BR102021019569A2 - METHOD FOR OBTAINING INFORMATION REGARDING A CONTAINER, METHOD FOR CALCULATING INFORMATION REGARDING A CONTAINER, PROCESSING METHOD FOR CALCULATING INFORMATION REGARDING A CONTAINER, AND DEVICE FOR OBTAINING INFORMATION REGARDING A CONTAINER - Google Patents
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Abstract
A presente invenção refere-se a métodos, meios e dispositivos para obtenção de uma informação referente a um recipiente e, em particular, refere-se a métodos, meios e dispositivos que permitem a medição do nível de material sólido ou líquido no interior de recipientes em função da porção do interior deste recipiente que esteja vazia ou, por outras palavras, preenchida com um material gasoso (por exemplo, ar), através de resposta acústica deste recipiente a uma excitação artificial ou natural. The present invention relates to methods, means and devices for obtaining information regarding a container and, in particular, relates to methods, means and devices that allow measuring the level of solid or liquid material inside containers depending on the portion of the interior of this container that is empty or, in other words, filled with a gaseous material (for example, air), through the acoustic response of this container to an artificial or natural excitation.
Description
[001] A presente invenção refere-se a métodos, meios e dispositivos para obtenção de uma informação referente a um recipiente.[001] The present invention relates to methods, means and devices for obtaining information regarding a container.
[002] Em particular, a presente invenção refere-se a métodos, meios e dispositivos que permitem a medição do nível de material sólido ou líquido no interior de recipientes em função da porção do interior deste recipiente que esteja vazia ou, por outras palavras, preenchida com um material gasoso (por exemplo, ar).[002] In particular, the present invention relates to methods, means and devices that allow measuring the level of solid or liquid material inside containers depending on the portion of the interior of this container that is empty or, in other words, filled with a gaseous material (eg air).
[003] Embora existam diversos métodos conhecidos atualmente para medição da quantidade de material líquido ou sólido em recipientes, um fator comum a todos é que se exige a inserção de um equipamento ou dispositivo no interior do recipiente em questão. Ou seja, os métodos de mercado são, em quase sua totalidade, métodos invasivos.[003] Although there are several methods currently known for measuring the amount of liquid or solid material in containers, a common factor for all is that it requires the insertion of an equipment or device inside the container in question. That is, market methods are, almost entirely, invasive methods.
[004] Existem algumas exceções a essa regra para medidas que funcionam apenas em recipientes condutores contendo líquido, cujas características físicas devem ser bem conhecidas antes da medida (e deve ser não condutor), como ocorre em medidores de nível de combustível por capacitância. Métodos que dependem de características específicas tanto do recipiente quanto do líquido ou sólido perdem a natureza de poderem ser aplicados de maneira flexível.[004] There are some exceptions to this rule for measurements that work only in conductive containers containing liquid, whose physical characteristics must be well known before the measurement (and must be non-conductive), as occurs in capacitance fuel level gauges. Methods that depend on specific characteristics of both the container and the liquid or solid lose the nature of being able to be applied flexibly.
[005] Os métodos invasivos existentes na literatura e em mercado atualmente se baseiam sempre em características de natureza mais geral, como distância ou peso, podendo ser aplicados sem conhecimento prévio das características do material a ser medido. Dentre esses métodos se destacam as medidas por reflexão de luz e reflexão de ultrassom, que utilizam as referidas ondas para uma medida da distância entre um ponto conhecido do recipiente, por exemplo o topo, e a parte superior do material contido neste. Dessa forma, para o funcionamento dessas técnicas, é necessária a instalação de um conjunto transmissor e receptor dentro do recipiente, ou a instalação de um duto de transporte do sinal para dentro deste. Outra técnica bastante utilizada é a medida de peso do recipiente, porém essa depende do conhecimento da densidade efetiva do material contido neste e tem problemas de custo quando utilizado para recipientes de grandes volumes, como silos de grãos, farináceos ou ração, ou mesmo recipientes de grande porte de combustível.[005] The invasive methods available in the literature and currently on the market are always based on characteristics of a more general nature, such as distance or weight, and can be applied without prior knowledge of the characteristics of the material to be measured. Among these methods, measurements by reflection of light and reflection of ultrasound stand out, which use the referred waves to measure the distance between a known point of the container, for example the top, and the upper part of the material contained therein. Thus, for these techniques to work, it is necessary to install a transmitter and receiver assembly inside the container, or to install a signal transport duct inside it. Another widely used technique is measuring the weight of the container, but this depends on knowing the effective density of the material contained in it and has cost problems when used for large volume containers, such as silos for grain, flour or feed, or even containers for large amount of fuel.
[006] Por exemplo, o documento US3912954 refere-se a um sistema de medida usando um feixe de áudio estreito. Entretanto, o método apresentado em tal documento é baseado no reflexo de uma onda acústica em uma superfície, sendo o tempo entre a emissão e a recepção proporcional à distância medida. Isso faz esse método ser consideravelmente complexo, com componentes mais especializados e consequentemente com um custo elevado de produção.[006] For example, document US3912954 refers to a measurement system using a narrow audio beam. However, the method presented in this document is based on the reflection of an acoustic wave on a surface, with the time between emission and reception being proportional to the measured distance. This makes this method considerably complex, with more specialized components and consequently with a high production cost.
[007] Em outro exemplo, o documento US5793705 refere-se a um sistema de medida ultrassônico. A tecnologia revelada em tal documento se utiliza do tempo de propagação da onda sonora ultrassônica (tempo até a superfície e de volta ao detector) para realizar a medida de distância. Esse método possui as mesmas características e desvantagens do documento anterior (US3912954).[007] In another example, document US5793705 refers to an ultrasonic measurement system. The technology disclosed in this document uses the propagation time of the ultrasonic sound wave (time to the surface and back to the detector) to perform the distance measurement. This method has the same characteristics and disadvantages as the previous document (US3912954).
[008] O documento US4247784 refere-se a um sistema de medida que pode ser utilizado para recipientes fechados, porém se utiliza do reflexo de uma fonte de luz, novamente trazendo desvantagens similares às vistas nos documentos anteriores.[008] Document US4247784 refers to a measurement system that can be used for closed containers, but uses the reflection of a light source, again bringing similar disadvantages to those seen in previous documents.
[009] Outros métodos como o uso de radiofrequência (US7515095), combinação de um sensor capacitivo e ultrassônico (US7610805) também se baseiam primariamente no tempo necessário para uma dada onda eletromagnética ou mecânica ser refletida na superfície do material ou na intensidade por esse refletida. Esse último documento, US7610805, se utiliza do sensor capacitivo apenas para desabilitar o ultrassônico quando o recipiente está com o volume completo. Todos esses documentos possuem igualmente as características e deficiências citadas sobre o documento US3912954.[009] Other methods such as the use of radiofrequency (US7515095), combination of a capacitive and ultrasonic sensor (US7610805) are also primarily based on the time required for a given electromagnetic or mechanical wave to be reflected on the surface of the material or on the intensity reflected by it . This last document, US7610805, uses the capacitive sensor only to disable the ultrasonic when the container has full volume. All these documents also have the characteristics and deficiencies mentioned in document US3912954.
[0010] Os documentos US20160258803 e US5251482 revelam métodos de determinação de nível ou conteúdo de recipientes pela detecção e tratamento de respostas acústicas. Entretanto, os métodos revelados nestes documentos só podem ser aplicados em recipientes de pequeno porte especificamente voltados para o meio laboratorial, e exigem um elemento acoplado no bocal do recipiente para inserção dos sensores, ou seja, não se trata de solução que se dispõe externamente ao recipiente. Não existe nenhum ensinamento nestes documentos sobre a possibilidade ou viabilidade da aplicação da sua tecnologia em recipientes de grande porte; na verdade, tal aplicação seria inviável, dados os altos custos de adaptação do método para recipientes de dimensões exponencialmente maiores.[0010] Documents US20160258803 and US5251482 disclose methods for determining the level or content of containers by detecting and treating acoustic responses. However, the methods disclosed in these documents can only be applied in small containers specifically intended for the laboratory environment, and require an element attached to the mouth of the container to insert the sensors, that is, it is not a solution that is available externally to the laboratory. container. There is no teaching in these documents about the possibility or viability of applying their technology in large containers; in fact, such an application would be unfeasible, given the high costs of adapting the method to containers with exponentially larger dimensions.
[0011] Uma característica em comum sobre todos os documentos encontrados que descrevem tecnologias que se utilizam de ondas mecânicas ou eletromagnéticas para medidas de volume ou distância é a utilização de sensores parcialmente (em um pequeno furo, por exemplo) ou totalmente dentro do recipiente a ser medido, o que por si só já implica em uma inconveniência na instalação e manutenção do referido dispositivo, em adição aos demais problemas já citados anteriormente.[0011] A common characteristic of all the documents found that describe technologies that use mechanical or electromagnetic waves to measure volume or distance is the use of sensors partially (in a small hole, for example) or completely inside the container to be be measured, which in itself already implies an inconvenience in the installation and maintenance of said device, in addition to the other problems already mentioned above.
[0012] Um primeiro objetivo da presente invenção é prover métodos, meios e dispositivos que permitam a identificação de uma informação referente a um recipiente de maneira externa ao referido recipiente, sem a necessidade de uma implementação intrusiva.[0012] A first objective of the present invention is to provide methods, means and devices that allow the identification of information referring to a container externally to said container, without the need for an intrusive implementation.
[0013] Um segundo objetivo da presente invenção é prover métodos, meios e dispositivos que permitam medir a quantidade de material líquido ou sólido no interior do recipiente em função da porção do recipiente que se encontra vazia.[0013] A second objective of the present invention is to provide methods, means and devices that allow measuring the amount of liquid or solid material inside the container as a function of the portion of the container that is empty.
[0014] Um terceiro objetivo da presente invenção é prover métodos, meios e dispositivos que permitam identificar informações referentes ao recipiente de maneira não invasiva, ou seja, que não exijam a instalação de dispositivos ou equipamentos no interior do recipiente.[0014] A third objective of the present invention is to provide methods, means and devices that allow identifying information regarding the container in a non-invasive way, that is, that do not require the installation of devices or equipment inside the container.
[0015] Um quarto objetivo da presente invenção é prover métodos, meios e dispositivos de identificação de informações referentes ao recipiente que possam ser utilizados de maneira flexível, em uma gama variada de recipientes, independentemente do tamanho do recipiente, do material do qual o recipiente é feito ou do material contido no interior do recipiente.[0015] A fourth objective of the present invention is to provide methods, means and devices for identifying information regarding the container that can be used flexibly, in a varied range of containers, regardless of the size of the container, the material of which the container is used. is made of or the material contained within the container.
[0016] A presente invenção trata de um método para obtenção de uma informação referente a um recipiente que compreende as etapas de medir, através de um meio de medição, uma resposta acústica de um recipiente a uma excitação acústica atuante no recipiente; e calcular, através de um meio de processamento, ao menos uma informação referente ao recipiente em função da resposta acústica medida.[0016] The present invention deals with a method for obtaining information regarding a container comprising the steps of measuring, through a measuring means, an acoustic response of a container to an acoustic excitation acting on the container; and calculating, through a processing means, at least one piece of information regarding the container as a function of the measured acoustic response.
[0017] Em uma concretização possível, a excitação acústica que age sobre o recipiente é um ruído derivado do ambiente no qual o recipiente se encontra.[0017] In a possible embodiment, the acoustic excitation that acts on the container is a noise derived from the environment in which the container is located.
[0018] Em outra concretização possível, a resposta acústica é o primeiro múltiplo inteiro da frequência da resposta acústica que pode ser captado pelo meio de medição.[0018] In another possible embodiment, the acoustic response is the first integer multiple of the frequency of the acoustic response that can be captured by the measuring means.
[0019] Em outra concretização possível, o método compreende as etapas de identificar se a amplitude da excitação acústica observada pelo meio de medição é proporcional a um harmônico; e caso a amplitude da excitação acústica medida pelo meio de medição for proporcional a um harmônico, inferir qual a ordem desse harmônico em função de dados de medidas anteriores.[0019] In another possible embodiment, the method comprises the steps of identifying whether the amplitude of the acoustic excitation observed by the measuring means is proportional to a harmonic; and if the amplitude of the acoustic excitation measured by the means of measurement is proportional to a harmonic, infer the order of this harmonic based on data from previous measurements.
[0020] Em outra concretização possível, o método compreende as etapas de identificar se há uma ambiguidade nas amplitudes da excitação acústica medida pelo meio de medição; e caso for identificada uma ambiguidade nas amplitudes da excitação acústica medida pelo meio de medição, inferir a amplitude ou a informação referente ao recipiente em função de informações referentes ao recipiente obtidas anteriormente.[0020] In another possible embodiment, the method comprises the steps of identifying whether there is an ambiguity in the amplitudes of the acoustic excitation measured by the measurement means; and if an ambiguity is identified in the amplitudes of the acoustic excitation measured by the measuring means, infer the amplitude or the information referring to the container based on information referring to the container previously obtained.
[0021] Em outra concretização possível, o método compreende a etapa de gerar, através de um meio de geração de excitação acústica, uma excitação acústica no recipiente[0021] In another possible embodiment, the method comprises the step of generating, through an acoustic excitation generation means, an acoustic excitation in the container
[0022] Em outra concretização possível, o método compreende as etapas de identificar, através do meio de processamento se o meio de medição captou uma resposta acústica provinda do recipiente; e caso o meio de medição não tenha captado uma resposta acústica provinda do recipiente, ativar, através do meio de processamento, o meio de geração de excitação acústica.[0022] In another possible embodiment, the method comprises the steps of identifying, through the processing means, whether the measuring means has captured an acoustic response from the container; and if the measuring means has not picked up an acoustic response from the container, activating, through the processing means, the means for generating acoustic excitation.
[0023] Em outra concretização possível, o cálculo de ao menos uma informação referente ao recipiente é realizado de maneira analítica ou através de “Machine Learning”[0023] In another possible embodiment, the calculation of at least one piece of information regarding the container is performed analytically or through "Machine Learning"
[0024] A presente invenção ainda contempla um método de cálculo analítico de uma informação referente a um recipiente que compreende as etapas de obter uma função de amplitude por frequência através da aplicação da Transformada de Fourier sobre a resposta acústica; identificar uma multiplicidade de picos em um gráfico derivado da função de amplitude por frequência; identificar a frequência f correspondente para cada pico identificado; calcular um comprimento característico para cada pico identificado utilizando a seguinte equação: e ainda: descartar os resultados de comprimento característico que coincidam com uma medida conhecida do recipiente; separar os resultados de comprimento característico em grupos, em função de um peso estatístico dado pela amplitude integrada em cada conjunto; identificar o grupo de comprimento característico com maior peso estatístico; calcular uma média dos valores de comprimento característico pertencentes ao grupo de maior peso estatístico; e obter uma informação referente ao recipiente em função da média de valores de comprimento calculada.[0024] The present invention also contemplates a method of analytical calculation of information referring to a container that comprises the steps of obtaining a function of amplitude by frequency through the application of the Fourier Transform on the acoustic response; identify a multiplicity of peaks on a graph derived from the amplitude-by-frequency function; identify the frequency f corresponding to each identified peak; calculate a characteristic length for each identified peak using the following equation: and also: discard the characteristic length results that coincide with a known measurement of the container; separate the characteristic length results into groups, based on a statistical weight given by the integrated amplitude in each set; identify the characteristic length group with the highest statistical weight; calculate an average of the characteristic length values belonging to the group with the highest statistical weight; and obtaining information regarding the container as a function of the average of the calculated length values.
[0025] A presente invenção ainda contempla um método de cálculo de uma informação referente a um recipiente que compreende as etapas de alimentar, na entrada de uma rede neural, uma resposta acústica obtida por um meio de medição e ao menos um dentre: uma excitação acústica artificial gerada por um meio de geração de excitação acústica, uma excitação acústica natural gerada por ruído ambiente, e os valores das dimensões do recipiente; e obter uma informação referente ao recipiente em função das informações alimentadas.[0025] The present invention also contemplates a method of calculating information referring to a container that comprises the steps of feeding, at the input of a neural network, an acoustic response obtained by a measurement means and at least one of: an excitation artificial acoustics generated by an acoustic excitation generating means, a natural acoustic excitation generated by ambient noise, and container dimension values; and obtaining information regarding the container depending on the information fed.
[0026] A presente invenção ainda contempla um meio de processamento para calcular uma informação referente a um recipiente, o meio de processamento sendo configurado para executar o método de cálculo de informação referente a um recipiente supracitado em qualquer uma de suas concretizações possíveis.[0026] The present invention also contemplates a processing means for calculating information regarding a container, the processing means being configured to perform the aforementioned method of calculating information regarding a container in any of its possible embodiments.
[0027] A presente invenção ainda contempla um dispositivo para obtenção de uma informação referente a um recipiente, o dispositivo sendo configurado para executar o método de obtenção de informação referente a um recipiente conforme o supracitado, em qualquer uma de suas concretizações possíveis.[0027] The present invention also contemplates a device for obtaining information regarding a container, the device being configured to perform the method of obtaining information regarding a container as mentioned above, in any of its possible embodiments.
[0028] Em uma concretização possível, o dispositivo compreende um meio de medição configurado para medir uma resposta acústica de um recipiente a uma excitação acústica atuante no recipiente; e um meio de processamento configurado para calcular ao menos uma informação referente ao recipiente em função da resposta acústica medida.[0028] In one possible embodiment, the device comprises measuring means configured to measure an acoustic response of a container to an acoustic excitation acting on the container; and a processing means configured to calculate at least one piece of information regarding the container as a function of the measured acoustic response.
[0029] Em outra concretização possível, o dispositivo compreende um meio de geração de excitação acústica configurado para gerar uma excitação acústica no recipiente.[0029] In another possible embodiment, the device comprises an acoustic excitation generating means configured to generate an acoustic excitation in the container.
[0030] Em outra concretização possível, o dispositivo é conectado com um dispositivo externo para exibição das informações obtidas referentes ao recipiente.[0030] In another possible embodiment, the device is connected with an external device for displaying the information obtained regarding the container.
[0031] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:[0031] The present invention will now be described in more detail based on an example of execution represented in the drawings. The figures show:
[0032] Figura 1 - é uma representação esquemática do método, meio e dispositivo da presente invenção para obtenção de uma informação referente a um recipiente, sendo aplicados a um recipiente, em uma concretização preferencial;[0032] Figure 1 - is a schematic representation of the method, means and device of the present invention for obtaining information regarding a container, being applied to a container, in a preferred embodiment;
[0033] Figura 2 - é uma representação esquemática do dispositivo da presente invenção em uma concretização preferencial;[0033] Figure 2 - is a schematic representation of the device of the present invention in a preferred embodiment;
[0034] Figura 3 – é um fluxograma do método da presente invenção para obtenção de uma informação de um recipiente, em uma concretização preferencial;[0034] Figure 3 - is a flowchart of the method of the present invention for obtaining information from a container, in a preferred embodiment;
[0035] Figura 4 – é um fluxograma do método da presente invenção para cálculo de uma informação referente ao recipiente, em uma concretização preferencial.[0035] Figure 4 - is a flowchart of the method of the present invention for calculating information regarding the container, in a preferred embodiment.
[0036] Cumpre notar, inicialmente, que o termo “preferencial” aqui utilizado não deve ser entendido como “obrigatório” ou “imperativo”, tratando de caracterizar apenas uma concretização de particular eficiência da invenção dentre as múltiplas possíveis.[0036] It should be noted, initially, that the term “preferred” used here should not be understood as “mandatory” or “imperative”, trying to characterize only one embodiment of particular efficiency of the invention among the many possible ones.
[0037] Para melhor entendimento da presente invenção, as etapas dos métodos propostos serão referenciadas no formato “letra + número”, por exemplo “A1”, “A2” etc.[0037] For a better understanding of the present invention, the steps of the proposed methods will be referenced in the format "letter + number", for example "A1", "A2" etc.
[0038] A figura 1 retrata a aplicação do método, meio e dispositivo para obtenção de uma informação referente a um recipiente, em suas concretizações preferenciais. De maneira a se obter a informação referente ao recipiente, seguem-se as seguintes etapas:[0038] Figure 1 depicts the application of the method, means and device for obtaining information regarding a container, in its preferred embodiments. In order to obtain the information regarding the container, the following steps are followed:
[0039] - medir A1, através de um meio de medição 10, uma resposta acústica de um recipiente 20 a uma excitação acústica 30 atuante no recipiente 20;[0039] - measure A1, through a measuring means 10, an acoustic response of a
[0040] - calcular A2, através de um meio de processamento 40, ao menos uma informação referente ao recipiente 20 em função da resposta acústica medida.[0040] - calculate A2, through a processing means 40, at least one piece of information regarding the
[0041] O meio de medição 10 pode ser qualquer elemento, dispositivo ou equipamento que permita a captura de um sinal acústico, e particularmente que permita a captura de uma resposta acústica do recipiente 20 a uma excitação acústica 30. De maneira preferencial, o meio de medição 10 pode ser configurado para transformar a resposta acústica em um sinal elétrico para posterior processamento por uma unidade de cálculo 40. Sendo assim, o meio de medição 10 pode ser,por exemplo, um microfone. A título de clareza, o tipo de microfone escolhido para a medida depende da escala de frequências desejada bem como do sistema de aquisição de dados, sendo os mais recomendados os modelos de eletreto e de estado sólido para aquisições de frequências no intervalo audível. O posicionamento preferencial do microfone ou dos microfones se dá na parede externa oposta à posição do meio de geração de excitação acústica 31, como será visto adiante, mas é possível instalá-lo em qualquer posição da parede do recipiente em função das necessidades da aplicação.[0041] The measuring means 10 can be any element, device or equipment that allows the capture of an acoustic signal, and particularly that allows the capture of an acoustic response of the
[0042] A excitação acústica 30 atuante no recipiente 20 pode ser qualquer estímulo acústico suficiente para causar uma ressonância na estrutura do recipiente 20 cuja intensidade seja possível de ser captada pelo meio de medição 10. Neste sentido, propõem-se duas formas não exaustivas de excitação acústica 30 para atuação no recipiente 20, quais sejam: (i) uma excitação acústica 30 que decorre do som naturalmente gerado no ambiente 1002 no qual o recipiente 20 se encontra; e (ii) uma excitação acústica 30 artificial gerada por um meio de geração de excitação acústica 31.[0042] The
[0043] Na primeira hipótese (i) proposta de geração de excitação acústica 30, tem-se que o ambiente 1002 no qual o recipiente 20 se encontra possui um nível de ruído ou som ambiente que é suficiente para gerar, no recipiente 20, uma resposta acústica com intensidade suficiente para ser captada pelo meio de medição 10. Nestes casos, não é necessária uma geração de uma excitação acústica artificial.[0043] In the first hypothesis (i) proposed generation of
[0044] Na segunda hipótese (ii) proposta de geração de excitação acústica 30, tem-se que o ambiente 1002 não é capaz de gerar um ruído ou som suficiente para gerar, no recipiente 20, uma resposta acústica com suficiente intensidade para a sua adequada captação pelo meio de medição 10. Nestes casos, é necessária a utilização de uma excitação acústica 30 artificial, preferencialmente gerar por um meio de geração de excitação acústica 31. O meio de geração de excitação acústica 31 pode ser, por exemplo, um alto-falante conectado a uma unidade de processamento 40 através de um amplificador 41, como visto na concretização preferencial da figura 2. De maneira preferencial, o meio de geração de excitação acústica 31 é disposto no recipiente 20 em uma parede ou estrutura oposta àquela na qual o meio de medição 10 é disposto. De maneira preferencial, o meio de geração de excitação acústica 31 gera uma onda acústica conhecida, podendo ser uma sequência de frequência únicas ou um “chirp” linear, com a frequência aumentado linearmente com o tempo. Ainda de maneira preferencial, o meio de geração de excitação acústica 31 é colocado em contato físico com o recipiente 20 de forma a transferir a onda mecânica gerada para o recipiente 20.[0044] In the second hypothesis (ii) proposed
[0045] Em uma concretização possível, a unidade de processamento 40 pode ser conectada ao meio de medição 10 e configurada para identificar A11 se o meio de medição 10 captou alguma instância de resposta acústica provinda do recipiente 20. Tal identificação A11 ou verificação de captação pelo meio de medição 10 pode ser realizada, por exemplo, imediatamente após a ativação da unidade de processamento 40 por um operador. A identificação pode ser reiterada múltiplas vezes até que o meio de medição 10 capte uma resposta acústica, ou até que se passe um determinado período de tempo, por exemplo, alguns segundos, ou ainda até que o operador envie um comando à unidade de processamento para forçar a geração de excitação acústica artificial. Caso o meio de medição 10 não tenha captado uma resposta acústica do recipiente 20 dentro das condições supracitadas, a unidade de processamento 40 pode ativar A12 o meio de geração de excitação acústica 31 para geração de uma excitação acústica 30 artificial de intensidade suficiente para que o recipiente 20 gere uma resposta acústica captável pelo meio de medição 10. A ativação A12 do meio de geração de excitação acústica 31 pela unidade de processamento 40 pode ser feita de quaisquer formas adequadas, por exemplo, o envio de um sinal analógico ao amplificador 41 que, subsequentemente, envia tal sinal amplificado ao alto-falante 31. A figura 3 revela um fluxograma que resume as etapas supracitadas.[0045] In a possible embodiment, the
[0046] Neste sentido, a frequência mais baixa a ser gerada pelo meio de geração de excitação acústica 31 para permitir ao meio de medição 10 captar uma resposta acústica do recipiente 20 pode ser obtida pela equação abaixo: [0046] In this sense, the lowest frequency to be generated by the acoustic excitation generating means 31 to allow the measuring means 10 to capture an acoustic response from the
[0047] A resposta acústica emitida pelo recipiente 20 é representada na figura 1 pelas referências R1 e R2, sendo R1 o primeiro harmônico de ressonância da resposta, e R2 sendo o primeiro múltiplo inteiro dessa frequência. Neste sentido, esclarece-se que o primeiro harmônico é de maior amplitude e poderia não ser captado pelo meio de medição 10, dependendo do tipo de meio de medição 10 utilizado. Por exemplo, caso o meio de medição 10 seja um microfone, o tipo de microfone utilizado para captação da resposta acústica pode não ser capaz de captar uma amplitude consideravelmente alta. Todavia, é desejável se utilizar a maior amplitude possível para diferenciar o sinal de ressonância do ruído ambiente. Portanto, analisam-se os múltiplos inteiros sequenciais da frequência até encontrar um captável pelo meio de medição 10.[0047] The acoustic response emitted by the
[0048] Dito isso, como a medida somente de frequência pode ser ambígua para determinação das informações do recipiente 20 (uma vez que as medidas refletem não apenas da frequência de ressonância principal, mas sim de seus harmônicos (múltiplos inteiros)), em uma concretização possível, o presente método pode utilizar ao menos uma de duas etapas para inferir a informação de recipiente 20 correta: a amplitude da resposta acústica medida e, caso ainda exista ambiguidade, o histórico de informações anteriores. Neste sentido, a amplitude observada para a ressonância é menor para cada harmônico de maior ordem (maior frequência) medido, permitindo inferir, por medidas realizadas anteriormente, se uma dada amplitude é proporcional a frequência fundamental ou a um harmônico, e, nesse segundo caso, inferir qual a ordem desse harmônico. Caso o ruído ambiente não permita uma separação clara das amplitudes medidas, é possível ainda se utilizar das informações do recipiente 20 anteriormente calculadas por este método para anular essa ambiguidade, ou seja, para inferir a informação correta em função das informações anteriormente medidas. Por exemplo, se o presente método obteve uma informação de altura de 0,50m e 1m (ambíguas) e a medida obtida em uma iteração imediatamente anterior do método foi de 0,55m, pode-se inferir que a medida correta muito provavelmente é de 0,5m e caso esteja incorreto, pode-se corrigir a posterior nos dados.[0048] That said, as the frequency-only measurement can be ambiguous for determining the information of container 20 (since the measurements reflect not only the main resonant frequency, but its harmonics (integer multiples)), in a possible embodiment, the present method can use at least one of two steps to infer the correct recipient information 20: the amplitude of the measured acoustic response and, if there is still ambiguity, the history of previous information. In this sense, the amplitude observed for resonance is smaller for each harmonic of higher order (higher frequency) measured, allowing to infer, by previous measurements, if a given amplitude is proportional to the fundamental frequency or to a harmonic, and, in this second case , infer the order of this harmonic. If the ambient noise does not allow a clear separation of the measured amplitudes, it is still possible to use the information from the
[0049] O recipiente 20 em si pode ser formado por quaisquer materiais, o que representa uma vantagem da presente invenção frente às anterioridades, visto que alguns dos métodos de medição do estado da técnica exigem que o recipiente ou o próprio material armazenado em seu interior tenham propriedades específicas ou sejam formados por materiais específicos. Ademais, o recipiente 20 pode ser configurado por quaisquer formatos adequados, tal como em forma de cilindro ou paralelepípedo.[0049] The
[0050] A referência 1001 da figura 1 denota o material contido no interior do recipiente, que pode ser sólido ou líquido. A referência 1000 da figura 1 denota a porção vazia do recipiente. O termo “porção vazia” deve ser entendido, no contexto da presente invenção, como uma porção que não contém o material 1001 sólido ou líquido, mas que pode estar preenchida por um material que permita uma transmissão desimpedida de estímulos e respostas acústicas dentro desta porção 1000, por exemplo, um material gasoso, e mais particularmente o ar. A referência “Lv” da figura 1 denota a altura referente ao volume da porção vazia 1000 do recipiente 20. Importante notar que a presente invenção, através de seus métodos, meios e dispositivos, permite a medição das informações relativas ao recipiente 20 independentemente do tipo de material gasoso presente no interior da porção vazia 1000, podendo ser, por exemplo, um material combustível (como o vapor de gasolina) ou corrosivo. Isto porque a presente invenção não exige que nenhum de seus elementos sejam dispostos no interior do recipiente 20, tal que não são afetados pelas características do material contido no interior do dito recipiente 20, permitindo-se trabalhar com qualquer tipo de material.[0050] The
[0051] Dito isso, a etapa de calcular A2 ao menos uma informação referente ao recipiente 20 em função da resposta acústica medida, é realizada por um meio de processamento 40, podendo este ser, por exemplo, uma unidade de processamento de qualquer natureza. Referido cálculo pode ser realizado de maneira analítica ou através de “Machine Learning”. Uma concretização possível do método de cálculo analítico que pode ser realizado para determinação de uma informação referente ao recipiente 20 será detalhado adiante, também detalhadas no fluxograma da figura 4, compreendendo as etapas de:[0051] That said, the step of calculating A2 at least one piece of information regarding the
[0052] - Obter A20 uma função de amplitude por frequência através da aplicação da Transformada de Fourier sobre a resposta acústica;[0052] - Obtain A20 a function of amplitude per frequency by applying the Fourier Transform on the acoustic response;
[0053] - Identificar A21 uma multiplicidade de picos (preferencialmente de 5 a 8 picos) em um gráfico derivado da função de amplitude por frequência;[0053] - Identify A21 a multiplicity of peaks (preferably from 5 to 8 peaks) in a graph derived from the amplitude function by frequency;
[0054] - Identificar A22 a frequência correspondente para cada pico identificado;[0054] - Identify A22 the corresponding frequency for each identified peak;
[0055] - Calcular A23 um comprimento característico para cada pico identificado utilizando a seguinte equação: [0055] - Calculate A23 a characteristic length for each peak identified using the following equation:
[0056] - Descartar A24 os resultados de comprimento característico que coincidam com uma medida conhecida do recipiente;[0056] - Discard A24 the characteristic length results that coincide with a known measurement of the container;
[0057] - Separar A25 os resultados de comprimento característico em grupos, em função de um peso estatístico dado pela amplitude integrada em cada conjunto;[0057] - Separate A25 the characteristic length results into groups, according to a statistical weight given by the integrated amplitude in each set;
[0058] - Identificar A26 o grupo de comprimento característico com maior peso estatístico;[0058] - Identify A26 the characteristic length group with the highest statistical weight;
[0059] - Calcular A27 uma média dos valores de comprimento característico pertencentes ao grupo de maior peso estatístico; e[0059] - Calculate A27 an average of the characteristic length values belonging to the group with the highest statistical weight; It is
[0060] - Obter A28 uma informação referente ao recipiente 20 em função da média de valores de comprimento característico calculada.[0060] - Obtain A28
[0061] Para maior esclarecimento, a etapa A25 de separar os resultados de comprimento característico em grupos é mais bem explicada a seguir. Para conhecermos a amplitude de cada harmônico, é necessário integrar os valores em torno do pico de um gráfico no espaço de frequências, uma vez que devido a solução se aplicar a um corpo extenso e o microfone não ter uma resolução infinita, os valores de frequência não são linhas finas, tendo uma distribuição em torno de um valor máximo. Ao se integrar em torno do pico, se observa qual a amplitude acústica medida para esse harmônico, podendo então classificar os harmônicos pela sua amplitude integrada. Essa classificação permite ordená-los do mais significativo para o menos e agrupar em "valores constantes" (devidos às dimensões intrínsecas do recipiente), "valores de interesse" (resposta devido a variação da altura do material no recipiente) e "ruído ambiente" (valores de menor amplitude e que podem ser descartados).[0061] For further clarification, step A25 of separating characteristic length results into groups is further explained below. In order to know the amplitude of each harmonic, it is necessary to integrate the values around the peak of a graph in the frequency space, since, due to the solution being applied to an extensive body and the microphone not having an infinite resolution, the frequency values they are not thin lines, having a distribution around a maximum value. By integrating around the peak, the acoustic amplitude measured for that harmonic is observed, and then it is possible to classify the harmonics by their integrated amplitude. This classification allows them to be sorted from the most significant to the least and grouped into "constant values" (due to the intrinsic dimensions of the container), "values of interest" (response due to variation in the height of the material in the container) and "environmental noise". (lower amplitude values that can be discarded).
[0062] A etapa A28 de obtenção de uma informação referente ao recipiente 20 pode ser realizada de maneira a obter de uma variedade de informações. A média de valores de comprimento característico obtida na etapa A27 já representa a altura “Lv” da porção vazia do recipiente 20, tal que a etapa A28 pode se limitar simplesmente a caracterizar esta informação como tal através da unidade de processamento 40 e, opcionalmente, enviá-la a um dispositivo externo 42, por exemplo, um dispositivo de exibição (tal como um terminal ou um dispositivo móvel do operador) para exibir tal informação ao operador. Alternativamente, conhecendo-se previamente as informações dimensionais do recipiente 20 (por exemplo, diâmetro ou comprimento das paredes), a etapa A28 pode consistir em calcular o volume da porção vazia 1000 do recipiente 20, em função da altura desta porção vazia calculada na etapa A27. Em outra possibilidade, conhecendo-se previamente a altura total do recipiente 20, pode-se calcular o volume da porção vazia 1000 para então se calcular o volume da porção 1001 do recipiente 20 que está preenchida de material. Em mais uma possibilidade, conhecendo-se as características relevantes do material contido no recipiente (por exemplo, densidade), e tendo sido calculado o volume da porção cheia 1001, pode-se calcular outras variáveis como o peso (massa) do material contido no recipiente 20. Estas possibilidades de informação a serem obtidas na etapa A28 são apenas exemplos não exaustivos, e será claro para um técnico no assunto que outros tipos de informações podem ser obtidas a partir desta mesma lógica.[0062] Step A28 of obtaining information regarding the
[0063] A título de clareza, esclarece-se ainda uma possível implementação do cálculo A2 através de “Machine Learning”. A análise usando Machine Learning depende de uma etapa anterior, conhecida como treinamento, onde dados acústicos de recipientes com diferentes formatos e contendo variados volumes conhecidos são adquiridos e usados para treinar os pesos do modelo adotado. Por se tratar de uma análise de série temporal, o modelo escolhido para essa análise é, preferencialmente, uma rede neural convolucional. Dessa forma, os passos para a análise usando Machine Learning, após o treinamento do modelo, podem ser:[0063] For the sake of clarity, a possible implementation of the A2 calculation through “Machine Learning” is also clarified. Analysis using Machine Learning depends on a previous step, known as training, where acoustic data from containers with different shapes and containing different known volumes are acquired and used to train the weights of the adopted model. As it is a time series analysis, the model chosen for this analysis is preferably a convolutional neural network. In this way, the steps for analysis using Machine Learning, after training the model, can be:
[0064] (i) a resposta acústica obtida pelo meio de medição 10 e a excitação acústica artificial gerada pelo meio de geração de excitação acústica 31, ou ainda o ruído ambiente, são alimentados na entrada da rede neural. De maneira opcional, caso essa informação esteja disponível, também pode-se adicionar nas entradas os valores das dimensões do recipiente.[0064] (i) the acoustic response obtained by the measurement means 10 and the artificial acoustic excitation generated by the acoustic excitation generation means 31, or the ambient noise, are fed into the input of the neural network. Optionally, if this information is available, the values of the dimensions of the container can also be added to the inputs.
[0065] (ii) o resultado obtido pela rede neural corresponde à altura da porção vazia 1001 do recipiente 20.[0065] (ii) the result obtained by the neural network corresponds to the height of the
[0066] Um técnico no assunto entenderá claramente que, obtida a altura da porção vazia 1001 do recipiente 20, uma multiplicidade de informações derivadas poderia ser obtida, por exemplo, mas não limitadas a aquelas exemplificadas para a etapa A28 do método de cálculo analítico supracitado.[0066] A person skilled in the art will clearly understand that, obtaining the height of the
[0067] Em concordância com as informações prestadas acima, a presente invenção contempla ainda um meio de processamento 40 configurado para realizar o método de cálculo analítico de uma informação referente a um recipiente 20, tal como o supracitado.[0067] In accordance with the information provided above, the present invention also contemplates a processing means 40 configured to carry out the method of analytical calculation of information referring to a
[0068] De maneira alternativa, os cálculos supracitados (tanto o analítico quanto aqueles realizados por “machine learning” podem ser realizados por um equipamento externo à unidade de processamento 40, por exemplo, uma unidade de processamento externa pertencente a um servidor ou computador conectado à unidade de processamento 40 da presente invenção.[0068] Alternatively, the aforementioned calculations (both the analytical and those performed by "machine learning" can be performed by equipment external to the
[0069] Também em concordância com as informações prestadas acima, a presente invenção contempla ainda um dispositivo para obtenção de uma informação referente a um recipiente 20 que é configurado para realizar o método de obtenção de informação referente a um recipiente 20 supracitado. Referido dispositivo pode, em uma concretização preferencial, compreender um meio de processamento 40 e um meio de medição 10, tal como os supracitados em qualquer uma das suas concretizações possíveis. O referido dispositivo pode ainda compreender um meio de geração de excitação acústica 31, tal como um alto-falante, o qual implica na presença, também, de um amplificador 41. Referido dispositivo pode ainda estar conectado com um dispositivo externo 42, por exemplo, um terminal de operador ou dispositivo móvel do operador, para exibição das informações obtidas referentes ao recipiente 20.[0069] Also in accordance with the information provided above, the present invention also contemplates a device for obtaining information regarding a
[0070] Apresentadas as informações acima, torna claro que a presente invenção permite uma série de vantagens frente ao estado da técnica, por exemplo, mas não limitadas a:[0070] Given the above information, it becomes clear that the present invention allows a number of advantages over the state of the art, for example, but not limited to:
[0071] (i) flexibilidade de aplicação em qualquer tipo de recipiente que contenha qualquer tipo de material em seu interior;[0071] (i) flexibility of application in any type of container that contains any type of material inside;
[0072] (ii) facilidade de instalação e manutenção do dispositivo, dado que não é necessário a instalação de quaisquer elementos no interior do recipiente;[0072] (ii) ease of installation and maintenance of the device, as it is not necessary to install any elements inside the container;
[0073] (iii) maior durabilidade do dispositivo, pela sua natureza de aplicação externa;[0073] (iii) greater durability of the device, due to its nature of external application;
[0074] (iv) facilidade de adaptação a recipientes e sistemas já existentes; e[0074] (iv) ease of adaptation to existing containers and systems; It is
[0075] (v) menor preço de implementação em relação aos demais métodos e dispositivos conhecidos, por não fazer uso de componentes especializados de alto valor.[0075] (v) lower implementation price compared to other known methods and devices, as it does not use high-value specialized components.
[0076] Citam-se ainda exemplos não-exaustivos de possíveis aplicações da presente invenção: medida do volume de grãos ou ração em silos usados para avicultura e suinocultura; medida do volume de silos de estoque com produtos agrícolas e alimentícios em geral; medida do volume de tanques de combustível em depósitos, distribuidores ou postos de combustível; medida de volume de água em caixas d'água.[0076] Non-exhaustive examples of possible applications of the present invention are also cited: measurement of the volume of grains or feed in silos used for poultry and pig farming; measurement of the volume of stock silos with agricultural and food products in general; measuring the volume of fuel tanks in depots, distributors or fuel stations; measurement of water volume in water tanks.
[0077] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.[0077] Having described a preferred embodiment example, it should be understood that the scope of the present invention covers other possible variations, being limited only by the content of the appended claims, including the possible equivalents.
Claims (15)
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