DE69703209T2

DE69703209T2 - Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines geladenen Tröpfchens

Info

Publication number: DE69703209T2
Application number: DE69703209T
Authority: DE
Inventors: Stanislaw Falinski
Original assignee: Marconi Data Systems Inc
Current assignee: Videojet Technologies Inc
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: AU2909797A; ATE196620T1; ES2150248T3; AU737439B2; KR20000015872A; JP2000510781A; EP0902741B1; EP0902741A1; CA2256437A1; GB9610796D0; DE69703209D1; US6435645B1; WO1997044193A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Zeitpunktes, zu welchem sich ein geladenes Tröpfchen in einer vorherbestimmten physikalischen Position befindet. Die Erfindung findet bei der Messung der Geschwindigkeit von durch Tintenstrahldrucksystemen erzeugten Tintentröpfchen Anwendung.
Die US-A-4417256 offenbart eine Vorrichtung mit einer Elektrode, an der im Gebrauch der Vorrichtung das geladene Tröpfchen vorbeitritt. Eine Schaltung, die auf die an der Elektrode durch das vorbeitretende Tröpfchen induzierte Ladung anspricht, bestimmt den Zeitpunkt, zu welchem sich das Tröpfchen in der Nachbarschaft der Elektrode befindet.
Die Vorrichtung der US-A-4417256 bringt die Position des Tröpfchens nicht genau mit dem Zeitpunkt in Übereinstimmung, zu welchem sich das Tröpfchen an dieser spezifischen Position befindet. Es ist insbesondere nicht recht möglich zu sagen, welcher Punkt auf der gegenwärtigen Wellenform, die aufgrund der an der Elektrode induzierten Ladung auftritt, dem Zeitpunkt entspricht, zu welchem das Tröpfchen sich an einer spezifischen physikalischen Position im Raum in bezug auf die Elektrode befindet.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Bestimmen des Zeitpunktes, zu welchem sich ein geladenes Tröpfchen in einer vorherbestimmten physikalischen Position befindet, vorgesehen, umfassend: eine erste und eine zweite Elektrode, an welchen das Tröpfchen im Gebrauch der Vorrichtung nacheinander vorbeitritt, wobei das Tröpfchen während seines Vorbeitritts an jeder Elektrode eine Ladung induziert, und eine Schaltung, die auf die an der ersten und der zweiten Elektrode induzierten Ladungen anspricht, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu welchem sich das Tröpfchen an der vorherbestimmten physikalischen Position auf halbem Weg zwischen den Elektroden befindet.
Die Schaltung umfaßt vorzugsweise einen Differenzverstärker, wobei jede von den ersten und zweiten Elektroden mit einem jeweiligen der Eingänge in den Differenzverstärker verbunden ist, und einen Nulldurchgangsdetektor, um den Nulldurchgang zwischen benachbarten Impulsen mit entgegengesetztem Vorzeichen zu detektieren, die von dem Differenzverstärker in Ansprechen auf die an den Elektroden durch das vorbeitretende geladene Tröpfchen induzierten Ladungen ausgegeben werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines von einem Tintenstrahldrucksystem erzeugten, geladenen Tintentröpfchens vorgesehen, umfassend: ein erstes und ein zweites beabstandetes Paar Elektroden, wobei das Tröpfchen im Gebrauch der Vorrichtung nacheinander an diesen Elektroden vorbeitritt und das Tröpfchen während seines Vorbeitritts eine Ladung an jeder Elektrode der Paare induziert, und eine Schaltung, die auf die an den Elektroden induzierten Ladungen anspricht, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu welchem das Tröpfchen sich auf halbem Weg zwischen dem ersten Paar Elektroden befindet, und den Zeitpunkt zu bestimmen, zu welchem sich das Tröpfchen auf halbem Weg zwischen dem zweiten Paar Elektroden befindet, wobei das Geschwindigkeitsmaß geschaffen wird, indem die Entfernung zwischen diesen beiden Punkten auf halbem Wege durch die Zeit zwischen den Zeitpunkten, zu welchen sich das Tröpfchen an diesen beiden Punkten auf halbem Wege befindet, dividiert wird.
Die Schaltung umfaßt vorzugsweise einen Differenzverstärker, wobei die erste Elektrode jedes Paares, an der das Tröpfchen vorbeitritt, mit einem Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, die zweite Elektrode jedes Paares, an der das Tröpfchen vorbeitritt, mit dem anderen Eingang des Verstärkers verbunden ist, und einen Nulldurchgangsdetektor, um den Nulldurchgang zwischen benachbarten Impulsen mit entgegengesetztem Vorzeichen zu detektieren, die von dem Verstärker in Ansprechen auf die an den Elektrodenpaaren durch das vorbeitretende geladene Tröpfchen induzierten Ladungen ausgegeben werden.
Eine Vorrichtung zum Bestimmen des Zeitpunktes, zu welchem sich ein geladenes Tröpfchen in einer vorherbestimmten physikalischen Position befindet wird nun beispielhaft anhand von Fig. 1 der begleitenden Zeichnungen beschrieben, die eine schematische Darstellung der Vorrichtung ist. Anhand von Fig. 2 der Zeichnungen wird auch die Verwendung der vorliegenden Erfindung bei der Messung der Geschwindigkeit eines von einem Tintenstrahldrucksystem erzeugten, geladenen Tintentröpfchens beschrieben.
Nach Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung eine erste und eine zweite Elektrode 1, 3, einen Differenzverstärker 5, ein Störschutzfilter 7 und einen torgesteuerten Detektor für negative Nulldurchgänge 9. Das geladene Tröpfchen folgt Weg 11 an den Elektroden 1, 3 vorbei. Die Vorrichtung bestimmt den Zeitpunkt, zu welchen das Tröpfchen die Linie 13 auf halbem Weg zwischen den Elektroden 1, 3 schneidet.
Da das negativ geladene Tröpfchen zuerst an der Elektrode 1 vorbeitritt, wird es eine negative Spannung am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 5 induzieren, wodurch ein positiver Spannungsimpuls 15 am Ausgang des Verstärkers 5 erzeugt wird. Wenn das Tröpfchen als zweites an der Elektrode 3 vorbeitritt, wird es eine negative Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 5 induzieren, wodurch ein negativer Spannungsimpuls 17 am Ausgang des Verstärkers 5 erzeugt wird. Der Nulldurchgangspunkt 19 zwischen den Impulsen 15, 17 des Ausgangs des Verstärkers 5 entspricht dem Zeitpunkt, zu welchem das Tröpfchen Linie 13 schneidet, d. h., sich auf halbem Weg zwischen den Elektroden 1, 3 befindet. Somit ist zum Zeitpunkt des Nulldurchganges bekannt, daß das Tröpfchen auf halbem Wege zwischen den Elektroden 1, 3 angeordnet ist, was zu einer reproduzierbaren Messung führt.
Der Zeitpunkt des Nulldurchganges wird von dem torgesteuerten Detektor für negative Nulldurchgänge 9 bestimmt, gefolgt durch eine Filterung des Ausgangs des Verstärkers 5 durch das Störschutzfilter 7. Vor dem Empfang der Impulse 15, 17 wird das Tor des Detektors 9 ausgeschaltet. Dieses Tor wird durch den Empfang des über dem positiven Schwellenwert des Tores liegenden Impuls 15 geöffnet. Im Moment des Nulldurchganges erzeugt der Detektor 9 einen Impuls und schließt sein Tor. Dieser Impuls wird einen Zähler-Zeitglied (nicht gezeigt) zugeführt. Die voreilende Flanke des Impulses entspricht dem Zeitpunkt, zu welchem sich das Tröpfchen auf halbem Weg zwischen den Elektroden 1, 3 befindet.
Es ist festzustellen, daß die oben beschriebene Verwendung des Differenzverstärkers 5 in Kombination mit symmetrischen Elektroden 1, 3 besonders vorteilhaft ist, da sie zur Auslöschung von Rauschen führt. Dies ist insbesondere in Fällen nützlich, in denen die durch das vorbeitretende geladene Tröpfchen induzierte Ladung sehr klein ist. Dies wäre der Fall, wenn das geladene Tröpfchen ein von einem Tintenstrahldrucksystem erzeugtes, geladenes Tintentröpfchen wäre.
Die Entfernung zwischen den Elektroden 1, 3 und deren Breite ist derart gewählt, daß ein möglichst knapper Übergang von einer positiven Spitze des Impulses 15 zur negativen Spitze des Impulses 17 erhalten wird, und daß gleichzeitig die maximal mögliche Signalamplitude erhalten wird. Die Elektroden 1, 3 dürfen nicht so weit getrennt sein, daß es ein ebenes Plateau bei Null zwischen den Impulsen 15, 17 gibt. Die Elektroden 1, 3 dürfen nicht so nahe beieinander liegen, daß sich die Impulse 15, 17 teilweise gegenseitig auslöschen.
Nach Fig. 2 folgt das geladene Tintentröpfchen Weg 21 an einem ersten Paar Elektroden 23, 25 vorbei und dann an einem zweiten Paar Elektroden 27, 29 vorbei. Die an den Elektroden 23, 25 induzierten Ladungen führen zu Impulsen 31, 33 am Ausgang des Differenzverstärkers 35. Die an den Elektroden 27, 29 induzierten Ladungen führen zu Impulsen 37, 39 am Ausgang des Verstärkers 35. Im Anschluß an das Filtern durch das Störschutzfilter 41 detektiert der torgesteuerte Detektor für negative Nulldurchgänge 43 die Nulldurchgangspunkte 45 und 47 zwischen den Impulsen 31, 33 bzw. 37, 39. Die Zeit t zwischen den Nulldurchgangspunkten 45, 47 ist die Zeit, die das Tröpfchen benötigt hat, um sich über die Entfernung d vom halbem Weg zwischen dem ersten Paar Elektroden 23, 25 zum halbem Weg zwischen dem zweiten Paar Elektroden 27, 29 zu bewegen. Deshalb ist die Geschwindigkeit des Tintentröpfchens d/t.
Es ist einzusehen, daß die vorliegende Erfindung im sogenannten Phasengebungsprozeß verwendet werden kann, der im Gebrauch von Tintenstrahldrucksystemen stattfindet. Dieser Prozeß erfordert eine Bestimmung, ob ein Tintentröpfchen geladen ist oder nicht. Das erste und das zweite Paar Elektroden 23, 25, 27, 29 und der Differenzverstärker 35 können aufgrund ihres überlegenen Rauschleistungsvermögens sehr geeignet dazu verwendet werden, diese Bestimmung vorzunehmen.

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen des Zeitpunktes, zu welchem sich ein geladenes Tröpfchen in einer vorherbestimmten physikalischen Position befindet, umfassend: eine erste und eine zweite Elektrode (1, 3), an welchen das Tröpfchen im Gebrauch der Vorrichtung nacheinander vorbeitritt, wobei das Tröpfchen während seines Vorbeitritts an jeder Elektrode (1, 3) eine Ladung induziert, und eine Schaltung (5, 7, 9), die auf die an der ersten und der zweiten Elektrode (1, 3) induzierten Ladungen anspricht, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu welchem sich das Tröpfchen an der vorherbestimmten physikalischen Position auf halbem Weg zwischen den Elektroden (1, 3) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung (5, 7, 9) umfaßt: einen Differenzverstärker (5), wobei jede von den ersten und zweiten Elektroden (1, 3) mit einem jeweiligen der Eingänge in den Differenzverstärker (5) verbunden ist, und einen Nulldurchgangsdetektor (9), um den Nulldurchgang zwischen benachbarten Impulsen mit entgegengesetztem Vorzeichen zu detektieren, die von dem Differenzverstärker (5) in Ansprechen auf die an den Elektroden (1, 3) durch das vorbeitretende geladene Tröpfchen induzierten Ladungen ausgegeben werden.

3. Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines von einem Tintenstrahldrucksystem erzeugten, geladenen Tintentröpfchens, um fassend: ein erstes und ein zweites beabstandetes Paar Elektroden (23, 25, 27, 29), wobei das Tröpfchen im Gebrauch der Vorrichtung nacheinander an diesen Elektroden vorbeitritt und das Tröpfchen während seines Vorbeitritts eine Ladung an jeder Elektrode (23, 25, 27, 29) der Paare induziert, und eine Schaltung (35, 41, 43), die auf die an den Elektroden (23, 25, 27, 29) induzierten Ladungen anspricht, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu welchem das Tröpfchen sich auf halbem Weg zwischen dem ersten Paar Elektroden (23, 25) befindet, und den Zeitpunkt zu bestimmen, zu welchem sich das Tröpfchen auf halbem Weg zwischen dem zweiten Paar Elektroden (27; 29) befindet, wobei das Geschwindigkeitsmaß geschaffen wird, indem die Entfernung zwischen diesen beiden Punkten auf halbem Wege durch die Zeit zwischen den Zeitpunkten, zu welchen sich das Tröpfchen an diesen beiden Punkten auf halbem Wege befindet, dividiert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Schaltung (35, 41, 43) umfaßt: einen Differenzverstärker (35), wobei die erste Elektrode (23, 27) jedes Paares, an der das Tröpfchen vorbeitritt, mit einem Eingang des Differenzverstärkers (35) verbunden ist, die zweite Elektrode (25, 29) jedes Paares, an der das Tröpfchen vorbeitritt, mit dem anderen Eingang des Verstärkers (35) verbunden ist, und einen Nulldurchgangsdetektor (43), um den Nulldurchgang zwischen benachbarten Impulsen mit entgegengesetztem Vorzeichen zu detektieren, die von dem Verstärker (35) in Ansprechen auf die an den Elektrodenpaaren (23, 25, 27, 29) durch das vorbeitretende geladene Tröpfchen induzierten Ladungen ausgegeben werden.