【工业控制】什么是波形

00. 目录

文章目录

00. 目录
01. 概述
02. 基础
03. 脉冲时序
04. 共振现象
05. 多个脉冲
06. 附录

01. 概述

想更多地了解什么是波形，它们如何工作，以及为什么它们是喷墨开发中必不可少的一部分？很好，因为它们很重要，而且通常不是很了解。在这篇文章中，我们将讨论波形的基础知识，而在下一篇文章中，您将找到实践步骤，以逐步优化油墨的波形。

02. 基础

为了帮助解释波形的目的，让我们看一下打印头的喷嘴腔内部。下图描述了称为填充和喷射的喷射过程，该过程非常普遍地应用于设计不同的许多不同的喷头。在这种情况下，每当对PZT（压电陶瓷材料）施加电压时，其堆叠都会变形，从而改变墨水腔的容积，并使墨水在其中移动并最终喷射。将此电压施加到PZT的方法是波形。

在我们的示例中，PZT仅在施加电压时才伸展，因此在插入喷头之前不会变形。一旦通电，喷头便会保持特定的电压，从而导致PZT伸展并保持其非喷射位置（左）。如果电压降低，则PZT会缩回并在腔室内产生膨胀，从而将墨水吸入其中（中）。要喷射墨滴，电压恢复到其原始值，墨水盒收缩，并挤出多余的墨水（右）。此过程每秒重复数千次。

需要注意的是，打印头可以由正向脉冲或反向脉冲驱动，这取决于不同公司的技术考量。不管基于何种设计，波形中最重要的是波形倾斜部分的计时与保持计时。即电压保持在那个水平(高或低)多久后才回到起始位置。脉冲计时决定了当腔体的体积恢复到稳定状态时喷嘴处的喷墨状态，这是构建波形的第一步。

03. 脉冲时序

如果打印时你站在打印头旁边，你甚至可能会听到它“唱歌”，这取决于打印使用的频率。你能听到它的原因是因为驱动器产生声波。当然，这里面最重要的是墨水本身产生的声波，因为喷射压力的变化是由其来定义的。

由于存在具有某些机械性能的墨水，并且由于声波反弹时会损失能量，因此腔室内的压力可以描述为阻尼共振器。压力的任何变化（例如PZT变形）都会导致特征压力变化。如此处所示，当PZT缩回并且腔室体积增大时，压力变化将导致墨水在腔室内开始来回移动。

通常，仅靠这种能量不足以使墨水喷射，只是将其拉回到腔室的另一端并弹起。通过在适当的时间使用电压脉冲增强压力，可以使液滴喷射更加有效，如此处所示。由于最佳时机，当压力超过临界值时会喷出液滴。

脉冲宽度如此关键的原因是，如果脉冲宽度太短或太长，则PZT的波动，压力和运动将不同步。如果在添加更多压力时墨水没有朝正确的方向移动，而不是平稳地增加动量，则可能会抵消动量。这类似于将孩子推到秋千上。如果在正确的时间推动它们，则动量会增加，并且它们会摆动得更高。如果在错误的时间推动它们，它们将猛烈停止。同样，如果脉冲宽度不正确，则反复进行的结果喷射将效率低下且不稳定。

因为墨水需要在腔室的整个长度上来回移动，所以打印头可以产生的最大频率取决于打印头腔室的大小。设计有较长腔室的打印头需要更多的时间来使声波来回传播，因此无法经常喷射墨滴。

由于喷嘴室的长度是固定的，因此您可能会认为，对于给定的打印头，正确计时压力波所需的脉冲宽度是恒定的。但是，时间也会受到该特定墨水的声音速度的影响。这就是为什么必须针对特定的墨水和打印头组合调整波形的原因，仅具有该打印头的通用波形是不够的。幸运的是，如果墨水的特性相似，则相同的波形对两者都适用。

04. 共振现象

通常，在一个频率下工作的波形可能在另一个频率下工作的频率不佳。当墨水在腔室内来回移动时，这全部归结为脉冲的定时。随着打印频率的增加，给定脉冲产生的波和运动可以开始与前一个脉冲相互作用。在某些频率下，这将是增强的，结果是共振，如图像中的顶部示例所示。

打印频率越高，在下一个降落和压力波来临时，压力尚未衰减到零的可能性就越大，因此，产生不良发射的可能性越大。如果墨水仍在移动，则前一个脉冲可能会增加压力（速度更高，更多的人造卫星，润湿）或降低压力（速度更低）。如果您的打印速度灵活，那么在一定频率范围内研究液滴的形成是明智的，以确保最终打印速度不会落在发生共振的频率范围内。

05. 多个脉冲

如果电子设备允许，则可以在每个像素处使用多个脉冲，从而使您可以创建更大，更快的墨滴。用于多脉冲的波形通常取决于压力波中的第一或第二共振。这意味着当墨水向喷嘴移动时，第一个脉冲将增加墨水的压力。一些墨水会喷出，其余的墨水会从孔口反弹并返回到对面的壁。一旦墨水再次移向喷嘴，第二个脉冲将增加其动量。脉冲应仔细调整。增强材料可能非常坚固，使压力过分驱动并造成喷嘴润湿。

如果脉冲的振幅相同，则第二个液滴将比第一个液滴更大且更快，因为它建立在前一个脉冲的共振上。它可以合并在面板或飞行中，具体取决于几个因素，包括打印头设计，脉冲到脉冲的时间，使用的电压和墨水性质。

实时查看液滴形成的能力有助于理解这些影响。在下面用JetXpert dropwatcher拍摄的照片中，您可以看到在相邻喷嘴中通过共振多脉冲波形形成了不同大小的液滴。左侧的喷嘴施加了三个脉冲波形，中央喷嘴只有最后两个脉冲，而右侧喷嘴只有最后一个脉冲。用于产生液滴的三个脉冲在时间上均匀分布，并且每个图像都是在压力波击中喷嘴开口时拍摄的。

请注意，在脉冲结束后，喷嘴弯月面的延伸是由压力波引起的。第一个发生在韧带分离之前。喷射两次或更多次的喷嘴上的弯月面凸起较大，这表明由于先前的脉冲，已经施加了额外的压力。通过调整脉冲时序并可视化进度，可以更快地改善特定墨水的波形。

额外的脉冲不仅用于喷射较大的液滴。通常在“关闭”数据上使用预脉冲使喷嘴挠痒，这意味着将提供足够的力以使墨水在喷嘴内移动，但不会喷射墨滴。另一个应用程序是使用后脉冲来消除弯液面的振荡，使您可以增加频率而不受先前下降的干扰。下面的波形具有许多内置的此类功能，并根据理光的台式打印机专利进行了改编。

06. 附录

参考：https://imagexpert.com/what-is-a-waveform/