【中關(guān)村在線原創(chuàng)】所有開車的人都知道儀表板上有流量表，所以可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測剩余流量。

汽車的郵箱容積最小也有幾十升，所以在里面放上傳感器不算多復(fù)雜的技術(shù)。但是打印機(jī)就不一樣了，打印機(jī)的墨盒很小，怎么才能在小墨盒里面知道還剩下多少墨水呢？不同的企業(yè)給出了不同的辦法，商場即戰(zhàn)場，保護(hù)墨盒就是保護(hù)企業(yè)的核心利益，但這背后是高科技。

打印機(jī)怎么知道墨水沒有了？靠的是精妙的設(shè)計(jì)和高科技

越小越難實(shí)現(xiàn)

想象一下：您在高速公路上開車，但是發(fā)現(xiàn)居然沒有油量表，隨時(shí)可能沒油，或是憑借經(jīng)驗(yàn)來估算需要加油。這顯然比較盲目，但是在噴墨打印機(jī)誕生之后的很長一段時(shí)間里，工作的模式其實(shí)差不多是這個(gè)樣子，用戶不知道墨盒還剩下多少墨水。

早期的打印機(jī)是不知道還有多少墨水剩余的

作為打印機(jī)企業(yè)，當(dāng)時(shí)的佳能、惠普、IBM（后來的利盟）盡管可能考慮了這個(gè)問題，但是問題比較棘手，相關(guān)的專利普遍都是 1990 年代的，而噴墨打印機(jī)是 1980 年代就開始銷售的產(chǎn)品，這兩者之間時(shí)間間隔很長。而愛普生的微壓電技術(shù)推出時(shí)已經(jīng)是 1990 年之后的事情了。

汽車油箱可以用較大的零件來實(shí)現(xiàn)油量感知，但是打印機(jī)墨盒太小了

為什么棘手？因?yàn)槠囉拖浯螅粋€(gè)浮子和不復(fù)雜的可變電阻就解決了剩余油量計(jì)算的問題，但是打印機(jī)的墨盒小，這些東西裝不進(jìn)去，只能想別的辦法。開始的時(shí)候想出的辦法和汽車差不多，也是通過電極測量電阻，當(dāng)墨水減少之后，電阻會(huì)變化。但是這樣就有了條件即墨水必須要導(dǎo)電才行，而墨水的水是純水并不導(dǎo)電，需要導(dǎo)電的染料，這就限制了墨水的種類，而且會(huì)導(dǎo)致墨盒復(fù)雜化成本過高。

打印機(jī)墨盒不透明的多

并且打印機(jī)的墨水大多數(shù)是染料墨水，所以盡量都是不透明的墨盒。怎么才能在密閉的小盒子里獲得里面還剩下多少墨水的信息呢？本文就是通過解析惠普、佳能、愛普生的專利來向大家解釋打印機(jī)是怎么知道還有多少墨水的。

惠普與墨滴計(jì)數(shù)

在 1995 年，中國惠普向中國專利局申請了專利，名字叫做 " 用于噴墨打印系統(tǒng)的具有油墨保有量檢測電路的油墨容器及確定油墨保有量的方法 "，中國專利號(hào) CN 1151362 C。

墨盒內(nèi)的吸水材料有防止墨水因?yàn)橹亓μ食龅淖饔?/p>

這里要先明確的是幾個(gè)問題。首先墨盒里面為何有很多聚合物 " 棉花 " 一樣的東西？因?yàn)槟惺窍蛳碌?，液體的特性就是要向下流動(dòng)，墨盒首先要保障不會(huì)自己就往下流淌。要知道最早的噴墨打印產(chǎn)品都是水平發(fā)射的。所以實(shí)現(xiàn)的辦法就是要利用好表面張力，或是負(fù)壓。

左側(cè)的就是噴嘴，用加熱沸騰的辦法來噴出墨水

惠普專利的核心在于墨滴計(jì)數(shù)。我們知道熱發(fā)泡打印技術(shù)，原理是噴嘴附近有個(gè)電阻，這個(gè)電阻加熱導(dǎo)致墨水沸騰、噴出墨水?？梢酝ㄟ^輸送給打印頭多少加熱墨水的信號(hào)，來估算噴射出去墨水的數(shù)量，這是統(tǒng)計(jì)方法之一。

連接打印頭的芯片來進(jìn)行余量計(jì)數(shù)

惠普的核心是計(jì)算墨滴數(shù)量來獲得消耗信息

當(dāng)然這種辦法不夠準(zhǔn)確，因?yàn)榉序v噴射出去的墨滴大小一致性一般，所以容易產(chǎn)生累計(jì)的誤差導(dǎo)致算不準(zhǔn)。所以，惠普將這個(gè)稱之為近似計(jì)數(shù)，這是一個(gè) 8 位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，可以表示 2 的 8 次冪，也就是 256 位。

惠普會(huì)通過精確的統(tǒng)計(jì)來裝入比預(yù)計(jì)的量多一點(diǎn)的墨水

在墨盒生產(chǎn)之前，惠普會(huì)進(jìn)行測試，根據(jù)注入的墨水量和噴射的墨滴數(shù)來獲得一個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)稱之為精確計(jì)數(shù)。墨盒上的芯片寫有這個(gè)數(shù)據(jù)，也就是每次 256 位計(jì)數(shù)寫滿的時(shí)候，會(huì)觸發(fā)一次精確計(jì)數(shù)，這個(gè)數(shù)字是墨盒墨水量的 12.5%，也就是八分之一，然后這個(gè) 8 位二進(jìn)制數(shù)再重新開始計(jì)算，這樣 8 次過后就把一個(gè)墨盒消耗完成。在墨盒內(nèi)部也有傳感器，來檢測墨水剩余的情況。這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)返回給計(jì)算機(jī)，這樣計(jì)算機(jī)就知道消耗了多少墨水，驅(qū)動(dòng)程序就能顯示墨水的剩余狀態(tài)。

佳能的紅光

佳能的打印機(jī)，在有打印頭的墨盒上采用的墨水統(tǒng)計(jì)算法和惠普應(yīng)該是一致的，這與佳能、惠普多年來的合作不無關(guān)系，雙方在打印領(lǐng)域的專利有多種授權(quán)方式。不過佳能的一些高端墨盒、打印頭獨(dú)立的產(chǎn)品上，可以看到在墨盒安放位置有紅光。

佳能 PRO-100 打印機(jī)的紅光

每個(gè)墨盒底部都有一個(gè)三角棱鏡

這種技術(shù)是通過墨盒底部的棱鏡以及 LED 來進(jìn)行液面檢測，佳能在 1998 年于美國注冊了這個(gè)專利，專利號(hào)為 US 6361136 B1。這種技術(shù)是用來檢測當(dāng)墨水即將耗盡的時(shí)候進(jìn)行墨水余量的感知。而耗盡前的感知還是同過墨滴計(jì)數(shù)一類的辦法來實(shí)現(xiàn)的。

佳能設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案，產(chǎn)品上用的左邊棱鏡的

墨盒底部小棱鏡放大的結(jié)構(gòu)示意圖

在專利中，佳能設(shè)計(jì)了多種墨水感知的方案。而在實(shí)際的產(chǎn)品上，我們看到佳能應(yīng)用的是三角形的小棱鏡。這個(gè)裝置的細(xì)節(jié)如圖，剖面上可以看到一側(cè)的發(fā)光裝置以及另外一側(cè)的接收器。

棱鏡檢測的原理：有沒有墨水反射回來的光不一樣，接收器可知

當(dāng)墨盒中墨水沒有的時(shí)候，這個(gè)小三角棱鏡與液體之間，會(huì)形成一個(gè)類似全反射棱鏡的現(xiàn)象，這樣另外一側(cè)接收器接收到的信號(hào)強(qiáng)度很高。而當(dāng)墨水液面高于棱鏡的時(shí)候，開始有光穿透棱鏡散射到了墨水中，接收端探測到返回的光量比較少，這樣機(jī)器就知道了墨水還足夠。

愛普生的微壓電震蕩檢測

我們知道愛普生用的是微壓電打印技術(shù)，這和佳能、惠普的熱發(fā)泡技術(shù)完全不一樣，他是依靠壓電晶體的形變將墨水從頁面推出。這個(gè)推出過程中，液體會(huì)形成震蕩，愛普生的墨水余量計(jì)算就是利用這種震蕩。愛普生的墨水檢測專利在中國的專利號(hào)是 CN 1380852 A。

愛普生微壓電的原理：壓電塊加壓后會(huì)變形擠出墨水，這會(huì)產(chǎn)生震蕩

愛普生的墨水計(jì)算一樣離不開估算。這種估算是基于壓電信號(hào)的多少已經(jīng)墨滴的大小，因?yàn)槲弘娂夹g(shù)對(duì)這兩個(gè)狀態(tài)的控制更精確一些，所以可以建立一個(gè)基于打印多少墨滴的估算值。

愛普生同過壓電器件的輸出變化來判斷墨水消耗

愛普生的微壓電打印頭上裝有傳感器，當(dāng)一定量的墨水同過打印頭的時(shí)候，壓電器件的輸出會(huì)有很大的變化，利用這種變化，就可以得知墨盒為空和墨盒充滿墨水時(shí)候輸出的不同，這兩個(gè)值之間來判斷墨水比較精確的消耗。這個(gè)數(shù)據(jù)和前面的估算值進(jìn)行比較、矯正，就可以比較精確的知道墨水用了多少。這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)在墨盒上的芯片不斷的累計(jì)，并同過驅(qū)動(dòng)程序來為用戶提供可視化的余量顯示。

墨盒顯示用完了還剩一點(diǎn)點(diǎn)，也是對(duì)打印頭的保護(hù)

無論是哪一家的辦法，我們都可以看到都難言完美的檢測到底還有多少。所以墨盒余量設(shè)計(jì)的初衷，就是保障在盡可能多的消耗，也不會(huì)出現(xiàn)墨水消耗沒了、但是驅(qū)動(dòng)程序顯示墨水還有一點(diǎn)點(diǎn)的現(xiàn)象，一定是驅(qū)動(dòng)程序顯示墨水已經(jīng)沒有提示更換，但實(shí)際墨盒里還有一點(diǎn)點(diǎn)。這也是在保護(hù)打印頭，比如熱發(fā)泡的打印頭，電阻干燒沒有墨水會(huì)讓打印頭容易損壞。而打印機(jī)企業(yè)在墨盒里灌注的時(shí)候，也比標(biāo)稱的容量多灌注大約 10% 左右作為冗余。

油量不足還能跑一段，也是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)，打印機(jī)同理

當(dāng)你行駛在馬路上，低頭一看油表，顯示已經(jīng)沒油了，但是車還能開一段距離，打印機(jī)的墨盒也是這個(gè)道理。