KR20140063576A - 유체 수위 센서 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에서, 유체 수위 센서는 센서판과 전류원을 포함한다. 유체 수위 센서는 또한 센서판에 인가된 전류가 건조 센서판 상태와 습윤 센서판 상태 사이에서 응답 전압 내의 최대 차이를 유도하도록 전류원을 바이어싱하는 알고리즘을 포함한다.

Description

유체 수위 센서 및 관련 방법{FLUID LEVEL SENSOR AND RELATED METHODS}
다양한 유형의 잉크젯 프린트에 대한 잉크 공급 저수조에서 잉크 수위를 정확하게 감지하는 것은 여러 이유로 바람직하다. 예를 들어, 잉크의 정확한 수위를 감지하여 잉크 카트리지 내에 남아 있는 잉크의 양의 해당 지시(indication)를 제공하는 것은 프린터 사용자로 하여금 고갈된 잉크 카트리지를 교체할 준비를 할 수 있게 한다. 부정확한 잉크 수위 지시는 종종 아직 잉크가 남아 있는 잉크 카트리지를 너무 빨리 교체하게 하기 때문에, 정확한 잉크 수위 지시는 잉크의 소모를 방지하는 데도 도움이 된다. 또한, 프린팅 시스템은 잉크 수위 감지를 이용하여, 부족한 공급 수위로부터 야기될 수 있는 저품질 인쇄를 방지하는 소정 동작을 트리거(trigger)할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 예로써 본 실시예를 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따라 유체 수위 센서를 추가하는 데 적합한 잉크젯 프린팅 시스템으로서 구현된 유체 분사 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라 실리콘 다이 기판에 형성된 단일 유체 슬롯을 포함하는 TIJ 프린트헤드의 일 종단의 저면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 유체 액적 생성기의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따라 프라이밍 동작 중에 센서판 위에 잉크가 철회되는 상이한 단계에서의 MEMS 구조체의 부분 평면도 및 측면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 잉크 수위 센서 회로의 고수준 블록도의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 범위 선택 회로를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따라 블랙 박스 장치로서 잉크 수위 센서를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 입력 자극의 범위에 대해 건조 응답 곡선, 습윤 응답 곡선 및 차이 곡선을 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따라 약(weak) 건조 응답 곡선, 약 습윤 곡선 및 약 차이 곡선을 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따라 약 습윤 응답 곡선 및 약 건조 곡선을 유발하는 처리 및 환경 변화의 예를 도시한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따라 도 10으로부터의 습윤-건조 차이 신호를 겹쳐서, 처리 및 환경으로 인한 천이를 나타내는 자극에 대한 차이를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따라 자극 대신 응답에 근거한 차이 신호 곡선을 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14는 실시예에 따라 유체 수위를 감지하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
저수조 또는 유체 챔버 내의 유체의 수위를 판정할 수 있는 많은 기술이 있는 반면, 그 정확성 및 비용에 관해서는 다양한 과제가 남아 있다.
상술한 바와 같이 저수조 또는 유체 챔버 내의 유체의 수위를 판정할 수 있는 다수의 기술이 있다. 예를 들어, 전기적 잉크 수위 지시 및/또는 사용자가 볼 수 있는 잉크 수위 지시를 생성하기 위해, 잉크 카트리지 내에서 광 빔(light beam)을 반사 또는 굴절시키는데 프리즘이 이용된다. 저수조 내의 유체 수위를 판정하는 다른 방법은 배압 지시기이다. 몇몇 프린팅 시스템은 잉크 수위를 판정하는 방법으로서 잉크젯 프린트 카트리지로부터 분사된 액적의 수를 카운팅한다. 또 다른 기술은 프린팅 시스템 내의 수위 지시기로서 유체의 전기 전도도를 이용한다. 그러나, 유체 수위 감지 시스템 및 기술의 정확도 및 비용을 개선하는 데 관한 과제가 남아 있다.
본 개시의 실시예는 종래 잉크 수위 감지 기술에 대해 개선하는 유체 수위 센서 및 관련 방법을 제공한다. 개시된 센서 및 방법은 최적 동작점에서 회로를 바이어싱하는 유체 소자, 센서 회로 및 바이어싱 기술을 포함하는 MEMS 구조체를 포함한다. 회로가 바이어싱되는 동작점은 건조 잉크 상태(즉, 잉크가 존재하지 않음)와 습윤 잉크 상태(즉, 잉크가 존재함) 사이에서 최대 출력 차이 신호를 가능하게 한다. 센서 회로는 유체 채널 내에 센서판을 포함한다. (예를 들어, 분사 또는 프라이밍(priming) 중에) 채널 내의 잉크에 가해지는 배압은 노즐로부터 잉크를 철회하여, 센서판 위의 채널을 거쳐 뒤쪽으로 그것을 잡아 당겨, 공기에 센서 판을 노출시킨다. 회로는 센서판에 전류를 공급하여 센서 판 전체에 걸쳐 전압 응답을 유도하는 전류원을 포함한다. 센서 판 전체에 걸쳐 측정된 전압 응답은 센서 판이 습윤인지(즉, 유체 채널 내에 잉크가 있다고 가리킴) 또는 건조인지(즉, 유체 채널에 공기가 있다고 가리킴)에 대한 지시를 제공한다. 바이어싱 기술은 센서판에 제공되는 전류의 양이 약 신호 상태에서 습윤 센서 판 상태와 건조 센서 판 상태 사이의 센서판 전체에 걸친 최대 차이 전압 응답을 유도하는 최적점에서 전류원을 바이어싱하는 알고리즘을 채용한다.
개시된 유체 수위 센서 및 관련 방법은 습윤 상태와 건조 상태 사이의 정확한 지시를 가능하게 하는 MEMS 구조체(예를 들어, 유체 채널 및 잉크 챔버) 내에 남아 있는 찌꺼기로부터의 오염에 대한 높은 허용 오차를 포함하는 장점이 있다. 기존 열적 잉크젯 프린트헤드 상에 배치된 회로 및 MEMS 구조체를 이용하기 때문에, 센서 비용은 조절된다. 회로의 크기는 몇개의 잉크젯 노즐의 공간에 배치될 수 있는 크기이다.
일 실시예에서, 유체 수위 센서는 센서판 및 전류원을 포함하는 센서 회로를 포함한다. 유체 수위 센서는 또한 전류원을 바이어싱하는 프로세서 실행 가능 명령을 포함하는 알고리즘을 포함하여, 전류원으로부터 센서판에 인가되는 전류가 건조 센서판 상태와 습윤 센서판 상태 사이의 응답 전압에서 최대 차이를 유도하도록 한다.
일 실시예에서, 유체 수위 센서는 전류원 및 전류원을 위해 입력 코드를 바이어스 전압으로 변환하는 DAC(digital-to-analog convertor)을 포함한다. 센서는 또한 센서판 및, 전류원으로부터 센서판으로 전류를 인가하는 스위치를 포함한다. 측정 모듈은 센서판 상의 응답 전압을 임계치와 비교하여 습윤 센서판 상태 또는 건조 센서판 상태를 판정한다.
다른 실시예에서, 유체 수위를 감지하는 방법은 습윤 상태 및 건조 상태에서 센서 회로에 자극 전압을 인가하는 단계를 포함한다. 자극 전압은 최소 전압으로부터 최대 전압까지의 범위를 갖는다. 본 방법은 자극 범위에 대해 습윤 응답 및 건조 응답을 측정하는 단계를 포함한다. 습윤 응답과 건조 응답 사이의 차이 응답이 판정되어, 최대 차이가 차이 응답에 배치된다. 본 방법은 최대 차이에 해당하는 최대 자극 전압을 판정한다.
다른 실시예에서, 유체 수위 감지 방법은 전류가 습윤 센서판 상태와 건조 센서판 상태 사이에서 센서판 전체에 걸쳐 최대 전압 변화를 유도하도록 전류원을 바이어싱하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 전류를 센서판에 인가하는 단계, 센서판 전체에 걸쳐 응답 전압을 샘플링하는 단계, 응답 전압을 임계 전압과 비교하는 단계, 및 비교에 근거하여 건조 센서판 상태를 판정하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따라 본 명세서에 개시된 바와 같은 유체 수위 센서 및 방법을 수행하는 데 적합한 잉크젯 프린팅 시스템(100)으로서 구현된 유체 분사 장치를 도시한다. 본 실시예에서, 유체 분사 조립체는 유체 액적 분사 프린트헤드(114)로서 개시된다. 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 잉크젯 프린트헤드 조립체(102), 잉크 공급 조립체(104), 체결 조립체(106), 매체 이송 조립체(108), 전자 프린터 제어기(110), 및 잉크젯 프린팅 시스템(100)의 다양한 전자적 구성요소에 전원을 제공하는 적어도 하나의 전원 공급기(112)를 포함한다. 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 프린트 매체(118) 상에 프린팅하기 위해 프린트 매체(118)를 향해 복수의 구멍 또는 노즐을 거쳐 잉크 액적을 분사하는 적어도 하나의 유체 분사 조립체(114)(프린트헤드(114))를 포함한다. 프린트 매체(118)는 종이, 카드 용지, 투명지, 폴리에스터, 합판, 보드판, 직물, 캔버스 천 등과 같이 임의 유형의 적절한 시트 또는 롤 재료일 수 있다. 노즐(116)은 일반적으로 하나 이상의 컬럼(column) 또는 어레이로 정렬되어, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)와 프린트 매체(118)가 서로 연관되어 움직이기 때문에, 노즐(116)로부터의 잉크의 적절한 순차 분사가 프린트 매체(118) 상에 프린팅될 문자, 기호 및/또는 다른 그래픽 또는 이미지를 생성한다.
잉크 공급 조립체(104)는 프린트헤드 조립체(102)로 유체 잉크를 공급하고, 잉크를 저장하는 저수조(120)를 포함한다. 잉크는 저수조(120)로부터 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)로 흐른다. 잉크 공급 조립체(104) 및 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 단방향(one-way) 잉크 운반 시스템 또는 재순환(recirculating) 잉크 운반 시스템을 형성할 수 있다. 단방향 잉크 운반 시스템에 있어서, 실질적으로 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)로 공급되는 모든 잉크는 프린팅 중에 소모된다. 그러나, 재순환 잉크 운반 시스템은 프린팅 중에 프린트헤드 조립체(102)로 공급된 잉크의 일부만이 소모된다. 프린팅 중에 소모되지 않은 잉크는 잉크 공급 조립체(104)로 반환된다.
일 실시예에 있어서, 잉크 공급 조립체(104)는 정압하에서 공급관과 같은 연계 접속부를 통해 잉크 조절 조립체(105)를 거쳐 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)로 잉크를 공급한다. 잉크 공급 조립체(104)는 예를 들어 저수조(102), 펌프 및 압력 조절기(구체적 도시는 생략함)를 포함한다. 저수조(120)는 제거, 재배치 및/또는 재충전될 수 있다. 잉크 조절 조립체(105)에서의 조절은 여과, 예열, 압력 급상승 흡수 및 탈기(degassing)를 포함할 수 있다. 부압하에서 잉크는 프린트헤드 조립체(102)로부터 잉크 공급 조립체(104)로 유도된다. 프린트헤드 조립체(102)로의 주입과 방출간의 압력차는 노즐(116)에서 정확한 배압을 얻도록 선택되고, 대개 물의 -1과 -10 사이의 부의 압력이다. 그러나, 그 기간의 끝 부근에 (예를 들어, 저수조(120))에 잉크가 공급되기 때문에, 프린팅 동작 중에 또는 프라이밍 동작 중에 가해지는 배압은 증가한다. 증가된 배압은 노즐(116)로부터 잉크 메니스커스(ink meniscus)를 철회하여, MEMS 구조의 유체 채널을 거쳐 반환할 정도로 충분히 강하다. 일 실시예에서, 프린트헤드(114)는 증가된 배압을 이용해서 메니스커스를 철회하여 잉크 공급 기간의 끝 부근에 정확한 잉크 수위 지시를 제공하는 잉크 수위 센서(206)(도 2)를 포함한다.
체결 조립체(106)는 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 매체 이송 조립체(108)에 대해 배치하고, 매체 이송 조립체(108)는 프린트 매체(118)를 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)에 대해 배치한다. 따라서, 프린트 영역(122)은 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)와 프린트 매체(118) 사이의 영역 내에서 노즐(116)에 인접하여 정의된다. 일 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 주사형 프린트헤드 조립체이다. 그와 같이, 체결 조립체(106)는 매체 이송 조립체(108)에 대해 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 이동하여 프린트 매체(118)를 스캔하는 캐리지(carriage)를 포함한다. 다른 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 비주사형 프린트헤드 조립체이다. 그와 같이, 체결 조립체(106)는 매체 이송 조립체(108)가 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)에 대해 프린트 매체(118)를 배치하는 동안, 매체 이송 조립체(108)에 대해 사전 설명된 위치에 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 고정시킨다.
전자 프린터 제어기(110)는 일반적으로 프로세서, 펌웨어, 소프트웨어, 휘발성 및 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 하나 이상의 메모리 소자, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)와 통신하여 제어하는 다른 프린터 전자 장치, 체결 조립체(106), 매체 이송 조립체(108)를 포함한다. 전자 제어기(110)는 컴퓨터와 같은 호스트 시스템으로부터 데이터(124)를 수신하고, 데이터(124)를 메모리에 임시로 저장한다. 일반적으로, 데이터(124)는 전자, 적외선, 광학 또는 다른 정보 전송 경로를 따라 잉크젯 프린팅 시스템(100)에 전송된다. 데이터(124)는 예를 들어 프린팅될 문서 및/또는 파일을 나타낸다. 그와 같이, 데이터(124)는 잉크젯 프린팅 시스템(100)용 프린팅 작업을 형성하고, 하나 이상의 프린팅 작업 명령어 및/또는 명령어 파라미터를 포함한다.
일 실시예에서, 전자 프린터 제어기(110)는 노즐(116)로부터의 잉크 액적의 분사를 위해 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)를 제어한다. 그래서, 전자 제어기(110)는 프린트 매체(118) 상에 문자, 기호, 및/또는 다른 그래픽 또는 이미지를 형성하는 잉크 액적의 분사 패턴을 정의한다. 잉크 액적의 분사 패턴은 데이터(124)로부터의 프린팅 작업 명령어 및/또는 명령어 파라미터에 의해 정의된다. 일 실시예에서, 전자 제어기(110)는 제어기(110) 상에서 실행하는 실행 가능 명령을 포함하는 바이어싱 알고리즘(126)을 포함한다. 바이어싱 알고리즘(126)은 잉크 수위 센서(206)(도 2)를 제어하고, 습윤 상태(즉, 잉크가 있을 때)와 건조 상태(즉, 공기가 있을 때) 사이에서 센서(206)로부터 최대 전압 응답 차이를 생성하는 최적 동작/바이어싱 지점을 판정하도록 실행된다. 전자 제어기(110)는 제어기(110) 상에서 실행되는 실행 가능 명령을 포함하는 측정 모듈(128)을 추가로 포함한다. 최적 바이어싱 지점이 판정된 후, 측정 모듈(128)은 잉크 수위 센서(206)를 제어하고, MEMS 구조체의 유체 채널에서 건조 상태가 계속되는 측정 기간에 근거하여 잉크 수위를 판정하는 측정 주기를 개시하도록 실행된다.
설명된 실시예에서, 잉크젯 프린팅 시스템(100)은 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 잉크 수위 센서를 구현하는 데 적합한 열적 잉크젯(TIJ : themal inkjet) 프린트헤드(114)를 포함한 단일 분사(drop-on-demand) 열적 잉크젯 프린팅 시스템이다. 일 구현에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 단일 TIJ 프린트헤드(114)를 포함한다. 다른 구현에서, 잉크젯 프린트헤드 조립체(102)는 다수의 TIJ 프린트헤드(114)를 포함한다. TIJ 프린트헤드와 연관된 제조 공정은 개시된 잉크 수위 센서의 통합에 적합하지만, 압전 프린트헤드와 같은 다른 프린트헤드 유형도 그러한 잉크 수위 센서를 구현할 수 있다. 따라서, 개시된 잉크 수위 센서는 TIJ 프린트헤드(114)에서 구현되는 것으로 제한되지 않는다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 실리콘 다이 기판(202)에 형성된 단일 유체 슬롯(200)을 포함하는 TIJ 프린트헤드(114)의 일 종단의 저면도이다. 프린트헤드(114)가 단일 유체 슬롯(200)을 포함하는 것으로 도시되었지만, 본 명세서에서 논의된 원리는 단지 하나의 슬롯(200)만을 갖는 프린트헤드로 그 적용이 제한되는 것은 아니다. 오히려, 2개 이상의 유체 슬롯을 포함하는 프린트헤드, 또는 유체 채널 및 챔버에 잉크를 제공하는 다양한 크기의 구멍을 이용하는 프린트헤드와 같은 다른 프린트헤드 구성도 가능하다. 유체 슬롯(200)은 유체 저수조(120)와 같은 유체 공급과 유체 통신 중에 있는 기판(202)에 형성된 가늘고 긴 슬롯이다. 유체 슬롯(200)은 유체 챔버(204) 및 노즐(116)을 포함하는 슬롯의 양측을 따라 정렬된 유체 액적 생성기(300)를 포함한다. 기판(202)은 도 3에 관해 후술하는 바와 같이 유체 챔버(204)를 포함하는 챔버층 및 노즐(116)을 포함하는 노즐층이 형성되는 기저를 이룬다. 그러나, 도시를 위해서, 하부 기판(202)이 보이도록 도 2 내의 챔버층 및 노즐층은 투명한 것으로 간주한다. 따라서, 도 2 내의 챔버(204) 및 노즐(116)은 점선을 이용하여 도시한다.
슬롯(200)의 측면을 따라 정렬된 유체 액적 생성기(300)뿐만 아니라, TIJ 프린트헤드(114)는 하나 이상의 유체(잉크) 수위 센서(206)를 포함한다. 유체 수위 센서(206)는 일반적으로 MEMS 구조체 및 통합 센서 회로(208)를 포함한다. MEMS 구조체는 예를 들어 유체 슬롯(200), 유체 채널(210), 유체 챔버(204) 및 노즐(116)을 포함한다. 센서 회로(208)는 유체 채널(210)의 바닥에 위치한 센서판(212) 및 기타 회로(214)를 포함한다. 기타 회로(214)는 예를 들어 전류원, 버퍼 증폭기, DAC(digital-to-analog convertor), ADC(analog-to-digital convertor), 및 측정 회로를 포함한다. 센서판(212)은 예를 들어 탄탈륨으로 형성된 금속판이다. ADC 및 측정 회로와 같은 기타 회로(214)의 일부는 모두 기판(202) 상의 한 위치에 있는 것이 아니라, 대신에 기판(202) 상의 다른 위치에 분산되어 있을 수 있다. 유체 센서(206) 및 센서 회로(208)는 도 4 및 도 5에 관해 보다 상세하게 후술된다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 예시적인 유체 액적 생성기(300)의 단면도이다. 각 액적 생성기(300)는 노즐(116), 유체 챔버(204), 유체 챔버(204)에 배치된 소성 소자(firing element)(302)를 포함한다. 노즐(116)은 노즐층(310)에 형성되고, 일반적으로 유체 슬롯(200)의 측면을 따라 노즐열이 형성되도록 정렬된다. 소성 소자(302)는 실리콘 기판(202)의 상부 표면 상의 절연층(304)(예를 들어, PSG : polysilicon glass) 상의 금속판(예를 들어, TaAl : tantalum-aluminum)으로 이루어진 열 저항이다. 소성 소자(302) 위의 패시베이션층(306)은 챔버(204) 내의 잉크로부터 소성 소자를 패시베이션하고, 머신적인 패시베이션 또는 패시베이션 공동화 장벽 구조체로서 역할을 하여 증기포의 붕괴 충격을 흡수한다. 챔버층(308)은 노즐층(310)으로부터 기판(202)을 격리하는 벽과 챔버(204)를 포함한다.
프린팅 중에, 해당 노즐(116)을 거쳐 챔버(204)로부터 액적이 분사되고, 그 다음에 챔버(204)는 유체 슬롯(200)으로부터 순환하는 유체로 재충전된다. 보다 구체적으로, 전류는 장치를 신속하게 가열하는 저항기 소성 소자(302)를 경유한다. 소성 소자(302)를 덮는 패시베이션층(306)에 인접하는 얇은 유체층은 과열되고, 증발되어, 해당하는 소성 챔버(204) 내에 증기포를 생성한다. 빠르게 확장되는 증기포는 해당 노즐(116)의 바깥으로 유체 액적을 분사시킨다. 가열 장치가 식으면, 증기포는 빠르게 붕괴되어, 노즐(116)로부터 다른 액적을 분사할 것을 대비해서 더 많은 유체를 유체 슬롯(200)으로부터 소성 챔버(204) 내에 유입시킨다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 프라이밍 동작 중에 센서판 위로 잉크가 철회되는 바와 같은 상이한 단계에서의 MEMS 구조체의 평면도 및 측면도이다. 상술한 바와 같이, 유체 수위 센서(206)는 일반적으로 유체 채널(210), 유체 챔버(204) 및 전용 센서 노즐(116)을 포함하는 MEMS 구조체를 포함한다. 유체 수위 센서(206)는 또한 유체 채널(210)의 바닥에 위치한 센서판(212)을 포함하는 센서 회로(208)를 포함한다. 센서 회로(208)는 프라이밍 동작중에 유체 채널 내의 유체(잉크)의 존재 여부를 검출하도록 동작한다. 그 기간의 끝 부근쯤에 저수조(120)에 잉크가 공급되기 때문에, 프린팅 중에 또는 프라이밍 동작 중에 가해지는 배압은 충분히 강해서, 노즐(116)로부터의 잉크 메니스커스를 철회해서 유체 채널(210)을 거쳐 반환하여 센서판(212)을 공기에 노출시킨다. 도 4(a)는 잉크가 챔버(204)를 채우고 노즐(116) 내에 잉크 메니스커스(402)를 형성하는 보통의 단계를 도시한다. 이 단계에서, 센서판(212)은 유체 채널(210)을 채우는 잉크로 덮여 있기 때문에 습윤 상태에 있다. 프라이밍 동작 중에 또는 보통의 잉크 액적 분사 프린팅 동작 중에, 노즐로부터 잉크 메니스커스(402)를 철회하여 그것을 끌어 당겨 도 4(b)에 도시된 바와 같이 채널 내에 반환하는 배압을 유체 채널(210) 내의 잉크에 가한다. 그 기간의 끝 부근에 잉크가 저수조(120)에 공급되기 때문에, 잉크가 채널(21) 및 노즐(116) 내로 반환되는 시간 동안 이루어지는 바와 같이, 이 배압이 증가된다. 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 증가된 배압은 노즐(116)을 통해 끌어 당겨진 공기에 센서판(212)이 노출되는 채널(210) 내로 반환하기에 충분할 정도로 잉크 메니스커스를 잡아당긴다. 후술하는 바와 같이, 센서 회로(208)는 노출된 센서판(212)을 이용하여 잉크 공급 기간의 끝 부근에서 정확한 잉크 수위를 판정한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 유체 수위 센서 회로(208)의 고수준 블록도의 예를 도시한다. 센서 회로(208)는 DAC(digital-to-analog convertor)(500), 입력 S & H(sample and hold element)(502), 전류원(504), 센서판(212), 스위치(506), 출력 S & H(508), ADC(analog-to-digital convertor)(510), 상태 머신(512), 클럭(514), 레지스터 0xD0∼0xD6과 같은 다수의 레지스터(516)를 포함한다. 센서 회로(208)의 동작은 스위치(506)가 닫혀 센서판(212)이 단락되는 동안 DAC(500) 및 입력 S & H(502)으로 전류원(504)을 설정(즉, 바이어싱)하는 것으로 시작한다. 보다 상세히 후술하는 바이어싱 알고리즘(126)은 제어기(110) 상에서 실행되어, 전류원(504)을 바이어싱하는 DAC(500)로부터의 최적 바이어싱 전압을 산출하는 레지스터(0xD2)에 인가할 자극(입력 코드)을 판정한다.
전류원(504)이 바이어싱된 후, 측정 모듈(128)은 제어기(110) 상에서 실행되어 상태 머신(512)를 통해 센서 회로(208)를 제어하는 유체 수위 측정 주기를 개시한다. 측정시, 상태 머신(512)는 회로(208)가, 회로를 준비하고, 측정하고, 회로를 아이들로 반환하는 몇몇 단계를 거치게 함으로써 측정을 조정한다. 제 1 단계에서, 상태 머신(512)는 프라이밍 이벤트를 개시한다. 프라이밍 이벤트는 노즐(116)로부터 잉크를 토출하거나 분사하여 잉크의 노즐 및 챔버(204)를 세정하고, 유체 채널(210) 내에 가해지는 배압을 생성한다. 그리고나서 상태 머신(514)는 지연 기간을 제공한다. 지연 기간은 가변적이지만, 일반적으로 대략 2㎳와 32㎳ 사이를 지속한다. 지연 후에, 제 1 회로 준비 단계는 스위치(506)를 열어, 전류원(504)으로부터 센서판(212)으로 전류를 인가한다. 인가된 전류는 판 캐패시터에서 충전되어 판 전체에 걸쳐 전압 응답을 유도한다.
전류원(504)으로부터 제공되는 전류는 다음 관계에 근거한다는 점에 유의하라.
Figure pct00001
여기에서, Vgs는 DAC(500)로부터의 바이어스 전압이다. Vgs는 게이트-소스간 전압이고, Vt는 전류원(504)의 전류 생성 트랜지스터의 게이트 임계 전압이다. 전류원(504)은 1×, 10×, 100× 범위에 대한 전류를 생성하는 3개의 전류 생성 트랜지스터(600, 602, 604) 중 하나로 DAC(500)으로부터의 전압이 인가될 수 있게 하는 범위 선택 회로를 포함하고, 이것은 도 6에 개괄적으로 도시되어 있다. 일단 트랜지스터가 선택되어 전류를 생성하면, DAC(500)으로부터의 전압은 전류원(504)에 의해 제공되는 전류의 양을 판정하는 선택된 트랜지스터의 게이트에 인가된다.
제 2 회로 준비 단계에서, 상태 머신(512)는 스위치(506)를 개방하고 제 2 지연 기간을 제공하여, 다시 대략 2㎲와 32㎲ 사이를 지속한다. 제 2 지연 후, 상태 머신(512)는 출력 S & H 장치(508)가 센서판(212)에서 아날로그 응답 전압을 샘플링(즉, 측정)하여 그것을 유지하게 한다. 그 다음에 상태 머신(512)는 샘플링된 아날로그 응답 전압을 레지스터에 저장되는 디지털 값으로 변환하는 ADC(510)를 통해 변환을 개시한다. 레지스터는 측정 모듈(128)이 레지스터를 판독할 때까지 디지털 응답 전압을 유지한다. 회로(208)는 다른 측정 주기가 개시될 때까지 아이들 모드로 있는다.
측정 모듈(128)은 디지털화된 응답 전압을 Rdetect 임계치와 비교하여 센서판이 건조 상태에 있는지를 판정한다. 측정된 응답이 Rdetect을 초과하면, 건조 상태에 있다. 그렇지 않으면 습윤 상태에 있다. (Rdetect 임계치dml 산출은 후술됨). 건조 상태를 검출하는 것은, 센서판(212)을 공기에 노출시키기에 충분할 정도로 유체 채널(210) 내의 잉크를 배압이 뒤로 끌어당겼다는 것을 가리킨다. 추가 측정 주기까지, 건조 상태가 계속되는 기간(즉, 센서판이 공기에 노출되는 기간)이 측정되어, 건조 상태가 되게 하는 배압의 크기를 보완하는데 이용된다. 예상대로 잉크 공급 기간의 끝쯤에 배압이 증가되기 때문에, 잉크 수위의 정확한 판정이 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 바이어싱 알고리즘(126)은 제어기(110) 상에서 실행되어, 전류원(504)을 바이어싱하는 DAC(500)으로부터의 최적 바이어스 전압을 판정한다. 바이어스 전압을 판정하는 동안, 바이어싱 알고리즘(126)은 유체 수위 센서(206)(즉, 센서 회로(208) 및 MEMS 구조체)를 제어한다. 바이어싱 알고리즘(126)의 관점에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 유체 수위 센서(206)는 입력 또는 자극을 수신하고, 출력 또는 응답을 제공하는 블랙 박스 장치이다. 입력 전압은 센서 회로(208)의 레지스터 0xD2에 인가되는 0∼255(8비트) 숫자(입력 코드)를 이용하여 설정된다. 레지스터 0xD2 내의 입력 숫자 또는 코드는 DAC(500)에 인가되는 자극이고, DAC로부터의 아날로그 전압 출력은 자극×10㎷이다. 따라서, 전류원(504)을 바이어싱하는 것이 가능한 DAC(500)로부터의 아날로그 바이어스 전압의 범위는 0∼2.55V이다. 센서 회로(208)로부터의 출력 또는 응답은 8비트 레지스터 0xD6에 저장된 디지털 코드이다.
바이어싱 알고리즘은 입력 코드와 출력 코드 사이의 센서 회로(208)의 자극-응답 관계를 이용하여, 센서판(212)이 습윤일 때(즉, MEMS 유체 채널(210)에 잉크가 있고, 판을 덮고 있을 때)와 센서판(212)이 건조일 때(즉, MEMS 유체 채널(210)에서 잉크가 빠져나와 공기가 판을 에워쌀 때) 사이의 최적 출력 델타 신호(즉, 최대 응답 전압)를 제공한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 자극(입력 코드)이 그 최소 프리차지 전압 카운트로부터 그 최대 프리리차지 전압 카운트(즉, 0∼255 : Smin 내지 Smax)로 스위핑될 때, 응답(출력 코드)은 오프(off), 활성(active), 포화의 3개의 개별 영역을 거쳐 진전되는 응답 파형을 생성한다. 3개의 영역은 함께 완만한 "S"자 형상을 이룬다. 도 8은 건조 응답 곡선(800), 습윤 응답 곡선(802), 입력 자극의 범위에 대해 습윤 응답 곡선과 건조 응답 곡선 사이의 차이를 나타내는 차이 곡선(804)을 도시한다. 도 8의 응답 곡선은 응답이 강한 적절한 응답 상태를 묘사한다. 일반적으로, 최대 신호 델타(즉, 최대 차이 응답 곡선)는 센서판(212)이 전체 채널의 잉크로 완전히 젖은 경우와 센서판(212)이 채널 내의 공기와 전면 접촉하는 완전히 건조된 경우 사이에서 발생한다.
비록 유체/잉크의 존재와 부재 사이에서(즉, 습윤 상태와 건조 상태 사이에서) 응답 곡선은 달라지지만, 도전성 파편 및 잉크 잔여물과 같이 MEMS 구조체 내에 존재하는 오염이 거의 없거나 아예 없는 경우 변화량이 보다 크다. 따라서, 응답은 초기에 도 8에서 강한 응답 곡선에 의해 도시된 바와 같이 강하다. 그러나, 시간이 지남에 따라 MEMS 구조체가 유체 채널 및 챔버 내의 잉크 잔여물로 오염될 수 있고, 특히 건조 응답은 저하되어 습윤 응답에 보다 가까워질 것이다. 건조 응답을 약하게 만드는 건조 상황에서 오염은 전도를 야기하고, 그것은 결과적으로 건조 응답과 습윤 응답 사이의 차이를 약하게 한다. 도 9는 MEMS 구조체 내의 오염과 같은 부적합한 상태가 응답을 저하시키는 약 건조 응답 곡선(900), 약 습윤 응답 곡선(902) 및 약 차이 응답 곡선(904)을 도시한다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 약 습윤 응답 곡선과 약 건조 응답 곡선 사이의 차이는 도 8의 강 응답 곡선에 도시된 차이보다 많이 작다. 도 8에 도시된 강 차이 곡선(804)은 손쉽게 평가될 수 있는 습윤 상태와 건조 상태 사이의 강한 구별을 제공한다. 그러나, 약 응답 상태에서, 습윤 상태와 건조 상태 사이의 구별을 발견하는 것은 약한 차이로 인해 보다 어렵다. 바이어싱 알고리즘(126)은 유체/잉크 수위 측정이 습윤 상태와 건조 상태 사이의 최대 응답을 제공할 약 응답 차이 곡선(904)(즉, 도 9에 도시됨) 내의 차이의 최적점을 탐색한다.
도 10a(1), 10a(2), 10a(3), 10b(1), 10b(2), 10b(3), 10c(1), 10c(2), 10c(3)은 본 개시의 일 실시예에 따라 약 건조 응답 곡선(1000) 및 약 습윤 응답 곡선(1002)과, 제조 공정, 공급 전압 및 온도(PV & T)와 같은 공정 상의 차이 및 환경 조건에 따른 그 변동폭의 예를 도시한다. 도 10a(1), 10a(2) 및 10a(3)은 각기 5.5V 공급, 15℃ 온도의 최악의 처리 조건(W)(도면에서 "W;5.5V;15C"로 참조됨)을 갖는 입력 자극 범위 1X, 10X, 100X에 대해 예시적인 곡선을 도시한다. 도 10b(1), 10b(2) 및 10b(3)은 4.5V 공급, 110℃ 온도의 최상의 처리 조건(B)(도면에서 "B;4.5V;110C"로 참조됨)을 갖는 입력 자극 범위 1X, 10X 및 100X에 대해 예시적인 곡선을 도시한다. 도 10c(1), 10c(2) 및 10c(3)은 5.0V 공급, 60℃ 온도의 일반적인 처리 조건(T)(도면에서 "T;5.0V;60C"로 참조됨)을 갖는 입력 자극 범위 1X, 10X 및 100X에 대해 예시적인 곡선을 도시한다. 몇몇 경우에, 응답 곡선의 활성 영역은 PV & T에서의 변화로 인한 기울기로 변경된다. 다른 경우에, 응답 곡선의 활성 영역은 그 배치를 천이하여, 오프 영역에서 보다 빠르거나 늦게 시작된다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c의 건조 응답 곡선 및 습윤 응답 곡선은 그러한 PV & T 조건의 변화로부터 야기될 수 있는 기울기 및 시적점의 변화를 나타낸다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c에서의 차이 곡선(1004)은 입력 자극의 범위에 대한 그리고 PV & T 조건의 변화에 대한 습윤 응답 곡선과 건조 응답 곡선 사이의 차이를 나타낸다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 자극에 대해 그린 건조 응답과 습윤 응답 사이의 차이를 도시한다. 도 10에 도시된 차이 곡선(1004)은 중첩되어 도 11을 형성한다. 이것은 차이 곡선의 최대의 높이, 접근 기울기 및 곡선의 붕괴, 곡선을 따른 자극축의 중심 위치, PV & T에 걸친 모든 변화를 도시하기 위해서이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라 습윤 응답에 대해 그린 복합 차이 곡선(1200)의 예를 도시한다. 자극 대신에 응답에 대한 차이 곡선의 기준을 이동함으로써, PV & T 차이와 별개로 측정이 이루어진다. 바이어싱 알고리즘(126)은 습윤 상태와 건조 상태 사이의 최대 잉크 수위 측정 응답을 제공하는 최적 차이점이 약 차이 상태에 있는 경우의 해법을 찾는다. 그래서, 해법은 가능한한 마진을 크게 제공할 뿐만 아니라, PV & T에서의 그와 같은 변동폭에 대해 관대해야 한다. 따라서, 도 12에 도시된 바와 같이, 다량의 PV & T 변화량은 입력 자극의 함수 대신에 습윤 응답 곡선(1002)의 함수로서 차이 곡선(1004)을 보임으로써 제거될 수 있다. 이것은 처리 중에 주어진 자극에 대한 출력값, 전압 및 온도(PV & T)에 큰 변화가 있기 때문이다. 그러나, 건조 상태(잉크 없음)와 습윤 상태(잉크 있음)의 차이는 PV & T에 대해서만큼 많이 변화되지 않고, 그래서 이 차이를 이용하면 많은 PV & T 유도 변화량을 경감할 수 있다. 차이 곡선의 합성은 모든 처리 및 환경(PV & T) 상태에 걸쳐 판정된 많은 차이 곡선을 중첩시켜 이루어진 영역을 포함한다. 따라서, 합성 차이 상의 영역은 PV & T 상태와 독립된 독자 생존 가능한 신호 응답을 나타낸다. 합성 차이의 중앙은 건조 상태와 습윤 상태 사이의 전압 응답을 최대화하는 최대 응답(Rpeak)을 달성하기 위해 잉크 수위 측정이 이루어져야 하는 위치를 나타낸다. Rpeak 응답의 위치는 최소 습윤 응답(Rmin)과 최대 습윤 응답(Rmax) 사이의 기간의 퍼센트로서 표현된다. 따라서, 합성 차이 곡선(1200) 상의 Rpeak의 위치는 Rpd %라 부른다. 또한, 측정 주기 중에, Rpd % 위치에서 합성 차이 곡선(1200)의 최대치의 높이는 건조 상태가 존재할 때 예상되는 최소 차이(Rmin과 Rmax 사이의 기간의 퍼센트로서)로 표현되고, Dmin %라 부를 수 있다.
바이어싱 알고리즘(126)은 Rpd%에서 합성 차이 곡선(1200) 상에 위치한 최대 응답 Rpeak을 생성하는 입력 자극 전압 Speak을 판정한다. 알고리즘은 레지스터 0xD2에서 최저 자극(Smin)을 입력하고, 레지스터 0xD6에서 응답을 샘플링한다. 알고리즘은 또한 레지스터 0xD2에서 최대 자극(Smax)을 입력하고, 레지스터 0xD6에서 응답을 샘플링한다. 레지스터 0xD6에서의 이들 두 값은 각기 응답의 극단 Rmin 및 Rmax이다. 최대 응답값 Rpeak는 다음과 같이 산출될 수 있다.
Figure pct00002
해당 자극값 Speak은 다양한 접근 방안에 의해 구해질 수 있다. 예를 들어, 응답이 Rpeak에 도달하면 멈추는 자극은 Smin으로부터 Smax까지 스윕핑될(swept) 수 있다. 다른 접근 방안은 2진 검색을 이용하는 것이다. 최대 응답 Rpeak를 생성하는 자극값 Speak는 건조판 상태와 습윤판 상태 사이의 센서판(212)에 걸쳐 최대 응답이 측정될 수 있도록 레지스터 0xD2에 인가되어 센서 회로(208) 내의 전류원(504)을 최적으로 바이어싱하는 입력 코드이다.
상술한 바와 같이, 측정 주기에서 측정 모듈(128)은 판 전체에 걸쳐 측정된 응답값을 Rdetect 임계치와 비교하여 센서판(212)이 건조 상태에 있는지를 판정한다. 측정된 응답이 Rdetect를 초과하면 건조 상태에 있다. 그렇지 않으면 습윤 상태에 있다. Rdetect 임계치는 다음 식에 의해 산출된다.
Figure pct00003
응답 전압에서 예상되는 최소 차이 Dmin %는 분할되어(즉, 2로 나뉘어), 건조 상태와 습윤 상태 사이의 잡음 여유를 공유한다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라 유체 수위를 감지하는 예시적인 방법(1300)의 흐름도이다. 방법(1300)은 도 1∼12에 관해 상술한 실시예에 연관된다. 방법(1300)은 습윤 상태와 건조 상태에서 감지 회로에 자극 전압을 인가하는 블록 1302에서 개시된다. 인가된 자극 전압은 최소 전압으로부터 최소 전압까지의 범위를 갖는다. 블록 1304에서, 습윤 응답 및 건조 응답은 자극 범위 전체에 걸쳐 측정된다. 측정은 유체를 포함하는 유체 채널 내의 센서판에 걸쳐 전압을 샘플링하는 것과, 인가된 배압에 의해 유체가 철회되는 유체 채널 내의 센서판에 걸쳐 전압을 샘플링하는 것을 포함한다. 방법(1300)은 블록 1306에서 계속되어, 습윤 응답과 건조 응답 사이의 차이 응답을 구하고, 블록 1308에서 차이 응답 내의 최대 차이를 위치 탐색한다. 블록 1310에서, 최대 차이에 해당하는 최대 자극이 판정된다. 이 단계는 최대 차이에 해당하는 습윤 응답값을 판정하는 것과, 습윤 응답값을 최대 자극 전압에 상관시키는 것을 포함한다. 방법(1300)의 블록 1312에서 센서 회로의 전류원은 최대 자극을 이용하여 바이어싱되고, 블록 1314에서 전류는 전류원으로부터 센서판으로 인가된다. 블록 1316에서 센서판 전체에 걸쳐 전압 응답이 샘플링된다. 블록 1318에서 센서판 전압은 임계 전압과 비교되어 건조판 상태를 판정하고, 블록 1320에서 건조판 상태가 계속되는 시간 기간이 측정된다. 방법(1300)의 블록 1322에서, 시간 기간에 근거하여 유체 수위가 판정된다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따라 유체 수위를 감지하는 다른 예시적 방법(1400)의 흐름도이다. 방법(1400)은 도 1-12에 관해 상술한 실시예와 연관된다. 방법(1400)은, 전류원으로부터의 전류가 습윤 센서판 상태와 건조 센서판 상태 사이의 센서판에 걸쳐 최대 전압 변화를 유도하도록 전류원을 바이어싱하는 블록(1402)에서 개시된다. 전류원을 바이어싱하는 것은 최대 전압 변화를 생성하는 입력 바이어스 전압을 판정하는 것과 입력 바이어스 전압을 전류원의 트랜지스터 게이트에 인가하는 것을 포함한다. 입력 바이어스 전압을 구하는 것은 습윤 센서판 상태와 건조 센서판 상태 둘 다에 대해 최소 자극 전압으로부터 최대 자극 전압까지의 일련의 자극을 전류원으로 인가하는 것을 포함한다. 자극을 인가하는 것은, 0∼255 범위의 8비트 수를 DAC에 인가하는 것과, 8비트의 수와 아날로그 전압(예를 들어, 1㎷, 10㎷, 100㎷)의 승산으로서 DAC로부터 출력을 제공하는 것을 포함한다. 입력 바이어스 전압을 구하는 것은 또한 자극의 범위 대해 센서판 전체에 걸쳐 습윤 상태 전압 응답과 건조 상태 전압 응답을 판정하는 것과, 습윤 상태 전압 응답과 건조 상태 전압 응답 사이의 차이 응답을 판정하는 것과, 차이 응답으로부터 최대 차이 응답을 판정하는 것과, 최대 차이 응답을 생성하는 최대 자극 전압의 위치를 파악하는 것을 포함한다.
방법(1400)의 블록 1404에서, 바이어싱된 전류원으로부터 생성된 전류가 센서판에 인가되고, 블록 1406에서 센서 전체에 걸쳐 응답 전압이 샘플링된다. 블록 1408에서 응답 전압은 임계 전압과 비교되어, 블록 1410에 도시된 바와 같이 건조판 상태를 판정한다. 블록 1412에서, 샘플링하기 전에, 노즐로부터의 메니스커스(meniscus)를 철회하여 유체 채널 내의 센서판을 지나가도록 배압이 인가된다. 배압 스파이크를 생성하는 노즐의 프라이밍 동안에 배압이 인가된다. 블록 1414에서, 건조 센서판 상태가 지속되는 시간의 길이가 측정되고, 블록 1416에서 시간의 길이에 근거하여 저수조 내의 유체 수위가 판정된다.
102 : 프린트헤드 조립체 104 : 잉크 공급 조립체
105 : 잉크 조절 조립체 106 : 체결 조립체
108 : 매체 이송 조립체 110 : 전자 제어기
112 : 전원 공급기 116 : 노즐
120 : 저수조 124 : 호스트로부터의 데이터
126 : 바이어싱 알고리즘 128 : 측정 모듈
200 : 유체 슬롯 202 : 실리콘 기판
204 : 유체 챔버 208 : 센서 회로
210 : 유체 채널 212 : 센서판
300 : 유체 액적 생성기 302 : 소성 소자
304 : 절연층 306 : 패시베이션층
308 : 챔버층 310 : 노즐층
400 : 잉크 402 : 잉크 메니스커스
500 : DAC(digital-to-analog convertor)
502 : 입력 S & H(sample and hold element)
504 : 전류원 506 :TMDNLCL
508 : 출력 S & H
510 : ADC(analog-to-digital convertor)
512 : 상태 머신 514 : 클럭
516 : 레지스터

Claims (22)

  1. 센서판 및 전류원을 포함하는 센서 회로와,
    상기 센서판에 인가되는 전류가 건조 센서판 상태와 습윤 센서판 상태 사이의 응답 전압에서 최대 차이를 유도하도록 상기 전류원을 바이어싱하는 프로세서 실행 가능 명령을 갖는 알고리즘을 포함하는
    유체 수위 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 회로는,
    상기 알고리즘이 자극으로서 입력 코드를 인가하는 입력 레지스터와,
    상기 입력 코드를 상기 전류원을 바이어싱하는 아날로그 바이어스 전압으로 변환하는 DAC(digital-to-analog convertor)와,
    상기 응답 전압을 출력 코드로 변환하는 ADC(analog-to-digital convertor)와,
    상기 알고리즘에 의해 판독될 때까지 상기 출력 코드를 홀딩하는 출력 레지스터를 더 포함하는
    유체 수위 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 회로는,
    상기 전류원에서 바이어스 전압을 샘플링하여 홀딩하는 제 1 샘플 앤드 홀드 소자와,
    인가된 전류에 응답하여 상기 센서판에 걸쳐 생성된 응답 전압을 샘플링하여 홀딩하는 제 2 샘플 앤드 홀드 회로를 더 포함하는
    유체 수위 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류원은,
    복수의 전류 범위 내에서 전류를 선택할 수 있게 하는 범위 선택 회로를 포함하는
    유체 수위 센서.
  5. 제 5 항에 있어서,
    상기 범위 선택 회로는,
    복수의 개별적으로 선택 가능한 전류 생성 트랜지스터를 포함하되, 각 전류 생성 트랜지스터는 바이어스 전압과 대응 승수(multiplier)에 기반하여 전류의 양을 생성하는
    유체 수위 센서.
  6. 전류원과,
    입력 코드를 상기 전류원에 대한 바이어스 전압으로 변환하는 DAC(digital-to-analog convertor)와,
    센서판과,
    상기 전류원으로부터 상기 센서판으로 전류를 인가하는 스위치와,
    상기 센서판 상의 응답 전압을 임계치와 비교하여 습윤 센서판 상태 또는 건조 센서판 상태를 판정하는 측정 모듈을 포함하는
    유체 수위 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체 수위 센서는,
    상기 센서판이 건조할 때와 상기 센서판이 습윤일 때 사이에서 상기 응답 전압이 최대 변화량을 갖도록 상기 입력 코드를 결정하는 바이어싱 알고리즘을 더 포함하는
    유체 수위 센서.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체 수위 센서는,
    상기 센서판이 배치된 유체 채널과,
    상기 유체 채널과 유체 연결된 노즐을 더 포함하고,
    상기 측정 모듈은 유체를 상기 노즐로부터 거꾸로 상기 채널을 통해 반환되도록 배압을 생성하여, 상기 센서판을 공기에 노출시키는
    유체 수위 센서.
  9. 습윤 상태와 건조 상태에서 센서 회로에 자극 전압을 인가하는 단계―상기 자극 전압은 최소 전압으로부터 최대 전압까지의 범위를 가짐―와,
    상기 자극 범위에 대해 습윤 응답 및 건조 응답을 측정하는 단계와,
    상기 습윤 응답과 상기 건조 응답 사이의 차이 응답을 구하는 단계와,
    상기 차이 응답에서 피크 차이의 위치를 탐색하는 단계와,
    상기 피크 차이에 해당하는 피크 자극을 판정하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피크 자극을 판정하는 단계는,
    상기 피크 차이에 해당하는 습윤 응답값을 판정하는 단계와,
    상기 습윤 응답값을 상기 피크 자극 전압에 상관시키는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 습윤 응답을 측정하는 단계는,
    유체를 담는 유체 채널 내의 센서판에 걸쳐 전압을 샘플링하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 건조 응답을 측정하는 단계는,
    인가된 배압에 의해 유체가 철회된 유체 채널 내의 센서판 전체에 걸쳐 전압을 샘플링하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 유체 수위 감지 방법은,
    상기 센서 회로의 전류원을 상기 피크 자극으로 바이어싱하는 단계와,
    상기 전류원으로부터 상기 센서판으로 전류를 인가하는 단계와,
    센서판 전압을 샘플링하는 단계와,
    상기 센서판 전압을 임계치 전압과 비교하여 건조판 상태를 판정하는 단계를 더 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 유체 수위 감지 방법은,
    상기 건조판 상태를 홀딩하는 시간 기간을 측정하는 단계와,
    상기 시간 기간에 기반하여 유체 수위를 판정하는 단계를 더 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  15. 전류가 습윤 센서판 상태와 건조 센서판 상태 사이에서 센서판에 걸쳐 최대 전압 변화를 유도하도록 전류원을 바이어싱하는 단계와,
    상기 센서판으로 상기 전류를 인가하는 단계와,
    상기 센서 전체에 걸쳐 응답 전압을 샘플링하는 단계와,
    상기 응답 전압을 임계치 전압과 비교하는 단계와,
    상기 비교에 근거하여 상기 건조 센서판 상태를 판정하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유체 수위 감지 방법은,
    샘플링하기 전에, 배압을 인가하여, 노즐로부터 유체 메니스커스를 철회해서 채널 내의 상기 센서판을 통과하게 하는 단계를 더 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 배압을 인가하는 단계는 상기 노즐을 프라이밍하여 배압 스파이크를 생성하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.

  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 건조 센서판 상태를 지속하는 시간의 길이를 측정하는 단계와,
    상기 시간의 길이에 근거하여 유체 수위를 판정하는 단계를 더 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 전류원을 바이어싱하는 단계는,
    상기 최대 전압 변화를 생성하는 입력 바이어스 전압을 판정하는 단계와,
    상기 전류원의 트랜지스터 게이트에 상기 입력 바이어스 전압을 인가하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 입력 바이어스 전압을 판정하는 단계는,
    상기 습윤 센서판 상태와 상기 건조 센서판 상태 둘 다에 대해, 최소 자극 전압으로부터 최대 자극 전압까지의 범위의 자극을 상기 전류원에 인가하는 단계와,
    상기 자극의 범위에 대해 상기 센서판에 걸쳐 습윤 상태 전압 응답 및 건조 상태 전압 응답을 판정하는 단계와,
    상기 습윤 상태 전압 응답과 상기 건조 상태 전압 응답 사이의 차이 응답을 판정하는 단계와,
    상기 차이 응답으로부터 피크 차이 응답을 판정하는 단계와,
    상기 피크 차이 응답을 생성하는 피크 자극 전압의 위치를 탐색하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 자극의 범위를 인가하는 단계는,
    DAC(digital-to-analog convertor)로 0 내지 255 범위의 8비트 숫자를 인가하는 단계와,
    상기 아날로그 전압에 의해 승산된 8비트 숫자와 동일한 상기 DAC로부터의 출력을 제공하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
  22. 제 9 항에 있어서,
    상기 피크 자극을 판정하는 단계는,
    상기 자극의 범위에 대해 상기 습윤 응답의 기간(span)을 판정하는 단계와,
    상기 습윤 응답 기간의 사전 결정된 퍼센트에 해당하는 자극값을 판정하는 단계를 포함하는
    유체 수위 감지 방법.
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