CN107436170A - 用于使用声共振测量设备测量饮料容器中的液位的方法和组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定饮料容器中液位的方法和饮料容器组件,所述饮料容器具有与其可移除地附接的盖子。所述饮料容器组件包括传感器,所述传感器被配置来测量所述饮料容器组件中的声波。处理器电耦合至所述传感器,并且电耦合至存储器,所述存储器具有用于致使所述处理器确定所述液位的可执行指令。所述可执行指令在由所述处理器执行时致使所述处理器从所述传感器接收声波测量值、获得所述声波测量值的频率特征并且获得关于所述饮料容器组件的一组特征的参考信息。所述处理器可基于所述频率特征和所述参考信息确定所述饮料容器组件中的所述液位。

Description

用于使用声共振测量设备测量饮料容器中的液位的方法和 组件
技术领域
本发明涉及测量饮料容器中流体的液位的设备和方法。
附图简述
图1示出具有声共振测量设备的饮料容器组件的剖视图。
图2示出图1的具有声共振测量设备的饮料容器盖子的放大半透明视图。
图3A示出图2的声共振测量设备的电子组件的示意图。
图3B示出图3A的电子组件的电子系统的第一示意图。
图3C示出图3A的电子组件的电子系统的第二示意图。
图4示出确定图1的饮料容器中的液位的流程图。
图5示出在图1的饮料容器中测量的音频信号的功率谱密度图。
具体的实施方案
被配置来使用流体测量设备14测量饮料腔12中流体的液位的饮料容器组件10示出在图1中。流体测量设备14包括声传感器16(例如麦克风)和电子系统18(参见图3A、3B和3C),所述声传感器16被配置来测量饮料腔12中的声波,所述电子系统18记录所测量的声波并且进行关于所测量的声波的分析以确定饮料腔中流体的液位。电子系统18可使用亥姆霍兹(Helmholtz)共振来识别所测量的声波的频率特征,所述频率特征对应于饮料腔12的液位。基于分析结果,电子系统18可通知用户关于饮料腔12的液位。
本实施方案的电子系统18中的声传感器16容纳在饮料容器10的盖子20中,如图2所示。盖子20可容纳印刷电路板组件(PCB)22,电子系统18和/或声传感器16位于所述PCB22上。声传感器16电耦合至电子系统18,并且可被定位在PCB 22上或相邻于PCB 22。盖子20可容纳储能设备,诸如电池26,所述储能设备电耦合至PCB 22(参见图3A)以为声传感器16和电子系统18供能。盖子20可包括用于容纳电池26的腔24,所述电池26可通过电池门28插入到腔中或从腔取出。另选地,盖子20可包括密封的内部储能设备,所述内部储能设备为电子系统18中的声传感器16供能并且通过盖子上的端口(例如微USB端口)是可再充电的。
盖子20可移除地附接至饮料容器主体32的上部部分30。饮料腔12可包括腔下部部分12L,其从上部部分30处的孔34向下延伸、腔上部部分12U,其在盖子20中由从盖子上部部分36向下延伸的盖子侧壁35限定,和饮用孔腔12D,其从饮用孔38向下延伸至盖子上部部分36。盖子20可包括与其附接的顶盖37,所述顶盖37用于选择性密封和启封饮用孔38。本实施方案的声传感器16被定位在盖子上部部分36上或中,向下面对饮料腔12,并且涉及测量饮料腔中的声波。然而,可设想声传感器16的其他位置,诸如在盖子侧壁35或饮料容器主体32的侧壁的内侧上。薄膜39诸如薄硅橡胶片材可覆盖声传感器16以保护声传感器和电子器件免受流体进入。薄膜39应当具有低声阻抗,使得其存在不显著影响到达声传感器16处的声波。
声传感器16产生对应于在饮料腔12中的测量的声波的音频信号。电子系统18可分析音频信号以确定音频信号的一个或多个特征。具体地,电子系统18可进行频域转换,诸如傅里叶变换(例如快速傅里叶变换(FFT)),以将时域音频信号转换为频域,并由此产生对应于饮料腔12内声音的频率分量的频谱。电子系统18还可确定饮料腔12内声音的频谱的功率谱密度。功率谱密度表现出对应于饮料腔12中的液位的共振频率。使用亥姆霍兹共振的原理,饮料容器10内流体的液位可基于共振频率和饮料容器的已知特征准确地确定,如下文所述的。电子部件18可通知用户液位和/或随时间跟踪液位。
除了电子系统18之外,PCB 22可包括音频系统部件40、运动感测系统部件42、补充性感测系统部件44和天线46,如图3B所示。音频系统部件40可包括信号调节部件48,所述信号调节部件48用于在传输至电子系统18之前过滤、放大或衰减来自声传感器16的音频信号。例如,信号调节部件48可包括滤掉(即衰减)小于2kHz的频率分量的低通滤波器(LPF)。本实施方案的饮料容器10测量在没有主动产生声音的情况下饮料腔12中的周围声音(即由空气穿入和穿出饮料腔产生的声音)。然而,在一些实施方案中,音频系统部件可包括声音产生单元50,如下文所述的。
电子系统18可包括模数转换器(ADC)52,所述ADC 52从音频系统部件40采样模拟音频信号和/或将从音频系统部件40接收的模拟音频信号转换为数字音频信号。处理单元54从ADC 52接收数字音频信号并对所述数字音频信号进行处理以确定音频信号的一个或多个特征。处理单元54可以为集成电路(IC),诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)或处理器(例如微处理器)或其一部分,所述集成电路被配置来根据预先确定的方法分析数字音频信号并且向用户产生对应于分析结果的通知。处理单元54可执行储存在程序存储部分56(例如ROM、RAM、高速缓存器)中的指令,使得处理单元进行分析并且如本文所述那样产生通知。程序存储部分56可存储用于检测功率谱中的峰值频率的程序。处理单元54可电耦合至用于存储与音频信号相关的数据的存储器58(例如ROM、RAM、高速缓存器)。另外,存储器58可存储其他数据,诸如有关饮料腔12的大小和/或形状的参考数据(例如,查找表、校正曲线)、用于校正饮料容器10的校正数据、用于控制连接至处理单元的电子部件或与所述电子部件通信的控制数据,和/或存储用于平均接收的音频信号的多个音频信号测量值。
处理单元54还可电耦合至用于处理接收的数字音频信号的数字信号处理器(DSP)60。处理单元54可向DSP 60发送数字音频信号数据和控制信号,从而使DSP 60进行一个或多个进程以减少处理单元54上的负载。响应于接收控制信号或数字音频信号数据,DSP 60可被配置来进行用于处理或分析接收的数字音频信号数据的一个或多个进程。DSP 60可被配置来进行将数字音频信号数据从时域变换为频域的傅里叶变换(例如FFT)。DSP 60还可被配置来检测数字音频信号数据的频谱的功率谱中的峰值频率,和/或平均若干个数字音频信号采样以提高信噪比(SNR)。
处理单元54可电耦合至连接至一个或多个外围设备的I/O端口62,所述外围设备包括声音产生单元50、运动感测系统部件42和/或补充性感测系统部件44。可设想其他外围设备,诸如用于通知用户饮料腔12的液位、在给定时间段内从饮料腔中消耗的流体量、饮料腔中流体的温度或盖子20的位置的显示设备。
处理单元54可电耦合至无线通信单元64,所述无线通信单元64被配置来使用天线46与其他电子设备(诸如智能电话、智能手表或平板电脑)无线通信。通信单元64可以是短距离或中距离通信设备,并且可包括,作为非限制性实例,蓝牙收发器、射频收发器、Zigbee收发器、红外收发器或Wi-Fi收发器中的一个或多个。通信单元64可从处理单元54接收有关所测量的音频信号的数据并且根据通信协议将所述数据传输至无线连接的电子设备。例如,通信单元64可接收关于分析结果、饮料腔12的液位或饮料腔中流体的温度的数据并且使用蓝牙通信技术将所述数据传输至用户的智能电话。通信单元64还可被配置来从无线连接的电子设备接收数据或命令并且将接收的数据或命令发送至处理单元54。
电子系统18或其部件可实现为芯片上系统或封装设计中的系统,或者可以为PCB22上多个分立部件。音频系统部件40、运动感测系统部件42和/或补充性感测系统部件44中的一个或多个部件可以为电子系统18的一部分。
通过声传感器16测量的声波具有对应于饮料容器10的共振特征的音调或频谱。具体地,当饮用孔38启封(即将顶盖37从饮用孔38去除)时,饮料腔12产生具有特定共振频率fR的声波。外部的周围噪声可进入饮料容器10并且耦合至饮料容器内部的根据亥姆霍兹共振的共振模式。饮料腔12中产生的共振频率fR取决于饮料腔12内部的空气体积、饮料腔12中的声速、饮用孔腔12D终止长度和饮用孔腔12D的横截面积。参考图1,具有已知尺寸并且具有打开的饮用孔38的饮料腔12的共振频率fR可使用公式(1)计算,其中vs为声速,A为饮用孔腔12D的横截面积,V为腔下部部分12L和腔上部部分12U中的空气体积,并且L为饮用孔腔12D的长度。
当饮料容器10的液位是满的时,饮料腔12的体积V处于最小值(即下部饮料腔12L中的空气体积近似为零)并且表现出的共振频率fR为特定饮料腔的最大频率fRF。相反地,当饮料容器10是空的时,饮料腔12的体积V处于最大值并且表现出的共振频率fR为特定饮料腔的最小频率fRF。随着饮料容器10中的液位降低,饮料腔12中的空气体积V增加并且共振频率fR将从最大共振频率fRF减小。例如,当饮料空腔12填充至液位F1(参见图1)时,饮料腔表现出具有小于最大共振频率fRF并大于最小共振频率(即饮料空腔12空时的频率)的第一共振频率fR1的第一共振音调T1。当饮料空腔12填充至大于液位F1的液位F2时,饮料腔表现出具有高于第一共振频率fR1的频率fR2的共振音调T2。
为了确定饮料腔12中流体的液位,电子系统18从声传感器16采样音频信号、将采样的音频信号处理成频域,并且对频域信号进行分析以确定其共振频率。确定饮料容器10的液位的过程示出在图4中。在步骤S10中,电子系统18从音频传感器16接收所测量的音频信号。处理单元54可控制ADC 52从声传感器16采样音频信号,然后将数字采样的音频信号发送至处理单元。ADC 52应当对音频信号采样足够的时间以捕获适于饮料容器10的大小的频谱。例如,具有100Hz至1kHz的共振频带的饮料容器10应对音频信号采样至少10ms。处理单元54可控制ADC 52响应于刺激或根据采样方案采样音频信号以适当地管理或节省功率,如下文所述的。
在步骤S12中,电子系统18处理音频信号采样并且将音频信号从时域转换为频域。处理单元54或由处理单元控制的DSP 60可对接收的时域音频信号进行傅里叶变换(例如,FFT、离散傅里叶变换(DFT)),从而将所述时域音频信号转换为具有频谱的频域音频信号。可设想其他频域转换,诸如拉普拉斯(Laplace)变换或Z变换。
然后在步骤S14中电子系统18分析时域音频信号以确定饮料腔12中空气的共振频率fR。基于以上所述的亥姆霍兹共振原理,频域音频信号具有对应于饮料腔12中空气的共振频率fR的峰值P,如图5中所示。处理单元54或DSP 60可分析频域音频信号的功率谱密度以确定峰值P的频率。步骤S14的峰值检测可以通过执行存储在程序存储器56中的软件或使用被配置来检测峰值P的硬件诸如FPGA来实现。
在步骤S16中,电子系统18基于检测的峰值P处的共振频率fR和饮料腔的已知尺寸确定饮料腔12中的液位。具体地,共振频率fR对应于饮料腔12中含有的空气体积。处理单元54可参考存储器58上的查找表,所述查找表标识了饮用孔腔12D的横截面积A、腔上部部分12U的空气体积、饮用孔腔12D的长度L、腔下部部分12L的横截面积AL和饮料腔12空(即,不具有流体)时的空气体积VE。从这个数据中,处理单元54可使用公式1确定腔下部部分12L中的当前空气体积V。然后液位F可通过以下方式计算:从空腔空气体积VE中减去当前空气体积V,然后用所述结果除以横截面积AL。另选地,处理单元54可参考存储在存储器58上的校正曲线或图表,所述校正曲线或图表限定了指示对应于所确定的共振频率fR的液位的一个或多个曲线。
饮料腔12中的空气声速vs取决于其中空气的温度。电子系统18可测量饮料腔中的流体或空气的温度以计算温度调整的声速vs并准确地确定液位F。盖子20中的PCB 22可配备有定位在上部饮料腔12U处或中的温度传感器66以测量其中空气的温度。ADC 52可被电耦合至温度传感器66并且被配置来从传感器采样温度测量值并且传输对应于温度测量值的数字信号。在步骤S16之前(例如在步骤S10中),处理单元54可控制ADC 52从温度传感器66获取一个或多个温度测量值。处理单元54可处理温度测量值并且基于温度测量值调整声速vs。例如,处理单元54可产生校正系数或识别存储在存储器58中的校正系数以计算或识别共振频率fR
饮料腔12中空气体积的共振频率fR可用于计算或基于校正曲线识别饮料腔中的液位F或流体体积。识别的共振频率fR可对应于校正曲线上的液位F或流体体积。可针对具有不同形状和/或大小的饮料容器建立不同的校正曲线。校正曲线可基于盖子的具体几何形状或其他实际考虑(诸如饮料容器中使用的材料类型)而与纯的亥姆霍兹理论不同。校正曲线数据可存储在存储器58中或存储在用户的移动设备中的移动应用程序中。
在步骤S20中,电子系统18通知用户饮料腔12中的液位F或流体体积。处理单元54可控制通信单元64向用户的移动设备无线传输有关共振频率fR或液位F的数据,所述移动设备配备有用于通知液位F的应用程序。另选地,处理单元54可在于饮料容器10的表面上的显示设备68上显示饮料腔12中的液位F或流体体积。显示设备68可通过I/O端口62电连接到处理单元54。
用户移动设备上的应用程序可指示当前液位和/或跟踪饮料容器10的用户流体消耗量并且向用户显示结果。应用程序可提供另外的液位通知,诸如通知用户“到了饮用更多水的时间”或指示用户朝向目标的进展水平(例如日流体消耗目标的完成百分比)。应用程序还可提供其他指示,诸如饮料腔12中空气或流体的温度测量值或关于电池26的功率水平的通知。应用程序可随时间跟踪消耗量并且显示关于流体消耗量的统计信息。应用程序可使移动设备向通信单元64发送数据以进行处理和有关液位确定的分析。
饮料容器10可实施针对功率管理和/或节省的一个或多个特征。电子系统18可实施允许节省功率和延长电池寿命的采样方案。当饮料容器10未处于使用中或电子系统18确定用户近期未从或当前未从饮料容器消耗流体时,电子系统可使饮料容器10维持在低功率状态,其中一些电子部件(例如ADC 52、DSP 60、通信单元64)维持在睡眠状态或接收减小的功率供应。通信单元64例如可在睡眠状态下不传输任何无线通信。在另一个非限制性实例中,响应于接收到用户近期从或当前正从饮料容器10消耗流体的指示,处理单元54可控制ADC 52从音频系统部件40采样音频信号。
电子系统18可监测传感器以确定饮料容器是否在使用中或用户是否从或近期从饮料容器10消耗流体。在一些实施方案中,电子系统18可使用运动感测系统部件42以确定何时采样。运动感测系统部件42可包括加速度计和当饮料容器10向上运动或倾斜一定角度时产生指示运动或倾斜的信号的相关电子器件。在未检测到向上或倾斜运动的时间段期间,很可能不需要采样,因为不太可能用户消耗了任何流体。在一些实施方案中,电子系统18可检测顶盖37的状态以确定何时采样饮料腔12中的声音。盖子20可包括检测盖子或饮用孔38上的顶盖37的存在或不存在的接触开关或非接触开关,诸如磁性簧片开关。如果顶盖37被检测到位于盖子20或饮用孔38上,则电子系统18可维持在低功率状态。当顶盖37从盖子20或饮用孔38移除时,电子系统18可被从低功率状态唤醒。
可设想用于检测饮料腔的用户流体消耗量的其他方法和配置。可监测音频信号来确定顶盖37是否在盖子20或饮用孔38上。具体地,音频信号中不存在共振峰值可表明顶盖37在上面,因为亥姆霍兹共振需要开放的饮料腔12(即饮用孔38是打开的)。可监测音频信号的幅值来确定盖37是否在上面。当音频信号的幅值低于预先确定的阈值时,例如,电子系统18可维持在低功率状态,因为当37在上面时,饮料腔内部更可能较安静。可获取部分采样,并且如果顶盖37被检测到在盖子20上,则电子系统18可移动为睡眠模式或中断来自通信单元64的传输。在另一方法或配置中,盖子20可使用两个或更多个加速计以感测饮料容器10的惰性,从而确定用户何时拿起饮料容器并从饮料容器中消耗。在另一方法或配置中,盖子20可包括安装在饮用孔38处或附近以检测流体消耗量的电容传感器。电子系统18可电耦合至电容传感器并且被配置来当饮料腔18中的流体接触电容传感器时检测用户流体消耗量。电子系统18可包括除电容传感器之外的一个或多个加速计以提高检测用户流体消耗量的准确性。
饮料容器10可包括用于在饮料腔12内主动产生和/或控制噪声的声音产生单元50。声音产生单元50可包括定位在饮料腔12内或被导向饮料腔12中的扬声器。12盎司至36盎司容量范围内的饮料容器可产生具有在100Hz与1kHz之间的从空至满的共振频率fR的预期信号带的共振音调(随着饮料腔12中的液位降低频率变小)。声音产生单元50产生包含预期信号带中的所有频率的可控声音。来自环境的周围外部噪声可包括带外频率和单音调,其可不利地影响或干扰饮料腔12中的共振频率的测量。声音产生单元50引入激励共振、便于提取共振响应并且增加系统的SNR的可控噪音。
声音产生单元50可以是音频系统部件40的一部分,如图3B中所示。声音产生单元50可通过I/O端口62电耦合至处理单元54并且被配置来响应于接收来自处理单元的控制信号产生具有期望信号带的可控声音。声音产生单元50可基于从处理单元54发送的声音输出信号产生可控声音,或者声音产生单元50可被预编程为产生可控声音。声音产生单元50可被控制为周期性地产生可控声音或仅响应于预先确定的刺激诸如饮用孔38的打开产生可控声音。当饮料容器10处于如上所述的低功率状态时,可给声音产生单元50断电。
由声音产生单元50产生的可控声音可包括白噪声、粉红噪声、红噪声或可以为频扫。白噪声含有预期信号带中的所有频率。粉红噪声每个倍频程(octave)具有相等的能量水平,使得高频率分量比白噪声少,从而粉红噪声在低频带的预期信号情况下具有吸引力。红噪声是每个倍频程能量减少的随机噪声,使得高频率分量甚至比粉红噪声少,从而红噪声在低频带的预期信号情况下也具有吸引力。频扫将播放在整个信号带(例如,100Hz至1kHz)范围内的音调,在一个时间处一个音调。使用频扫可不需要使用傅里叶变换处理所测量的音频信号,因为可监测信号的幅值。具体地,共振频率fR在频率扫秒通过共振点时具有较高的幅值,在频扫过程中或在频扫的同时,处理单元54可检测所述幅值。声音产生单元50可播放就SNR而言提供益处并还增强用户体验(例如,“嗖嗖波”声或“水滴”声)的其他音调或声音。
当顶盖37从饮用孔38移除时,饮料容器10可产生含有预期信号带中的所有频率的声音脉冲(例如“滴答”、“啪嗒”)。声音脉冲可通过整合进盖子20中的特征以机械形式产生,使得当顶盖从饮用孔38移除时,顶盖的一部分与所述特征相互作用产生声音脉冲。声音脉冲可通过机电设备诸如螺线管或线性致动器以电形式产生,所述机电设备在移除顶盖37时产生声音脉冲。
盖子20可与各种类型、大小和/或形状的容器主体32互换。盖子20可被配置来通过接收关于容器主体32的类型的信息自动地确定饮料腔12的大小和/或形状,或盖子可基于用户输出提供识别饮料腔的大小和/或形状的信息。电子系统18可基于所识别的饮料腔的大小和/或形状准确地确定饮料腔12中的液位。电子系统18在确定液位时可基于接收的信息参考存储器58中的校正曲线或查找表,以减少处理单元54上的负载。
在一些实施方案中,通信单元64可接收有关容器主体32的大小和/或形状的信息并且在确定饮料腔12中流体的液位时使用所述信息。每个容器主体32可包括识别单元诸如射频识别设备(RFID),所述RFID传输含有电子系统18可根据其识别容器主体32的类型、大小和/或形状的信息的低功率无线识别信号。另选地,用户可与移动设备上的应用程序交互以识别附接至盖子20的容器主体32的类型并且将信息传输至电子系统18,所述电子系统18帮助其识别饮料腔12的大小、形状和/或类型。
在其他实施方案中,每个容器主体32可包括电子部件(例如电阻器、电容器、IC),所述电子部件在盖子20附接至容器主体时电耦合至电子系统18。盖子20可具有电触点,所述电触点在盖子与容器主体32附接时与所述容器主体32上的电触点相互作用。当盖子20附接至容器主体32时,容器主体的电子部件可完成电子系统18诸如振荡器的电回路,或向电子系统发送电信号。电子系统18可基于由完成的电回路产生的响应或接收的信号识别容器主体32的类型、大小和/或形状。
可重复音频信号的测量以提高置信度。可采样多个音频信号,然后对其求平均以提高SNR。在提取共振峰值中,可重复测量以便提高置信度。
相对于用于测量饮料容器中流体的液位的先前实现的方法和设备,本文所述的饮料容器具有多个益处。以上所述的饮料容器具有非常低的功率消耗和非常低的成本的益处。液位的测量对饮料容器倾斜和移动不敏感。饮料容器可使用周围环境声音并且不需要主动的噪声源来测量其中的液位,并且不受外部影响。

Claims (12)

1.一种用于饮料容器的盖子,所述盖子包括:
盖子主体,其被配置来可移除地附接至饮料容器;
传感器,其包含在所述盖子主体中、被配置来测量声波;
处理器,其包含在所述盖子主体中、电耦合至所述传感器;以及
存储器,其电耦合至所述处理器并且具有编码,所述编码在由所述处理器执行时致使所述处理器来:
从所述传感器接收所述声波的测量值;
至少部分地基于所述测量值获得所述声波的频率特征;
获得关于所述饮料容器的一个或多个特征和所述盖子主体的一个或多个特征的参考信息;以及
至少部分地基于所述频率特征和所述参考信息确定空气体积。
2.如权利要求1所述的盖子,其中获得所述频率特征包括使得对所述测量值进行频域分析。
3.如权利要求2所述的盖子,其中所述获得的频率特征为作为进行所述频域分析的结果所确定的共振频率。
4.如权利要求1所述的盖子,其中所述盖子主体包括饮用孔,并且关于所述盖子主体的所述一个或多个特征的所述参考信息包括关于所述饮用孔的信息。
5.如权利要求1所述的盖子,其中所述编码在由所述处理器执行时还致使所述处理器至少部分地基于所述空气体积向所述盖子的用户提供关于液位的通知。
6.如权利要求1所述的盖子,其中所述空气体积基于使用共振频率分析进行的计算确定。
7.一种用于确定饮料容器中的液位的方法,所述方法包括:
从安装在饮料容器盖子中的声传感器接收饮料容器中声波的测量值;
获得所述测量值的频率特征;
获得关于所述饮料容器和所述饮料容器盖子中的至少一者的特征的参考信息;以及
至少部分地基于所述参考信息和所述频率特征确定所述饮料容器中的空气体积。
8.如权利要求7所述的方法,其中所述参考信息包括关于所述饮料容器的空体积的信息,所述方法还包括:
确定所述饮料容器中含有的液位,至少关于与所述参考信息的所述饮料容器的所述空体积相关的所述空气体积进行分析。
9.如权利要求8所述的方法,所述方法还包括:
提供关于所述饮料容器中的所述液位的通知。
10.一种饮料容器组件,其包括:
饮料容器主体,其具有容纳液体的腔;
盖子,其被配置来在所述腔上方可移除地附接至所述饮料容器主体;
传感器,其被配置来测量所述饮料容器主体中的声波;
处理器,其电耦合至所述传感器;以及
存储器,其电耦合至所述处理器并且具有编码,所述编码在由所述处理器执行时致使所述处理器来:
从所述传感器接收所述声波的测量值;
至少部分地基于所述测量值获得所述声波的频率特征;
获得关于所述饮料容器主体的一个或多个特征和所述盖子的一个或多个特征的参考信息;以及
至少部分地基于所述频率特征和所述参考信息确定空气体积。
11.如权利要求10所述的饮料容器组件,其中所述饮料容器主体包括电子部件,所述电子部件被配置来提供关于所述饮料容器主体的信息。
12.如权利要求11所述的饮料容器组件,其中作为所述盖子附接至所述饮料容器主体的结果,所述电子部件电耦合至所述处理器,并且所述检索的参考信息至少部分地基于关于所述饮料容器主体的所述信息。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108362350A (zh) * 2018-02-26 2018-08-03 中国人民解放军国防科技大学 基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法和装置
CN110836712A (zh) * 2018-08-17 2020-02-25 Zf 腓德烈斯哈芬股份公司 用于测量填充水平的系统
CN112294141A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 上海应用技术大学 有水位指示的热水瓶
CN113358176A (zh) * 2021-06-01 2021-09-07 南方科技大学 一种容器内容物的体积测量方法、装置、测量设备及介质
CN113387028A (zh) * 2015-10-27 2021-09-14 Lyd有限责任公司 智能饮料容器
CN115031831A (zh) * 2022-06-20 2022-09-09 清华大学 声共振开关装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11099166B2 (en) 2014-04-04 2021-08-24 Nectar, Inc. Container content quantity measurement and analysis
US11012764B2 (en) 2014-06-04 2021-05-18 Nectar, Inc. Interrogation signal parameter configuration
US10670444B2 (en) 2014-04-04 2020-06-02 Nectar, Inc. Content quantity detection signal processing
US10324075B2 (en) 2014-04-04 2019-06-18 Nectar, Inc. Transmitter and receiver configuration for detecting content level
US20210262850A9 (en) 2014-04-04 2021-08-26 Nectar, Inc. Analysis of content dispense events and corresponding transactions
TWI600884B (zh) * 2016-05-19 2017-10-01 博泰科技有限公司 具水量測量功能之杯具
US11274955B2 (en) 2018-06-12 2022-03-15 Nectar, Inc. Fouling mitigation and measuring vessel with container fill sensor
DE102018214707A1 (de) * 2018-08-30 2020-03-05 Audi Ag Sensoranordnung
EP3620757A1 (de) * 2018-09-04 2020-03-11 Maibach VuL GmbH Füllstandermittlungsvorrichtung, system umfassend eine füllstandermittlungsvorrichtung, verfahren zur ermittlung eines füllstandes sowie verwendung der füllstandermittlungsvorrichtung
JP7417052B2 (ja) 2019-12-09 2024-01-18 タイガー魔法瓶株式会社 飲料容器、及び、飲料容器の栓本体
US11912479B1 (en) * 2021-06-01 2024-02-27 Donovan Stewart Hydration container
DE102022200917A1 (de) 2022-01-27 2023-07-27 Vega Grieshaber Kg Füllstandmessgerät mit akustischem Sensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7216536B2 (en) * 2001-06-22 2007-05-15 Young Manufacturing & Engineering, Inc. Acoustic volume indicator
US20150108026A1 (en) * 2013-10-17 2015-04-23 Saeed Azimi System for real-time tracking of fluid consumption by a user
US10078003B2 (en) * 2014-06-04 2018-09-18 Nectar, Inc. Sensor device configuration
US10161782B2 (en) * 2014-07-25 2018-12-25 Trago, Inc. Liquid consumption tracker
US20170188731A1 (en) * 2016-01-06 2017-07-06 Ignite Usa, Llc Drinking container with smart components for measuring volumes of liquids via cavity resonance

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113387028A (zh) * 2015-10-27 2021-09-14 Lyd有限责任公司 智能饮料容器
CN108362350A (zh) * 2018-02-26 2018-08-03 中国人民解放军国防科技大学 基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法和装置
CN108362350B (zh) * 2018-02-26 2019-12-03 中国人民解放军国防科技大学 基于非线性声腔共振的贮箱剩余体积测量方法和装置
CN110836712A (zh) * 2018-08-17 2020-02-25 Zf 腓德烈斯哈芬股份公司 用于测量填充水平的系统
CN112294141A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 上海应用技术大学 有水位指示的热水瓶
CN113358176A (zh) * 2021-06-01 2021-09-07 南方科技大学 一种容器内容物的体积测量方法、装置、测量设备及介质
CN115031831A (zh) * 2022-06-20 2022-09-09 清华大学 声共振开关装置

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