所有開車的人都知道儀表盤上有個油量表，可以比較準確的預估剩余的油量。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雜的技術。但是打印機就不一樣了，打印機的墨盒很小，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，保護墨盒就是保護企業(yè)的核心利益，但這背后是高科技。

打印機怎么知道墨水沒有了？靠的是精妙的設計和高科技

越小越難實現(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，隨時可能沒油，或是憑借經(jīng)驗來估算需要加油。這顯然比較盲目，但是在噴墨打印機誕生之后的很長一段時間里，工作的模式其實差不多是這個樣子，用戶不知道墨盒還剩下多少墨水。

早期的打印機是不知道還有多少墨水剩余的

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

汽車油箱可以用較大的零件來實現(xiàn)油量感知，但是打印機墨盒太小了

為什么棘手？因為汽車油箱大，一個浮子和不復雜的可變電阻就解決了剩余油量計算的問題，但是打印機的墨盒小，這些東西裝不進去，只能想別的辦法。開始的時候想出的辦法和汽車差不多，也是通過電極測量電阻，當墨水減少之后，電阻會變化。但是這樣就有了條件即墨水必須要導電才行，而墨水的水是純水并不導電，需要導電的染料，這就限制了墨水的種類，而且會導致墨盒復雜化成本過高。

并且打印機的墨水大多數(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是怎么知道還有多少墨水的。

惠普與墨滴計數(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CN?1151362?C。

墨盒內的吸水材料有防止墨水因為重力淌出的作用

這里要先明確的是幾個問題。首先墨盒里面為何有很多聚合物”棉花“一樣的東西？因為墨盒是向下的，液體的特性就是要向下流動，墨盒首先要保障不會自己就往下流淌。要知道最早的噴墨打印產品都是水平發(fā)射的。所以實現(xiàn)的辦法就是要利用好表面張力，或是負壓。

左側的就是噴嘴，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數(shù)。我們知道熱發(fā)泡打印技術，原理是噴嘴附近有個電阻，這個電阻加熱導致墨水沸騰、噴出墨水?？梢酝ㄟ^輸送給打印頭多少加熱墨水的信號，來估算噴射出去墨水的數(shù)量，這是統(tǒng)計方法之一。

連接打印頭的芯片來進行余量計數(shù)

惠普的核心是計算墨滴數(shù)量來獲得消耗信息

當然這種辦法不夠準確，因為沸騰噴射出去的墨滴大小一致性一般，所以容易產生累計的誤差導致算不準。所以，惠普將這個稱之為近似計數(shù)，這是一個8位的二進制數(shù)據(jù)，可以表示2的8次冪，也就是256位。

惠普會通過精確的統(tǒng)計來裝入比預計的量多一點的墨水

在墨盒生產之前，惠普會進行測試，根據(jù)注入的墨水量和噴射的墨滴數(shù)來獲得一個數(shù)據(jù)，這個稱之為精確計數(shù)。墨盒上的芯片寫有這個數(shù)據(jù)，也就是每次256位計數(shù)寫滿的時候，會觸發(fā)一次精確計數(shù)，這個數(shù)字是墨盒墨水量的12.5%，也就是八分之一，然后這個8位二進制數(shù)再重新開始計算，這樣8次過后就把一個墨盒消耗完成。在墨盒內部也有傳感器，來檢測墨水剩余的情況。這個數(shù)據(jù)會返回給計算機，這樣計算機就知道消耗了多少墨水，驅動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，在有打印頭的墨盒上采用的墨水統(tǒng)計算法和惠普應該是一致的，這與佳能、惠普多年來的合作不無關系，雙方在打印領域的專利有多種授權方式。不過佳能的一些高端墨盒、打印頭獨立的產品上，可以看到在墨盒安放位置有紅光。

佳能PRO-100打印機的紅光

每個墨盒底部都有一個三角棱鏡

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

佳能設計了兩個方案，產品上用的左邊棱鏡的

墨盒底部小棱鏡放大的結構示意圖

在專利中，佳能設計了多種墨水感知的方案。而在實際的產品上，我們看到佳能應用的是三角形的小棱鏡。這個裝置的細節(jié)如圖，剖面上可以看到一側的發(fā)光裝置以及另外一側的接收器。

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

當墨盒中墨水沒有的時候，這個小三角棱鏡與液體之間，會形成一個類似全反射棱鏡的現(xiàn)象，這樣另外一側接收器接收到的信號強度很高。而當墨水液面高于棱鏡的時候，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，這和佳能、惠普的熱發(fā)泡技術完全不一樣，他是依靠壓電晶體的形變將墨水從頁面推出。這個推出過程中，液體會形成震蕩，愛普生的墨水余量計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是CN?1380852?A。

愛普生微壓電的原理：壓電塊加壓后會變形擠出墨水，這會產生震蕩

愛普生的墨水計算一樣離不開估算。這種估算是基于壓電信號的多少已經(jīng)墨滴的大小，因為微壓電技術對這兩個狀態(tài)的控制更精確一些，所以可以建立一個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，當一定量的墨水同過打印頭的時候，壓電器件的輸出會有很大的變化，利用這種變化，就可以得知墨盒為空和墨盒充滿墨水時候輸出的不同，這兩個值之間來判斷墨水比較精確的消耗。這個數(shù)據(jù)和前面的估算值進行比較、矯正，就可以比較精確的知道墨水用了多少。這個數(shù)據(jù)會在墨盒上的芯片不斷的累計，并同過驅動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點，也是對打印頭的保護

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。所以墨盒余量設計的初衷，就是保障在盡可能多的消耗，也不會出現(xiàn)墨水消耗沒了、但是驅動程序顯示墨水還有一點點的現(xiàn)象，一定是驅動程序顯示墨水已經(jīng)沒有提示更換，但實際墨盒里還有一點點。這也是在保護打印頭，比如熱發(fā)泡的打印頭，電阻干燒沒有墨水會讓打印頭容易損壞。而打印機企業(yè)在墨盒里灌注的時候，也比標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，也是對發(fā)動機的保護，打印機同理

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