CN108367292B - 用于标记和声学表征容器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了用于标记和声学表征容器的系统和方法。

Description

用于标记和声学表征容器的系统和方法
相关申请的交叉引用
此申请要求于2015年10月12日提交且题为“Systems and Methods for Taggingand Acoustically Characterizing Containers”的美国临时专利申请号62/240,412的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
此申请涉及对容器(诸如使用注射模塑形成的容器)进行标记。但将要理解的是，本发明具有宽得多的适用范围。
背景技术
注射模塑是十分普遍的、高吞吐量制造工艺，由此可以大规模地模塑部件，同时扩展到跨许多部件的设计和功能一致性。注射模塑工艺由以下部分组成：具有一个或多个腔的模具，其含有用于部件的形状、几何结构和设计特征；“浇口(gate)”，其允许熔融塑料被注射到模具内的各个腔中；喷射销(ejection pin)，其允许部件从模具的移除；以及各种处理参数，诸如保持时间、温度、熔体质量-流动速率、保压压力等，其影响模具内熔融塑料的构造和凝固。为了增大部件可以被模塑的速度、规模和效率，制造商通常采用多-腔模具，其中每个腔复制所述部件，使得每模塑循环可以生成多个部件。
发明内容
此申请涉及对容器进行标记，诸如使用注射模塑形成的容器。这些标记可以与被用于识别容器的起源和关联的、可检索的预定的物理性质的信息相关联，所述物理性质在容器成分的声学审查和通过声学液滴喷射(ADE)从容器喷射材料两者中是有用的。但将要理解的是，本发明具有宽得多的适用范围。
在一个方面下，被构造为容纳流体的容器包括：至少一个垂直侧壁；和与至少一个垂直侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部在其上或其中包括多个凹陷、凹槽或突起，以便提供声学信号通过底部的多次飞行(flight)。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起的第一子集包括提供声学信号的第一次飞行的第一深度，并且多个凹陷、凹槽或突起的第二子集包括提供声学信号的第二次飞行的第二深度，第一深度不同于第二深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起中的第一个包括与多个凹陷、凹槽或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括被构造为增大或减小声学信号的反射的幅度的疏水区域。例如，在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括疏水的微柱阵列。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被构造为被定位在流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路(acoustic path)的外部。在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被构造为沿流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在该声学通路内。
在一些实施例中，容器包括多孔板、至少一个垂直侧壁中的垂直侧壁以及对应于多孔板中的单个孔的底部。
在一些实施例中，侧壁和底部包括塑料。在一些实施例中，塑料选自由环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
在另一方面下，被构造为容纳流体的容器包括：至少一个垂直侧壁；和与至少一个垂直侧壁相耦合的底部，该底部被构造接收声学信号，该底部包括被选择为使得该容器基于声学信号通过底部的飞行时间是可识别的厚度。
在又一方面下，表征被构造为容纳流体的容器的方法包括提供该容器。该容器可以包括：至少一个垂直侧壁；和与至少一个垂直侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部在其上或其中包括多个凹陷、凹槽或突起。该方法可以包括通过底部发送声学信号，多个凹陷、凹槽或突起提供声学信号通过底部的多次飞行。该方法也可以包括：接收经发送的声学信号的反射；以及基于该反射来表征容器的声学阻抗。
在一些实施例中，该方法包括基于该反射从计算机可读介质检索表征底部厚度的值。表征容器的声学阻抗可以基于检索到的表征底部厚度的值。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起的第一子集包括提供声学信号的第一次飞行的第一深度，并且多个凹陷、凹槽或突起的第二子集包括提供声学信号的第二次飞行的第二深度，第一深度不同于第二深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起中的第一个包括与多个凹陷、凹槽或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括被构造为增大声学信号的反射的疏水区域。例如，在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括疏水的微柱阵列。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被定位在流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起沿流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在该声学通路内。
在一些实施例中，容器包括多孔板、和至少一个垂直侧壁中的垂直侧壁以及对应于多孔板中的单个孔的底部。
在一些实施例中，侧壁和底部包括塑料。在一些实施例中，塑料选自由环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
在另一方面下，表征被构造为容纳流体的容器的方法包括提供该容器。该容器可以包括：至少一个垂直侧壁；和与至少一个垂直侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部包括厚度。该方法可以包括：接收经发送的声学信号的反射，该反射具有通过厚度的飞行时间；基于该飞行时间识别容器；以及基于该识别表征容器的声学阻抗。
在又一方面下，用于表征被构造为容纳流体的容器的系统包括该容器。该容器可以包括：至少一个垂直侧壁；和与至少一个垂直侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部在其上或其中包括多个凹陷、凹槽或突起。该系统还可以包括被配置为通过底部发送声学信号的声学换能器，多个凹陷、凹槽或突起提供声学信号通过底部的多次飞行。声学换能器进一步可以被配置为接收经发送的声学信号的反射。该系统进一步可以包括被配置为基于反射表征容器的声学阻抗的控制器。
在一些实施例中，该系统进一步包括计算机可读介质。控制器可以被配置为：基于反射从计算机可读介质检索表征底部厚度的值；以及基于表征底部厚度的值来表征容器的声学阻抗。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起的第一子集包括提供声学信号的第一次飞行的第一深度，并且多个凹陷、凹槽或突起的第二子集包括提供声学信号的第二次飞行的第二深度，第一深度不同于第二深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起中的第一个包括与多个凹陷、凹槽或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括被构造为增大声学信号的反射的疏水区域。例如，在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括疏水的微柱阵列。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被定位在流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起沿流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在该声学通路内。
在一些实施例中，容器包括多孔板、至少一个垂直侧壁中的垂直侧壁以及对应于多孔板中的单个孔的底部。
在一些实施例中，侧壁和底部包括塑料。在一些实施例中，塑料可以选自由环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
在又一方面下，用于表征被构造为容纳流体的容器的系统包括该容器。该容器可以包括：至少一个垂直侧壁；和与至少一个垂直侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部包括厚度。该系统可以包括被配置为通过底部发送声学信号的声学换能器。该声学换能器进一步可以被配置为接收经发送的声学信号的反射，该反射具有通过厚度的飞行时间。该系统进一步可以包括控制器，其被配置为：基于飞行时间识别容器；以及基于该识别表征容器的声学阻抗。
附图说明
图1示意性地示出了包括容器和其中的流体的布置，该流体与具有预定性质的声学换能器相耦合，并且其中，流体和容器底部的声学阻抗是未知的。
图2示意性地示出了根据本发明一些实施例的用于声学表征经标记的容器和其中的流体的示例性步骤。
图3示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器中以便标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。
图4示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器中以便标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。
图5示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器中以便标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。
图6示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器中以便标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。
图7示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器中以便标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。
具体实施方式
此申请涉及对容器进行标记，诸如使用注射模塑形成的容器。但将要理解的是，本发明具有宽得多的适用范围。
例如，注塑模具可以包括多个腔以制作彼此“相同”的部件。然而，在关于此类诸如其涉及声学液体处理的多-腔方法的一个担忧是，一个容器或腔与另一容器或腔(或者甚至在一个腔或容器内)相比，可能存在声学性质上的变化，其可以影响容器、容器内的液体的声学表征和来自该容器的液体的声学转移(transfer)。在此类情况下，以下假设可能不是有效的，即由模具(无论其是一个腔还是多个腔的)制得的每个部件具有相似部件模塑和凝固动力学，使得它们可以被假定为是相同的并且因此在声学上彼此是不可区分的。一旦容器的声学性质(例如，声学阻抗)的假设不再是有效的，则使用先前可用技术(诸如在图1中示意性示出的)可能难以或不可能确定容器中流体的声学性质(例如，该流体的声学阻抗)。
例如，图1示意性地示出了用于对容器和其中的流体进行表征的示例性布置。在图1中，声学换能器组件110经由耦合流体130而被耦合至容器120(例如，塑料容器，诸如管)的底部，并且流体140被布置在容器140内。声学信号111从换能器110发起并且通过各种中间材料被聚焦成流体表面141处或附近的斑点。在界面中的每个界面(例如，在耦合流体130与容器底部121的底部122(BB)之间、在容器底部121的顶部123(TB)与流体140之间、以及在流体140的顶部141与空气142之间)处，声学信号的部分被反射回换能器110并且被转换回数字信息。声学信号112在换能器110中感应的电压、声学信号112的频率成分以及初始声学信号112之后的时间被记录并且随后被分析。然而，在没有充分知晓容器的底部121的声学阻抗(Z3)的情况下，不能够准确地确定流体140的声学阻抗(Z4)的分析。换能器组件110的声学阻抗(Z1)和耦合流体130的声学阻抗(Z2)是两个已知的。当流体140的声学阻抗的可靠测量是不可能的时，不能从查询表或数据库正确地选择用于转移液体140的声学喷射参数–诸如焦点、声学信号111的频率、递送至换能器110的电压等–的适当选择。
因此，期望具有能力来从模具(例如，用于塑料的注塑模具)内多个部件(诸如多个容器)或单个部件(例如，一个容器)内的特征起源所处的位置识别和跟踪，以便利于监视和管理模塑动力学的偏差。例如，跟踪模塑位置的能力可以促进来自该位置或模具的部件的典型的(例如，平均)声学阻抗的建立，保持对塑料做出假设的能力并且使能对象流体(customer fluids)性质的后续识别。期望的是，这种信息在常规操作期间也应该是可访问的并且顺应于快速的、明确的声学表征。
由于图1中示出的声学容器是特别有用的示例(其中该系统和方法可以被用于正确地审查流体和执行声学液滴喷射)，所以在某些方面类似于图1中示出的声学容器的上下文中描述此文档中所呈现的系统和方法。然而，本系统和方法广泛地适用于具有其他形式因数的部件，例如，诸如适合供在声学液体处理中使用、诸如多孔板或微流体消耗装置。在一些实施例中，本容器可以由多-腔模具制造，并且被随机递送至类似于图1中示出的液体处理器。因此，为了利于确定容器或每个腔中模塑的部件的声学性质，在每个容器或部件上或其内提供模具跟踪特征是有用的，因此基于先前测量到的或预定的值可以知道来自该模具的每个腔的部件的声学性质。在一些实施例中，此类跟踪特征可以包括被用工具加工到模具本身中的几何特征，以便包括由该腔生成的所有部件内的特定的标记特征，而在从该模具喷射出之后不需要进一步修改。可替选地，可以对来自模具的腔的所有部件进行后-模塑修改，以便增强检测模塑中标记特征的能力。其他示例性实施例可以包括由不同腔制成的部件的不同的后-模塑修改，使得可以基于其起源腔修改该部件以产生合适的标记。后-模塑特征的非限制性示例包括：超疏水涂层，在改变经反射的声学信号的零部件的表面上被选择性地图案化(pattern)；激光条形码，其选择性地改变聚合物结构以改变经反射的声学信号；在该部件上的便利位置中制造的蚀刻或突出的微结构；各种材料的包覆模塑(overmolding)，其反射变化的声学信号量；图案的3D打印；等——而每个图案唯一地对应模具位置。
例如，本系统和方法的一些实施例可以使用唯一标记(其也可以被称为图案或标识符)，其被引入到该模具中以从部件(例如，如果利用用于生产标称相同的部件的多腔模具)或部件内的特征(例如，多孔板中的一个孔)在该模具内起源所处的位置进行识别。该标记可以包括各种合适的特征，例如，下面的四个特征中的一个或多个，以及可选地下面的四个特征中的每个的组合：
1)标记的特征基本上不中断声学表征或液滴喷射(转移)过程；
2)标记的特征唯一地识别其中制造部件或特征的模具的位置；
3)标记的特征可以使用来自换能器的声学信号读取并且随后被解释(例如，同一换能器但不限于该同一换能器)；和/或
4)标记的特征对液体处理器的正常操作无害。
例如，图2示意性地示出了根据本发明一些实施例的用于声学表征经标记的容器220和其中的流体240的示例性步骤。由于在每个部件(例如，容器220)上的模具识别特征的引入，可以准备表征每个部件的声学阻抗(或者潜在地另一声学性质诸如声速度)的校准曲线，并且可以关于部件由其制成的材料的声学特性做出假设。此类信息可以被用在液体处理器先前开发的查询表中，并且正确的声学液滴喷射参数可以被选中以便实现期望的流体的液滴容积。流体240的声学阻抗可以是特别有用的，因为其也可以被用于报告流体的某些特性，诸如某一化合物的浓度，例如，二甲基亚砜、丙三醇等的百分比。例如，如图2中所示，容器220可以使用嵌入在其中的标记250(模具/腔标识符)来表征，并且可以测量流体240的声学阻抗(Z4)(步骤i)，例如，包括用换能器210生成声学信号、将该信号经由耦合流体230发送至容器220和流体240、以及经由耦合流体230在换能器210处接收声学反射。标记250可以具有任何适当的构造，包括但不限于本文参照示例性实施例1、2、3、4、5、6或7或其适当的修改所描述的任何构造。关于Z4的信息然后可以与数据库中的查询表(其基于Z4测量值提供用于声学液滴喷射(ADE)的信息(步骤ii))一起使用。该查询表可以提供下面信息中的一个或多个，以及可选地下面信息的全部的组合(步骤iii)：声音的流体速度、用于ADE的最优声学信号参数、声学焦点以及关于流体性质的信息。此类信息中的任意一项可以适当地被用于执行ADE，并且可选地例如经由被耦合至液体处理器的显示器向用户报告流体性质。
例如，在一个非限制性实施例中，本系统可以包括容器(例如，容器220)，其包括至少一个侧壁(例如，侧壁225)和底部(例如，底部221)以及被包括在底部上或内的多个凹陷、凹槽或突起(例如，标记250)。该系统还可以包括被配置为通过底部发送声学信号的声学换能器(例如，换能器210)，所述多个凹陷、凹槽或突起提供声学信号通过底部的多次飞行和电压。声学换能器进一步可以被配置为接收经发送的声学信号的反射。该系统还可以包括控制器260，诸如被配置为基于反射表征容器的声学阻抗的计算机和关联的软件算法，例如，诸如包括处理器261和非易失性计算机可读介质262的计算机和存储在计算机可读介质上的关联的软件算法，被配置为致使处理器基于反射表征容器的声学阻抗。
注意，在诸如图2和本文其他地方中示出的实施例中，侧壁225的任何适当部分可以具有相对于底部221的任何适当的角度，以便被认为是“垂直的”。例如，侧壁225的一些或全部在相对于底部221的大约10度与90度之间的角度范围内可以被认为是“垂直的”。此外，侧壁225的不同部分可以具有相对于底部221的彼此不同的角度。例如，在图2中示出的非限制性实施例中，侧壁225的第一(例如，靠下)部分可以具有相对于底部221的第一角度，并且侧壁225的第二(例如，靠上)部分可以具有相对于底部221的第二角度。说明性地，第一角度可以小于第二角度，或者第一角度可以大于第二角度。在一个示例中，侧壁225可以被布置使得容器220的外表面和内表面中的一个或两个大体上是圆锥形。此类构造可以例如减少容器220内的死区容积，或者促进液体240更容易地汇集在具有较大深度的容器220的底部处。
在另一示例中，表征被构造为容纳流体(例如，流体240)的容器(例如，容器220)的方法可以包括：提供此类容器；通过底部(例如，底部221)发送声学信号，多个凹陷、凹槽或突起(例如，标记250)提供声学信号通过底部的多次飞行；接收经发送的声学信号的反射；以及基于反射表征容器的声学阻抗。
在一些实施例中，本标记(例如，标记250)可以使用诸如以下中的一个或多个的各种设计考虑的任何适当的组合来实施：通过规避可能卡在部件上的特征(例如将滞留流体并且难以用抽吸或真空干燥器去除的尖锐角)管理耦合流体-塑料相互作用；在流体表征和喷射(转移)步骤期间将标记的特征布置在声学信号的通路的外部；和/或利用尺寸上与部件的尺寸兼容并且可以通过声学信号(例如，具有由被用于转移的同一换能器以及被用于其他声学转移应用的换能器生成的波长)分辨的标记特征。例如，一些换能器可以具有250μm和125μm量级的特征波长，分别用于25nL和2.5nL液滴的转移。声学信号一般被理解为能够分辨其侧向尺寸近似不小于声学信号的半波长的特征；因此，在此非限制性示例中，标记的一个或多个特征包括对于25nL器具来说至少是大约125μm或者对于2.5nL器具来说至少是大约63μm的尺寸。在一些实施例中，标记的特征彼此充分间隔开，使得其可以被容易地模塑并且被声学换能器分辨，例如，被用于声学液滴喷射的同一换能器也可以被用于检测这些特征。此类设计考虑可以扩展至较短和较长波长换能器并且可以预期以线性方式缩放(scale)。在一些实施例中，基于针对标记的特征的飞行时间的测量的灵敏度可以比基于与声学接收器连接的测量装置的采样频率(基本上超过声波的频率)的半波长更精细(finer)。例如，用换能器与容器特征之间的水耦合流体以300MHz或更高模数分辨率对从半波长特征反射的10MHz声学信号采样，可以提供距离换能器的10微米或更小精度的特征距离。增大信号检测的声学频率和时间分辨率可以改进特征检测以及声纳和医疗超声领域的技术人员已知的其他技术。
此外，用于聚焦声波的换能器的位置可以影响换能器的测量时间和分辨能力。例如，可以执行某一流体表征应用而无需将换能器聚焦在流体容器的底部处(这在一些情况下可能导致较低分辨率)。在另一示例中，可以降低换能器以便将声学信号靠近模具识别特征聚焦，以便提高分辨小特征的能力。此重新聚焦移动可能需要数十或数百毫秒，这取决于运动系统和从审查位置到特征检测位置的距离。在一些实施例中，与每次测量可能需要数百毫秒或更多的诸如二次换能器、相机或激光系统的其他方法相比，标记的特征可以被声学观察到而没有执行测量所需的额外时间。
此外，声学换能器可以被配置为以通常被用于生命科学中的声学液体处理的标准容器材料和流体来进行操作。在本容器中可以适当地被包括的示例性塑料包括但不限于从由环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组选择的塑料。例如，通常使用的聚合物(诸如聚丙烯)具有2.5MRayl量级的声学阻抗值；并且在生命科学应用中最常转移的流体在0.8MRayl到2.4MRayl之间变化。聚合物(诸如聚丙烯)的声学阻抗的变化可以以由声学模塑过程引起的MRayl的十分之一改变。因此，声学换能器可以被配置为使用诸如本领域的技术人员已知的声学信号处理在此规模上分辨这些材料之间的声学阻抗的差异。注意，此示例并不将本系统和方法局限至聚丙烯的声学阻抗或本文描述的流体的声学阻抗。
此类示例性设计考虑和其他设计考虑可以被用在本系统和方法的一些实施例中。例如，注射模塑的执业者将理解对于各种塑料来说需要促进脱模(mold release)的拔模角度(draft angle)。
现在将描述可以在此类实施例中被适当地实施的各种非限制性实施例和设计考虑的各种示例。
在一些实施例中，标记被提供用于管和齿条(rack)方案，其中管填充有对象流体并且放置在齿条(在一个非限制性示例中，含有用于96个管的间隔)内。在此类实施例中，例如，通过不要求沿特定轴(下面参照示例性实施例4描述的一个示例)对准或者通过在管-齿条界面处包括对准特征，标记(图案)可以被布置为可由声波束方便地读取。例如，在一些实施例中，标记(唯一识别图案)可以在两个或更多个预定的位置处被复制。一个非限制性实施例可以包括布置在沿管周边的“3点、6点、9点和12点”位置(例如，四重旋转、以及X和Y轴镜像对称)的标记，可选地用齿条中的对应凹槽以便促进正确的放置。此类布置可以促进或水平地或垂直地扫描管的齿条，并且将标记(图案)放在声波束的扫描范围内。此类实施例的一个非限制性示例包括四个凹口(notch)，但应该意识到标记可以沿周边和m个凹口被复制n次，其中n和m可以是不同的整数值，可以被提供为促进标记的正确对准。如果图案的数目复制变得足够高(高n)，则凹口或对准图案可以不是必需的(例如，可以保持完整的旋转对称)。
下面的描述假定特征的正确对准，并且详述可以用于实现使用声学信号来识别部件的起源的模具位置(或者模具，如果多于一个被用于制作相同部件)的期望功能的各种非限制性图案化和读取技术。
示例性实施例1：表示声学上读取的0/1’s的浅凹(dimple)
对信息(标记)编码的一个非限制性方法使用二进制信息，以便对特征(例如，孔)或部件(例如，模具内的腔#)的位置编码。例如，图3示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器320中以便以诸如本文中参照图2描述的那样的方式标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。更具体地，图3示出了用于使容器320中、ADE的声学通路外部的数字信息图案化的示例性实施例。图3的放大的插图(A-D)示出了标记的数字特征可以如何沿声学容器320的外周或者在多孔板320中的孔附近被图案化的示例(A-C中的容器的侧视图；D中的仰视图)。在相应插图下面的图示出了返回声学飞行时间(ToF)信号的理想化解释。在一些实施例中，标记的特征可以适当地适应一个或多个ADE设计约束，诸如减少或者规避尖锐角以减少或者抑制流体钉扎(fluid pinning)，或者可以具有合适的尺寸以便维持流体与容器的耦合同时允许干燥操作。在一些实施例中，图案可以是一维(1-D)的，例如，如图3中所示，以便在沿线从一个管平移至下一个管期间被读取。在其他实施例中，图案可以是二维(2-D)的，其中第二尺寸是沿换能器的主轴或者沿与图3中的示出的平移轴垂直的轴(例如，进入和离开页面)。图3中的插图A示出了其中可以将位(bit)沿换能器310主轴被编码的示例性实施例。图3中的插图B示出了其中可以通过改变x-y平移轴中的一个来对位编码的实施例。注意，可以容易地设想此类特征的其他合适组合，诸如提供沿平移轴的唯一纵横比。此外，尽管图3的插图A和插图B示出了标记的凹陷特征，但该特征代替地可以适当地从部件320的底部突出或者可以被凹陷在部件320内；或者该两个状态或构造的一些组合。例如，插图C示出了其中用凸起特征而非凹陷特征对位进行编码的实施例。
从诸如图3中示出的部件320获取的声学信号可以包括来自部件320的底部-底部(BB)(例如，诸如本文参照图2描述的管或容器220的底部221的底部222(BB))的声学信号的ToF–例如，从声学信号起初被发射时到经反射的声学信号返回至换能器310时的总时间。两个不同的ToF值可以被换能器310接收，用一个ToF表示“1”(对应标记中的较深的凹陷)并且另一ToF值表示“0”(对应标记中的较浅凹陷)。“位”的图案可以是1-D，其可以相对快速地提供信息并且可以旋转地冗余而不需要对准；或者可以是2-D，例如，以便实施x-y网格调查，其潜在地可以提供更大信息密度但潜在地可以较慢执行。液体处理器可以可靠地分辨由换能器310检测到ToF中的小的变化。例如，彼此在深度上改变数十微米的特征可以产生由液体处理器使用5至10MHz中的任一声学检测脉冲可靠地分辨的ToF。较大灵敏度可以通过使用较高声音频率并优化聚焦待测量的特征来实现。在一些实施例中，返回声学信号可以包括绝对值(诸如针对0’s和1’s的唯一ToF)，或者可以与部件上的另一声学信号(诸如部件的非-图案化部分中或图案本身内的ToF)有关。
此实施例的一个非限制性示例包括在容器-底部上或内的64个唯一图案，并且以包括6个唯一位(其分别对应1或0中的任一个)的逐位(bit-wise)图案化方案布置。在此示例中，每个位可以由声学换能器可辨别为1或0。注意，可以容易地设想此类特征的其他合适组合，诸如提供沿平移轴的唯一纵横比，使得每个特征被提供多于一个位的信息。此类实施例被广泛地扩展至各种几何图案和尺寸并且可以由本领域的技术人员基于本文提供的教导来优化。
示例性实施例2：在长度、纵横比或深度上改变的浅凹
在本发明的另一非限制性实施例中，本标记可以通过利用3-D图案化传送另外信息，例如，其中该图案的长度、纵横比、深度、频率或任何其他几何特征可以被适当地选择，以便将来自模具位置的信息唯一地编码到部件上。此类实施例可以比某一些1-D或2-D实施例分辨率高，这是因为该特征在本质上可以被认为是更“模拟”的而非被转换为1’s和0’s。
例如，图4示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器420中以便以本文中参照图2描述的那样方式标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。特征下面的图示出了返回声学ToF信号的理想化解释。更具体地，图4以更“模拟”类型格式示出了在ADE的声学通路外部的唯一形状和几何结构的图案的非限制性实施例，其中，待读取的特征的量值和形状与模具内的相应位置相关联。所有三个尺寸(两个x和y平移轴以及换能器410z轴)可以被用于编码信息(例如，以标记的特征的形式)。注意，随换能器扫描特征(每个峰的宽度)，BB ToF在量值(图中每个峰的高度)和持续时间上改变。此类方案的一个示例性特征是更复杂信息可以被存储在给定的空间量内。
在一个示例中，基于该声学系统能够以10微米分辨率分辨特征的深度差并且四个可能特征深度以每个比下一个深20微米来使用，那么可以用其中深度彼此相差60微米的最大特征和最小特征的特征来编码2位。基于容器尺寸、声学频率、(一个或多个)容器材料等可以适当地使用较大深度范围或较精细步长大小。
示例性实施例3：引入空气间隙的超疏水设计特征
在另一非限制性实施例中，可替选的BB ToF读取方法是利用从BB声学反射返回的电压(BB峰-峰值电压或BB Vpp)。赋予在部件(例如，容器)上的图案可以包括一个或多个超疏水特征(诸如微柱阵列)，其意图在耦合流体-塑料界面处引入一个或多个空气间隙，以便比其中声音通过塑料(例如，在耦合流体与塑料之间无空气间隙)被更均匀传输的区域返回更高的声学信号电压。此类空气间隙可以类似于上面参照示例性实施例1描述的方式以数字1’s与0’s的格式而被图案化；或者此类空气间隙可以以类似于上面参照示例性实施例2描述的方式以1-D或2-D模拟格式而被图案化；第三深度尺寸可选地可以被用在例如其中BBToF被同时考虑或BB Vpp作为沿深度尺寸的距离的函数被充分地分辨的实施例中。此类实施例的示例性特征可以包括以下中的一个或多个：声学上读取BB Vpp时增大的灵敏度，和耦合流体-塑料相互作用的相对直接的管理策略。
例如，图5示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器520中以便以本文中参照图2描述的那样的方式标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。更具体地，图5示出了其中标记包括被提供在ADE的声学通路外部的疏水特征的实施例的非限制性示例，例如，其中在耦合流体与部件(例如，容器)的塑料之间含有空气的间断(break)被引入以便增大声学信号至换能器510的反射。在一些实施例中，可以通过将疏水的特征(诸如微柱阵列)图案化到容器的塑料中来提供此类间断。插图下面的图示出了在流体-空气界面处的增大的电压，其可以代替ToF而被读取。图5中示出的插图A示出了包括意图将耦合流体从塑料去耦合的被凹陷的凹口的示例性实施例。图5中示出的插图B示出了包括使用类似特征的“模拟”类型编码方案的示例性实施例。图5中示出的插图C示出了包括使用凸起疏水特征的数字图案化的示例性实施例。注意，尽管插图A-C中的非限制性实施例被示为包括相对尖锐边缘，但是此类边缘替代地可以是弯曲的(curved)并且另外适当地成形以便减少或抑制流体钉扎。
示例性实施例4：声波束的通路中的塑料的厚度的变化
在另一实施例中，标记(例如，识别模具位置的特征)可以被定位在容器与其中布置的流体之间的界面处或者部件的底部的顶部(TB)处。例如，TB与BB声学信号之间的ToF的差(除以二)表示声学信号通过部件或容器底部(例如，塑料)单向移动所花费的总时间。此类ToF的差(除以二)可以被转换为膜厚度–部件(例如，声管)的底部的厚度，其是耦合流体与该容器内的流体之间的中介物(intermediary)。部件的膜厚度可以被适当地改变以便分辨意图从模具内的不同位置引入到部件中的膜厚度差异。可替选地，也可以只改变BB ToF(至换能器的BB距离)，以改变部件的膜厚度。在一些实施例中，可以仅使用单个声学信号来获取此类ToF的差，尽管可以适当地使用多于一个声学信号。注意，膜可选地可以处在ADE的声学通路中。
例如，图6示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器620中以便以本文中参照图2描述的那样的方式标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。更具体地，图6示出了包括将ADE的声学通路内的可变的膜厚度图案化(可选地)，并且其中该膜厚度(例如，自换能器610的BB和TB的差分距离)在部件之间可以被改变以便识别模具内孔的位置的实施例。例如，唯一膜厚度可以被分配给模具/腔内的每个部件，使得部件在声学上彼此是可区分的。在相应插图下面的图示出了返回声学飞行时间ToF信号的理想化解释。图6中示出的插图A示出了其中TB ToF被改变的一个示例性实施例。图6中示出的插图B示出了其中BB ToF被改变的另一示例性实施例。图6中示出的插图C示出了其中TB ToF被制作的较高(较厚的)使得被用于表征流体和执行ADE的声学信号识别仍然适当地起作用的另一示例性实施例。
示例性实施例5：利用具有一个或多个零空间解(null space solution)的丘(mound)成像算法的示例性特征
在另一非限制性实施例中，可以使用可替选的读取方法，其检查与塑料中的唯一成形的浅凹相互作用的声学信号的返回的复频率成分。例如，图7示意性地示出了根据本发明一些实施例的可以被提供在容器720中以便以本文中参照图2描述的那样的方式标记该容器并声学表征该容器的示例性特征。更具体地，图7示出了可以通过在流体表面上已经形成“丘”之后检查返回声学信号的复频率成分来确定流体的声学特性。丘的形状可以创建可以被解释以便识别信号的“零空间(null spacing)”(目标是声学信号的傅里叶空间中的最小值)的唯一声学信号。在一些实施例中，特定直径(或者椭圆形)、深度和形状的浅凹可以在声学喷射窗口的外部被缩进，以便创建对模具位置来说是唯一的零空间标识符。此类实施例可以表示传送信息的更加模拟的方法，其具有在部件上需要较少特征的优点。
例如，在一个非限制性实施例中，用于表征被构造为容纳流体的容器的系统可以包括：容器，该容器包括至少一个垂直的侧壁；和与至少一个垂直的侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部包括沿侧向尺寸改变的厚度。该系统还可以包括被配置为通过底部发送声学信号的声学换能器，所述变化的厚度提供声学信号通过底部的多次飞行。声学换能器进一步可以被配置为接收经发送的声学信号的反射。该系统进一步可以包括控制器(诸如计算机和关联软件算法)，被配置为基于反射来表征容器的声学阻抗。
在另一非限制性实施例中，表征被构造为容纳流体的容器的方法可以包括：提供此类容器；通过底部发送声学信号，变化的厚度提供声学信号通过该底部的多次飞行；接收经发送的声学信号的反射；以及基于反射来表征该容器的声学阻抗。
示例性实施例6：利用多种材料的包覆模塑来改变声学阻抗的示例性特征
在另一非限制性实施例中，可以利用可替选的编码方法，由此识别特征通过对一个或多个额外材料(非限制性示例包括聚合物、金属和陶瓷)进行包覆模塑而与主要容器区别开来，具有与该容器的阻抗值、图案模具或特定腔的标识符相比的声学上可区分(一个或多个)阻抗值。在此类实施例中，区别特征可以表现出不同的BB电压值(类似于实施例3)，这可以促进由换能器声学地分辨该图案。
示例性实施例
在一个非限制性示例中，被构造为容纳流体的容器包括：至少一个垂直的侧壁；和与至少一个垂直的侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部在其上或其中包括多个凹陷、凹槽或突起，以便提供声学信号通过底部的多次飞行。在本文中参照图2、图3、图4、图5和图7提供了此类容器的示例。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起的第一子集包括提供声学信号的第一次飞行的第一深度，并且多个凹陷、凹槽或突起的第二子集包括提供声学信号的第二次飞行的第二深度，第一深度不同于第二深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起中的第一个包括与多个凹陷、凹槽或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括被构造为增大或减小声学信号的反射的幅度的疏水区域。例如，在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括疏水的微柱阵列。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被构造为被定位在流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被构造为沿流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在该声学通路内。
在一些实施例中，容器包括多孔板、至少一个垂直的侧壁中的垂直的侧壁以及对应多孔板中的单个孔的底部。
在一些实施例中，侧壁和底部包括塑料。在一些实施例中，塑料选自由环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
在另一方面下，被构造为容纳流体的容器包括：至少一个垂直侧壁；和与至少一个垂直的侧壁相耦合的底部，该底部被构造接收声学信号，该底部包括被选择为使得该容器基于声学信号通过底部的飞行时间是可辨识的厚度。在本文中例如参照图6提供了此类容器的示例。
在又一方面下，表征被构造为容纳流体的容器的方法包括提供该容器。该容器可以包括：至少一个垂直的侧壁；和与至少一个垂直的侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部在其上或其中包括多个凹陷、凹槽或突起。该方法可以包括通过底部发送声学信号，多个凹陷、凹槽或突起提供声学信号通过底部的多次飞行。该方法也可以包括：接收经发送的声学信号的反射；以及基于该反射来表征容器的声学阻抗。在本文中例如参照图2、图3、图4、图5和图7提供了此类方法的示例。
在一些实施例中，该方法包括基于该反射从计算机可读介质检索表征底部厚度的值。表征容器的声学阻抗可以基于检索到的表征底部厚度的值。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起的第一子集包括提供声学信号的第一次飞行的第一深度，并且多个凹陷、凹槽或突起的第二子集包括提供声学信号的第二次飞行的第二深度，第一深度不同于第二深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起中的第一个包括与多个凹陷、凹槽或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括被构造为增大声学信号的反射的疏水区域。例如，在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括疏水的微柱阵列。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被定位在流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起沿流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在该声学通路内。
在一些实施例中，容器包括多孔板、和至少一个垂直的侧壁中的垂直的侧壁以及对应于多孔板中的单个孔的底部。
在一些实施例中，侧壁和底部包括塑料。在一些实施例中，塑料选自由环烯烃聚合物物、环烯烃共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
在另一方面下，表征被构造为容纳流体的容器的方法包括提供该容器。该容器可以包括：至少一个垂直的侧壁；和与至少一个垂直的侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部包括厚度。该方法可以包括：接收经发送的声学信号的反射，该反射具有通过厚度的飞行时间；基于该飞行时间识别容器；以及基于该识别表征容器的声学阻抗。在本文中例如参照图6提供了此类方法的示例。
在又一方面下，用于表征被构造为容纳流体的容器的系统包括该容器。该容器可以包括：至少一个垂直的侧壁；以及与至少一个垂直的侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部在其上或其中包括多个凹陷、凹槽或突起。该系统还可以包括被配置为通过底部发送声学信号的声学换能器，多个凹陷、凹槽或突起提供声学信号通过底部的多次飞行。声学换能器进一步可以被配置为接收经发送的声学信号的反射。该系统进一步可以包括被配置为基于反射来表征容器的声学阻抗的控制器。在本文中例如参照图2、图3、图4、图5和图7提供了此类系统的示例。
在一些实施例中，该系统进一步包括计算机可读介质。控制器可以被配置为：基于反射从计算机可读介质检索表征底部厚度的值；以及基于表征底部厚度的值来表征容器的声学阻抗。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起的第一子集包括提供声学信号的第一次飞行的第一深度，并且多个凹陷、凹槽或突起的第二子集包括提供声学信号的第二次飞行的第二深度，第一深度不同于第二深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起中的第一个包括与多个凹陷、凹槽或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括被构造为增大声学信号的反射的疏水区域。例如，在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起包括疏水的微柱阵列。
在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起被定位在流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。在一些实施例中，多个凹陷、凹槽或突起沿流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在该声学通路内。
在一些实施例中，容器包括多孔板、至少一个垂直的侧壁中的垂直的侧壁以及对应多孔板中的单个孔的底部。
在一些实施例中，侧壁和底部包括塑料。在一些实施例中，塑料可以选自由环烯烃聚合物物、环烯烃共聚物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
在又一方面下，用于表征被构造为容纳流体的容器的系统包括该容器。该容器可以包括：至少一个垂直的侧壁；以及与至少一个垂直的侧壁相耦合的底部，该底部被构造为接收声学信号，该底部包括厚度。该系统可以包括被配置为通过底部发送声学信号的声学换能器。该声学换能器进一步可以被配置为接收经发送的声学信号的反射，该反射具有通过厚度的飞行时间。该系统进一步可以包括控制器，其被配置为：基于飞行时间识别容器；以及基于该识别表征容器的声学阻抗。在本文中例如参照图6提供了此类系统的示例。
其他可替选的实施例
尽管已经描述了本发明的特定的实施例，但将由本领域的技术人员理解的是，存在与所描述的实施例等价的其他实施例。相应地，应该理解的是，本发明不受特定示出的实施例的限制，而仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (32)

1.一种被构造为容纳流体的容器，所述容器包括：
至少一个垂直侧壁；和
与所述至少一个垂直侧壁相耦合的底部，所述底部被构造为接收声学信号，所述底部在其上或其中包括形成标记的多个凹陷或突起，所述标记唯一地识别在模具中制造所述标记的位置。
2.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个凹陷或突起的第一子集包括提供所述声学信号的第一次飞行的第一深度，并且所述多个凹陷或突起的第二子集包括提供所述声学信号的第二次飞行的第二深度，所述第一深度不同于所述第二深度。
3.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个凹陷或突起中的第一个包括与所述多个凹陷或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
4.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个凹陷或突起包括被构造为增大或减小所述声学信号的反射的幅度的疏水区域。
5.根据权利要求4所述的容器，其中，所述多个凹陷或突起包括疏水的微柱阵列。
6.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个凹陷或突起被构造为被定位在所述流体与生成所述声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。
7.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个凹陷或突起被构造为沿所述流体与生成所述声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在所述声学通路内。
8.根据权利要求1所述的容器，其中，所述容器包括多孔板、所述至少一个垂直侧壁中的垂直侧壁以及对应于所述多孔板中的单个孔的底部。
9.根据权利要求1所述的容器，其中，所述侧壁和所述底部包括塑料。
10.根据权利要求9所述的容器，其中，所述塑料选自由环烯烃聚合物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
11.一种表征被构造为容纳流体的容器的方法，所述方法包括：
提供所述容器，所述容器包括：
至少一个垂直侧壁；和
与所述至少一个垂直侧壁相耦合的底部，所述底部被构造为接收声学信号，所述底部在其上或其中包括形成标记的多个凹陷或突起，
所述标记唯一地识别在模具中制造所述标记的位置；
通过所述底部发送声学信号，所述多个凹陷或突起提供所述声学信号通过所述底部的多次飞行；
接收经发送的所述声学信号的反射；以及
基于所述反射表征所述容器的声学阻抗。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
基于所述反射从计算机可读介质检索表征所述底部的厚度的值；并且
其中，表征所述容器的声学阻抗是基于检索到的表征所述底部的厚度的所述值。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个凹陷或突起的第一子集包括提供所述声学信号的第一次飞行的第一深度，并且所述多个凹陷或突起的第二子集包括提供所述声学信号的第二次飞行的第二深度，所述第一深度不同于所述第二深度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个凹陷或突起中的第一个包括与所述多个凹陷或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个凹陷或突起包括被构造为增大所述声学信号的反射的疏水区域。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个凹陷或突起包括疏水的微柱阵列。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个凹陷或突起被定位在所述流体与生成所述声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个凹陷或突起沿所述流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在所述声学通路内。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述容器包括多孔板、和所述至少一个垂直侧壁中的垂直侧壁以及对应于所述多孔板中的单个孔的底部。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述侧壁和所述底部包括塑料。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述塑料选自由环烯烃聚合物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
22.一种表征被构造为容纳流体的容器的系统，所述系统包括：
所述容器，所述容器包括：
至少一个垂直侧壁；和
底部，与所述至少一个垂直侧壁相耦合，所述底部被构造为接收声学信号，所述底部在其上或其中包括形成标记的多个凹陷或突起，所述标记唯一地识别在模具中制造所述标记的位置；
声学换能器，被配置为通过所述底部发送声学信号，所述多个凹陷或突起提供所述声学信号通过所述底部的多次飞行；
所述声学换能器还被配置为接收经发送的所述声学信号的反射；以及
控制器，被配置为基于所述反射表征所述容器的声学阻抗。
23.根据权利要求22所述的系统，还包括计算机可读介质，其中，所述控制器被配置为：
基于所述反射从所述计算机可读介质获取表征所述底部的厚度的值；以及
基于表征所述底部的厚度的所述值表征所述容器的声学阻抗。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个凹陷或突起的第一子集包括提供所述声学信号的第一次飞行的第一深度，并且所述多个凹陷或突起的第二子集包括提供所述声学信号的第二次飞行的第二深度，所述第一深度不同于所述第二深度。
25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个凹陷或突起中的第一个包括与所述多个凹陷或突起中的第二个不同的长度、纵横比或深度。
26.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个凹陷或突起包括被构造为增大所述声学信号的反射的疏水区域。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述多个凹陷或突起包括疏水的微柱阵列。
28.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个凹陷或突起被定位在所述流体与生成所述声学信号的声学换能器之间的声学通路的外部。
29.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个凹陷或突起沿所述流体与生成声学信号的声学换能器之间的声学通路定位并且在所述声学通路内。
30.根据权利要求22所述的系统，其中，所述容器包括多孔板、所述至少一个垂直侧壁中的垂直侧壁以及对应于所述多孔板中的单个孔的底部。
31.根据权利要求22所述的系统，其中，所述侧壁和所述底部包括塑料。
32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述塑料选自由环烯烃聚合物、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
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