CN104718436A - 一组隔开的声波收发器阵列及测量仓储装置物料量的方法 - Google Patents

一组隔开的声波收发器阵列及测量仓储装置物料量的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于评估仓储装置的物料量的方法和系统，该方法可以包括：在第一时间点并且通过第一声波收发器阵列发射第一声波脉冲；通过第二声波收发器阵列接收第一声波脉冲的回波；以及处理第一声波脉冲的回波以帮助提供与物料量有关的第一估计；其中第二声波收发器阵列与第一收发器阵列不同；其中第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间的距离是第二声波收发器阵列的换能器之间的距离的至少十倍。

Description

一组隔开的声波收发器阵列及测量仓储装置物料量的方法
发明背景
对液体库存进行监测一般比较简单。相比之下，对由堆积在仓储装置(如筒仓)内的颗粒组成的散装固体库存进行监测往往很难。这种散装固体库存的实例包括建筑用水泥和沙子、谷物、肥料等。对仓储装置内的散装材料的物位(level)的测量是个尚未充分解决的问题。仓储装置内的条件通常不好(灰尘、极端温度等)，并且储存在仓储装置中的散装材料的物料通常没有平坦的表面，并且并不总是各向同性的。其它困难来自于使用的各种各样的仓储装置形状，以及一些仓储装置内的爆炸性空气。
如本文所用的术语“仓储装置(bin)”的范围包括用于散装颗粒状固体的任一种储存容器，其结构限定用于接收并储存固体的内部容积。这种仓储装置可以是上下及所有侧面都是封闭的，当仓储装置是筒仓、容器或水箱时即是如此，或者上面或一个或多个侧面可以是打开的。在下文本发明的详细说明中所使用的“仓储装置”的实例是筒仓；但本领域技术人员将清楚的是如何将本发明的原理应用于任何类型的仓储装置。
已知有五种主要方法用于对仓储装置(如筒仓)的物料量进行连续测量。
一种机电(yo-yo)物位传感器基本上由在一卷带子的一端的重物组成。重物被允许在筒仓中下降到物料的上表面所处的深度。当重物停留在物料的顶部时，带子的张力减弱。然后重物被收回到顶部设定点。由收回重物所需要的时间或由测量出的带子长度来推断物料的高度。
机械装置(如yo-yo传感器)并不可靠。其往往会被灰尘堵塞且被筒仓内的障碍物(如泵和杆)卡住。
超声波物位传感器根据超声波声波发射和接收的原理工作。来自发射器的高频声波被物料的上表面反射到接收器。物料的高度是由往返传输时间来推断的。这种传感器的范围有限且在有灰尘存在的情况下运转不良。此外，这种装置需要针对不同类型的筒仓进行定制设计。
雷达物位传感器根据电磁波发射和接收的原理工作。来自发射器的电磁波被物料的上表面反射到接收器。物料的高度是由往返传输时间来推断的。这种传感器的单点测量并不适用于散装固体。
电容传感器测量两个金属杆之间或金属杆和地之间的电容。因为筒仓物料具有与空气不同的介电常数，所以电容根据两杆之间或杆和地面之间的物料的上表面的物位而改变。这种传感器往往是不准确的，且对储存在筒仓内的材料的湿度和类型敏感。
上面讨论的所有的现有技术传感器对物料的形状均不敏感，所以在一种称为“锥形化”的常见现象存在时是不准确的，此现象在散装颗粒状固体通过仓储装置的底部被取出时发生：倒锥形孔，其顶点位于取出点的正上方，往往在散装颗粒状固体中形成。当散装颗粒状固体从顶部添加到仓储装置中时也发生类似的现象：固体往往堆积成锥形，其顶点位于固体添加点的正下方。这些传感器也在具有复杂的几何形状的仓储装置内和在有障碍物存在的情况下运转不良。
重量计通过测量支撑筒仓的杆内的张力来测量移动筒仓及其物料的重量。这种重量计的安装较复杂，并且它们只适合于带有金属支架的移动筒仓。
因此，人们广泛意识到需要一种测量仓储装置的物料，且特别是检测障碍物并将克服上述目前已知方法的缺点的方法，并且找到这种方法将会是非常有利的。
发明概述
提供了用于评估仓储装置的物料量的系统和方法。
根据本发明的实施例，可以提供用于评估仓储装置的物料量的方法，该方法可以包括：(a)在第一时间点并且通过第一声波收发器阵列发射第一声波脉冲；(b)由第二声波收发器阵列接收第一声波脉冲的回波；以及(c)处理第一声波脉冲的回波，以帮助提供与物料量有关的第一估计。第二声波收发器阵列与第一收发器阵列不同。
第一收发器阵列和第二收发器阵列相互间隔开，以便它们以基本上不同的角度从同一反射点接收回波。例如，第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间的距离是第二声波收发器阵列的换能器之间的距离的至少十倍。换句话说，第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列不能被认为形成了单一相控阵列，因为它们彼此间隔地太远。
所述方法可以包括：通过第一声波收发器阵列接收第一声波脉冲的另一回波；以及处理第一声波脉冲的另一回波，以帮助提供与物料量有关的第二估计。
所述方法还可以包括在第二时间点并且通过第二声波收发器阵列发射第二声波脉冲；其中，第二时间点与第一时间点不同；通过第一声波收发器阵列接收第二声波脉冲的回波；以及处理第二声波脉冲的回波，以帮助提供与物料量有关的第三估计。
所述方法可以包括：通过至少一个附加的声波收发器阵列接收第二声波脉冲的另一个回波；以及处理第二声波脉冲的另一个回波，以帮助提供与物料量有关的第四估计。
第一估计可以是第一反射点的位置的估计，所述第一反射点(a)属于物料的上表面并且(b)反射第一声波脉冲；其中所述处理可以包括估计第一反射点的位置，以响应(i)第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间的空间关系，(ii)第一声波收发器阵列发射第一声波脉冲与第一声波收发器阵列的回波的接收之间的时间间隔，以及(iii)回波到达第二声波收发器阵列的方向。
所述方法可以包括补偿第二声波收发器阵列的第二时钟与主时钟之间的时钟差。
所述补偿可以包括：通过第二声波收发器阵列接收多个主时钟时间戳；确定第二时钟时间戳的补偿值，以响应多个主时钟时间戳的值和接收多个主时钟时间戳的时间测定；以及将第二时钟设定成补偿值。
所述补偿可以包括通过第二声波收发器阵列计算第二时钟速率和第一时钟速率之间的差值(gap)，以响应多个主时钟时间戳并且响应接收多个主时钟时间戳的时间测定。
预期物料的上表面位于第一收发器阵列和第二收发器阵列的每一个的近场内。
第一声波脉冲可以具有大于40度宽的波瓣的形状。
根据本发明的实施例，可以提供用于评估仓储装置的物料量的系统，该系统可以包括：(a)第一声波收发器阵列，其被设置成在第一时间点发射第一声波脉冲；及(b)第二声波收发器阵列，其被设置成接收第一声波脉冲的回波。第二收发器阵列被设置成处理第一声波脉冲的回波，以帮助提供与物料量有关的第一估计。第二声波收发器阵列与第一声波收发器阵列不同并且第一收发器阵列和第二收发器阵列可以彼此间隔开。例如，第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间的距离是第二声波收发器阵列的换能器之间的距离的至少十倍。
第一声波收发器阵列可以被设置成接收第一声波脉冲的另一个回波并处理第一声波脉冲的另一个回波，以帮助提供与物料量有关的第二估计。
第二声波收发器阵列可以被设置成在第二时间点发射第二声波脉冲；其中第二时间点与第一时间点不同；其中第一声波收发器阵列可以被设置成接收第二声波脉冲的回波并处理第二声波脉冲的回波，以帮助提供与物料量有关的第三估计。
所述系统可以包括至少一个附加的声波收发器阵列，其可以被设置成，接收第一声波脉冲的另一个回波；及处理第一声波脉冲的另一个回波，以帮助提供与物料量有关的第四估计。
第一估计可以是第一反射点的位置的估计，所述第一反射点(a)属于物料的上表面，并且(b)反射第一声波脉冲。第一声波收发器阵列可以被设置成帮助估计第一反射点的位置，以响应(i)第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间的空间关系，(ii)第一声波收发器阵列的第一声波脉冲的发射与第一声波收发器阵列的回波的接收之间的时间间隔，以及(iii)回波到达第二声波收发器阵列的方向。
第二声波收发器阵列可以被设置成补偿第二声波收发器阵列的第二时钟和主时钟之间的时钟差。
第二声波收发器阵列可以被设置成接收多个主时钟时间戳；确定第二时钟时间戳的补偿值，以响应多个主时钟时间戳的值和接收多个主时钟时间戳的时间测定；以及将第二时钟设定成补偿值。
第二声波收发器阵列可以被设置成计算第二时钟速率和第一时钟速率之间的差值，以响应多个主时钟时间戳并且响应接收多个主时钟戳的时间测定。
主时钟可以由被耦合到第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列的控制器产生。
预期物料的上表面位于第一收发器阵列和第二收发器阵列的每一个的近场内。
所述系统可以包括控制器，其可被设置成接收与物料量有关的第一估计和第二估计并且提供与物料量有关的更新估计。
第一声波脉冲可以具有大于40度宽的波瓣的形状。
附图简要说明
在本说明书的结论部分中特别地指出并清楚地要求保护被视为发明的主题。然而，就其操作的组织和方法而言，本发明及其目的、特征和优点可通过参考下述详细描述，并结合附图阅读而得到最好的理解，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的筒仓的局部剖视图，该筒仓具有安装在筒仓的顶板上的系统；
图2是根据本发明的实施例的筒仓的局部剖视图，该筒仓具有安装在筒仓的顶板上的系统；
图3示出了根据本发明的实施例的图1的系统的不同收发器阵列的采集场的中心之间的空间关系；
图4示出了根据本发明的实施例由图1的系统的不同收发器阵列照射的区域之间的空间关系；
图5是根据本发明的实施例的筒仓和安装在筒仓的顶板上的系统的多个声波收发器阵列的俯视图；
图6是根据本发明的实施例的筒仓和安装在筒仓的顶板上的系统的多个声波收发器阵列的俯视图；
图7是根据本发明的实施例的筒仓和安装在筒仓的顶板上的系统的多个声波收发器阵列的俯视图；
图8是根据本发明的实施例的时序图；以及
图9示出了根据本发明的实施例的方法。
应当理解的是，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。此外，在认为适当的地方，参考标记可以在附图中重复以指示对应的或类似的元件。
具体实施方式
在以下详细说明中，阐述了很多具体的细节，以提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员应理解的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它情况中，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以免使本发明不清楚。
在本说明书的结论部分中特别地指出并清楚地要求保护被视为发明的主题。然而，就其操作的组织和方法而言，本发明及其目的、特征和优点可通过参考下述详细描述，并结合附图阅读而得到最好的理解。
应当理解的是，为了说明的简单和清楚，附图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。此外，在认为适当的地方，参考标记可以在附图中重复以指示对应的或类似的元件。
说明书中对系统的任何引用都应该经过必要的变更后应用到可以由系统执行的方法中。
由于本发明的所示实施例在很大程度上可以使用本领域的技术人员已知的电子部件和电路来实现，所以为了理解和认识本发明的基本概念和为了不混淆或扰乱本发明的教导，将不再对上述被认为是必需的细节之外的细节做任何更深程度的详细解释。
说明书中对方法的任何引用都应该经过必要的变更后应用到能够执行该方法的系统中，并且应该经过必要的变更后应用到储存指令的非暂时性计算机可读介质中，所述指令一旦由计算机执行，就引起执行所述方法。
说明书中对系统的任何引用都应该经过必要的变更后应用到可以由系统执行的方法中，并且应该经过必要的变更后应用到储存指令的非暂时性计算机可读介质中，所述指令一旦由计算机执行，就引起执行所述方法。
本发明是用于提供与储存在仓储装置中的物料量有关的估计的系统。所述估计可以与物料的数量、物料在仓储装置内的分布等有关。
参照附图及相关说明可以更好地理解根据本发明的物料测量的原理和操作。
所述系统包括两个或多个间隔开的声波收发器阵列。声波收发器阵列是间隔开的，在某种意义上来说，它们以基本上不同的角度接收来自同一反射点的回波。这些角度可以彼此相差许多度(例如，相差至少10度、20度、30度或多于30度)，而不能小于1度。间隔开的声波收发器阵列之间的距离可以是几米，并且每个声波收发器阵列与仓储装置的物料之间的距离也可以是几米。
这些角度之间的差异足够大，使得可能存在这样的情况：相同声波脉冲的回波将仅被声波收发器阵列中的一些采集到。
图3示出了形成在从仓储装置的物料的上表面的反射点延伸的虚垂线55和四个换能器阵列70、60、80和90之间的角度80、81、82和83。这些角度基本上相互不同。
例如，间隔开的声波收发器阵列之间的距离是相同声波收发器阵列的换能器之间的距离的至少十倍。
间隔开的声波换能器阵列不能被认为是形成单一相控阵列，因为它们彼此间隔地太远。
短语“朝着物料的上表面”可以意味着声波脉冲可以指向一个位置，可能预期在该位置物料至少处于仓储装置的某一充满物位。充满物位的变化不一定改变可能被固定的照射方向。因此，当物料物位改变时，发射方向不改变。在各图中，可以假定声波脉冲指向使声波脉冲被引向筒仓100的物料80的上表面(90(1)、90(2)和90(3))的某一方向。
预期仓储装置的物料会在声波换能器阵列中的每一个的远场内。
不同的间隔开的声波换能器阵列的视场可以部分重叠，如图4所示，分别显示了声波换能器阵列70、60、80和90的视场170、160、180和190。
图1和2是根据本发明的各个实施例的具有系统8的筒仓100的局部剖视图，系统8包括四个声波检测装置10-13以及控制器20。
每个检测系统都具有处理器和声波换能器阵列。检测系统10包括处理器71和包括三个声波换能器70的声波换能器阵列。检测系统11包括处理器61和包括三个声波换能器60的声波换能器阵列。检测系统12包括处理器81和包括三个声波换能器80的声波换能器阵列。检测系统13包括处理器91和包括三个声波换能器90的声波换能器阵列。
处理器71、61、81和91可以通过有线方式或通过无线方式电连接到其对应的声波换能器阵列和/或彼此之间连接。处理器相对于彼此的位置可以认为是不如间隔开的声波换能器阵列之间的空间关系重要。因此，并且为了简短说明，下文可能指声波换能器阵列的位置而不是检测系统的位置。
应当注意，系统8可以包括多个间隔开的声波收发器，并且图1-4和6的四个声波收发器只是包括四个声波收发器的群组的非限制性实例。系统8可以具有任意数量的声波收发器，即两个声波收发器或多于两个声波收发器。
此外，尽管图1-7示出了每个声波收发器包括三个声波换能器，但应当注意，一个或多个声波收发器可以包括另一数量的声波收发器。不同的声波收发器阵列可具有相同数量的声波收发器或者声波收发器的数量可以彼此不同。在美国专利8091421中示出了这种声波收发器阵列的非限制性实例，该文献在此以引入方式并入本文。
此外或可选地，一个或多个声波收发器可以包括相同的声波换能器或者声波换能器的尺寸和/或形状可以彼此不同。
此外或可选地，一个或多个声波收发器可以具有相同的辐射图案或者它们的辐射图案彼此不同。
在任何情况下，声波收发器的每一个都包括具有大的辐射图案的换能器。这些辐射图案大于相应的激光、超声波和雷达脉冲。发射的脉冲可以被成形为宽度大于40、50、60、70甚至大于70度的波瓣。图4的角度66提供了这样一个角度的非限制性实例。
声波检测系统10-13的声波换能器阵列安装在筒仓100的顶板102上并且面对物料80的上表面。
图1示出了根据本发明的实施例的在物料改变过程(填充物料或排空物料的过程)中的三个时间点处的物料的上表面90(1)、90(2)和90(3)。上表面90(1)低于上表面90(2)，且上表面90(2)低于上表面90(3)。
系统8可以在事先不知道筒仓100的形状和尺寸的情况下进行操作，并且在这个意义上它是自控系统且可以随着时间获知筒仓的形状和尺寸。例如，系统8可以将筒仓100的底部定义为一组点，这组点被估计为具有随着时间由系统8照射的点的最小估计高度。
通过应用本说明书中示出的各种方法，系统8可以检测障碍物，而不用事先知道这些障碍物的位置和大小。
可选地，系统8可以接收关于筒仓的至少部分信息(例如，其尺寸或至少其横截面尺寸)。
(声波检测系统10-13的)每个声波收发器阵列都包括多个(例如三个)彼此接近的声波收发器(分别为70、60、80和90)，并且还包括处理器(分别为71、61、81和91)。
控制器20可以控制不同的声波收发器阵列的发射窗口，以便声波收发器阵列以不重叠的方式发射声波脉冲，使得在任何给定的时间点至多仅有单个声波收发器阵列发射声波脉冲。
此外或可选地，一个或多个声波收发器可以控制发射的定时。声波收发器可以应用分布式控制机制来确定每个声波收发器何时发射其声波脉冲，从而为了防止不同声波收发器重叠发射声波脉冲。
每个阵列的每个声波收发器都包括发射器和接收器。图1示出了声波检测系统10，其包括处理器30和三个声波收发器70并进一步示出声波收发器70，其包括接收器50和发射器40。
发射器50可以被设置成发射声能脉冲，该声能脉冲可能可以宽到足以覆盖而不扫描物料的上表面的相对大面积，这是与可以由窄横截面射频或窄横截面(约10度的孔径)超声波覆盖的更窄的面积相比而言。
还应当注意，本发明经过必要的变更后可以适用于大的(约60-80度的孔径)横截面射频脉冲(例如，约1Ghz射频脉冲)或者适用于使用射频的扫描系统或使用超声波的扫描系统。声能脉冲可以具有在2-7千赫兹之间的频率。
应当注意，收发器阵列的数量可以不是三个，并且可以使用射频和超声波辐射。
每个声波收发器阵列70可以包括发射路径和接收路径。发射路径(发射器，标示为40)可以包括脉冲成形器41、调制器42和换能器(扬声器)43，而接收路径(接收器，标示为50)可以包括换能器(扩音器)51、解调器52、脉冲压缩器53和后置处理器54，例如题为“Variable length rangingand direction-finding signals constructed from beamlimited kernals and sparsespreading sequences”，序列号为13/041461，提交日为3/7/2011的美国专利申请中所示的那些，该文献在此以引入方式并入本文。
脉冲成形器41从内核产生基带脉冲。调制器42利用基带脉冲调制载波。换能器43将调制的载波发射到支持载波传播的介质中，作为发射的声波脉冲56，且朝向物料的上表面(90(1)、90(2)和90(3))。
回波58从上表面(90(1)、90(2)和90(3))反射，并且可以被声波收发器10的声波收发器阵列以及分别被声波收发器11、12和13的声波收发器(60、80和90)中的一个或多个换能器接收。
换能器51可以接收由声波收发器70的换能器43或由任何其它声波收发器阵列60、80和90的换能器发射的声波脉冲的回波。
解调器52解调回波以提供接收到的基带脉冲的表示。
脉冲压缩器53通过解卷积压缩基带脉冲的表示。脉冲压缩提供压缩脉冲，其为原始内核的时移表示。后置处理器54对压缩脉冲应用后置处理并推断上表面(90(1)、90(2)和90(3))的多个点的距离为声波脉冲56和回波58往返传输时间的结果的一半。
根据本发明的另一个实施例，通过声波检测装置仅部分地完成处理，并且处理至少部分地由控制器20完成。控制器20可以合并从不同的声波检测装置10-13接收的信息以提供仓储装置的物料量的更好的估计。
方向信息是通过使用收发器阵列70的不同的组合发射声波脉冲并接收回波来获得的。
一个或多个声波收发器阵列70可以在任意给定的时间点起到发射器的作用并且可以向仓储装置的内部发射声能脉冲(声波脉冲)56。声波脉冲可以被引向一个位置，在该位置中，可能预期物料至少处于仓储装置的某一充满物位。充满物位的变化不改变可能被固定的照射方向。因此，当物料物位改变时，发射方向不改变。在图1中，可以假定声波脉冲指向使声波脉冲被引向筒仓100的物料80的上表面(90(1)、90(2)和90(3))的某一方向。
声波脉冲56在图1中用符号表示为从声波收发器80发出的箭头。声波脉冲56的回波从上表面(90(1)、90(2)和90(3))反射回声波检测系统11-13的声波收发器80、60和90。这些回波在图1中用虚箭头58来表示。
在图2中，声波脉冲从声波收发器60发出并且回波被反射回声波检测系统10-12的声波收发器60、70和80。
回波的检测取决于不同声波收发器阵列的视场，并且取决于由声波脉冲照射的物料的上表面区域的空间特性和反射特性。
回波58由作为接收器的收发器阵列70接收，所述收发器阵列70进而能够产生表示在三个时间点的物料80的上表面(90(1)、90(2)和90(3))的形状的检测信号。
检测信号可响应于回波的到达时间、到不同收发器阵列的回波到达时间之间的关系、以及声波收发器阵列的空间布置之间的关系。
应当注意，发射器40被设置成在物料改变过程中的不同时间点处将辐射脉冲引向仓储装置的内部，所述物料改变过程选自物料的排空过程和物料的填充过程；接收器50被设置成接收辐射脉冲的回波并且产生指示回波的到达时间和到达方向的检测信号。
图5-7是根据本发明的各个实施例的筒仓和安装在筒仓的顶板上的系统的多个声波收发器阵列的俯视图。
图5示出了五个间隔开的声波收发器阵列77，一个位于筒仓100的中心，而其余四个声波收发器阵列77以对称的方式被设置在距筒仓的中心固定距离处。
图6示出了三个间隔开的声波收发器阵列77，其以对称的方式被定位在距筒仓的中心固定距离处。
图7示出了六个间隔开的声波收发器阵列77，其被定位成两排。
图8是根据本发明的实施例的时序图300。
图8示出了根据本发明的实施例的四个不重叠的时隙310、311、312和313。
在每个时隙期间，只有一个检测系统发射声波脉冲，而所有检测系统都打开以接收该声波脉冲的回波。应当注意，在一个或多个时隙期间，仅一部分检测系统可以打开用于接收。
发射的顺序可随时间改变，并且可以与图8中示出的顺序不同。所述时隙可以均匀或不均匀地在声波收发器阵列之间分配。
图9示出了根据本发明的实施例的方法400。
下述方法描述了包括通过单个声波收发器阵列发射声波脉冲和接收(或至少尝试接收)声波脉冲的回波的顺序。预期接收多个回波。回波的处理可提供与仓储装置的物料量有关的估计。此估计可以是仓储装置的物料的上表面的某一区域或某一点的估计，可以是障碍物存在(例如，参见图1的障碍物101)的估计，可以是仓储装置的上表面的多个区域和/或多个点、仓储装置的上表面的映射、甚至是物料体积的估计。仓储装置的物料量的估计通常需要多个声波脉冲随时间的多次发射。估计可通过以下方式提供：通过每个声波检测装置；通过多个声波检测装置之间的合作；通过从一个或多个声波检测装置接收初始估计的控制器(或任何其它实体)；通过这样的控制器和一个或多个声波检测装置之间的合作。
下文涉及多个估计。这些估计可独立、合并或以其他方式做进一步的处理来提供最终估计。处理回波的阶段可以包括：(a)确定回波的特性(例如，到达角度、信噪比、振幅)；(b)确定反射回波的表面的反射点或反射区域的位置，(c)评估反射点或反射区域的位置的估计的可靠性水平；(d)估计物料的形状。确定(a)-(d)中的每一个或任何其它类型的确定都可视为与物料有关的估计。
可基于几何关系确定属于上部的表面物料并反射从第一声波收发器阵列发射且通过第二声波收发器阵列接收的声波脉冲的反射点的位置，并对其加以确定以响应：(a)第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间的空间关系；(ii)第一声波收发器阵列发射第一声波脉冲和接收第一声波收发器阵列的回波之间的时间间隔；以及(iii)回波到达第二声波收发器阵列的方向(ALPHA)。假定第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列和反射点通过虚构三角形虚拟连接，而第一边E1虚拟连接在第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间，将第二声波收发器阵列和第一声波收发器阵列虚拟连接至反射点的第二边E2和第三边E3的长度的总和(Es)由时间间隔表示(时间间隔＝(E2+E3)/V)，其中V是声音信号在空气中的传播速度，并且E1和E2之间的角度提供回波的到达方向。
基于虚构三角形的角和边之间的关系，E1、E2、E3和ALPHA之间的关系可以用以下等式表示：E32＝E22-E12+2*E1*E2*Cosine(ALPHA)
由于已知Es、ALPHA和E1，可以得出E3(第二收发器阵列和反射点之间的距离)：
E32＝(Es-E3)2-E12+2*E1*(Es-E3)*Cosine(ALPHA)
再参考图9，方法400开始于阶段410，其在第x个时间点并通过第y个声波收发器阵列朝着物料的预期位置发射第x个声波脉冲。
索引x和y是正整数。索引x的值用于表示时间点，尤其表示发射时隙(例如310、311、312和313)。索引y的值范围在1到Y之间，Y是每个系统中声波收发器阵列的数量(Y大于等于2)。不同的声波收发器阵列彼此间隔开。
索引x可以(在阶段410第一次迭代期间)初始化为1。索引y根据不同声波收发器阵列的时隙分配进行设置。
阶段410之后可以进行阶段420、430和440中的一个或多个。
阶段420包括：由与第y个声波收发器阵列不同的第z个声波收发器阵列接收第x个声波脉冲的回波。索引z范围在1到Y之间。
阶段420之后可进行阶段422，其处理第x个声波脉冲的回波以帮助提供与物料量有关的估计。
阶段430包括由第y个声波收发器阵列接收第x个声波脉冲的另一个回波。
阶段430之后可进行阶段432，其处理第x个声波脉冲的另一个回波以帮助提供与物料量有关的另一个估计。
阶段440包括通过与第y个和第z个声波收发器阵列不同的至少一个附加的声波收发器阵列接收第x个声波脉冲的又一个回波。如果系统包括两个以上的声波收发器阵列并且如果一个或多个附加的声波收发器接收第x个声波脉冲的回波，则可以执行阶段440。
阶段440之后可以进行阶段442，其处理第x个声波脉冲的又一个回波以帮助提供与物料量有关的又一个估计。
阶段422、432和442之后可以进行阶段450，其改变索引x和y的值。索引x可增加1。改变索引y以符合被调度进行发射的下一个声波收发器阵列。阶段450之后进行阶段410。
一旦用于阶段410、420和430的一次或多次迭代，该方法可执行由同步阶段460表示的定时校准过程。为了防止通过不同的声波收发器阵列平行发射声波脉冲，这些不同的声波收发器阵列应该至少部分同步。应该减少时间上的不匹配以促进脉冲的有效发射，而无需发射之间漫长的静止期。
同步阶段460可包括使一个或多个声波收发器阵列的一个或多个时钟与主时钟同步。主时钟可以是声波收发器阵列中的一个声波收发器的时钟或者是另一实体(例如，控制该声波收发器阵列的控制器)的时钟。
执行阶段460的从属声波收发器阵列可执行以下阶段：
a.通过从属声波收发器阵列接收多个主时钟时间戳(461)。
b.确定从属时钟时间戳的补偿值(即，从属声波收发器阵列的从属
时钟的补偿值)，以响应多个主时钟时间戳的值和通过从属声波收发
器阵列接收多个主时钟时间戳的时间测定(462)；以及
c.将从属时钟设定成补偿值(463)。
补偿可包括：通过某一声波收发器阵列计算从属时钟速率和主时钟速率之间的差值，以响应多个主时钟时间戳并且响应接收多个主时钟戳的时间测定。
对于非限制性实例，不同的声波收发器阵列的时钟之间所允许的时间差值可以是大约五微秒，并且每一个声波收发器阵列的时钟精确度可以是大约100ppm，即最多每秒100微秒的漂移。每几分钟一次，时间标志器可以向所有的声波收发器阵列广播主时间戳。可通过有线或无线方式进行发射。例如，可以使用连接所有声波检测装置的RS485多站协议进行。
定义：
CM(t[n])-在时间t[n](n＝0,1,2,...)处的主时钟
CS(t[n])-在时间t[n]处的从属时钟
对时间t[n]处的主时钟的从属校正通过下式给出：
C1＝CM(t[n])-CS(t[n])
其相对主时钟的时钟漂移的从属估计是：
C2＝((CM(t[n])-CS(t[n]))-(CM(t[n-1])-CS(t[n-1])))/(t[n]-t[n-1])
从属时钟补偿值(在从属时钟时间戳t’>t[n]处执行，假定t[n]是t[n]之前所接收的来自主时钟的最后发射)将由下式给出：
CM(t’)～CS(t’)+C1+C2*(t’-t[n])
本发明还可以以用于在计算机系统上运行的计算机程序来实现，所述计算机程序至少包括代码部分，当在可编程设备(例如计算机系统)上运行时，该代码部分执行根据本发明的方法的步骤，或者使可编程设备能够执行根据本发明的装置或系统的功能。
计算机程序是一系列指令，例如特定应用程序和/或操作系统。例如，计算机程序可包括下列项中的一个或多个：子例程、函数、过程、目标方法、目标实施、可执行应用程序、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其它指令序列。
计算机程序可以内部储存在非暂时性计算机可读介质上。全部或部分的计算机程序可设置在永久地、可移除地或远程地耦合到信息处理系统的计算机可读介质上。例如，计算机可读介质可以包括，但不限于，任意数量的下述设备：磁储存介质，包括磁盘和磁带储存介质；光储存介质，例如压缩磁盘介质(例如，CD-ROM、CD-R等)和数字视频磁盘储存介质；非易失性存储器储存介质，包括基于半导体的存储单元，如FLASH存储器、EEPROM、EPROM、ROM；铁磁数字存储器；MRAM；易失性储存介质，包括寄存器、缓冲器或缓存、主存储器、RAM等。
计算机进程一般包括执行(运行)程序或程序的一部分、当前程序值和状态信息，以及操作系统所使用的来管理进程执行的资源。操作系统(OS)是管理计算机的资源共享并为程序员提供用于访问这些资源的接口的软件。操作系统处理系统数据和用户输入，并且通过给系统的用户和程序分配和管理作为服务的任务和内部系统资源做出响应。
例如，计算机系统可包括至少一个处理单元、相关联的存储器和多个输入/输出(I/O)装置。当执行计算机程序时，计算机系统根据计算机程序处理信息并通过I/O装置产生结果输出信息。
在上述说明书中，已经参考本发明的实施例的具体实例对本发明进行了描述。然而，明显的是，在其中可以进行各种修改和改变，而不脱离在所附权利要求中所述的本发明的更宽的精神和范围。
此外，在说明书和权利要求中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“在……之上”、“在……之下”等等，如果出现的话，也是用于描述性目的而不必用于描述不变的相对位置。应当理解，所使用的术语在适当的环境下是可互换的，使得本文所描述的本发明的实施例例如能够在不同于本文所说明或描述的那些方位的其它方位操作。
本领域的技术人员将意识到，逻辑块之间的边界仅仅是示例性的，而且其替换实施例可合并逻辑块或电路元件或者在各个逻辑块或电路元件上施加功能的替代分解。因此，应当理解，本文描述的体系结构只是示例性的，并且事实上可以实施获得同样功能的许多其它体系结构。
实现相同功能的任何部件布置都有效地“相关联”以实现所需的功能。因此，在这里结合实现特定功能的任何两个部件都可以看作彼此“相关联”，使得所需的功能得以实现，而不考虑体系结构或中间部件。同样，如此相关联的任何两个部件也能被看作是彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所需的功能。
此外，本领域的技术人员将意识到，以上所述的操作之间的界限仅仅是说明性的。多个操作可组合成为单个操作，单个操作可分配到附加的操作中，并且可以至少在时间上部分重叠地执行操作。此外，替换实施例可包括特定操作的多个实例，并且可以在多个其它实施例中改变操作顺序。
同样例如，在一个实施例中，所示实例可以实现为位于单个集成电路上或在同一装置内的电路。可选地，这些实例可以实现为任意数量的彼此以适合的方式相互连接的独立集成电路或独立装置。
同样例如，诸如以任何适当类型的硬件描述语言的形式，可以将实例或其各部分实现为物理电路的或可转为物理电路的逻辑表示的软件或代码表示。
此外，本发明不限于不可编程的硬件中实现的物理装置或单元，而是也可以应用于可编程的装置或单元中，所述可编程的装置或单元通过按照合适的程序代码进行操作能够执行所需的装置功能，其例如在本申请中通常被表示为“计算机系统”的大型机、小型机、服务器、工作站、个人计算机、笔记本计算机、个人数字助理、电子游戏机、自动化设备和其它嵌入式系统、电话以及各种其它无线装置。
然而，其它修改、变化和替换也是可能的。因此，说明书和附图应当认为是说明性的而非限制性的意义。
在权利要求中，在括号之间的任何参考标记不应构成对权利要求的限制。词语“包括”不排除在权利要求中列出的元件或步骤以外的其它元件或步骤的存在。此外，如本文所用的术语“一(a)”或“一(an)”被定义为一个或多于一个。另外，在权利要求中引导性短语如“至少一个”和“一个或多个”的使用不应该被解释为暗示通过不定冠词“一”或“一”引导的另一个权利要求要素将含有这种引导的权利要求要素的任何具体的权利要求限制为只包含一个这种要素的发明，即使在相同的权利要求包括引导性短语“一个或多个”或者“至少一个”以及例如“一”或者“一”的不定冠词时也是如此。这对定冠词的使用同样成立。除非另有说明，否则例如“第一”和“第二”的术语，用于任意地区分这样的术语所描述的元件。因而，这些术语不一定意在表示这些元素的时间上的优先次序或其它优先次序。在相互不同的权利要求中引证某些措施的单一事实并不表示不能使用这些措施的组合来获得优势。
涉及本专利申请的任何系统、设备或装置包括至少一个硬件部件。
虽然本文说明和描述了本发明的某些特征，但是本领域的普通技术人员可以想到许多修改、替代、变化和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求意在覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和变化。

Claims (22)

1.一种用于评估仓储装置的物料量的方法，所述方法包括:
在第一时间点并且通过第一声波收发器阵列发射第一声波脉冲；
通过第二声波收发器阵列接收所述第一声波脉冲的回波；以及
处理所述第一声波脉冲的回波，以帮助提供与所述物料量有关的第一估计；
其中，所述第二声波收发器阵列与所述第一收发器阵列不同；
其中，所述第一声波收发器阵列和所述第二声波收发器阵列之间的距离是所述第二声波收发器阵列的换能器之间的距离的至少十倍。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
通过所述第一声波收发器阵列接收所述第一声波脉冲的另一个回波；以及
处理所述第一声波脉冲的另一个回波，以帮助提供与所述物料量有关的第二估计。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在第二时间点并且通过所述第二声波收发器阵列朝向物料的预期位置发射第二声波脉冲；其中，所述第二时间点与所述第一时间点不同；
通过所述第一声波收发器阵列接收所述第二声波脉冲的回波；以及
处理所述第二声波脉冲的回波，以帮助提供与所述物料量有关的第三估计。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：
通过至少一个附加的声波收发器阵列接收所述第一声波脉冲的另一回波；以及
处理所述第一声波脉冲的另一个回波，以帮助提供与所述物料量有关的第四估计。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一估计是第一反射点的位置的估计，所述第一反射点(a)属于所述物料的上表面并且(b)反射所述第一声波脉冲；其中所述处理包括估计所述第一反射点的位置，以响应(i)所述第一声波收发器阵列和所述第二声波收发器阵列之间的空间关系，(ii)所述第一声波收发器阵列发射所述第一声波脉冲和接收所述第一声波收发器阵列的回波之间的时间间隔，以及(iii)所述回波到达所述第二声波收发器阵列的方向。
6.根据权利要求1所述的方法，包括：补偿所述第二声波收发器阵列的第二时钟和主时钟之间的时钟差。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述补偿包括：
通过所述第二声波收发器阵列接收多个主时钟时间戳；
确定第二时钟时间戳的补偿值，以响应所述多个主时钟时间戳的值和接收所述多个主时钟时间戳的时间测定；以及
将所述第二时钟设定成所述补偿值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述补偿包括通过所述第二声波收发器阵列计算所述第二时钟速率和第一时钟速率之间的差值，以响应所述多个主时钟时间戳并且响应接收所述多个主时钟时间戳的时间测定。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，预期所述物料的上表面位于所述第一收发器阵列和所述第二收发器阵列中的每一个收发器阵列的近场内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一声波脉冲具有大于40度宽的波瓣的形状。
11.一种用于评估仓储装置的物料量的系统，所述系统包括：
第一声波收发器阵列，其被设置成在第一时间点朝向物料的预期位置发射第一声波脉冲；
第二声波收发器阵列，其被设置成接收所述第一声波脉冲的回波；
其中，所述第二声波收发器阵列与所述第一收发器阵列不同；
其中，所述第一声波收发器阵列和所述第二声波收发器阵列之间的距离是所述第二声波收发器阵列的换能器之间的距离的至少十倍；以及
其中，所述第二收发器阵列被设置成处理所述第一声波脉冲的回波，以帮助提供与所述物料量有关的第一估计。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一声波收发器阵列被设置成接收所述第一声波脉冲的另一个回波，并处理所述第一声波脉冲的另一个回波，以帮助提供与所述物料量有关的第二估计。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二声波收发器阵列被设置成在第二时间点发射第二声波脉冲；其中所述第二时间点与所述第一时间点不同；其中所述第一声波收发器阵列被设置成接收所述第二声波脉冲的回波，并处理所述第二声波脉冲的回波，以帮助提供与所述物料量有关的第三估计。
14.根据权利要求13所述的系统，包括至少一个附加的声波收发器阵列，其被设置成接收所述第一声波脉冲的另一回波；并处理所述第一声波脉冲的另一个回波，以帮助提供与所述物料量有关的第四估计。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一估计是第一反射点的位置的估计，所述第一反射点(a)属于所述物料的上表面并且(b)反射所述第一声波脉冲；其中，所述第一声波收发器阵列被设置成帮助估计所述第一反射点的位置，以响应(i)所述第一声波收发器阵列和所述第二声波收发器阵列之间的空间关系，(ii)所述第一声波收发器阵列发射所述第一声波脉冲和接收所述第一声波收发器阵列的回波之间的时间间隔，以及(iii)所述回波到达所述第二声波收发器阵列的方向。
16.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二声波收发器阵列被设置成补偿所述第二声波收发器阵列的第二时钟和主时钟之间的时钟差。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第二声波收发器阵列被设置成通过所述第二声波收发器阵列接收多个主时钟时间戳；确定第二时钟时间戳的补偿值，以响应所述多个主时钟时间戳的值和接收所述多个主时钟时间戳的时间测定；以及将所述第二时钟设定成所述补偿值。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述第二声波收发器阵列被设置成计算所述第二时钟速率和第一时钟速率之间的差值，以响应所述多个主时钟时间戳，并响应接收所述多个主时钟戳的时间测定。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述主时钟由被耦合到所述第一声波收发器阵列和所述第二声波收发器阵列的控制器产生。
20.根据权利要求11所述的系统，其中，预期所述物料的上表面位于所述第一收发器阵列和所述第二收发器阵列中的每一个收发器阵列的远场内。
21.根据权利要求22所述的系统，其包括控制器，所述控制器被设置成接收与所述物料量有关的所述第一估计和所述第二估计并且提供与所述物料量有关的更新估计。
22.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一声波脉冲具有大于40度宽的波瓣的形状。
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