剂的容器内的流体数量的装置来实施。
因而，本发明不限于上述的实施例，而由下面的权利要求限定。

Claims (6)

1．一种打印机(54)，包括：
流体容器(13)；
被置于容器(13)的第一侧附近的第一电极(16)；
被置于容器(13)的第二侧附近的第二电极(18)，所述第二侧和所述第一侧相对，
用于对第一电极(16)提供检测信号的振荡器(64)；以及
用于除去在第二电极(18)上检测到的信号中的交流含量的滤波电路(40)。
2．如权利要求1所述的打印机，其中振荡器(64)是系统时钟，并且其中检测信号是方波直流信号。
3．如权利要求1所述的打印机，还包括用于把滤波信号转换成墨量测量值的处理器(56)。
4．如权利要求3所述的打印机，还包括利用查阅表(72)编码的存储器(70)；其中处理器(56)使用查阅表(72)使滤波信号值和墨量测量值相关。
5．如权利要求1所述的打印机，其中所述容器(13)被包含在一个墨盒(10、10d、10e)中。
6．如权利要求1所述的打印机，其中所述容器被包含在一个接收器(86)中。
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