可测量物品剩余量的容器的制作方法

专利名称：可测量物品剩余量的容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量容器内的物品剩余量的技术。例如，涉及测量喷墨打印机 的墨盒里的墨水的剩余量的技术。
背景技术：
喷墨打印机正在普及，墨盒用于容纳喷墨打印机使用的墨水的容器，容器 中的物品作为墨水。测量墨盒中墨水剩余量的方法，传统上，从打印头喷射的 墨滴的数量或者所吸收的墨水量由软件计数，以计算墨水的剩余量。但是，这 种由软件计数喷射出的墨滴的数量或墨水量以计算墨水剩余量的方法中存在着 —些打印头喷射的墨滴的重量的差别。这种差别造成的墨水消耗量的误差累计 的情况，造成墨盒中墨水剩余量计算不准确。然而，精确测量墨盒中墨水的剰 余量是必要的。
另外还有使用压电元件的墨盒，如申请号为200480003655.9和 200480001120.8的中国专利就公开了使用压电元件的墨盒。压电元件的制造工 艺复杂，生产成本高，材料特殊难以制造。

发明内容
本发明正是为了解决现有技术中的上述问题而完成的，其目的是提供一种 准确测量墨盒中墨水的剩余量的技术。
为了解决上述任务，本发明采用的技术方案是-
一种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；可变电容， 安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状，施加在 可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改 变可变电容的形状；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共
振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生 共振频率。
一种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；可变电容， 安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在
5可变电容上的力可以改变可变电容的形状；环行天线，用于接收或发送电信号， 该环行天线经由单向导通元件与电容并联的电路与可变电容连接；可变电容和 环行天线和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了偏置电 压下工作，该共振系统产生共振频率。
—种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；可变电容，
安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状，施加在 可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改
变可变电容的形状；共振信号生成电路，与可变电容连接；共振频率检测部， 检测共振系统的共振频率，根据共搌频率确定容器中物品的剩余量；电容设置 部，与可变电容连接，用于在可变电容的两端施加直流偏置电压改变可变电容 的电容；可变电容和共振信号生成电路和容器中的物品组成共振系统，该共振
系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。
一种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；可变电容，
可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电容两端的电压可
以改变可变电容的形状；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组
成共振系统，该共振系统产生共振频率。
一种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；可变电容，
可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电容两端的电压可
以改变可变电容的电容。至少一个电容与电感串联的电路与所述可变电容并联，
这个与电感串联的电容可以是可变电容。
一种可测量物品剩余量的容举，包括容器，用于容纳物品；可变电容， 该可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在该可变电容两端的电 压可以改变该可变电容的电容，该可变电容由至少一个变容二极管和至少一个 电容连接成。
—种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；可变电容， 该可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在该可变电容两端的电 压可以改变该可变电容的电容，该可变电容由至少一条电容与电子元件串联的 电路组成，当施加在该电容与电子元件串联的电路上的电压增加到预定值时， 该电容与电子元件串联的电路中的电子元件导通，使该可变电容的电容变化。
一种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；可变电容， 可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电容两端的电压可
6以改变可变电容的电容；至少两个探头，安装在容器上，连接在被代替的元件 端子之间的电路中，当容器中的物品剰余量比预定量多时，这两个探头与物品 相接触时将会彼此电连通，把电子元件连接到电路中。
—种可测量物品剩余量的容器，包括容器，用于容纳物品；电感，安装 在被代替的元件端子之间的电路中，当该电感连接在被代替的元件端子之间的 电路中时，至少有一个电容与该电感串联，这个与电感串联的电容可以是可变 电容；至少两个探头，安装在容器上，当容器中物品比预定董多时这两个探头 与物品相接蝕时将会彼此电连通把电感连接到被代替的元件端子之间的电路 中，而当容器中的物品剩余量比预定量少时这两个探头彼此断开把电感从被代 替的元件端子之间的电路中断开。


图l(a)是实施例1中可变电容的侧面图；图l(b)是实施例1中可变电容的 平面图；图l(c〉是可变电容的电路符号。图2是电阻与电容串联电路的充电和 放电电路图。图3是墨盒的外观图。图4(a)是实施例1中可变电容安装在墨盒 的侧面的剖面图表示墨水的剩余量比预定量多；.图4(b)是实施例1中可变电容 安装在墨盒的侧面的剖面图表示墨水的剩余量比预定量少；图4(a)和图4(b)简 称图4，图4是指图4(a)或者图4(b〉。图5是实施例1中的示意图。图6是实 施例l中的示惫图。图7是可变电容连接在压电元件端子上的示意图。图8(a) 和图8(b)分别都是实施例2中的示意图。图9(a)是变容二极管的电路符号图； 图9(b)是两个变容二极管的同性极端相连接的串联电路图；图9(c)和图9(d) 和图9(e)分别都是用变容二极管组成可变电容的电路图。图10是用稳压二极管 和电容组成可变电容的电路图。图11是用稳压二极管和电容组成可变电容的电 路图。图12是可变电容与电阻串联电路图。图13(a)和图13(b)分别都是可变 电容与可变电容并联的电路图；图13 (a)和图13 (b)简称图13，图13是指图13(a) 或者图13(b)。图14是可变电容与电感连接电路图。图15(a)是用探头切换电 感的电路图表示墨水液面比预定量多;图15(b)是用探头切换电感的电略图表示 墨水液面比预定童少；图15(a)和图15(b)简称图15，图15是指图15(a)或者 图15(b)。图16是实施例4中的示意图； 图17是实施例4中的示意具体实施例方式
本发明的实施例1-
本发明实施例中用弹性材料制成的可变电容图l(a)是可变电容的侧面图， 图l(b)是可变电容的平面图。图l(c〉是可变电容的电路符号。在图l(a)中，可 变电容的一个极板加的下面是介质31，再下面是另一个极板32。极板30的引 脚是'20，极板32的引脚是21，介质31的厚度为d。极板30和极板32的长度 为a，宽度为b，面积s:ab，如图l(b)所示。
可变电容的电容C:
C = s s / d
式中s为极板的面积，单位为米；d为两极板之间的距离，单位为米；s为 绝缘材料的介电常数，单位为法拉/每米；电容C的单位为法拉。 _
可变电容Cv的介质31是由弹性材料制成，在本实施例中是陶瓷材料或氧 化铝陶瓷材料，当然也可以用其它弹性材料，例如橡皮。可变电容Cv的两个极 板30、 32由电镀在介质两个平面的金属物制成。
如果在可变电容Cv的两个极板30和32之间施加电压V时，由于受两个极 板之间的电场引力的作用，介质31产生厚度压缩变形，厚度d减小，可变电容 Cv的电容C增大；而且，施加在极板30和极板32之间的电压V越大，介质31 的厚度d越缩小，并且可变电容Cv的电容C越增大。当电压V撤销后，介质31 的厚度d恢复原状，可变电容Cv的电容C恢复原值。当然也可以是，在可变电 容C、/的两个极板30和32之间施加电压V时，由于受两个极板之间的电场引力 的作用，介质31被极化造成介电常数s减小，造成可变电容CV的电容C减小； 而且，施加在极板30和极板32之间的电压V越大，介电常数s越减小，可变电 容Cv的电容C越减小。当电压V撤销后，介电常数s恢复原值，可变电容O的 电容C恢复原值。
如果在可变电容CV的两个极板30和32之间施加交流电压AV时，由于受. 两个极板之间的交变电场引力的作用，介质31产生厚度压缩和恢复变形，两极 板产生弯曲，两极板随着交流电压而振动。
可以看出，可变电容Cv的两极板之间的介质31还可以是其它因两极板之间施加的电压变化而改变两极板之间电容的材料。
如果在可变电容Cv的两个极板30和32上施加作用压力F时，介质31产生厚度压缩变形，厚度d减小，可变电容Cv的电容C增大；而且，施加在极板30和极板32上的作用压力F越大，介质31的厚度d越縮小，并且可变电容O的电容C越增大。当作用压力F撤销后，介质31的厚度d恢复原状，可变电容Cv的电容C恢复原值。
可变电容Cv改变了形状，也就改变了两极板的间距，也就改变了电容。
本发明实施例中的墨盒的结构图3是本发明实施例中的墨盒100的外观图。墨盒100的内部储存有作为物品的消耗品的一种墨水。在墨盒100的下部设有供墨口 110，用于给打印机提供墨水。在墨盒100的前面部装有电路板120，电路板120的正面装有触点130，用于与打印机电接触进行通信。另外，也可以通过射频识别(f FID)的非电接触方式与打印机进行通信。在电路板120的反面装有电路B120。在墨盒100的侧面部安装有用于测量墨水剩余量的传感器可变电容Cv。可变电容Cv与电路板120电连接。
图4是可变电容C、/安装在墨盒100的侧面的剖面图，薄膜22是从可变电容O向墨水传导振动的薄膜，极板(即引脚)20、 21分别是可变电容O的两个极板，极板(即引脚)20、 21连接到电路板120上(图3〉。
图4〈a)表示墨水的剩余量比预定量多，从而墨水的液面比可变电容的位置髙的情况。图4(b)表示没有剩余预定量以上的墨水，从而墨水的液面比可变电容O的位置低的情况。
在墨水的液面比可变电容Cv的位置髙时，可变电容O、墨水和墨水上方的较小空间构成振动体；而在墨水的液面比可变电容Cv的位置低时，可变电容Cv、附着在可变电容Cv上的少量墨水和墨水上方的较大空间构成振动体。其结果是，可变电容Cv周围的振动特性根据墨水的剩余量而变化。在本实施例中，利用这种振动特性的变化来进行墨水剩余量的测量。
本实施例的墨水剩余量测量电路如图5所示。可变电容Cv的一端20与共振信号生成电路310的一端XT1连接，还与共振频率检测部330的一端PB1连接，可变电容O的另一端21与共振信号生成电路310的另一端XT2连接，还与共振频率检测部330的PB2连接。控制部320通过一组通信线与共振信号生成电路310连接，用于双方传输控制信号和数据信号。控制部320还通过另一组通信线与共振频率检测部330连接，用于双方传输控制信号和数据信号。
9当需要测量墨水剩余量时，控制部320控制共振信号生成电路310输出n 个周期(例如3个周期)的频率为f'l (例如30KHz)的峰值电压为Vp (例如37V) 的共振触发脉冲Pl。共振触发脉冲Pl使可变电容Cv两极板间距在电场引力作 用下产生厚度压缩和恢复变形，两极板产生凹入和凸出变形振动，这种振动通 过薄膜22，如图4所示，传导到墨水。由于共振系统包括可变电容Cv、可变电 容Cv连接的振荡电路、墨水和墨水上方的空间。所以可变电容CV电路中的共 振频率同可变电容Cv的电容、可变电容Cv连接的振荡电路的元件参数、墨水 液面的位置、墨水上方的空间大小、墨水作用在可变电容O上的压力、墨水的 阻尼程度有关。或者是，可变电容Cv电路中的共振频率同可变电容Cv的电容、 可变电容Cv连接的振荡电路的元件参数、墨水液面的位置、墨水上方的空间大 小、墨水的阻尼程度有关。墨水作用在可变电容Cv的压力使可变电容Cv变形， 影响可变电容Cv的振动幅度，影响可变电容O的电容变化，影响可变电容Cv 的共振频率。墨水的阻尼程度影响可变电容Cv的形状变形和恢复，影响可变电 容Cv的电容变化，影响可变电容Cv的共振频率。与可变电容Cv组成的振荡电 路(未示出)包含在共振信号生成电路310的内部，这个振荡电路可以是RC振 荡电路、LC振荡电路、电容三点式振荡电路、电感三点式振荡电路、由非门组 成的搌荡电路或其它振荡电路。可变电容Cv电路中的共振频率与这个振荡电路 中的元件参数有关，例如是LC振荡电路，共振频率则与电感L有关，并且与电 容C即可变电容Cv的电容有关。这个振荡电路可以维持在可变电容Cv上的共 振。另外，不论与可变电容Cv连接的电路是否是振荡电路，电路中都有分布电 容，都有等效串联电感，这些都会影响可变电容O的共振频率；所以与可变电 容Cv连接的电路是和可变电容Cv在同一个共振系统。控制部320控制共振信 号生成电路310停止输出共振触发脉冲P1。让共搌系统自由振荡，产生共振频 率，并维持一段时间共振系统的共振。同时控制部320控制共振频率检测部330 检测可变电容Cv两端的共振信号的频率。如果共振频率检测部3加检测到的频 率较低(例如30KHz)表示墨水液面比可变电容CV的位置高，如图4(a〉所示， 墨水剩余量比预定量多。如果检测到的共振频率较髙(例如100KHz)，表示墨水 液面比可变电容Cv的位置低，如图4(b)所示，墨水剩余量比预定量少。共振频 率检测部330将检测到的墨水剩余量的信号通过数据线和通过触点130 (图3) 传输到打印机。也可以通过射频识别(RFID)的非电接触方式与打印机进行通 信。共搌信号生成电路310、控制部320、共振频率检测部330可以安装在电路 板120 (图3)的反面B120上；也可以不安装在墨盒l.OO上，而安装在打印机 上》
共振信号生成电路310包括振荡电路和电压(例如37V)生成电路。共振频 率检测部330包括微处理器和非易失性数据存储器。
本实施例也可以按照图6所示的电路图工作。图6是在图5的基础上增加 了电容设置部340和隔直流电容Ci，其它部分的连接和功能都和图5相同。电 容设置部340的两根输出线分别与可变电容Cv的两根引脚连接。电容设置部340 的作用是在控制部320的控制下向可变电容Cv输出预定量的直流偏置电压，把 可变电容Cv设置在预定量的电容。所以，可变电容Cv电路中的共振频率还与 电容设置部340施加在可变电容Cv上的直流偏置电压有关，也就是与可变电容 Cv，的电容有关。电容设置部340由电压(例如37V)产生电路组成。电容Ci的 作用是将电容设置部MO施加在可变电容Cv上的直流电压与共振信号生成电路 310和共振频率检测电路330隔离。电容Ci较大，对共振信号是通路的。电容 设置部340可以安装在墨盒100的电路板120上(图3)，也可以不安装在墨盒 100上，而安装在打印机上。电容设置部340也可以制作在共振信号生成电路 310的内部，这样共振信号生成电路310就包含了电容设置部340的功能，共振 信号生成电路310包括振荡电路和电压(例如37V)生成电路。
本例中可变电容Cv的静电容二220PF,电容Ci=0. luP。
如果用可变电容Cv代替压电元件的话，则将可变电容Cv按照图4所示的 方法安装，将可变电容Cv的两个引脚20、 21分别连接在被代替的压电元件端 子的两个端子IO、 11上，如图7所示；被代替的压电元件端子的两个端子IO、 11通过触点130 (图3)与打印机连接。也可以在可变电容Cv的引脚上串联一 个电阻Rm，如图12所示，本例中电阻Rm-600KQ。
本发明的实施例2:
如图8(a)所示，可变电容Cv的两端分别与环行天线210的两端连接，可变 电容Cv与环行天线210组成振荡电路。另一个环行天线300的两个端头分别与 共搌信号生成电路310的两个端头连接，另一个环行天线300的两个端头还分 别与共振频率检测部330的两个端头连接。环行天线210与另一个环行天线300 尽量靠近，使双方发送与接收的信号最强。控制部320通过一组通信线与共振
ii信号生成电路310连接，用于双方传输控制信号和数据信号。控制部320还通 过另一组通信线与共振频率检测部330连接，用于双方传输控制信号和数据信号。
本实施例检测墨水剩余量的原理与实施例1相同。可变电容O的特性在实 施例1中，"本发明实施例中用弹性材料制成的可变电容"中已说明，可变电容 Cv的安装方法如图4所示。控制部320控制共振信号生成电路310向另一个环 行天线300输出共振触发脉沖，该共振触发脉冲发射到环行天线210上，使可 变电容Cv、环行天线210、墨水和墨水液面上方的空间产生共振。控制部320 控制共振信号生成电路310停止输出共振触发脉冲，让共振系统自由振荡，产 生共振频率，并维持一段时间共搌系统的共振。该共振信号又通过环行天线210 发射到另一个环行天线300上。控制部320控制共振频率检测部330检测另一 个环行天线300上的共振频率。可变电容Cv电路中的共振频率同可变电容O 的电容、环行天线210的电感、墨水液面的位置、墨水上方的空间大小、墨水 作用在可变电容Cv上的压力、墨水的阻尼程度-有关。共振频率检测部330根据 共振频率确定墨水的剩余量，并把墨水剩余量的信息通过信号线传输给打印机。
另一个环行天线300、共振信号生成电路310、控制部320和共振频率检测 部330可以安装在墨盒100的电路板120上(图3)，也可以不安装在墨盒100 上，而安装在打印机上。
本实施例中的可变电容Cv的一端还可以经由一个二极管D2r与电容C21并 联的电路连接到环行天线210的一端；二极管D21的负极接可变电容O;环行 天线210的另一端与可变电容O的另一端连接，如图8(b)所示；电阻R21与可 变电容O并联。
图8(b)的工作原理为，控制部320，图8(a),控制共振信号生成电路310 向另一个环行天线300输出n个周期(例如20个周期)的频率为fl(例如30KHz) 的峰值电压为Vp (例如37V)的共搌触发脉冲Pl。该共振触发脉冲Pl发射到环 行天线210上，图8(b)，经由电容C21可变电容Cv与环行天线210组成振荡电 路；同时共振触发脉冲Pl经二极管D21的整流后在可变电容Cv上产生电压Vp， 电压Vp把可变电容Cv的电容设置在预定值。可变电容Cv电路中的共振频率同 可变电容Cv的电容、环行天线210的电感、墨水液面的位置、墨水上方的空间 大小、墨水作用在可变电容Cv上的压力、墨水的阻尼程度有关。控制部320控 制共振信号生成电路310停止输出共振触发脉冲，让共振系统自由振荡，产生共振频率，并维持一段时间共振系统的共振。由于电容(:21取得较大，对共振
信号相当于通路。共振信号又通过环行天线210发射到另一个环行天线300上， 控制部320控制共振频率检测部330检测另一个环行天线300上的共振频率。 共振频率检测部330根据共振频率确定墨水的剩余量，并把墨水剩余量的信息 传输给打印机。电阻R21用于可变电容Cv的放电。本例中R21=10MaC21O. luF， D21二1N4148。本例中可变电容Cv的静电容220PF。
本实施例中的环行天线210和另一个环行天线300可以分别绕在两个磁性 材料上；也可以绕在同一个磁性材料上，例如，绕在同一根磁棒上，或绕在同 一个磁环上。
本发明的实施例3:
本实施例说明用所述可变电容Cv代替EPSON喷墨打印机使用的压电元件的 墨盒上的压电元件，例如EPSON DX6000喷墨打印机使用的型号为T0711 T0714
的墨盒o
关于原厂打印机检测压电元件的方法与步骤可以参看中国专利公开的申请 号为200480003655. 9的专利说明书。
要代替压电元件，首先要通过原厂打印机对代替元件的充放电时间常数变 化特性的检测；然后，原厂打印机再对代替元件进行共振频率检测判别墨水剩 余量。只要代替元件通过上述两项检测，并且频率在一定范围(例如30KHz)， 原厂打印机就认为墨盒中墨水剩余量比预定量多。
如图7所示，可变电容Cv的一端20连接在被代替的压电元件端子的一端 10，可变电容Cv的另一端21连接在被代替的压电元件端子的另一端11。被代 替的压电元件端子10、11通过安装在墨盒100前面部的触点130与打印机连接， 如图3所示。可变电容Cv的特性在实施例1中，"本发明实施例中用弹性材料 制成的可变电容"中已说明。可变电容Cv的安装图如图4所示。可变电容CV 测量墨水剩余量的方法在实施例.1和实施例2中已说明。
可变电容Cv也可以不与墨水接触，不与墨水共振，即不按图4所示安装。 只要是可变电容Cv的两端施加了电压后其电容值会改变。改变了电容也就改变 了充电和放电时间常数。
也可以用变容二极管(Variable Capacitance Diode)制作成可变电容Cv。 变容二极管内部的"PN结"的结电容随外加反向电压的增加而减小，所以变容
13二极管可作为可变电容用。图9(a)是变容二极管的电路符号。在本实施例中， 是将两个变容二极管的同性极端相连接的串联电路作为一个变容二极管，如图 9(b)所示，变容二极管Cta与变容二极管Ctb的两个负极相连接，这样变容二 极管就没有方向性，施加正向或反向电压都能作为 一个无方向性的变容二极管； 在后面所指的变容二极管(在图9(c)、图9(d)和图9(e〉中)都将是这种连接成 的无方向性的变容二极管。将一个变容二极管Ct与一个电容C并联后作为一个 可变电容Cv,如图9(c)所示。将一个变容二极管C1:与一个电容C1串联的电路 再与一个电容C并联作为一个可变电容CV，如图9(d)所示。将一个变容二极管 Ct与电容C的并联电路再与"另一个变容二极管Ctl与另一个电容Cl的串联电 路"相并联的电路作为一个可变电容C'/，如图9(e)所示。本例中电容O200PF， 电容Ci=300PF,变容二极管Ct和Ctl为BB439。
图9(c)、图9(d)和图9(e〉分别就是一个可变电容O，可以将这些图中的 任一个图的引脚20、 21连接在被代替的压电元件的端子10、 11上，如图7所 示「也可以将这些图中任一 个图所组成的可变电容Cv用于后面将要说明的图12、 图13、图14和图15中安装在可变电容Cv的位置。
也可以用普通电容按图10所示的连接制作成可变电容O的功能。引脚20 接电容C41的一端，电容C41的另一端接引脚21;电容C42的一端与电容C41 的一端连接，电容C42的另一端与电容C43的一端连接，电容C化的另一端接 电容C41的另一端；稳压二极管D41的正极与电容C42的一端连接，稳压二极 管D41的负极与稳压二极管D42的负极连接，稳压二极管D42的正极与电容C42 的另一端连接；电阻R41的一端与电容C42的一端连接，电阻R41的另一端与 电容C42的另一端连接。从图10可以看出，电容C42与电容C43串联；稳压二 极管D41和D42的串联电路与电容C43串联；稳压二极管D41和D42的串联电 路与电容C42并联。
电容C44的一端与电容C41的一端连接，电容C44的另一端与电容C45的 一端连接，电容C45的另一端接电容C41的另一端；稳压二极管D43的正极与 电容C44的一端连接，稳压二极管D43的负极与稳压二极管D44的负极连接， 稳压二极管D44的正极与电容C44的另一端连接电阻R42的一端与电容C44 的一端连接，电阻R42的另一端与电容C44的另一端连接。
设稳压二极管D41和D42的稳压值都为Zl (例如10V)。稳压二极管D41和 D42的负极彼此相连接是为了在D41和D42的串联电路上施加正向或反向电压时稳压值都近似为Zl，即把稳压二极管D41和D42的串联电路作为一个无极性的 稳压二极管稳压值可以近似为Zl。设稳压二极管D43和D44的稳压值都为Z2(例 如15V)。电阻R41和电阻R42用于电容的放电过程。
在引脚20与21之间没施加电压时(或施加5V以下电压时)，电路的总电 容CtH1+C42C43/ (C42+C43) +C44C45/ (C44+C45),设这时的总电容Ct为初始值。 电容C42与电容C43串联电路的总电容Ctl=C42C43/(C42+C43)。
当在引脚20与21之间施加的电压逐渐增高，使电容C42上的电压达到稳 压二极管D41和D42稳压值Zl时，稳压二极管D41和D42导通，电容C42被稳 压二极管D41和D42短路，这时电容C42与电容C43串联电路的总电容Ctl=C43， 即增大了。所以整个电路的总电容Ct也增大了。也可以说，稳压二极管D4丄和 D42导通把电容C43直接连接到引脚20上，使整个电路的总电容Ct增大了。如 果把整个电路(图IO)看作是可变电容C、/的话，则可变电容Cv增大了。
当引脚20与21之间施加的电压继续增髙，使电容C44上的电压达到稳压 二极管D43和D44的稳压值Z2时，稳压二极管D43和D44导通，电容C44被稳 压二极管D43和D44短路，使得总电容Ct增大，使得可变电容Cv增大。
当引脚20与21之间的电压降低，稳压二极管D43和D44截止，总电容Ct 将减小。当引脚20与21之间的电压继续降低，稳压二极管D41和D42将截止， 总电容Ct将恢复初始值。
这个电路(图10)就是一个可变电容Cv，可以将其引脚20、 21分别连接 在被代替的压电元件的端子IO、 ll上,如图7所示。被代替的压电元{牛端子10 和11通过触点130 (图3)与打印机连接。
图10中，电容C41-200PP， C42=200PF， C43=200PF， C44=200PF， C45=200PF， 电阻R41^42^10MQ。稳压二极管D41、 D42、 D43和D44也可以用三极管或场效 应三极管。
还可以用普通电容按图11所示的连接方法制作成可变电容O的功能。图 11的工作原理与图10相同。
在图11中，引脚20接电容C41的一端，电容C41的另一端接引脚21;电 容C42的一端与电容C41的一端连接，.电容C42的另一端与电容C44的一端连 接，电容CM的另一端与电容C413的一端连接，电容C43的另一端接电容C41 的另一端；稳压二极管D4.1的正极与电容C42的一端连接，稳压二极管D41的 负极与稳压二极管D42的负极连接，稳压二极管D42的正极与电容C42的另一端连接；电阻M1的--端与电容C42的一端连接，电阻R41的另一端与电容C42 的另一端连接。从图ll可以看出，电容C42与电容C44与电容C43串联；稳压 二极管D41和D42的串联电路与电容C44串联稳压二极管D41和D42的串联 电路与电容C42并联u稳压二极管D43的正极与电容C44的一端连接，稳压二 极管D43的负极与稳压二极管D44的负极连接，稳压二极管D44的正极与电容 C44的另一端连接；电阻R42的一端与电容C44的一端连接，电阻R42的另一端 与电容C44的另一端连接。
设稳压二极管D41和D42的稳压值都为Z1 (例如10V)。设稳压二极管D43 和D44的稳压值都为Z2 (例如15V)。电阻R41和电阻R42用于电容的放电过程。
当在引脚20与21之间施加的电压逐渐增髙，使电容C42上的电压达到稳 压二极管D41和D42稳压值21时，稳压二极管D41和D42导通，电容C42被稳 压二极管D41和D42短路，这时电容C42和电容C44和电容C43串联电路的电 容由于C42的短路而增大了。所以整个电路的总电容也增大了。也可以说，稳 压二极管D41和D42导通把电容C44直接连接到引脚20上，使整个电路的总电 容增大了。如果把整个电路(图11)看作是可变电容O的话，则可变电容O 增大了。
当引脚20与21之间施加的电压继续增髙，使电容C44上的电压达到稳压 二极管D43和D44的稳压值Z2时，稳压二极管D43和D44导通，电容C44被稳 压二极管D43和D44短路，使得总电容增大，使得可变电容Cv增大。
当引脚20与21之间的电压降低，稳压二极管D43和D44截止，总电容将 减小。当引脚20与21之间的电压继续降低，稳压二极管1)41和D42将截止， 总电容将恢复无电压时值。
这个电路(图11)就是一个可变电容Cv，可以将其引脚20、 21分别连接 在被代替的压电元件的端子IO、 11上，如图7所示。
图10或图11的电路所组成的可变电容CV可以用于后面将要说明的图12、 图13、图14和图15中安装在可变电容Cv和Ob的位置。
图11中，电容C41=200PF， C42=200PF， C43-200PF， C44=200PF，电阻 R41=R42=10MQ。稳压二极管D41、 D42、 D43和D44也可以用三极管或场效应三 极管。
由于可变电容O与压电元件使用的材料不同，可能可变电容O的等效串 联电阻与压电元件不同，所以在可变电容Cv的引脚上串联一个电阻Rm来补偿
16等效串联电阻，如图12所示，本例中电阻Rm-600KQ。如果可变电容Cv与压电 元件的等效串联电阻相同的话，电阻Rm可以不用，如图7所示。
如果可变电容Cv的髙频特性与压电元件不同的话，可以在图7的可变电容 Cv的两端并联一条由另一个可变电容Cvb和电阻Rb的串联电路，如图13(b)所 示。如果己有电阻Rm的情况，可以在图12中在可变电容Cv与电阻Rm的串联 电路的两端并联一条由另一个可变电容Cvb和电阻Rb的串联电路，如图13(a) 所示。另一个可变电容Ob和电阻Rb的串联电路是补偿可变电容Cv的髙频特 性。电阻Rb是补偿另一个可变电容Cvb的等效串联电阻，如果图13(a)或图13(b) 电路中的等效串联电阻与压电元件相同的话，电阻Rb可以不用(即将电阻Rb 短路)，该电阻Rb的阻值较小，可以短路。另一个可变电容Cvb也可以用一个 普通电容代替。可变电容Cv的两端还可以并联多条由可变电容Cvb和电阻Rb 的串联电路。本实施例中，可变电容Cvb=220PF，电阻Rb=400Q。
如果可变电容C，./与压电元件还有差别的话，可以在图13中的另一个可变 电容Ob和电阻Rb的串联电路中再串联一个由电容Cb和电感Lb并联的电路， 如图14所示。电感Lb是补偿总电路中(包括原厂打印机内部)的电感的，使 共振频率在一定的范围，产生墨盒中墨水比预定量多时的频率(例如30KHz)。 电容Cb是在原厂打印机检测压电元件(可变电容O)的充放电时间常数特性时 用于短路电感Lm的。本例中，电感Lm二700uH，电容Cb二33nP。
用切换电路中的电感U的方法也可以测量墨水的剩余量，如图15所示。 由于原厂打印机是用测量电路中共振频率的方法来测量墨水的剩余量的，如果 把电路中的电感Lm断开，则电路中的共振频率将会增高；而把电感Lm连接在 电路中，共振频率将会降低。本例中使用的电感Lm (700mH)使得电路中的共振 频率为30KHz，原厂打印机检测到这个频率认为是墨水比预定量多。切换电感 Lm的方法是，在墨盒IOO的墨水液面比预定量多的髙度安装两个探头，当墨水 液面比预定量多时这两个探头与墨水接触，彼此电连接，把电感Lm连接到电路 中，如图15(a)所示。当墨水剩余量比预定量少时，图15(b)，墨水液面没有与 这两个探头接触，彼此断开，把电感Lm从电路中断开。如果可变电容Cv是使 用一个较小.的可变电容，就可以在电路中使用电感Lm。图15中的可变电容Cv 和0/b也可以使用普通电容。
也可以用探头切换可变电容Cv的方法来测量墨盒中墨水的剩余量。在墨盒 100的墨水液面比预定量多的髙度安装两个探头，当墨水液面比预定量多时这两
17，探头与墨水接触，彼此电连接，把可变电容Cv连接到电路中。当墨水剩余量 比预定量少时，墨水液面没有与这两个探头接触，彼此断开，把可变电容Cv从 电路中断开。可变电容CV可以是图7、图12、图13或图14中的可变电容CV， 即在这些电路图中把可变电容O的一端断开，把这两个探头分别连接到这两个 断开点上。当可变电容Cv被探头连接到电路中时，可以通过原厂打印机对压电 元件(即可变电容Cv)的充放电时间常数变化特性的检测和频率特性检测，打 印机认为墨盒中墨水比预定量多；当可变电容Cv被探头从电路中断开时，不能 通过原厂打印机对压电元件(即可变电容CV)的充放电时间常数变化特性的检 测和频率特性检测，打印机认为墨盒中无墨水或压电元件特性不符合要求(也 可以认为是无墨水)。如果可变电容O的充放电时间常数变化特性和频率特性 制成同压电元件相同，可以不安装电感Lm。
也可以把本实施例说明的图12、图13或图14的电路用子实施例1代替压 电元件。
在图7、图12、图13、图14和图15中，可变电容Cv和可变电容Cvb可以
使用实施例1中"本发明实施例中用弹性材料制成的可变电容"中已说明的可 变电容；也可以使用图9(c)、图9(d)或图9(e〉中任一个图用变容二极管制作成 的可变电容Cv;也可以使用图10或图11中电路所连接成的可变电容Cv。
本发明的实施例4:
如图16所示，本实施例是把实施例1中的测量墨盒100中墨水剩余量的方 法和实施例3中通过原厂打印机检测压电元件充放电特性及频率特性的方法结 合起来代替压电元件。
图16右边部分中的控制部320、电容设置部340、共振信号生成电路310、 共振频率检测部330、电容Ci和可变电容Cv的连接方法和功能都和实施例1相 同，用于检测墨盒100中墨水剩余量的多少。可变电容Cv的安装方式如图4所 示，与墨水组成共振系统。
图16左边部分中的可变电容Cvb、电阻Rb、电容Cb、电感Lb、电阻Rm、 可变电容Cvl的连接方法和功能都和实施例3中相同，是产生压电元件的充放 电特性的。
在图16中，电容Cm与可变电容Cvl串联，NPN三极管Ql的集电极连接在 可变电容Cvl与电容Cm的连接端。三极管Ql的基极经由限流电阻Ri连接到共振频率检测部330的输出端PB3。三极管Ql的发射极接地。
当共振频率检测部330检测到可变电容Cv两端的共振频率是墨水液面比预 定量多时频率时(例如30KHZ),其输出端PB3输出低电平，使三极管Q1截止。 当共振频率检测部330检测到可变电容Cv两端的共振频率是墨水液面比预定量 少时频率时(例如100KHZ)，其输出端PB3输出髙电平，使三极管Q1导通。
当三极管Ql截止时，连接在被代替的压电元件端子10、 11之间的电路， 由电容Cvb、电阻Rb、电容Cb、电感Lb、电阻Rm、可变电容Cvl和电容Cm组 成，可以通过原厂打印机对压电元件(即可变电容)的充放电时间常数特性的 检测，打印机认为墨盒中墨水比预定量多。而当三极管Q1导通时，电容Cm被 三极管Ql短路，连接在被代替的压电元件端子10、 11之间的电路的总电容减 少了，充放电时间常数和频率特性也都改变了，打印机将检测出墨盒无墨水的 结果。
本实施例也可以把实施例2中的测量墨盒100中墨水剩余量的方法和实施 例3中通过原厂打印机检测压电元件充放电特性的方法结合起来代替压电元件。 这样，图16中的右边部分将由图8(a)代替，如图17所示。同样是，三极管Q1 的基极经由限流电阻Ri连接到共振频率检测部330的输出端PB3。在这里环行 天线210和300可以同绕在一根磁棒上。在图17中，可变电容Cv、环行天线 210和300、共振信号生成电路310、控制部320、共振频率检测部330的连接 方式和测量墨水剩余量的方法都在实施例2中说明了。图17中的可变电容CV 和环行天线210组成的电路也可以使用图8(b)所示的电路。
本发明同样适用于激光打印机或复印机上的碳粉盒，检测碳粉盒内碳粉的 剩余量。这样，上面实施例中的墨盒将用碳粉盒代替，墨水将用碳粉代替。本 发明还适用于检测容器^其它物品的剰余量。
当然，本专利的保护范围不限于上面所举的实施例子，所有等同技术的替 换物，分解或合并本专利技术的替换物都包括在本专利权利要求的保护范围之 内。
权利要求
1. 一种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括容器，用于容纳物品；可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。
2. —种可激量物品剰余量的容器，其特征在于，包括 容器，用于容纳物品；可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容 的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；环行天线，用于接收或发送电信号，该环行天线经由单向导通元件与电容 并联的电路与可变电容连接； —其特征在于，可变电容和环行天线和容器中的物品组成共振系统，该共振系统在可变电 容施加了偏置电压下工作，该共搌系统产生共振频率。
3. —种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括 容器，用于容纳物品；可变电容，安装在容器上，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容 的形状，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的电容，作用在可变电 容上的力可以改变可变电容的形状；共振信号生成电路，与可变电容连接；共振频率检测部，检测共振系统的共振频率，根据共振频率确定容器中物 品的剩余量；电容设置部，与可变电容连接，用于在可变电容的两端施加直流偏置电压 改变可变电容的电容；' 其特征在于，可变电容和共振信号生成电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统 在可变电容施加了直流偏置电压下工作，该共振系统产生共振频率。
4. —种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括-容器，用于容纳物品；可变电容，可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电 容两端的电压可以改变可变电容的形状；可变电容和与可变电容连接的电路和 容器中的物品组成共振系统，该共振系统产生共振频率,」
5. —种可测量物品剩余量的容器，其特征在亍，包括-容器，用于容纳物品；可变电容，可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电 容两端的电压可以改变可变电容的电容。
6. 如权利要求5所述的可测量物品剩余量的容器，其特征在亍，至少一 个电容与电感串联的电路与所述可变电容并联，这个与电感串联的电容可以是 可变电容。
7. —种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括 容器，用亍容纳物品；可变电容，该可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在该可 变电容两端的电压可以改变该可变电容的电容，该可变电容由至少 一个变容二 极管和至少一个电容连接成。
8. —种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括 容器，用于容纳物品；可变电容，该可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在该可 变电容两端的电压可以改变该可变电容的电容，该可变电容由至少一条电容与 电子元件串联的电路组成，当施加在该电容与电子元件串联的电路上的电压增 加到预定值时，该电容与电子元件串联的电路中的电子元件导通，使该可变电 容的电容变化。
9. —种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括-容器，用于容纳物品；可变电容，可变电容的至少一端与被代替的元件端子连接，施加在可变电 容两端的电压可以改变可变电容的电容；至少两个探头，安装在容器上，连接在被代替的元件端子之间的电路中， 当容器中的物品剩余量比预定量多时，这两个探头与物品相接触时将会彼此电 连通，把电子元件连接到电路中。
10. —种可测量物品剩余量的容器，其特征在于，包括-容器；用于容纳物品；电感，安装在被代替的元件端子之间的电路中，当该电感连接在被代替的元件端子之间的电路中时，至少有一个电容与该电感串联，这个与电感串联的电容可以是可变电容；至少两个探头，安装在容器上，当容器中物品比预定量多时这两个探头与物品相接触时将会彼此电连通把电感连接到被代替的元件端子之间的电路中，而当容器中的物品剩余量比预定量少时这两个探头彼此断开把电感从被代替的无件端子之间的电路中断开。
全文摘要
一种可测量物品剩余量的容器，包括可变电容，施加在可变电容两端的电压可以改变可变电容的形状并且可以改变可变电容的电容，作用在可变电容上的力可以改变可变电容的形状；环行天线，经由二极管与电容并联的电路与可变电容连接；可变电容和与可变电容连接的电路和容器中的物品组成共振系统，该共振系统产生共振频率，根据共振频率确定容器中物品的剩余量。本发明可以代替压电元件(压电传感器)；可以用在喷墨打印机的墨盒上测量墨盒内墨水的剩余量(残余量)，还可以用在激光打印机或复印机的碳粉盒上测量粉盒内碳粉的剩余量。
文档编号G01F23/22GK101508204SQ200810189780
公开日2009年8月19日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者吴学谦 申请人:吴学谦