液体消耗检测装置和液体喷射系统.pdf

本发明实施例公开了一种液体消耗检测装置以及相应的液体喷射系统和液体储存装置。液体消耗检测装置中包括一电磁振子，被检测的液体储存装置的柔性底面放置在振子的托板上，开始检测时向液体消耗检测装置的线圈输入驱动信号，并在停止输入驱动信号后，检测线圈输出的电动势的变化情况，根据输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。本发明液体消耗检测装置结构简单，构思巧妙，能减少生产该类检测装置的复杂性，从而降低生产成本。

权利要求书
1.  一种液体消耗检测装置(10)，其特征在于，包括：
托板(101)，用于承托被检测的液体储存装置的柔性底面(302B)；
底座(105)，与所述托板(101)相对设置；
磁铁(103)，设置于所述托板(101)和底座(105)之间，固定在所述托板(101)上，或者，固定在所述底座(105)上；
线圈(104)，套在所述磁铁(103)外，若所述磁铁(103)固定在所述托板(101)上，则所述线圈(104)固定在所述底座(105)上，若所述磁铁(103)固定在所述底座(105)上，则所述线圈(104)固定在所述托板(101)上；
弹簧(102)，套在所述线圈(104)外，一端与所述托板(101)相连，另一端与所述底座(105)相连；
检测模块(106)，与所述线圈(104)的两端相连，用于在开始检测时向所述线圈(104)输入驱动信号，并在停止输入驱动信号后，检测所述线圈(104)输出的电动势的变化情况，根据所述输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断，所述驱动信号用于驱动振子上下往复振动，所述振子由所述托板(101)与固定在其上的磁铁(103)或线圈(104)组成。

2.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测模块(106)包括：
信号输入单元(1061)，与所述线圈(104)的两端相连，用于在开始检测时向所述线圈(104)输入驱动信号；
检测单元(1062)，用于在所述信号输入单元(1061)停止输入驱动信号后，采用接触或非接触的方式检测所述线圈(104)输出的电动势的变化情况，根据所述输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。

3.  根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述检测模块(106)还包括：开关控制单元(1063)，与所述线圈(104)的两端相连，用于控制所述信号输入单元(1061)与所述检测单元(1062)之一与所述线圈(104)通信。

4.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述检测模块(106)用于在开始检测时向所述线圈(104)输入驱动信号，具体为，用于周期性的向所述线圈(104)输入驱动信号。

5.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述驱动信号包括仅大小作周期性变化的信号，或仅方向作周期性变化的信号，或大小和方向均作周期性变化的信号。

6.  根据权利要求1-5任意一项所述的装置，其特征在于，所述检测模块(106)用于根据输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断，具体是：
所述检测模块(106)用于将所述线圈(104)输出的电动势与预置的参考电压进行比较，确定高于所述参考电压的脉冲个数，根据所述脉冲个数对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。

7.  根据权利要求1-5任意一项所述的装置，其特征在于，所述检测模块(106)用于根据输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断，具体是：
所述检测模块(106)用于将所述线圈(104)输出的电动势进行频率-电压转换，根据转换后输出的有电压值的信号的时间长短对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。

8.  根据权利要求1-5任意一项所述的装置，其特征在于，所述检测模块(106)用于根据输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断，具体是：
所述检测模块(106)用于将所述线圈(104)输出的电动势经全桥整流后变为直流信号，根据整流后直流信号的持续时间长短对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。

9.  一种液体喷射系统，其特征在于，包括：液体储存装置(30)和液体消耗检测装置(10)；
所述液体储存装置(30)包括，
储液腔(301)，用于储存液体，
检测腔(302)，位于所述储液腔(301)下部，与所述储液腔(301)连通，所述检测腔(302)具有柔性底面(302B)，
出液口(303)，与所述检测腔(302)连通，用于作为液体的流出口；
所述液体消耗检测装置(10)具有权利要求1-8任意一项所述的结构。

10.  一种液体储存装置(30)，其特征在于，包括：
储液腔(301)，用于储存液体；
检测腔(302)，位于所述储液腔(301)下部，与所述储液腔(301)连通，所述检测腔(302)具有柔性底面(302B)；
出液口(303)，与所述检测腔(302)连通，用于作为液体的流出口。

11.  根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述检测腔(302)通过单向阀(302A)与所述储液腔(301)连通，所述单向阀(302A)的导通方向是从所述储液腔(301)流向所述检测腔(302)的方向。

12.  根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于：所述检测腔(302)的柔性底面(302B)采用橡胶或聚乙烯材料制成。

说明书液体消耗检测装置和液体喷射系统
技术领域
本发明涉及液体余量检测技术领域，具体涉及一种液体消耗检测装置以及相应的液体喷射系统和液体储存装置。
背景技术
目前，液体喷射系统，例如以喷墨方式进行输出的打印机、传真机和复印机等，作为使用广泛的一种外部输出设备，已经具有相当高的普及程度，成为了众多电脑用户的必备外设。譬如喷墨打印机，以其经济、打印效果好的优势占领了成像输出的大部分市场。但由于液体喷射系统的使用易受消耗品(例如墨水等)容量等的限制，用户在使用过程中不得不经常更换消耗品储存容器，因此如何有效测试消耗品用量，使得消耗品能够被有效利用以达到节省的目的，成为亟待解决的重要问题。
现以喷墨打印机为例，介绍现有的检测喷墨打印机中墨盒内墨水消耗量的三种方法：
其一是在墨盒上安装液面检测用的电极来检测墨水液位。对于利用电极来即时检测墨水消耗量的方法，由于能够检测实际的墨水量，因此能够比较可靠的获知墨水在墨盒中的存在情况。然而，由于墨水液位的检测依赖于墨水的导电性，因此可使用的墨水种类受到限制，而且电极的密封结构也较为复杂，常需要使用具有良好传导性和耐腐蚀性的贵重金属作为电极材料，因此提高了墨盒的制造成本，也增加了墨盒的制造步骤。
其二是利用光学方式检测墨水。对于利用光学方式检测墨水的方法，又可细分为遮光检测和棱镜检测两种。此类检测方式要求制造墨盒的材料透光性好，因而成本较高，在实际使用中也较容易产生差错。
其三是在墨盒底部或侧壁安装压电元件或压电传感器利用声阻抗的变化来检测墨水的液面变化。对于利用压电元件或压电传感器来检测墨盒中墨水消耗量的方法，由于压电元件或压电传感器的制造工艺比较复杂，因而成本较高，且批量生产时压电元件参数的一致性较差，对检测结果的稳定性会产生不良影响。同时，由于压电元件或压电式传感器是微电元件或微电传感器，厚度一般较小，容易损坏，因此，需要寻找新的、性价比更高的墨水消耗检测方式。
发明内容
本发明提供一种新型的液体消耗检测装置以及相应的液体喷射系统和液体储存装置。
一种液体消耗检测装置，包括：托板，用于承托被检测的液体储存装置的柔性底面；底座，与所述托板相对设置；磁铁，设置于所述托板和底座之间，固定在所述托板上，或者，固定在所述底座上；线圈，套在所述磁铁外，若所述磁铁固定在所述托板上，则所述线圈固定在所述底座上，若所述磁铁固定在所述底座上，则所述线圈固定在所述托板上；弹簧，套在所述线圈外，一端与所述托板相连，另一端与所述底座相连；检测模块，与所述线圈的两端相连，用于在开始检测时向所述线圈输入驱动信号，并在停止输入驱动信号后，检测所述线圈输出的电动势的变化情况，根据所述输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断，所述驱动信号用于驱动振子上下往复振动，所述振子由所述托板与固定在其上的磁铁或线圈组成。
以及一种液体喷射系统，包括：液体储存装置和液体消耗检测装置；所述液体消耗检测装置具有上面所描述的结构；所述液体储存装置包括，储液腔，用于储存液体，检测腔，位于所述储液腔下部，与所述储液腔连通，所述检测腔具有柔性底面，出液口，与所述检测腔连通，用于作为液体的流出口。
以及一种液体储存装置，包括：储液腔，用于储存液体；检测腔，位于所述储液腔下部，与所述储液腔连通，所述检测腔具有柔性底面；出液口，与所述检测腔连通，用于作为液体的流出口。
本发明实施例的液体消耗检测装置构思巧妙，使得与之配合的液体储存装置构造简单，能减少生产该类检测装置和储存装置的复杂性，从而降低生产成本。同时检测装置又能很好的替代压电元件的工作特性，可使使用该技术的液体喷射系统(例如打印机)正确判断液体储存装置(例如墨盒)中的液体余量是否充足。
附图说明
图1为本发明实施例一液体消耗检测装置结构示意图；
图2为本发明实施例一中检测模块的一种逻辑结构示意图；
图3为本发明实施例一中检测模块的另一种逻辑结构示意图；
图4为本发明实施例一中振子无负载时的时间—振幅图；
图5为本发明实施例一中振子满负载时的时间—振幅图；
图6为本发明实施例一中振子轻负载时的时间—振幅图；
图7为本发明实施例二中液体储存装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了液体消耗检测装置以及相应的液体喷射系统和液体储存装置，以下进行详细说明。
实施例一、一种液体消耗检测装置10，如图1所示，包括托板101、弹簧102、磁铁103、线圈104、底座105和检测模块106。
托板101，用于承托被检测的液体储存装置的柔性底面302B。实际使用时，可将液体储存装置放置在托板上方使得其柔性底面302B与托板101相接触。
底座105，与托板101相对设置。
磁铁103，设置于托板101和底座105之间，可以固定在托板101上，或者，也可以固定在底座105上。
线圈104，套在磁铁103外，与磁铁103分别固定在不同的位置，若磁铁103固定在托板101上，则线圈104固定在底座105上，若磁铁103固定在底座105上，则线圈104固定在托板101上。这样，托板101与固定在其上的磁铁103或线圈104就组成了一个振子(图1中示出的是线圈104固定在托板101上的情形，其余情形可类推)。
弹簧102，套在线圈104外，一端与托板101相连，另一端与底座105相连。弹簧102使得振子既有振动的余地，同时也可以保持磁铁103与线圈104的位置相对稳定，不致于偏离太远。
检测模块106，与线圈104的两端相连，用于在开始检测时向线圈104输入驱动信号，并在停止输入驱动信号后，检测线圈104输出的电动势的变化情况，根据线圈104输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断，检测模块106输入线圈的驱动信号用于驱动振子上下往复振动。
本实施例中，检测模块106可以周期性的发起检测，即，周期性的向线圈104输入驱动信号，在输入一段时间后(例如振子产生比较稳定的振动后，或振子比较稳定的振动一段时间后)停止输入驱动信号并检测线圈104的输出电动势。当然，检测模块106也可以根据其他信号的控制，被动的发起检测，例如根据用户的检测指令(例如通过按下某个按钮触发的指令)来发起检测，具体开始检测的方式不构成对本实施例的限定。
检测模块106主要具备两方面的功能，一是在开始检测时向线圈104输入能够使振子产生上下往复振动的驱动信号，一是在停止输入驱动信号后检测线圈104输出电动势的变化。因此，在实际设备中，可将这两方面的功能分别采用独立的逻辑模块来完成，参见图2，本实施例检测模块106可采用包括信号输入单元1061和检测单元1062的具体结构，其中：
信号输入单元1061，与线圈104的两端相连，用于在开始检测时向线圈104输入驱动信号。由于驱动信号的作用在于驱动振子上下往复振动，因此可以采用各种不同的具体电流形式，例如采用仅大小作周期性变化的信号，由信号大小变化使振子受到的力发生变化，在振子重力与弹簧的协同作用下使振子产生往复振动，该类信号的前提是信号始终保持同一个方向(正向或负向)，而仅大小作周期性变化，具体可以是正向或负向部分的正弦波、方波和三角波信号等；又例如采用仅方向作周期性变化的信号，由信号方向变化使振子受力方向发生变化，从而产生往复振动，具体可以是周期性变向的方波信号或脉冲信号等；再例如采用大小和方向均作周期性变化的信号，使振子的受力大小和方向均发生变化，从而产生往复振动，具体可以是正弦交流电信号等。进一步，为了能更好的驱动振子稳定振动，驱动信号的变化频率可以与振子的自振频率接近或一致，以便于振子能够产生共振。信号输入单元可以从外部的或所在设备中的供电系统内获取电源输入，然后(在需要的情况下)按照振子共振所需的频率进行频率转换。例如，某种液体喷射系统——喷墨打印机，通过调整自身的频率发生器和功率放大器后产生和振子的自振频率接近或一致的频率信号输出给线圈104，振子的自振频率可具体根据振子的铸造用材料、振子大小及质量等确定，本实施例不予赘述。
检测单元1062，用于在信号输入单元1061停止输入驱动信号后，采用接触或非接触的方式检测线圈104输出的电动势的变化情况，根据输出的电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。由于检测单元1062只需要检测线圈104输出的电动势的变化情况即可，因此，既可以采用接触的方式，即连接线圈104的两端直接检测输出电动势，也可以采用非接触的方式，通过无线接收元件感应获得线圈104输出的电动势的变化(因此图2中以虚线箭头示出)，具体检测方式不构成对本实施例的限定。此外，为更加准确的判断输出电动势的变化情况，检测单元1062中可设置放大器，对线圈104输出的感应电动势进行放大以后，再对其变化情况进行判断，当然，也可以将放大器设置在检测单元1062外，将电动势放大后再提供给检测单元1062。
如前所述，信号输入单元1061可以周期性的开始、停止输入驱动信号，或基于触发信号开始、停止输入驱动信号，相应的，检测单元1062也可以周期性的执行检测，或基于触发信号执行检测，对运行时机的控制可通过这两个单元中设置的开关逻辑部分来实现。当然，也可以采用一个独立的开关控制单元来控制信号输入单元1061和检测单元1062的运行，参见图3，本实施例检测模块106还可采用进一步包括开关控制单元1063的结构，其中：
开关控制单元1063，与线圈104的两端相连，用于控制信号输入单元1061与检测单元1062之一与线圈104通信。图3中，信号输入单元1061与开关控制单元1063相连，在其控制下，开始、停止向线圈104输入驱动信号，检测单元1062以接触或非接触的方式检测受开关控制单元1063控制的线圈104的输出。在当前控制结构下，开始检测的控制逻辑(例如，周期性执行检测的控制逻辑或基于触发信号执行检测的控制逻辑等)由开关控制单元1063来完成。
下面对检测模块106的检测逻辑(在图2、3所示结构下，即为检测单元1062所完成的检测逻辑)进行说明。
如果没有外力作用在振子上，即液体消耗检测装置10的托板101上未承托物体，当线圈104被供以驱动信号(例如25Hz的正弦信号，假定该频率为振子的自振频率)时，振子在交变电场与磁铁磁力的作用下产生共振，开始进行上下往复振动，此时振子的共振振幅波形如图4所示。
如果液体消耗检测装置10的托板101上承托有硬度较大的物体(例如充满较多液体的液体储存装置的柔性底面，由于液体充足，导致柔性底面硬度变大)，当线圈104被施加正弦信号一定时间后停止供电时，由于硬物压迫振子，对振子的阻力较大，使得振子处于强阻尼振动状态，由于是强阻尼运动，振子振动很快停止，进而线圈104产生的电动势也很快衰减停止，振幅波形如图5所示。
如果液体消耗检测装置10的托板101上承托的物体较为柔软(例如只有少量液体的液体储存装置的柔性底面，或者没有液体的液体储存装置的柔性底面，由于液体较少或没有液体，导致柔性底面变得柔软)，当线圈104被施加正弦信号一定时间后停止供电时，由于软物对振子的压迫较小，使得振子处于弱阻尼振动状态，振子的往复振动要经过比较长的时间才会停止，进而线圈104产生的电动势也会经过比较长的时间才消失，振幅波形如图6所示。
由上分析可以看出，基于托板101上承托的液体储存装置的柔性底面的不同硬度(即液体储存装置中所具有液体的不同量)使得检测模块106能够检测到线圈104输出电动势的相应的变化情况，因此检测模块106能够根据输出电动势的变化情况对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断，只要是基于上述原理进行的判断设计均应属于本发明的保护范围，具体判断逻辑不构成对本实施例的限定，下面给出几种可选的判断方式：
一、检测模块106将线圈104输出的电动势与预置的参考电压进行比较，确定高于参考电压的脉冲个数，并根据高于参考电压的脉冲个数对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。检测模块106可使用比较器(例如设置在检测单元1062中的比较器)来进行输出电动势与预置的参考电压(例如1V)的比较，检测出高于预置的参考电压的脉冲个数，显然液体较多时的高于预置的参考电压的脉冲个数明显要小于液体少或无液体时的高于预置的参考电压的脉冲个数。
二、检测模块106将线圈104两端输出的电动势进行频率—电压转换，根据转换后输出的有电压值的信号的时间长短对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。检测模块106可使用具有如下特点的频率—电压转换器，该转换器的频率与幅值有关，且频率越高转换成的电压值也越大，输入频率持续的时间越长，转换的电压持续时间也越长。因此可根据有液体时产生的感应电动势的频率持续时间明显要小于无液体时产生的感应电动势的频率持续时间的特点，根据输出的有电压值的信号的时间长短来判断液体的有无。
三、检测模块106将线圈104两端输出的电动势经全桥整流后变为直流信号，根据整流后直流信号的持续时间长短对被检测的液体储存装置中的液体消耗情况进行判断。检测模块106可以将线圈输出信号放大后，经过由四个二极管组成的全桥整流后变成直流信号，检测直流信号的持续时间长短来判断液体的有无，显然，有液体时直流信号的持续时间明显要小于无液体时直流信号的持续时间。
显然，基于前述对检测逻辑的原理分析可知，还可以设计出其他各种不同的具体检测方式，均应属于本实施例的保护范围。本领域普通技术人员可以理解的是，本实施例中涉及的开始检测的控制逻辑以及检测逻辑中的全部或部分步骤既可以由逻辑器件来完成，也可以通过程序指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，例如，只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘或光盘等。
实施例二、一种液体喷射系统，包括实施例一中所描述的液体消耗检测装置10和相匹配的液体储存装置30。液体储存装置30的结构参见图7，包括：
储液腔301，用于储存液体。
检测腔302，位于储液腔301下部，与储液腔301连通，检测腔302具有柔性底面302B。储液腔301中的液体会通过连通处流入位于下部的检测腔302中，显然，根据检测腔302中液体的充足程度，柔性底面302B会表现出不同的硬度。
出液口303，与检测腔302连通，用于作为液体的流出口。可以从出液口中获得液体以供液体喷射系统的其他部件使用，例如，对于打印机而言，可以从出液口将墨水抽取出来，由喷墨头将墨水喷射到纸面上。
优选的，可以在储液腔301与检测腔302的连通处设置单向阀302A，使得检测腔302通过单向阀302A与储液腔301连通，单向阀302A的导通方向是从储液腔301流向检测腔302的方向，这可以在实现检测的同时更好的保证位于储液腔301中液体不受影响。
此外，优选的，检测腔302的柔性底面302B可采用橡胶或聚乙烯等材料制成。
将上述液体储存装置30与实施例一中的液体消耗检测装置10相配合，即，将液体储存装置30的柔性底面302B放置在液体消耗检测装置10的托板101上，即可方便的对液体储存装置30中的液体消耗程度进行检测。
本实施例中的液体储存装置具体可以是墨盒，这种情况下，所储存的液体为墨水，所涉及的液体喷射系统为喷墨式打印机。显然，墨盒作为打印耗材既可以与打印机一并销售，也可以作为独立的产品单独制造和销售，本实施例中与液体消耗检测装置10对应的液体储存装置30同样可作为独立的装置，只是在使用的时候需要与相应的液体消耗检测装置10配合。
以上对本发明实施例所提供的液体消耗检测装置以及相应的液体喷射系统和液体储存装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。