專利名稱：墨量檢測裝置及其檢測方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及打印機，尤其是打印機墨盒墨量的檢測裝置及其檢測方法。
背景技術(shù)：
噴墨打印機工作時會不斷消耗墨水，直至將墨盒內(nèi)的墨水消耗殆盡。如果消費者獲取不到墨盡的提示信息，繼續(xù)打印，不僅造成紙張的浪費，還會使噴墨打印機損壞，影響打印品質(zhì)。為了用戶能及時得到墨水用盡的警示信息，需要設計用于旨在防止墨盒內(nèi)墨量耗盡時噴墨打印機仍然工作的檢測裝置。目前，噴墨打印機的墨量檢測裝置主要有三種1、光感應式檢測裝置，噴墨打印機發(fā)送光束后，通過墨盒上的反射鏡反射，有墨水時，反射鏡被墨水浸泡，噴墨打印機無法接收到反射光，無墨水時，則有反射光被噴墨打印機接收，籍此可判斷墨盒內(nèi)墨水的有無。其 不足是無法判斷具體的墨量；2、電阻檢測裝置，墨盒內(nèi)設有兩個觸點，兩個觸點之間布滿墨水時，墨水作為電阻，噴墨打印機通過檢測兩個觸點之間的電阻值即可判斷墨水余量；3、壓電元件檢測裝置，通過墨盒中墨水量對壓電元件的擠壓力，測得墨腔的剩余墨量。這幾種檢測裝置均需要有導體或反射鏡等伸入墨腔內(nèi)，導體與墨水接觸，容易影響墨水品質(zhì)，且其占有空間體積而減少了墨盒的儲墨量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低的墨量檢測裝置。本發(fā)明的另一目的是提供一種應用上述墨量檢測裝置的墨量檢測方法。本發(fā)明的還一目的是提供一種應用上述墨量檢測裝置的噴墨打印機。為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供的墨量檢測裝置包括設置在墨盒上部兩側(cè)且與墨盒的墨腔連通的振動腔和接收腔，振動腔和接收腔具有相同的截面面積；一發(fā)聲器件，發(fā)聲器件密封連接在振動腔上；一聲電轉(zhuǎn)換器件，聲電轉(zhuǎn)換器件密封連接在接收腔上；控制器，控制器電連接發(fā)聲器件和聲電轉(zhuǎn)換器件，控制器向所述發(fā)聲器件發(fā)出控制信號，和接收聲電轉(zhuǎn)換器件的接收信號，并分析得出墨量信息。根據(jù)聲學原理知識，聲音經(jīng)過一個變截面管時，會發(fā)生聲波的反射和透射，透射系數(shù)與截面面積比以及插管的長度有關。本方案的振動腔、墨腔和接收腔形成一個傳聲管，其中的墨腔相當于一個插管。假設振動腔和接收腔的截面積均為
各，墨腔的截面積為冬(U1 )，墨腔連接在振動腔和接收腔之間的長度為￡),則一頻率為/的聲波經(jīng)過傳聲管時，該聲波透射系數(shù)為《=4 /[4(CosA￡})2 + (S12 +S21)2(smkDf ],其
中，Su :這]J匕2，^21 — ^>1 , k= 2ττ J , J = u/ -i , y為聲波在空氣中傳播的速度， 為
聲波在空氣中傳播的波長。當一固定頻率的聲波通過墨腔時，隨著墨腔中墨量的消耗，墨腔內(nèi)空腔截面積增大，該聲波透射系數(shù)發(fā)生變化，接收腔接收到的聲波聲強與墨腔內(nèi)空腔截面積成一定函數(shù)關系。根據(jù)接收腔接收到的聲波的聲強值可得到墨腔內(nèi)空腔截面積，從而計算得出墨腔內(nèi)剩余墨量。所以，本方案的發(fā)聲器件發(fā)出的一固定頻率的聲波經(jīng)過振動腔傳播進入墨腔，而后通過接收腔被聲電轉(zhuǎn)換器件接收，根據(jù)接收到的聲強值與墨腔內(nèi)空腔截面積的對應關系，可得出墨量。具體的方案是，發(fā)聲器件包括可調(diào)頻率發(fā)生器，可調(diào)頻率發(fā)生器輸入端電連接控制器輸出端；第一揚聲器，第一揚聲器的電信號接線端與可調(diào)頻率發(fā)生器輸出端連接，第一揚聲器的喇叭口密封連接在振動腔入口處。此方案中第一揚聲器實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換的功能，通過可調(diào)頻率發(fā)生器調(diào)節(jié)第一揚聲器發(fā)出一固定頻率的聲波，聲波從振動腔進入墨腔。更具體的方案是，聲電轉(zhuǎn)換器件包括密封連接在接收腔出口處的第二揚聲器；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，第二揚聲器的電信號接線端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接控制器輸入端。此方案的第二揚聲器實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的功能，聲波經(jīng)過傳聲管后被第二揚聲器轉(zhuǎn)化為電信號，電信號再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號被輸送到 控制器。本發(fā)明提供的墨量檢測方法，其檢測步驟包括控制器控制發(fā)聲器件連續(xù)發(fā)出一固定頻率的聲波；當該聲波經(jīng)過振動腔進入墨腔，然后被接受腔接收到時，聲電轉(zhuǎn)換器件將聲波信號轉(zhuǎn)化并發(fā)送至控制器；控制器根據(jù)接收到的聲波的聲強值以及聲波聲強值與墨腔空腔截面積之間的對應關系，可得出墨腔空腔體積，從而計算得出剩余墨量。具體的方案是，發(fā)聲器件包括可調(diào)頻率發(fā)生器，可調(diào)頻率發(fā)生器輸入端電連接控制器輸出端；第一揚聲器，第一揚聲器的電信號接線端與可調(diào)頻率發(fā)生器輸出端連接，第一揚聲器的喇叭口密封連接在振動腔入口處。此方案中第一揚聲器實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換的功能，通過可調(diào)頻率發(fā)生器調(diào)節(jié)第一揚聲器發(fā)出一固定頻率的聲波，聲波從振動腔進入墨腔。更具體的方案是，聲電轉(zhuǎn)換器件包括第二揚聲器，第二揚聲器的喇叭口密封連接在接收腔出口處；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，第二揚聲器的電信號接線端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接控制器輸入端。此方案的第二揚聲器實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的功能，聲波經(jīng)過傳聲管后被第二揚聲器轉(zhuǎn)化為電信號，電信號再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號被輸送到控制器。本發(fā)明提供的噴墨打印機，包括主體，主體內(nèi)安裝墨盒；墨量檢測裝置；墨量檢測裝置包括設置在墨盒上部兩側(cè)且與墨盒的墨腔連通的振動腔和接收腔，振動腔和接收腔具有相同的截面面積；一發(fā)聲器件，發(fā)聲器件密封連接在振動腔上；一聲電轉(zhuǎn)換器件，聲電轉(zhuǎn)換器件密封連接在接收腔上；控制器，控制器電連接發(fā)聲器件和聲電轉(zhuǎn)換器件，控制器向發(fā)聲器件發(fā)出控制信號，和接收聲電轉(zhuǎn)換器件的接收信號，并分析得出墨量信息。使用時，墨量檢測裝置的控制器控制發(fā)聲器件發(fā)出聲波，聲波在振動腔、墨腔和接收腔傳播后被聲電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換為電信號，最后控制器接收到聲波的聲強值，根據(jù)聲強值與墨腔內(nèi)空腔截面積的對應關系，可得出墨量。噴墨打印機上的墨量檢測裝置，能及時提醒用戶，墨水消耗情況。具體的方案是，發(fā)聲器件包括可調(diào)頻率發(fā)生器，可調(diào)頻率發(fā)生器輸入端電連接控制器輸出端；第一揚聲器，第一揚聲器的電信號接線端與可調(diào)頻率發(fā)生器輸出端連接，第一揚聲器的喇叭口密封連接在振動腔入口處。此方案中第一揚聲器實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換的功能，通過可調(diào)頻率發(fā)生器調(diào)節(jié)第一揚聲器發(fā)出一固定頻率的聲波，聲波從振動腔進入墨腔。
更具體的方案是，聲電轉(zhuǎn)換器件包括第二揚聲器，第二揚聲器的喇叭口密封連接在接收腔出口處；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，第二揚聲器的電信號接線端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接控制器輸入端。此方案的第二揚聲器實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的功能，聲波經(jīng)過傳聲管后被第二揚聲器轉(zhuǎn)化為電信號，電信號再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號被輸送到控制器。


圖I是本發(fā)明實施例墨量檢測裝置的結(jié)構(gòu) 圖2是實施例墨量檢測方法的流程框圖。以下結(jié)合附圖及各實施例對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施方式


墨量檢測裝置實施例
參見圖1，圖I是墨量檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。墨量檢測裝置，其主要設置在墨盒上。墨盒的盒體3內(nèi)有Iv墨腔31,墨腔內(nèi)裝有墨水。設直在盒體3的上部并與墨腔31兩端連通的振動腔2和接收腔4，其中，墨腔中墨水的液面永遠低于振動腔和接受腔的底面，且在聲波自振動腔2向接收腔4傳播的方向上，兩腔具有相同的橫截面積。在盒體3的外部一側(cè)設有一個第一揚聲器1，第一揚聲器I的喇叭口與振動腔2密封連通，在盒體的外部另一側(cè)設有一個第二揚聲器5，第二揚聲器5的喇叭口與接收腔4密封連通?？梢姡駝忧?、墨腔31和接收腔4形成一個變截面的傳聲管，且其中間墨腔31相當于傳聲管上的插管，此處，聲波通過墨腔31的傳播，是指的墨腔31內(nèi)除墨水32所占空間以外的腔體。第一揚聲器I發(fā)出的聲波進入振動腔2，經(jīng)過墨腔31傳到接收腔4，最后被第二揚聲器5接收。墨量檢測裝置還包括控制器，與控制器輸出端連接的可調(diào)頻率發(fā)生器，可調(diào)頻率發(fā)生器與第一揚聲器的電信號接線端連接，與第二揚聲器的電信號接線端連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接控制器的輸入端?？梢?，第一揚聲器實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換功能，第二揚聲器實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換功能。通過控制器控制可調(diào)頻率發(fā)生器選擇一個頻率，于是第一揚聲器發(fā)出該頻率的聲波，聲波經(jīng)過振動腔、墨腔和接收腔，最后第二揚聲器接收到該聲波的聲強，聲強被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸送到控制器。由于聲波經(jīng)過傳聲管后，其透射系數(shù)與墨腔和振動腔的截面積比以及墨腔的傳播方向上的長度有關系，而墨腔的傳播方向上的長度為定值，振動腔截面積為定值，所以，透射系數(shù)隨著墨腔的截面積變化而變化?？刂破鞲鶕?jù)聲強值以及聲強值與墨腔截面積地對應關系可計算分析得出墨腔的體積，最后得出剩余墨量。墨量檢測方法實施例
參見圖2，圖2為實施例墨量檢測方法的流程框圖。令圖I所示墨盒的墨腔的長度為D，振動腔和接收腔的截面積均為S1 ,墨腔內(nèi)空腔截面積為^ ( S2 >s,)，控制器發(fā)出的固定的測試頻率為夕?？刂破?，可采用打印機主體控制器或者另外設置的專門檢測墨量的控制器。控制器發(fā)送命令給可調(diào)頻率發(fā)生器，命令可調(diào)頻率發(fā)生器發(fā)出一固定的測試頻率/,第一揚聲器發(fā)出該測試頻車的的聲波。聲波從振動腔進入，并在振動腔、墨腔和接收腔所形成的傳聲管內(nèi)傳播，被第二揚聲器接收。第二揚聲器將聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號后發(fā)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，于是電信號變?yōu)閿?shù)字信號，最后數(shù)字信號被發(fā)送給控制器。頻率為/的聲波在傳聲管中傳播時，會發(fā)生反射和透射，其透射系數(shù)與傳聲管的截面面積比以及插管的長度有關，透射系數(shù)
這 2 =這)J這2，^21 ~ ^2^1，Ar = 2fT Λ = 2mj //，為聲波在空氣中傳播的速度。根據(jù)透射系數(shù)公式，可知，當各、冬和￡)為定值時，￡的大小與灸有關，且 ￡€[4/( + )2,!]。可取 M) = (2 -l)JT/2 ( 為 1、2、3…)，即 ￡)=(2^-1)/1/4 時，
￡ = 4/( + )2。當取固定頻率/的聲波滿足D= (2 - μ/4時，接收腔接收到的聲波的
聲強與傳聲管的截面面積比成一定關系。于是，根據(jù)第二揚聲器接收的聲強信號，可得出截面面積比，即可知道墨腔內(nèi)空腔的截面積，從而可計算得出剩余墨量情況。隨墨腔體積變化，同一頻率聲波通過墨腔后的聲強大小有變化，根據(jù)這種變化關系，可通過物理方程式推導出聲強值與墨量之間的關系。聲強值與墨量之間的關系，也可以通過測試方法得出。測試過程將裝滿墨水的墨盒安裝到噴墨打印機中，打印機進行打印測試，且從墨水為滿狀態(tài)一直打印到墨水耗盡為止；而且，從打印機開始打印時起，控制器控制可調(diào)頻率發(fā)生器連續(xù)發(fā)出一固定的測試頻率I，其中，/滿足β= (2 -ιμ/4,同時，第二揚聲器不斷地將接收的聲強值經(jīng)過轉(zhuǎn)換后發(fā)送到控制器，控制器記錄墨水從滿到空的整個打印過程的聲強值。由于打印測試過程，墨水均勻地消耗，滿的墨水量為已知，所以，可得出所記錄的聲強值與墨量之間的對應關系。在選定了測試頻率/ ,以及得到了聲強值與墨量之間的對應關系后，使用本實施例墨量檢測裝置檢測墨量的方法如下
墨盒安裝在打印機中打印過程中，控制器控制可調(diào)頻率發(fā)生器發(fā)出一固定的測試頻率/，從而第一揚聲器發(fā)出一頻率為/的聲波，聲波從振動腔傳到墨腔，在墨腔中發(fā)生部分反射和透射，然后聲波進入接收腔，被第二揚聲器接收到一聲強值的聲波，第二揚聲器將該聲波信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后變成數(shù)字信號，數(shù)字信號被輸送到控制器?？刂破髯R別聲強值，并將其與聲強值和墨量之間的對應關系比較，得出聲強值所對應的墨量，即得到此時的墨量?？稍诳刂破髦性O置，當墨量值較小時，控制器發(fā)出墨量低信息。本實施例根據(jù)聲波傳聲原理，將墨盒的墨腔設計成一傳聲管，利用聲波透射系數(shù)與傳聲管截面面積比之間的對應關系，測得墨量。本實施例結(jié)構(gòu)簡單，不會接觸墨水，不損耗打印設備，使用可靠。需要強調(diào)的是本發(fā)明實施例墨量檢測裝置可應用在噴墨打印機上，而且上述實施例的墨量檢測方法也適用于設有本實施例墨量檢測裝置的噴墨打印機。而且在設有本實施例墨量檢測裝置的噴墨打印機中，還可以將墨量檢測裝置的控制器與打印機主體進行連接，或者直接與打印機主體設為一體，并且，可以設置打印機輸出顯示檢測到的墨量情況。當然，上述實施例僅是本發(fā)明較佳的實施方案，實際應用時還可以有更多的變化，例如，發(fā)聲器件還可以采用蜂鳴器、聽筒、耳機等其他電子器件，一般電聲轉(zhuǎn)換的器件均可做聲電轉(zhuǎn)換器件使用，所以聲電轉(zhuǎn)換器件還可以采用反置的蜂鳴器、聽筒、耳機等其他電子器件這些改變同樣可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
最后需要強調(diào)的是，本發(fā)明不限于上述實施方式，如測試頻率選取其他測試值，當然，要保證透射系數(shù)與截面面積比S1、&有關，這些變化也應該包括在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.墨量檢測裝置，其特征在于 設置在墨盒上部兩側(cè)且與墨盒的墨腔連通的振動腔和接收腔，所述振動腔和所述接收腔具有相同的截面面積； 一發(fā)聲器件，所述發(fā)聲器件密封連接在所述振動腔上； 一聲電轉(zhuǎn)換器件，所述聲電轉(zhuǎn)換器件密封連接在所述接收腔上； 控制器，所述控制器電連接所述發(fā)聲器件和所述聲電轉(zhuǎn)換器件，所述控制器向所述發(fā)聲器件發(fā)出控制信號，和接收所述聲電轉(zhuǎn)換器件的接收信號，并分析得出墨量信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的墨量檢測裝置，其特征在于 所述發(fā)聲器件包括 可調(diào)頻率發(fā)生器，所述可調(diào)頻率發(fā)生器輸入端電連接所述控制器輸出端； 第一揚聲器，所述第一揚聲器的電信號接線端與所述可調(diào)頻率發(fā)生器輸出端連接，所述第一揚聲器的喇叭口密封連接在所述振動腔入口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的墨量檢測裝置，其特征在于 所述聲電轉(zhuǎn)換器件包括 第二揚聲器，所述第二揚聲器的喇叭口密封連接在所述接收腔出口處； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述第二揚聲器的電信號接線端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接所述控制器輸入端。
4.應用權(quán)利要求I所述的墨量檢測裝置的墨量檢測方法，其檢測步驟包括 所述控制器控制所述發(fā)聲器件連續(xù)發(fā)出一固定頻率的聲波； 當該聲波經(jīng)過振動腔進入墨腔，然后被接受腔接收到時，聲電轉(zhuǎn)換器件將聲波信號轉(zhuǎn)化并發(fā)送至控制器； 所述控制器根據(jù)接收到的聲波的聲強值以及聲波聲強值與墨腔空腔體積之間的對應關系，可得出墨腔空腔體積，從而計算得出剩余墨量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的墨量檢測方法，其特征在于 所述發(fā)聲器件包括 可調(diào)頻率發(fā)生器，所述可調(diào)頻率發(fā)生器輸入端電連接所述控制器輸出端； 第一揚聲器，所述第一揚聲器的電信號接線端與所述可調(diào)頻率發(fā)生器輸出端連接，所述第一揚聲器的喇叭口密封連接在所述振動腔入口處。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的墨量檢測方法，其特征在于 所述聲電轉(zhuǎn)換器件包括 第二揚聲器，所述第二揚聲器的喇叭口密封連接在所述接收腔出口處； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述第二揚聲器的電信號接線端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接所述控制器輸入端。
7.噴墨打印機，包括 主體，所述主體內(nèi)安裝墨盒； 與所述墨盒連接的墨量檢測裝置； 其特征在于 所述墨量檢測裝置包括 設置在墨盒上部兩側(cè)且與墨盒的墨腔連通的振動腔和接收腔，所述振動腔和所述接收腔具有相同的截面面積； 一發(fā)聲器件，所述發(fā)聲器件密封連接在所述振動腔上； 一聲電轉(zhuǎn)換器件，所述聲電轉(zhuǎn)換器件密封連接在所述接收腔上； 控制器，所述控制器電連接所述發(fā)聲器件和所述聲電轉(zhuǎn)換器件，所述控制器向所述發(fā)聲器件發(fā)出控制信號，和接收所述聲電轉(zhuǎn)換器件的接收信號，并分析得出墨量信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述噴墨打印機，其特征在于 所述發(fā)聲器件包括 可調(diào)頻率發(fā)生器，所述可調(diào)頻率發(fā)生器輸入端電連接所述控制器輸出端； 第一揚聲器，所述第一揚聲器的電信號接線端與所述可調(diào)頻率發(fā)生器輸出端連接，所述第一揚聲器的喇叭口密封連接在所述振動腔入口處。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的噴墨打印機，其特征在于 所述聲電轉(zhuǎn)換器件包括 第二揚聲器，所述第二揚聲器的喇叭口密封連接在所述接收腔出口處； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述第二揚聲器的電信號接線端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接所述控制器輸入端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種墨量檢測裝置及其檢測方法，墨量檢測裝置包括設置在墨盒上部兩側(cè)且與墨盒的墨腔連通的振動腔和接收腔，振動腔和接收腔具有相同的截面面積；一發(fā)聲器件，發(fā)聲器件密封連接在振動腔上；一聲電轉(zhuǎn)換器件，聲電轉(zhuǎn)換器件密封連接在接收腔上；控制器，控制器電連接發(fā)聲器件和聲電轉(zhuǎn)換器件，控制器向發(fā)聲器件發(fā)出控制信號，和接收聲電轉(zhuǎn)換器件的接收信號，并分析得出墨量信息。本發(fā)明利用聲波在變截面管中的傳聲特性，將墨腔作為傳聲管的插管，聲波從傳聲管通過，聲波透射系數(shù)與墨腔截面積有關，從而根據(jù)聲波穿過墨腔后的聲強值，可得出墨腔截面積，從而可得出墨量情況。
文檔編號B41J2/175GK102862391SQ2011101865
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者車詒桓 申請人:珠海天威技術(shù)開發(fā)有限公司