磁性碳粉濃度/余量傳感器 TS系列

1成分類顯影劑與2成分類顯影劑

靜電記錄方式的復(fù)印機(jī)中使用的顯影劑分為1成分類與2成分類。1成分類是將固定于紙張上的碳粉(著色粒子)作為顯影劑的方式，而2成分類則是在碳粉中混合載體的類型。同時(shí)，1成分類、2成分類中均包括磁性與非磁性種類。

磁性2成分類中載體的作用

磁性2成分類中使用的載體擁有摩擦碳粉使其帶電的作用，以及將碳粉搬運(yùn)至感光體上的功能。載體的材料大多使用50～150μm左右的鐵或鐵氧體微粒子磁性粉，其表面會(huì)使用用于強(qiáng)化耐環(huán)境特性、耐磨損性的樹脂進(jìn)行涂層加工。
粒徑比該載體更小，約為10μm左右的碳粉通過(guò)與載體相互摩擦而帶電，通過(guò)靜電吸附在感光體上后會(huì)轉(zhuǎn)印至紙張上，并通過(guò)高熱輥輪進(jìn)行固定。通常情況下，碳粉由黏結(jié)料粘合劑樹脂、著色劑、荷電控制劑以及外部添加劑形成。
同時(shí)，在磁性2成分類的復(fù)印機(jī)制中只會(huì)消耗普通碳粉，而載體會(huì)被回收后重新利用，因此，在反復(fù)進(jìn)行復(fù)印時(shí)，碳粉與載體的混合比中載體會(huì)漸漸增大（碳粉濃度變低），但若需要維持良好的畫質(zhì)，則需要對(duì)碳粉濃度進(jìn)行適當(dāng)控制。

磁性2成分類碳粉濃度檢測(cè)方式

當(dāng)前采用的碳粉濃度檢測(cè)、控制方式大致可分為以下2類，即：

1）通過(guò)化學(xué)方式檢測(cè)碳粉濃度(圖像濃度)，并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行反饋的方式

2）通過(guò)顯影劑的導(dǎo)磁率、量、流動(dòng)性等的變化檢測(cè)碳粉濃度，并通過(guò)反饋使其穩(wěn)定化的方式，而前者方式中又包含

1)-1.實(shí)際過(guò)程中在感光體上生成作為基準(zhǔn)的批圖像，并通過(guò)其反射光量檢測(cè)濃度的方法

1)-2.在模擬感光體上對(duì)顯影劑進(jìn)行顯影，并通過(guò)該圖像的透射光量檢測(cè)濃度的方式
的2種方式。而后者則可分類為

2)-1.利用磁性體導(dǎo)磁率的導(dǎo)磁率檢測(cè)方式

2)-2.碳粉量(體積)、流動(dòng)性檢測(cè)方式
（圖1）。

圖1磁性2成分類碳粉濃度檢測(cè)方式

TS系列的檢測(cè)方式與驅(qū)動(dòng)原理

在當(dāng)前主流的復(fù)印機(jī)以及激光打印機(jī)中，若從形狀與成本優(yōu)勢(shì)來(lái)考慮，則上述2)-1.的導(dǎo)磁率檢測(cè)方式使用較多，TDK的碳粉濃度傳感器TS系列也采用了該檢測(cè)方式。

高精度導(dǎo)磁率傳感器的應(yīng)用范圍

根據(jù)載體(鐵、鐵氧體等磁性體)與碳粉(非磁性體)的混合比例變化而進(jìn)行增減的顯影劑導(dǎo)磁率。TS系列依靠其可高精度檢測(cè)變化的優(yōu)異靈敏度，可為檢測(cè)有無(wú)磁性體或?qū)щ婓w(接觸、接近度)或測(cè)定膠體濃度、分散度等復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)以外的用途提供前所未有的優(yōu)勢(shì)。以下所示為TS系列的模擬輸出特性示例(圖2)與應(yīng)用模型(圖3)。

圖2 TS系列的模擬輸出特性：使用了鐵氧體試料的導(dǎo)磁率檢測(cè)靈敏度測(cè)定示例

圖3TS系列的應(yīng)用模型

磁性體/導(dǎo)電體接近開關(guān)
（計(jì)數(shù)器/選擇開關(guān)）

磁性體/導(dǎo)電體微粒子濃度傳感器、
分散度傳感器

驅(qū)動(dòng)原理

圖4差動(dòng)變壓器的原理

以下對(duì)實(shí)現(xiàn)TS系列優(yōu)異穩(wěn)定性的TDK技術(shù)性舉措進(jìn)行介紹。
檢測(cè)導(dǎo)磁率的傳感器一般會(huì)使用線圈的電感成分。 其中也分為頻率型、磁橋型等多種方式，但TDK開發(fā)并提供使用了差動(dòng)變壓器的磁橋型傳感器，并且得到了廣泛使用。以下對(duì)其工作原理進(jìn)行說(shuō)明。
差動(dòng)變壓器的線圈結(jié)構(gòu)如圖4所示。差動(dòng)變壓器有驅(qū)動(dòng)線圈L1、基準(zhǔn)線圈L2、檢測(cè)線圈L3以同心方式重疊而成，L1以高頻驅(qū)動(dòng)后，

可得到差動(dòng)輸出 V0 = (V2 - V3)

此處，顯影劑基準(zhǔn)濃度下基準(zhǔn)線圈L2與檢測(cè)線圈L3的輸出電壓分別設(shè)計(jì)為V20、V30，且卷數(shù)比設(shè)計(jì)為V30=V20后，對(duì)于顯影劑濃度變化所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線圈L3的輸出微小變化△V3，可成立以下關(guān)系，即：

V0= V20 - (V30+△V3)= - △V3

微小變化△V3即為差動(dòng)輸出V0。然而，使用普通顯影劑時(shí)，檢測(cè)面附近的碳粉濃度變化所對(duì)應(yīng)的差動(dòng)輸出△V3極其微小，因此在檢測(cè)電壓變化時(shí)需要進(jìn)行相當(dāng)大的放大處理，從而會(huì)使傳感器穩(wěn)定性大大降低。

獨(dú)特的相位辨別方式

為此，為了在確保穩(wěn)定性不受損失的情況下擴(kuò)大電壓變化量，通過(guò)開發(fā)并應(yīng)用辨別相位的電路取代了辨別△V3電壓的方式。在電壓辨別方式中，差動(dòng)輸出△V3即為差動(dòng)電壓V30 - V20，但在相位辨別方式中，則使差動(dòng)輸出△V3的相位根據(jù)差動(dòng)電壓V30 - V20大小進(jìn)行變化。
也就是說(shuō)，差動(dòng)輸出△V3的相位P為如下所示：

P(V20 - V30) >0 → 顯影劑濃度較高時(shí)
P(V20 - V30) (圖5)。

圖5差動(dòng)輸出的相位變化

例如，在基準(zhǔn)濃度下，若

V20 - V30=0，
則差動(dòng)輸出△V3的相位會(huì)以基準(zhǔn)濃度為界限發(fā)生反轉(zhuǎn)。此時(shí)，在差動(dòng)輸出△V3中加上相位相差90°的參照信號(hào)Vr，并通過(guò)相位辨別器對(duì)該合成信號(hào)V0的相位變化進(jìn)行辨別后將如下所示，顯示為相對(duì)于碳粉濃度變化時(shí)的模擬變化情況(圖6)。

圖6通過(guò)相位辨別器實(shí)現(xiàn)模擬輸出化

TS系列的電路結(jié)構(gòu)

使用上述方式形成的TS系列電路圖及其輸出信號(hào)示例如圖7所示。
在該電路圖中，IC均由異或門構(gòu)成。IC1作為考畢茲振蕩器進(jìn)行工作，以約500kHz驅(qū)動(dòng)線圈。IC2作為波形整形變頻器進(jìn)行工作，將差動(dòng)輸出整形為矩形波。IC3作為相位比較器進(jìn)行工作。
此外C1為共振用電容器，將在傳感器面沒有顯影劑時(shí)的輸出偏置控制在最小，而R1通過(guò)在工作信號(hào)上加上參照信號(hào)，使傳感器靈敏度保持在最佳狀態(tài)。

圖7 TS系列電路圖及其輸出信號(hào)示例

TS系列的驅(qū)動(dòng)電路

碳粉濃度與輸出信號(hào)的關(guān)系

審核編輯：彭菁