CN117242323A - 超声液位传感 - Google Patents

Abstract

用于超声液位传感的系统和方法。电路使超声换能器发射超声脉冲序列并接收反射信号序列。每个反射信号包括与至少一个不可移动表面相关联的至少一个第一反射和与可移动表面相关联的至少一个第二反射。对于每个反射信号，数字控制器：确定相应信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；在该至少一个输出信号中，识别指示该至少一个不可移动表面的至少一个第一脉冲和指示可移动表面的至少一个第二脉冲；基于识别出的第一和第二脉冲，确定可移动表面相对于该至少一个不可移动表面的距离。

Description

超声液位传感

相关申请交叉引用

本申请要求2021年3月30日提交的美国临时申请63/168075号和2022年3月29日提交的美国专利申请17/707688号的优先权，其全部内容以引用的方式结合在此。

技术领域

本公开一般涉及超声脉冲回波范围传感，更具体地说，涉及利用超声传感器自动地控制液体到容器中的分配的超声液位传感的系统和方法。

背景技术

用于将一种或多种液体(例如，水、咖啡、软饮料、混合饮料等)分配到容器中的分配系统是已知的。液体分配系统可以被利用在家庭和/或商业应用中。例如，分配器可以包括独立单元(例如，用于分配软饮料、咖啡等)和/或可以被集成到其他单元(例如，冰箱、水龙头、其他电器等)中。

有些分配器被认为是自动的，因为它们可以允许用户输入容器的某些类型的特征(例如，容器大小、容器类型，如水瓶或玻璃杯等)。然而，传统的自动分配器通常依赖于用户来启动和/或停止液体的分配，例如通过按下某种类型的按钮和/或控制杆。由于传统的自动分配器通常涉及用户与分配器进行某种互动来控制液体分配，因此病菌有可能经由分配系统在人与人之间传播，由此导致不卫生和不安全的操作环境。

因此，期望的是提供非接触式自动填充(即，无需利用某些用户交互即可控制液体分配)，以提供改进的、卫生的操作环境。传统的非接触式分配器利用传感器系统以自动地填充容器。然而，这些传统的非接触式分配器目前还存在挑战。例如，某些传统的分配器很难和/或根本无法监测液位并将不同大小(例如，高度和/或宽度)和/或不同形状(例如，如圆筒等均匀形状、如锥形容器等非均匀形状、如动物形状容器等具有多个非均匀表面的容器)的容器充分填充到期望的液位。此外，传统的非接触式分配器通常利用分配器的一个或多个区域上的多个传感器和复杂的处理技术来实现自动填充。

因此，需要带有改进的液位传感和分配控制的非接触式自动液体分配器。

发明内容

本公开的各个方面涉及用于超声液位传感的系统和方法。

在某些实施方式中，超声传感器可以被利用以将液体自动地填充到容器中。在某些实施方式中，超声传感器可以作为液体分配器系统的一部分提供，并可以用于检测容器何时被置于液体分配器下方，以控制液体分配器向容器中填充液体，并在液体溢出容器之前停止液体分配器。

在某些实施方式中，公开了一种用于监测可移动表面的系统，该系统包括：超声换能器；耦合到超声换能器的电路；数字控制器。电路被配置为使超声换能器发射超声脉冲序列，并接收响应于发射的超声脉冲序列的反射信号序列。反射信号序列中的每个反射信号包括至少一个第一反射和至少一个第二反射。该至少一个第一反射与至少一个不可移动表面相关联。该至少一个第二反射与可移动表面相关联。数字控制器被配置为，对于反射信号序列中的每一个反射信号：确定反射信号序列中的相应反射信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；在该至少一个输出信号中，识别指示该至少一个不可移动表面的至少一个第一脉冲和指示可移动表面的至少一个第二脉冲；基于识别出的至少一个第一脉冲和识别出的至少一个第二脉冲来确定可移动表面相对于该至少一个不可移动表面的距离。

在某些实施方式中，可移动表面相对于该至少一个不可移动表面的距离是基于由该至少一个第一脉冲表明的至少一个第一飞行时间(TOF)和由该至少一个第二脉冲表明的第二飞行时间(TOF)来确定的。

在某些实施方式中，数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来识别指示可移动表面的该至少一个第二脉冲。在某些实施方式中，数字控制器被配置为基于至少一个预定义滤波器的应用来确定幅度和方差中的该至少一个。在某些实施方式中，数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的幅度来识别指示该至少一个不可移动表面的该至少一个第一脉冲。在某些实施方式中，数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来确定该至少一个不可移动表面的稳定性。

在某些实施方式中，该系统被配置为确定容器内部的液体的液位，可移动表面包括液位，该至少一个不可移动表面包括容器边缘(rim)和容器底部中的一个或多个。

在某些实施方式中，该系统被配置为当容器不存在于预定检测区域内时，经由超声换能器来确定背景信号，背景信号包括环降分量，数字控制器被配置为从反射信号序列中减去背景信号，以将反射信号序列中的环降分量最小化。在某些实施方式中，系统被配置为周期性地确定背景信号。在某些实施方式中，该系统被配置为以第一采样率确定背景信号和容器的存在中的一个或多个，并对接收到的反射信号序列利用第二采样率，第一采样率低于第二采样率。

在某些实施方式中，在发射超声脉冲序列之前，该系统被配置为经由超声换能器来检测容器是否存在于预定检测区域内，并响应于检测到容器而使分配器开始液体到容器中的分配。在某些实施方式中，数字控制器被配置为基于确定的距离来监测液位，并在确定的距离相对于容器边缘在预定阈值内时使分配器停止分配液体。

在另一方面，公开了一种用于超声监测可移动表面的方法。在一个实施方式中，提供了一种用于监测可移动表面的方法，包括：经由耦合到超声换能器的电路，使超声换能器发射超声脉冲序列；经由电路，接收响应于发射的超声脉冲序列的反射信号序列。反射信号序列中的每个反射信号包括至少一个第一反射和至少一个第二反射。该至少一个第一反射与至少一个不可移动表面相关联。该至少一个第二反射与可移动表面相关联。该方法还包括，对于反射信号序列中的每一个反射信号：经由数字控制器来确定反射信号序列中的相应反射信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；经由数字控制器在该至少一个输出信号中识别指示该至少一个不可移动表面的至少一个第一脉冲和指示可移动表面的至少一个第二脉冲；基于识别出的至少一个第一脉冲和识别出的至少一个第二脉冲，经由数字控制器来确定可移动表面相对于该至少一个不可移动表面的距离。

在某些实施方式中，可移动表面相对于该至少一个不可移动表面的距离是基于由该至少一个第一脉冲表明的至少一个第一飞行时间(TOF)和由该至少一个第二脉冲表明的第二飞行时间(TOF)来确定的。

在某些实施方式中，识别该至少一个第一脉冲和该至少一个第二脉冲进一步包括：基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来识别指示可移动表面的该至少一个第二脉冲。在某些实施方式中，确定幅度和方差中的该至少一个包括应用至少一个预定义滤波器。在某些实施方式中，识别该至少一个第一脉冲和该至少一个第二脉冲进一步包括：基于反射信号序列中的相应反射信号的幅度来识别指示该至少一个不可移动表面的该至少一个第一脉冲。在某些实施方式中，识别该至少一个第一脉冲和该至少一个第二脉冲还包括：基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来确定该至少一个不可移动表面的稳定性。

在某些实施方式中，可移动表面包括液体的液位，该至少一个不可移动表面包括容器边缘和容器底部中的一个或多个，容器被配置为包含液体，确定可移动表面相对于该至少一个不可移动表面的距离包括确定容器内部的液体的液位。

在某些实施方式中，该方法进一步包括当容器不存在于预定检测区域内时，经由超声换能器来确定背景信号，背景信号包括环降分量，并经由数字控制器从反射信号序列中减去背景信号，以将反射信号序列中的环降分量最小化。在某些实施方式中，该方法还包括周期性地确定背景信号。在某些实施方式中，该方法进一步包括：以第一采样率确定背景信号和容器的存在中的一个或多个；对接收到的反射信号序列利用第二采样率，第一采样率低于第二采样率。

在某些实施方式中，该方法进一步包括，在发射超声脉冲序列之前：经由超声换能器来检测容器是否存在于预定检测区域内；响应于检测到容器而使分配器开始液体到容器中的分配。在某些实施方式中，该方法进一步包括：基于确定的距离，经由数字控制器来监测液位；当确定的距离相对于容器边缘在预定阈值内时，使分配器停止分配液体。

在另一方面，公开了一种用于在容器中分配液体的装置。在一个实施方式中，用于在容器中分配液体的装置包括：被配置为将液体分配到容器中的分配器；至少一个飞行时间(TOF)传感器；耦合到该至少一个TOF传感器的电路；数字控制器。电路被配置为使该至少一个TOF传感器发射脉冲序列并接收反射信号序列。反射信号序列中的每个反射信号包括至少一个第一反射和至少一个第二反射。该至少一个第一反射与容器的一部分相关联。该至少一个第二反射与被分配到容器中的液体的液位相关联。容器的该部分包括边缘和底面中的至少一个。数字控制器被配置为，对于反射信号序列中的每一个信号：确定反射信号序列中的相应反射信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；在该至少一个输出信号中，识别指示容器的该部分的至少一个第一脉冲和指示液位的至少一个第二脉冲；基于识别出的至少一个第一脉冲和识别出的至少一个第二脉冲来确定液位相对于容器的该部分的距离。数字控制器被配置为基于确定的距离来监测液位在反射信号序列上的变化，以控制液体经由分配器的分配。

在某些实施方式中，数字控制器被配置为当确定的距离相对于容器边缘在预定阈值内时，使分配器停止分配液体。

在某些实施方式中，在发射脉冲序列之前，该系统被配置为经由该至少一个TOF传感器来检测容器是否存在于预定检测区域内，并响应于检测到容器而使分配器开始液体到容器中的分配。

在某些实施方式中，该系统被配置为当容器不存在于预定检测区域内时，经由该至少一个TOF传感器来确定背景信号，背景信号包括环降分量，数字控制器被配置为从反射信号序列中减去背景信号，以将反射信号序列中的环降分量最小化。

在某些实施方式中，数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来识别指示液位变化的该至少一个第二脉冲。在某些实施方式中，数字控制器被配置为下述至少一项：基于反射信号序列中的相应反射信号的幅度来识别指示容器的该部分的该至少一个第一脉冲，基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来确定容器的稳定性。在某些实施方式中，该至少一个TOF传感器包括超声传感器、雷达传感器和光学传感器中的至少一个。

附图说明

非接触式超声液体分配器和超声液位传感方法的实施例在附图中示出。

图1是示意性视图，展示根据本公开的一个方面的示例性的非接触式液体分配器。

图2是功能性框图，展示根据本公开的一个方面的示例性的分配器系统。

图3A是侧视图，展示根据本公开的一个方面，可以与超声传感器一起使用的示例性的声学喇叭。

图3B是根据本公开的一个方面，图3A所示的声学喇叭的俯视图。

图3C是根据本公开的一个方面，沿图3A所示的声学喇叭的3C-3C线获取的截面图。

图4是流程图，展示根据本公开的一个方面，用于控制液体到容器中的分配的示例性的方法。

图5是流程图，展示根据本公开的一个方面，用于经由超声测量来确定表面距离的示例性的方法。

图6是流程图，展示根据本公开的一个方面，用于校准背景信号的示例性的方法。

图7A是状态图，展示根据本公开的一个方面，用于控制液体到容器中的分配的示例性的状态。

图7B是表格，展示根据本公开的一个方面，与图7A所示的状态图相关联的示例性的事件。

图8A和8B是根据本公开的一个方面，作为分别由空的分配区域(没有容器存在)和由被定位在分配区域中的空的容器反射的超声信号的时间的函数的范围的示例性的强度图。

图8C是根据本公开的一个方面，当液体随时间推移被分配到容器中时，作为由容器和容器中的变化的液位反射的经幅度处理的超声信号的时间的函数的范围的示例性的强度图。

图8D是根据本公开的一个方面，作为由具有图8C所示的变化的液位的同一容器反射的经方差处理的超声信号的时间的函数的范围的示例性的强度图。

图9A是根据本公开的一个方面，空的容器和空的分配器区域的原始超声反射信号的幅值作为函数距离的示例性的图表。

图9B是根据本公开的一个方面，图9A所示的空的容器的已滤波的经幅度处理和已滤波的经方差处理的超声反射信号的幅值作为函数距离的示例性的图表。

图9C是根据本公开的一个方面，当图9A和9B所示的容器在特定时刻被填充液体时，该容器的已滤波的经幅度处理和已滤波的经方差处理的超声反射信号的幅值作为函数距离的示例性的图表。

具体实施方式

本公开的各个方面涉及用于超声液位传感的系统和方法，包括使用超声换能器(例如，超声传感器)来监测容器中的液位(例如，可移动表面)，以控制将液体自动地填充(即，分配)到容器中。如上所述，期望提供非接触式自动液体分配器，其可以提供改进的卫生操作环境。此外，还期望提供液位传感解决方案，其可以以超声方式监测不同大小和/或不同形状的容器的液位，并可以在预定阈值处停止分配液体，由此防止液体从容器中溢出。此外，还期望提供紧凑且坚固的液位传感解决方案，利用较少的超声和/或被定位在分配器的较小占地面积(footprint)上的其他传感器。因此，为非接触式自动液体分配功能提供紧凑且坚固的超声液体传感非常重要。

在某些实施方式中，本公开的各个方面涉及用于监测可移动表面(即，液位)的系统和方法。在一些实施例中，该系统可以包括超声换能器、耦合到超声换能器的电路(例如，发射器和接收器)以及数字控制器。在某些实施例中，电路可以被配置为使超声换能器发射超声脉冲序列，并接收响应于发射的超声脉冲序列的反射信号序列。反射信号序列中的每个反射信号可以包括至少一个第一反射和至少一个第二反射，其中第一反射可以与至少一个不可移动表面(如容器边缘和/或容器底部)相关联，而该至少一个第二反射可以与可移动表面(例如，容器中的液位)相关联。在某些实施例中，数字控制器可以被配置为，对于反射信号序列中的每一个反射信号：确定序列中的相应反射信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；在输出信号中识别指示不可移动表面(例如，边缘和/或底部)的至少一个第一脉冲和指示可移动表面的至少一个第二脉冲；基于识别出的第一和第二脉冲来确定可移动表面(例如，液位)相对于不可移动表面(例如，容器的边缘和/或底部)的距离。

在某些实施方式中，该系统可以代表液体分配系统，来自超声传感器的反射超声脉冲可以用于向容器中自动地填充液体。在某些实施方式中，该系统还可以经由超声换能器，使用反射超声脉冲来检测容器的存在和/或容器的稳定性，以控制液体到容器中的初始分配。在某些实施例中，该系统可以在液体分配期间反复地监测液位(经由反射超声脉冲)，并当液位在边缘的预定阈值内时使分配器停止分配液体。

在某些实施例中，该系统可以进一步被配置为确定背景信号，该背景信号代表在没有容器被定位在分配区域中的情况下，分配器的分配区域(在此也称为预定检测区域)。该系统可以进一步被配置为当容器被定位在分配区域内时，从反射超声脉冲中减去背景信号。在某些实施例中，该系统可以被配置为周期性地测量背景信号。在某些实施例中，该系统可以被配置为对经过幅度和/或方差处理的接收信号(可以形成输出信号)进行进一步滤波。在某些实施例中，背景信号可以代表环降信号。

在某些实施例中，经幅度处理的信号(即，可以形成输出信号)可以用于检测容器的边缘和底部。在某些实施例中，经方差处理的信号(即，可以形成输出信号)可以用于监测容器中的液体的(变化的)液位。

在某些实施例中，该系统可以利用单一超声换能器来检测容器(例如，杯、瓶、碗等)何时被置于液体分配器下方，控制液体分配器自动地将容器填充至所需的填充水平，并在液体溢出容器之前停止分配器。通过利用单一超声换能器来发射和接收超声脉冲以检测可移动表面(即，变化的液位)和不可移动表面(即，容器的边缘和/或底部)，本公开的系统为无接触式自动液体分配提供了一种成本效益高、紧凑且最小占地面积的解决方案。这与传统的非接触式自动分配器形成鲜明对比，该传统的非接触式自动分配器可能需要在分配器的不同区域上的多个超声收发器(和/或传感器的其他组合)以控制液体到容器中的分配，传统的解决方案可能无法充分操作(或根本无法操作)不同大小和/或不同形状的容器。

尽管本公开的液位传感和非接触式自动液体分配器的实施例在此相对于带有超声传感器的超声传感来描述，但液体传感和液体分配器并不局限于超声传感器。一般来说，本公开的液体传感技术和液体分配器可以利用任何适当的飞行时间(TOF)传感器，包括超声传感器、光学传感器和/或雷达传感器。

接下来参考图1，示出展示示例性的非接触式自动液体分配器100(在此称为分配器100)的示意图。分配器100可以包括具有主体104和上部106的分配器外壳102。主体104可以包括基面108。主体104和上部106可以被配置为在其中形成分配区域110。

上部106可以被配置为包括超声换能器112和分配器喷嘴114。在某些实施例中，超声换能器112可以被定位成与分配器喷嘴114相邻，使得分配器100可以被配置为与具有较小开口(例如，瓶子)和较大开口(例如，碗)两者的容器一起操作。虽然图1展示超声换能器112被定位成与分配器喷嘴114相邻(例如，挨着)，但可以理解的是，超声换能器112相对于分配器喷嘴114的位置并不受此限制，在某些实施例中，超声换能器112可以与分配器喷嘴114相隔任何适当的预定距离。

在某些实施例中，超声换能器112可以包括微型机械加工(micromachined)的超声换能器。在某些实施例中，超声换能器112可以包括形成在基板上的膜，该膜可以使用压电、电容和热致动中的一个或多个来致动。一般来说，可以选择超声换能器112的尺寸(例如，膜的表面积)和/或超声换能器112的特性(例如，膜厚度、膜张力、膜材料等)以产生超声脉冲，从而对容器118和容器118内的液位126进行适当的检测。分配器喷嘴114可以包括用于将液体124分配到容器118中的任何适当的喷嘴。在某些实施例中，超声换能器可以包括声学喇叭(例如，图3A-3C所示的声学喇叭300)。

分配器100可以被配置为使得容器118可以被放置在分配区域110内(例如，预定检测区域)。一般来说，容器118可以包括底部120和边缘122。在某些实施例中，容器118可以被放置在主体104的基面108上。在某些实施例中，容器118可以在分配区域110内由用户握持(例如，不设置在基面108上)。一般来说，容器118可以包括被配置为容纳液体124的任何类型的容器(例如，杯子、碗、瓶子等)。容器118可以是任何可变大小和/或可变形状，只要容器118能够被定位在分配区域110内，使液体124可以通过边缘122被引导到容器118中。

超声换能器112可以被配置为发射和接收超声脉冲，一般用双头箭头表示为脉冲116。发射的脉冲116可以被引导朝向分配区域110。一般来说，发射的脉冲116可以被容器118反射(当被放置在分配区域110内时)，也可以被液体124的液位126反射(当容器118包含液体124时)。在某些实施例中，分配区域110可以是空的(即，可以不包括放置在其中的任何容器118)，发射的脉冲116可以被(没有容器的)分配区域110反射。当分配区域110没有任何容器118时，反射的脉冲116可以代表指示环降的背景信号。

一般来说，超声换能器112的膜可以在超声换能器112发出脉冲时振动。在某些实施例中，膜可以在发出脉冲后继续振动一小段时间，最终衰减为零(即，没有)位移。由发出的脉冲引起的振动通常具有很高的幅值，称为“环降(ringdown)”。环降可能会限制超声换能器112检测来自附近物体的回波(反射)的能力。这是因为环降信号通常比返回的回波信号大几个幅度量级。与超声换能器112的环降相关联的时间段可能对应于在此称为“环降区域”的盲点。环降区域可以代表超声换能器112与可以使用返回(反射)信号来检测出物体的最近距离之间的区域，该返回(反射)信号对应于由超声换能器112发出的信号。

在操作中，超声换能器112可以被配置为发射和接收一个或多个超声脉冲116。接收到的脉冲116可以用于检测分配区域110中的容器118的存在。接收到的脉冲116还可以用于在容器118是空的时(例如，在液体124的分配之前)确定容器118的底部120的底部位置和边缘122的边缘位置。一旦检测到容器118，并且知道边缘和底部位置，液体124的分配就可以开始，液体124可以从分配器喷嘴114被分配到容器118中。

与液体124的分配同步，超声换能器112可以被配置为发射和接收随时间变化的一个或多个脉冲116(即，随时间变化的脉冲116序列)。在液体124的分配期间获得的反射脉冲可以用于在液位126随时间变化(例如增加)时监测容器118内液体的液位126。在某些实施例中，分配器100可以基于反射脉冲116的序列和确定的边缘位置来确定和监测边缘位置与液位位置之间的距离D₁。在某些实施例中，分配器100可以使用来自距离D₂(边缘位置与分配器基座位置之间)和/或距离D₃(液位位置与分配器基座位置之间)的附加信息来监测液位126。例如，当容器118被手握持而不是被放置在主体104的基面108上时，可以利用D₂和/或D₃(并且在某些实施例中，周期性地测量)。

液体124可以继续由分配器喷嘴114分配，直到液位126被确定在边缘122的预定阈值内(例如，在边缘位置的预定阈值内)。以这种方式，液位126相对于边缘122的(变化)位置(即D₁)，在某些实施例中，D₂和D₃中的一个或多个，可以用于确定何时自动地停止液体124通过分配器喷嘴114的分配。

关于底部位置、边缘位置和液位位置的确定的更多细节在下文中参照图4-9C来描述。在某些实施例中，分配器100可以包括用于控制超声换能器112和分配器喷嘴114并且用于自动地检测和监测容器118中的液位126的分配器系统200(图2，下文描述)。

一般来说，分配器100可以被配置为使用超声换能器112来提供容器118中的液位126的(非接触式)自动检测。在某些实施例中，超声换能器112可以代表单一超声换能器112，其可以提供液位126的自动监测，由此为无接触式自动液体分配提供紧凑、经济、高效的计算解决方案。分配器100可以是独立液体分配器(例如，饮水机)的一部分，或是被集成在另一个装置(例如，冰箱)中的液体分配器。分配器100可以被配置为商用和/或家用。被分配的液体124可以是任何适当的温度。在某些实施例中，温度传感器(未示出)可以被包括在分配器100中，以表明液体的温度。在某些实施例中，分配器100可以包括显示器(例如，图2所示的显示单元228)，以显示与液体124的分配相关联的任何适当信息(例如，正被分配的液体124、填充水平、温度等)。在某些实施例中，分配器100可以包括用户界面(例如，图2所示的用户界面230)，用于与分配器100的用户交互(例如，用于选择液体、选择液体的特性等)。

图2是展示根据本公开的一个方面的示例性的分配器系统200(在此为系统200)的功能框图。系统200可以包括容器/液体传感系统202(在此为传感系统202)和液体分配系统204。在某些实施例中，系统200可以包括可选显示单元228和用户界面230中的一个或多个。

传感系统202可以包括超声换能器112、收发器电路206、中央计算单元214和一个或多个接口220。在某些实施例中，传感系统202可以包括一个或多个可选飞行时间(TOF)传感器222。在某些实施例中，传感系统202可以利用另一个TOF传感器代替超声换能器112(例如，光学传感器和/或雷达传感器)。一般来说，液体传感技术(参照图4-6详细描述)也可以利用超声传感器以外的TOF传感器来执行，包括利用光学传感器和雷达传感器。在某些实施例中，传感系统202可以包括一个或多个集成电路，也可以包含分立部件。

收发器电路206可以包括发射器208、接收器210和状态机212。收发器电路206可以被配置为使超声换能器112发射和接收一个或多个超声脉冲。在某些实施例中，但不限于此，超声换能器112(以及传感系统202的其他部件)可以如在2015年7月31日提交并在2016年2月4日作为国际申请公布WO2016/019317公开的国际专利申请编号PCT/US2015/043256中描述的进行配置，其全部内容通过引用结合在此。在某些实施例中，但不限于此，收发器电路206可以如在2020年4月28日授权的美国专利编号10634544('544专利)中描述的进行配置，其全部内容通过引用结合在此。在某些实施例中，传感系统202可以包括在'544专利中描述的一个或多个附加部件(并通过引用结合在此)。

在某些实施例中，发射器208可以包括缓冲器(例如，先进先出(FIFO))、输出调制器、放大器、发射开关和可编程电荷泵。缓冲器可存储发送命令，用于控制输出调制器以生成具有期望的幅值、相位和持续时间的输出信号。放大器(连同发射开关)可以被配置为控制施加到超声换能器112的输出电压信号。可编程电荷泵可以被配置为将输入电压电源电平提升到期望的输出范围。

在某些实施例中，接收器210可以包括接收开关、低噪声接收放大器、接收缓冲器(例如，FIFO寄存器、索引寄存器组)、模数转换器(ADC)和混频器/滤波器块。接收开关可以被配置为阻止来自低噪声接收放大器的高压发射信号。接收缓冲器可以保存用于控制低噪声接收放大器和ADC的增益和时间常数的接收指令。在某些实施方式中，可以省略接收缓冲器。由接收器210从超声换能器112接收到的输入信号可以分别由低噪声放大器和ADC放大和数字化。数字输出信号(来自ADC)可以由混频器/滤波器块进行正交解调和滤波。

在某些实施例中，状态机212可以被配置为控制发射器208和接收器210。例如，状态机212可以通过控制发射器208和接收器210的部件(例如，发射缓冲器、输出调制器、发射开关、接收开关和接收缓冲器)来控制超声信号的发射和接收的顺序。

在某些实施例中，状态机212可以从发射缓冲区检索命令，并控制发射器208在每个命令内指定的持续时间中执行命令(例如，直到发射缓冲区为空)。状态机212还可以从接收缓冲区检索命令，并控制接收器210在每个命令内指定的持续时间中执行命令(例如，直到接收缓冲区为空)。在某些实施例中，发射和接收命令可以由控制单元214生成，用于测量背景信号、检测分配区域110中的容器118的存在、传感和监测容器118中的液位126。

状态机212可以在软件中作为在计算机处理器(例如，处理器216)上执行的程序来实现，也可以在硬件中作为例如在专用控制器(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或片上系统(SoC)上实现的顺序逻辑电路来实现。在某些实施例中，状态机212可以自主操作，但偶尔也会包括来自中央计算单元214的交互。

中央计算单元214可以包括至少一个处理器216和至少一个非暂态存储器218。在某些实施例中，中央计算单元214可以代表数字控制器。

在某些实施例中，处理器216可以包括但不限于微处理器、中央处理单元、ASIC、FPGA、数字信号处理器(DSP)、SoC和/或网络处理器。处理器216可以被配置为执行处理逻辑，用于执行在此描述的操作。

存储器218可以包括，例如，但不限于，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、动态RAM(DRAM)和静态RAM(SRAM)中的至少一种，存储处理器216可执行的计算机可读指令。存储器218可以包括存储处理器216可执行的计算机可读指令的非暂态计算机可读存储介质，用于执行在此描述的操作。在某些实施例中，存储器218可以包括数据存储器和程序存储器。接收器210可以被配置为输出复合基带数据，这些复合基带数据可以存储在存储器218的数据存储器部件中。处理器216可以被配置为与数据存储器通信，并根据下文参照图4-9C的进一步描述的超声传感和液体分配控制算法来处理复合基带数据(这些算法可以作为计算机可读指令存储在存储器218的程序存储器部件中)。

在某些实施例中，处理器216可以被配置为经由接口220来控制收发器电路206、液体分配系统204、可选显示单元228和可选用户界面230中的一个或多个。在某些实施例中，处理器216可以被配置为经由可选用户界面230来接收用户输入。接口220可以包括用于在传感系统202、液体分配系统204和(在某些实施例中)可选显示装置228和可选用户界面230中的一个或多个之间通信的任何适当的接口。

一般来说，传感系统202可以利用发射和反射的超声脉冲(经由超声换能器112获得)来确定到至少一个物体(例如，容器118)的飞行时间(TOF)。TOF然后可以基于声速来转换为到物体的距离(例如，范围)。例如，收发器电路206可以使超声换能器112发射超声脉冲。当发射的超声脉冲从物体反射时，可以基于反射回波来检测到物体(例如，如果该物体存在且在可检测范围内)。TOF是指从发射原始脉冲到接收反射回波所经过的时间，可以用来检测物体距离超声换能器112的距离。使用已知的声速的值c，范围可以被计算为范围＝TOF*c/2。确定距物体的距离的概念可以用于确定容器的边缘与容器中液位之间的距离，以控制由液体分配系统204将液体分配到容器中。

在某些实施例中，传感系统202可以包括至少一个可选TOF传感器222(例如，除超声换能器112之外)。在某些实施例中，可选TOF传感器222可以用于检测容器的存在、确定容器边缘和/或底部(例如，代替超声换能器112)和/或可以与超声换能器112结合使用。例如，可选TOF传感器222可以用于校准由超声换能器112的TOF确定，和/或用作精度检查，以确保液体在从容器溢出之前被停止。可选TOF传感器222可以包括用于确定TOF值的任何适当的传感器，包括但不限于超声传感器、光学传感器和雷达传感器中的一个或多个。在某些实施例中，可选TOF传感器222可以包括附加侧向传感器，该附加侧向传感器可以与超声换能器112一起使用，以改进分配区域110中的容器118的检测(例如，更好地区分容器检测和无容器检测)。

液体分配系统204可以包括分配器喷嘴114、分配器控制器224和一个或多个液体源226。液体源226可以包括但不限于存储一定量的一种或多种液体(例如，水、软饮料、咖啡等)的一个或多个储液器和一个或多个连续液体源(如市政供水)。来自液体源226的液体可以被配置为响应于分配器控制器224经由分配器喷嘴114来分配。分配器控制器224可以从传感系统202(经由接口220)接收一个或多个命令(例如，指令)。响应于接收到的命令，分配器控制器224可以开始和/或停止液体通过分配器喷嘴114的流动(例如，经由液体源226与分配器喷嘴114之间的一个或多个阀门的控制)。在某些实施例中，分配器控制器224可以被配置为基于经由可选用户界面230的用户输入在液体源226中选择一个或多个(例如，以分配一种类型的液体或液体组合)。

可选显示单元228可以被配置为向用户显示由传感系统202确定的信息。例如，显示单元228可以显示这些指示涉及但不限于容器的检测、检测容器中的错误、容器稳定性、容器稳定性中的错误、液体分配的开始、液体分配的结束、容器中的液位、待分配液体的剩余量、完成液体分配的预计时间、液体的温度、使用分配器的说明等的一个或多个指示。

可选用户界面230可以被配置为接收用于一个或多个操作的用户输入。在某些实施例中，可选用户界面230可以是触摸屏和/或可以与可选显示单元228集成。在某些实施例中，可选用户界面230可以包括一个或多个按钮和/或杠杆。在某些实施例中，可选用户界面230可以允许用户表明容器的类型、待分配液体的类型、待分配液体的温度、分配器的手动启动和/或停止等中的一个或多个(但不限于此)。

接下来参考图3A-3C，示出根据本公开的一个方面的示例性的声学喇叭300。具体而言，图3A是声学喇叭300的侧视图；图3B是声学喇叭300的俯视图；图3C是沿声学喇叭300的线3C-3C获取的横截面视图。在某些实施例中，超声换能器112(图1)可以耦连到声学喇叭300，使得超声脉冲116可以通过由声学喇叭300形成的声学通道来发射和接收。

声学喇叭300可以包括至少一个侧壁302、基面304、口部306和喉部310。在某些实施例中，声学喇叭300可以包括一个或多个凸起308，例如，以帮助将声学喇叭300的基面304耦合到分配器外壳102的上部106(图1)。声学喇叭300可以进一步包括凹槽312，其被配置为接收超声换能器112的外壳(图1)。

在某些实施例中，口部306和喉部310可以皆具有基本上圆形的形状，口部306可以具有大于喉部310的直径。在某些实施例中，声学喇叭可以具有指数形状(例如，从喉部310到口部306的呈指数增加的横截面积)。可以理解的是，声学喇叭300并不局限于指数形状，还可以包括任何其他适当的形状，诸如但不限于基本抛物线形、直线形、双曲线形或圆锥形中的一种或多种。

如上所述，声学喇叭300提供声学通道，用于将从超声换能器112发射的超声脉冲116朝向分配区域110引导并且用于捕捉从容器118(液位126和/或空的分配区域110)反射的超声脉冲116且将该超声脉冲引导到超声换能器112。在某些实施例中，声学喇叭300可以用于改善超声换能器112的用于发射和接收脉冲116的方向性(图1)。在某些实施例中，声学喇叭300可以增加从接收到的(反射)脉冲入射到超声换能器112的声能。在某些实施例中，声学喇叭300可以改善超声脉冲116在分配区域110中的覆盖面积。

接下来参考图4，示出用于控制液体到容器中的分配的示例性的方法400的流程图。方法400参照图8A-8D来描述，提供用于各种分配步骤的反射(并且在某些实施例中为已滤波的)超声脉冲的实施例。具体而言，图8A是作为由空的分配区域(没有容器存在)反射的超声信号的时间的函数的范围的示例性的强度图；图8B是作为由被定位在分配区域中的空的容器反射的超声信号的时间的函数的范围的示例性的强度图；图8C是当液体随时间推移被分配到容器中时，作为由容器和容器中的变化的液位反射的经幅度处理的超声信号的时间的函数的范围的示例性的强度图；图8D是由具有与图8C所示变化的液位的同一容器反射的经方差处理的超声信号的时间的范围的示例性的强度图。在图8A-8C中，强度图表示接收到的同相和正交(IQ)数据的幅度，强度幅度被表示为对数幅值。在图8D中，强度图表示IQ幅度的方差，方差的强度被表示为低边带(LSB)幅值。

在步骤402处，可以经由超声换能器112确定一个或多个背景信号。例如，当分配器100的分配区域110不包括任何呈现在其中的容器118时，可以通过传感系统202确定背景信号。例如，如图8A所示，当没有容器在分配区域110内时，超声换能器112可以被配置为测量周围环境和分配器外壳102(例如，分配区域110)的背景信号。图8A展示随时间推移测量出的背景信号序列主要包括不随时间推移发生显著变化的一个或多个反射分量(如环降分量802)。在某些实施例中，可以周期性地测量背景信号，如下文中参照图6来描述。

在步骤404处，传感系统202可以经由超声换能器112自动地检测容器118的存在。例如，基于反射超声脉冲序列中的特征和/或特征变化，传感系统202可以自动地确定容器118何时出现在分配区域110中。在某些实施例中，传感系统202可以基于反射超声脉冲序列来进一步确定检测到的容器118是被放置在分配器外壳的基面108上还是被手握持(即，手持的)。例如，反射脉冲的特征的最小变化可能表明容器118被直接地放置在分配器外壳102上。相反，随时间变化的反射超声脉冲的多变性可能表明容器118是手持的。如在此所用，超声脉冲序列可以指与一个时刻相关联的至少一个超声脉冲或与两个或多个时刻相关联的两个或多个超声脉冲。在某些实施例中，背景信号检测步骤(步骤402)和容器检测步骤(步骤404)可以以较低的采样率(例如，约0.5赫兹至约5赫兹)来确定。一旦检测到容器118，可提高采样率(例如，约10赫兹至约30赫兹)。

在步骤406处，传感系统202可以基于反射脉冲序列，按照表面确定过程(参照图5描述)来识别容器118的边缘122和底部120。一般来说，表面确定过程会去除背景噪声并进一步处理原始超声反射脉冲，以提供不可移动和/或可移动表面的增强识别。在某些实施例中，传感系统202可以进一步确定(例如，基于反射超声脉冲和/或另一个传感器)容器118是否被正确地定位在分配区域110中，以便液体124可以被完全分配到容器中(例如，没有一部分被分配到分配壳体102上)。在某些实施例中，传感系统202可以经由可选显示单元228(和/或可选用户界面230)提示用户将容器118重新定位在分配区域110中。在某些实施例中，步骤404和406可以被同时执行。

参见图8B，示出被定位在分配区域110内的空的容器118的随时间变化的反射脉冲序列。当空的容器118被放置在超声换能器112下方时，反射信号的随时间变化的峰值(即，幅度较大的部分)代表空的容器118的底部804和空的容器118的顶部边缘806。在某些实施例中，可以从反射信号的TOF中确定(到超声换能器112的)范围/距离，如上所述。

在可选步骤408处，传感系统202可以确定(空的)容器118是否稳定(例如，不包括显著移动)。例如，传感系统202可以确定反射超声信号(响应于表面确定过程)是否包括任何随时间变化的方差。在方差小于预定阈值的情况下，传感系统202可以确定容器118是稳定的。

当在可选步骤410处确定容器118不稳定时(例如，方差大于或等于预定阈值)，步骤410可以前进到可选步骤408。可选步骤408和410可以反复进行，直到确定容器118稳定为止。在某些实施例中，经过一段预定时间后，传感系统202可以在无法获得容器118的稳定性的情况下确定阻止任何分配操作。在某些实施例中，传感系统202可以经由可选显示单元228(和/或可选用户界面230)提示用户将容器118放置在分配器外壳102上，和/或要求用户尝试不同的容器并重新启动分配过程。

当在可选步骤410处确定容器118稳定时(例如，方差小于预定阈值)，可选步骤410可以前进到步骤412。

在步骤412处，液体分配系统204可以开始经由分配器喷嘴114来分配液体124。例如，响应于步骤406(以及在某些实施例中，可选步骤408和410)，传感系统202可以生成启动指令并经由接口220将启动指令发送至分配器控制器224。响应于启动指令，分配器控制器224可以使分配器喷嘴114开始从液体源226中分配液体124。以这种方式，系统200可以自动地开始以液体124填充容器118。

在步骤414处，传感系统202可以基于根据表面确定过程(图5)处理的反射超声脉冲序列来确定容器118中的液位126。在某些实施例中，传感系统202可以通过比较底部120的底部位置、边缘122的边缘位置和液位126的液位位置(见图1)来确定容器118的填充水平。在某些实施例中，填充水平可以经由可选显示单元228和/或可选用户界面230被显示为对用户的反馈。在某些实施例中，步骤412和414可以被同时执行。

在步骤416处，传感系统202可以在液体124被分配的同时，通过使用随时间变化的反射超声脉冲序列(步骤414)反复确定液位来反复监测液位126。

在步骤418处，传感系统202可以将监测到的液位(步骤416)与至少一个阈值进行比较。在某些实施例中，预定阈值可以包括但不限于距边缘位置的预定距离、边缘位置本身、填充水平的预定百分比等。在某些实施例中，传感系统202可以确定液位位置与边缘位置之间的距离D₁(图1)，并使用距离D₁来确定何时停止填充容器118。在某些实施例中，传感系统202可以使用边缘位置和底部位置两者以及液位位置(图1)一起来确定何时停止填充容器118。

当在步骤418处确定液位126小于或等于预定阈值时，步骤418前进到步骤416，并可以反复进行步骤416和418。

当在步骤418处确定液位126大于预定阈值时，步骤418可以前进到步骤420并停止液体124的分配。例如，传感系统202可以生成停止指令，并经由接口220将停止指令发送到分配器控制器224。响应于停止指令，分配器控制器224可以阻止来自液体源226的液体124由分配器喷嘴114分配。以这种方式，一旦达到预定填充阈值，系统200就可以自动地停止以液体124填充容器118。

因此，在步骤420中，系统200可以在获得预定阈值(例如，表明/预设的填充水平)时自动地停止分配。在某些实施例中，当传感系统202确定容器118在步骤412-416中的任何一个期间被移除、未被正确定位或保持时，传感系统202还可以停止(液体分配系统204的)分配动作。如方法400所示，在检测到容器118并确定容器118的边缘122和底部120后(步骤404和406)，系统200可以开始自动地填充容器118。在某些实施例中，传感系统202还可以检测容器118是否被定位或手持，并可使液体分配系统204相应地调整分配(在步骤412中)(例如，调节填充速度、调节温度等)。

参考图8C和图8D，示出正在以液体填充的容器的随时间变化的反射脉冲序列。图8C展示经幅度处理的超声信号，而图8D展示经方差处理的超声信号。如图8C最佳所示，容器最初是空的，经幅度处理的信号表明底部反射808和边缘反射810，该底部反射和边缘反射指示空的容器的相应的底部和边缘(不可移动表面)。如可以在图8C中看出，边缘反射810不会随时间推移发生显著变化(前提是容器不会移动)。

随着液体被分配，可移动的表面被创建。如由液位反射812表明，随着液位变化，(从超声换能器112)到液位的距离也会发生变化。因此，随时间推移，随着液体被分配，液位反射812从接近容器底部(底部反射808)的水平开始，向容器边缘(边缘反射810)移动。

在某些实施例中，可以通过确定变化的液位的范围(从液位反射812)，从图8C的经幅度处理的强度图中确定变化的液位。例如，可以基于液位反射812(在特定时刻处)和底部反射808(在填充容器之前)在容器的液位与底部之间确定填充水平814。

在某些实施例中，如图8D所示，(经幅度处理的)信号的方差可以用于更清晰地定义变化的液位，这可以有助于检测变化的液位。图8D所示的方差增强液位反射812的检测，同时显著最小化底部反射808和边缘反射810(其位置不会随时间推移发生实质性变化)。

在某些实施例中，可以使用图8C所示的经幅度处理的信号，通过使用背景减除技术来检测容器的边缘和底部。由于容器边缘和底部不改变位置，因此可以使用平均法，在多个时刻从底部反射808和边缘反射810测量位置。即使容器是手持式的，确定平均值也可以允许检测容器的底部和边缘。在某些实施例中，可以使用图8D所示的经方差处理的信号来检测和监测变化的液位。

参考图5，示出用于经由超声测量来确定表面(例如，可移动和/或不可移动表面)的距离的示例性的方法500的流程图。方法500参照图9A-9C描述。特别地，图9A是用于空的容器和空的分配器区域的原始超声反射信号的幅值与距离的函数关系的示例性的图表；图9B是用于图9A所示的空的容器的已滤波的幅度处理和已滤波的方差处理的超声反射信号的幅值与距离的函数关系的示例性的图表；图9C是当容器在某一特定时刻以液体填充时，用于图9A和9B的已滤波的幅度处理和已滤波的方差处理的超声反射信号的幅值与距离的函数关系的示例性的图表。在图9A-9C中，所得到的信号被示出为作为距离(毫米)的函数的幅值(用于低边带(LSB)调制)。

在步骤502处，超声脉冲序列可以由超声换能器112发射。例如，收发器电路206可以使超声换能器112向分配区域110传输超声脉冲116序列。在步骤504处，可以接收由至少一个表面(可移动和/或不可移动)反射的超声脉冲序列。例如，收发器电路206可以使超声换能器112接收从不可移动表面(例如，容器118的底面120、容器118的边缘122)和/或可移动表面(例如，容器118中的液体124的液位126)反射超声脉冲116序列。在某些实施例中，接收到的反射脉冲序列(步骤504)可以被存储在存储器218中。

在步骤506处，可以从(接收到的)反射脉冲序列(步骤504)中去除至少一个背景信号(在步骤402中确定)。例如，传感系统202的处理器216可以使用一种或多种背景减除技术，以从反射脉冲序列中去除背景信号。在非限制性实施例中，可以从同相和正交(IQ)域中的当前信号中减去环降。所得到的信号可以被传递到幅度滤波器以形成已滤波的幅度信号。例如，IQ数据(例如，在图6中的步骤610处捕捉到的背景信号)可以被存储(例如，在图2的存储器218中)。可以在IQ域中从当前信号中减去存储的IQ数据(背景信号)，其中同相(I)分量和正交(Q)分量被分别处理。以这种方式，可以从当前信号的I分量中减去背景信号的I分量，并且可以从当前信号的Q分量中减去背景信号的Q分量。在某些实施例中，背景减法可以在幅度域中执行，其中可从当前信号的幅度中减去背景信号的幅度。

在步骤508处，可以基于(经噪声处理的)反射信号序列的幅度和/或方差处理来生成输出信号序列。在某些实施例中，幅度/方差处理可以包括对(在步骤506中确定的)(经噪声处理的)反射信号序列应用一个或多个滤波器。下文描述已滤波的幅度和方差的计算的实施例。

在步骤510处，至少一个表面可以从输出信号序列中的一个或多个输出信号中识别出。一般来说，每个输出信号(具有来自至少一个表面的反射)可以包括指示表面的一个或多个峰值。表面可以从输出信号中的峰值中识别出。在某些实施例中，经幅度处理(在某些实施例中，已滤波)的输出信号中的峰值可以被识别出，这些峰值指示容器的边缘和底部。经方差处理(在某些实施例中，已滤波)的输出信号中的峰值可以被识别出，这些峰值指示容器中的液体的变化的液位。在步骤512处，可以基于(TOF)值到范围值的转换(如上所述)，从输出信号中的对应峰值中确定识别出的表面的距离(例如，范围)。

图9A展示用于空的分配区域110(背景信号)和分配区域110中的空的容器的原始超声反射信号。在图9A中，信号902表示至少一个反射超声脉冲的原始幅度(在特定时刻)；信号904表示测量到的环降信号(背景信号)。图9A展示当容器被定位在超声换能器112下方时的典型原始接收数据的实施例。

图9A还展示环降指示910、指示来自容器118边缘122的反射的峰值914(在此称为边缘峰值914)和指示来自容器118底部120的反射的峰值916(在此称为底部峰值916)。

图9B展示在对图9A所示数据进行滤波后，用于容器118的幅度和方差(反射超声脉冲)数据。在图9B中，信号918表示已滤波的幅度，信号920表示已滤波的方差。图9B还展示代表基本取消的环降的峰值922、代表边缘的方差的信号部分924、检测到的边缘距离926和检测到的底部距离928。

如图9B所示，已滤波的幅度信号918产生指示边缘122的强峰值。相比之下，信号部分924(与边缘122相关联)产生小边缘方差，指示边缘122的位置没有显著变化。因此，由于通过变化的液位产生的大峰值(如图9C所示)，已滤波的方差信号920可以用于检测和监测变化的液位(如由检测到的液位表明)，同时最小化将边缘峰值914误识别为液位的情况。这是因为与幅度信号918相比，边缘122的边缘部分924在方差信号920中显著减少。

图9C展示在液体分配期间用于容器118的已滤波的幅度和方差(反射超声脉冲)数据。在图9C中，信号918表示已滤波的幅度，信号920表示已滤波的方差。图9C还展示检测到的边缘距离926和检测到的液位距离932。图9C展示由于移动的液体而产生的大方差(信号920)(由大峰值930表明)。当液体124流动到容器118中时，可以观察到原始幅度数据中的大方差。信号920表示每个距离点处的幅度数据(信号918)的方差。液位距离932可以作为大方差脉冲930的前沿。

接下来提供非限制性实施例，用于确定已滤波的幅度和方差信号(可以在步骤508处确定的示例性的输出信号)。

在某些实施例中，已滤波的幅度信号(“filt_mag”)可以如下确定。已滤波的幅度信号可以首先利用初始幅度值(“mag”或零)来初始化。幅度信号可以应用于滤波器(该滤波器的实施例在下面的伪代码中示出)。可以选择用于滤波器的缩放因子(“alpha”)，该缩放因子可以是介于0与1之间的值。滤波器可以应用于IQ域传感器数据(一个滤波器用于同相(I)分量，一个滤波器用于正交(Q)分量)或应用于幅度数据，其中幅度可以利用sqrt(I^2+Q^2)来确定，其中“sqrt”表示平方根函数。当滤波器应用于IQ域传感器数据时，幅度可在滤波操作后确定。

下面的伪代码代表已滤波的幅度信号的示例性的确定：

def update_filt_mag(mag,filt_mag,alpha):

for(x,y)in(mag,filt_mag):

y＝alpha*x+(1–alpha)*y.

已滤波的方差信号(“filt_var”)可以如下确定。与已滤波的幅度信号类似，已滤波的方差信号可以首先被适当地初始化(例如，初始化为零)。缩放因子(“alpha”)可以代表从0到1的值，该值用于控制幅度数据的滤波量。缩放因子(“alpha_var”)代表介于0与1之间的值，该值可以控制方差信号的滤波量。方差信号滤波器可以确定当前幅度与时间平均幅度之间的平方差(“sq-diff”)。

下面的伪代码代表已滤波的方差信号的示例性的确定：

update_filt_mag(mag,filt_mag,alpha)

sq_diff＝mag^2-filt_mag^2#逐个元素相减

update_filt_mag(sq_diff,filt_var,alpha_var)。

已滤波的幅度信号和已滤波的方差信号然后可以与一个或多个阈值进行比较，以确定边缘和液位。例如，用于已滤波的幅度信号的伪代码可以包括用于update_rim_signal的附加伪代码(例如，以基于至少一个阈值从已滤波的幅度来确定边缘)。用于已滤波的方差信号的伪代码可以包括用于liquid_signal的附加伪代码(例如，以从已滤波的方差来确定液位)。

接下来参考图6，示出根据本公开的一个方面，用于校准背景信号的示例性的方法600的流程图。在某些实施例中，背景信号可以被周期性地采样，以便确保背景信号是准确的。例如，由于温度、电力循环等原因，背景信号可能会随时间推移发生变化。

作为校准的一部分，期望的是当没有容器被放置在视场内时对背景信号进行采样。背景信号可能影响检测靠近超声换能器112的容器边缘和液位的能力。靠近超声换能器112的区域称为“环降区域”(ringdown region)。为了适当的校准，期望的是至少检测一次环降区域外部的容器。这可能会在传感器操作期间以一定的固定间隔发生。在初始校准后，可以在“任何”容器被检测到并被移除后再次进行校准。

在步骤602处，容器可以被检测到，其具有在环降区域外部的边缘。在步骤604处，容器可以被移除。在步骤606处，传感系统202可以确定容器被移除(在此称为条件)后是否已经过预定时间(例如，约5秒)。在步骤608处，确定条件(步骤606)是否被满足。当条件未能被满足时，步骤608可以前进到步骤602。

当条件被满足时，步骤608可以前进到步骤610。在步骤610处，当前信号可以经由超声换能器112被捕捉，当前信号可以被定义为背景信号。在步骤612处，确定容器是否在环降区域内被检测到。

当由传感系统202确定容器被检测到时，步骤612前进到步骤614。在步骤614处，容器可以被移除，步骤614可以前进到步骤616。在步骤616处，步骤606可以被反复进行，步骤616可以前进到步骤618。

当由传感系统202确定容器未被检测到时，步骤612可以前进到步骤616。在步骤616处，步骤606可以被反复进行，步骤616可以前进到步骤618。

当在步骤618处确定(步骤606中的)条件被满足时，步骤618可以前进到步骤610，新信号可以作为背景信号被捕捉。当在步骤618处确定条件未被满足时，步骤618可以前进到步骤612。通过这种方式，背景信号可以被周期性地确定和更新，以反映用于超声换能器112的最新操作条件。

接下来参考图7A和图7B，示出控制液体到容器(例如，杯子)中的分配的示例性的过程。具体而言，图7A是展示用于控制液体到容器(例如，杯子)中的分配的示例性的状态的状态图700；图7B是展示与状态图700相关联的示例性的事件的表格。在某些实施例中，状态图700可以由处理器216实施，图7B所示的表格可以存储在存储器218中。在某些实施例中，状态图700可以由处理器216使用以生成给分配器控制器224的指令。尽管图7A和图7B展示控制到杯子中的分配，但可以理解的是，杯子代表容器的非限制性实施例。

在图7B所示的表格中，事件710-716可以从处理一个或多个反射超声信号来确定，以生成已滤波的幅度信号和方差信号(见“基于”一栏)，在整个本公开中也称为输出信号。用于触发事件710-716之一的条件可能取决于各种阈值(A-D)和特定输出信号(例如，已滤波的幅度信号、已滤波的方差信号)。状态图700假定反射超声脉冲序列在各种状态702-708上测量和处理并滤波(如在图5所示的方法500中)。

在状态702(没有杯子，分配＝0)处，处理器216可以确定没有杯子(例如，容器118的实施例)被定位在分配区域110内，例如基于接收到的反射超声脉冲116的特征。在处于状态702中时，处理器216可以识别事件710(检测到边缘)已经发生。例如，当(峰值的)幅度大于预定阈值A时，可以从已滤波的幅度信号的峰值中检测到边缘。当确定事件710发生时，状态702可以前进到状态704。

在状态704(边缘检测，分配＝0)处，处理器216可以确定事件712(边缘稳定)和事件714(没有边缘)之一已经发生。例如，当边缘距离处的已滤波的方差信号(在事件710中确定)小于预定阈值B时，可以确定事件712发生。当已滤波的幅度信号小于预定阈值C时(例如，在事件710中确定的边缘距离处)，可以确定事件714发生。

当确定事件712发生时，状态704可以前进到状态706。当确定事件714发生时，状态704可以前进到状态702(没有杯子，分配＝0)。

在状态706(杯子就绪，分配＝1)处，处理器216可以指示分配器控制器224以开始液体124的分配(例如，分配＝1)。在状态706处，处理器216还可以确定事件716或事件714是否已发生。例如，当填充水平大于预定阈值D时，可以确定事件716发生。填充水平可以是基于(已滤波的)方差来确定的。例如，(已滤波的)方差可以用于确定和监测距液位的距离(例如，范围)。距边缘的距离(例如，范围)可以从(已滤波的)幅度来确定(例如，在事件710中)。边缘与液位之间的距离(例如，距液位的范围和距边缘的范围)可以与阈值D进行比较，以确定何时停止填充杯子。

当确定事件714发生时，状态706前进到状态702。当确定事件716发生时，状态706前进到状态708。

在状态708(杯子已满，分配＝0)处，处理器216可以指示分配器控制器224停止液体124的分配(例如，分配＝0)。在状态706处，处理器216还可以确定事件714是否已发生。当事件714发生时，状态708可以前进到状态702。以这种方式，用于容器的分配就完成了，系统200可以等待另一个容器被定位以用于非接触式自动分配。

虽然本公开已在某些实施方式中进行了讨论，但应说明的是，本公开并不受此限制。在此以举例的方式解释这些实施方式，但仍有许多修改、变化和其他实施方式可以采用，它们仍在本公开的范围之内。

Claims (31)

1.一种用于监测可移动表面的系统，所述系统包括：

超声换能器；

耦合到超声换能器的电路，电路配置为使超声换能器发射超声脉冲序列，并接收响应于发射的超声脉冲序列的反射信号序列，反射信号序列中的每个反射信号包括至少一个第一反射和至少一个第二反射，所述至少一个第一反射与至少一个不可移动表面相关联，所述至少一个第二反射与可移动表面相关联；

数字控制器，其被配置为，对于反射信号序列中的每一个反射信号：

确定反射信号序列中的相应反射信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；

在所述至少一个输出信号中，识别指示所述至少一个不可移动表面的至少一个第一脉冲和指示可移动表面的至少一个第二脉冲；

基于识别出的至少一个第一脉冲和识别出的至少一个第二脉冲来确定可移动表面相对于所述至少一个不可移动表面的距离。

2.根据权利要求1所述的系统，其中可移动表面相对于所述至少一个不可移动表面的距离是基于由所述至少一个第一脉冲表明的至少一个第一飞行时间(TOF)和由所述至少一个第二脉冲表明的第二飞行时间来确定的。

3.根据权利要求1所述的系统，其中数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来识别指示可移动表面的所述至少一个第二脉冲。

4.根据权利要求1所述的系统，其中数字控制器被配置为基于至少一个预定义滤波器的应用来确定幅度和方差中的所述至少一个。

5.根据权利要求1所述的系统，其中数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的幅度来识别指示所述至少一个不可移动表面的所述至少一个第一脉冲。

6.根据权利要求1所述的系统，其中数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来确定所述至少一个不可移动表面的稳定性。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置为确定容器内部的液体的液位，可移动表面包括液位，所述至少一个不可移动表面包括容器边缘和容器底部中的一个或多个。

8.根据权利要求7所述的系统，其中：

所述系统被配置为当容器不存在于预定检测区域内时，经由超声换能器来确定背景信号，背景信号包括环降分量，以及

数字控制器被配置为从反射信号序列中减去背景信号，以将反射信号序列中的环降分量最小化。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述系统被配置为周期性地确定背景信号。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述系统被配置为以第一采样率确定背景信号和容器存在中的一个或多个，并对于接收到的反射信号序列利用第二采样率，第一采样率低于第二采样率。

11.根据权利要求7所述的系统，其中在发射超声脉冲序列之前，所述系统被配置为经由超声换能器来检测容器是否存在于预定检测区域内，并响应于检测到容器而使分配器开始液体到容器中的分配。

12.根据权利要求11所述的系统，其中数字控制器被配置为基于确定的距离来监测液位，并在确定的距离相对于容器边缘在预定阈值内时使分配器停止分配液体。

13.一种用于监测可移动表面的方法，所述方法包括：

经由耦合到超声换能器的电路，使超声换能器发射超声脉冲序列；

经由电路接收响应于发射的超声脉冲序列的反射信号序列，反射信号序列中的每个反射信号包括至少一个第一反射和至少一个第二反射，所述至少一个第一反射与至少一个不可移动表面相关联，所述至少一个第二反射与可移动表面相关联；

对于反射信号序列中的每一个反射信号：

经由数字控制器来确定反射信号序列中的相应反射信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；

经由数字控制器，在所述至少一个输出信号中识别指示所述至少一个不可移动表面的第一脉冲和指示可移动表面的至少一个第二脉冲；

基于识别出的至少一个第一脉冲和识别出的至少一个第二脉冲，经由数字控制器来确定可移动表面相对于所述至少一个不可移动表面的距离。

14.根据权利要求13所述的方法，其中可移动表面相对于所述至少一个不可移动表面的距离是基于由所述至少一个第一脉冲表明的至少一个第一飞行时间(TOF)和由所述至少一个第二脉冲表明的第二飞行时间(TOF)来确定的。

15.根据权利要求13所述的方法，其中识别所述至少一个第一脉冲和所述至少一个第二脉冲进一步包括：

基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来识别指示可移动表面的所述至少一个第二脉冲。

16.根据权利要求13所述的方法，其中确定幅度和方差中的所述至少一个包括应用至少一个预定义滤波器。

17.根据权利要求13所述的方法，其中识别所述至少一个第一脉冲和所述至少一个第二脉冲进一步包括：

基于反射信号序列中的相应反射信号的幅度来识别指示所述至少一个不可移动表面的所述至少一个第一脉冲。

18.根据权利要求13所述的方法，其中识别所述至少一个第一脉冲和所述至少一个第二脉冲进一步包括：

基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来确定所述至少一个不可移动表面的稳定性。

19.根据权利要求13所述的方法，其中可移动表面包括液体的液位，所述至少一个不可移动表面包括容器边缘和容器底部中的一个或多个，容器被配置为包含液体，确定可移动表面相对于所述至少一个不可移动表面的距离包括确定容器内部的液体的液位。

20.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：

当容器不存在于预定检测区域内时，经由超声换能器来确定背景信号，背景信号包括环降分量，以及

经由数字控制器从反射信号序列中减去背景信号，以将反射信号序列中的环降分量最小化。

21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括周期性地确定背景信号。

22.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：

以第一采样率确定背景信号和容器的存在中的一个或多个；

对接收到的反射信号序列利用第二采样率，第一采样率低于第二采样率。

23.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括在发射超声脉冲序列之前：

经由超声换能器来检测容器是否存在于预定检测区域内；

响应于检测到容器而使分配器开始液体到容器中的分配。

24.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括：

基于确定的距离，经由数字控制器来监测液位；

当确定的距离相对于容器边缘在预定阈值内时，使分配器停止分配液体。

25.一种用于在容器中分配液体的装置，所述装置包括：

分配器，其被配置为将液体分配到容器中；

至少一个飞行时间(TOF)传感器；

耦合到所述至少一个TOF传感器的电路，电路被配置为使所述至少一个TOF传感器发射脉冲序列并接收反射信号序列，反射信号序列中的每个反射信号包括至少一个第一反射和至少一个第二反射，所述至少一个第一反射与容器的一部分相关联，所述至少一个第二反射与被分配到容器中的液体的液位相关联，容器的所述部分包括边缘和底面中的至少一个；

数字控制器，其被配置为针对反射信号序列中的每一个反射信号：

确定反射信号序列中的相应反射信号的幅度和方差中的至少一个，以形成至少一个输出信号；

在所述至少一个输出信号中识别指示容器的所述部分的至少一个第一脉冲和指示液位的至少一个第二脉冲；

基于识别出的至少一个第一脉冲和识别出的至少一个第二脉冲来确定液位相对于容器的所述部分的距离，以及

数字控制器被配置为基于确定的距离来监测液位在反射信号序列上的变化，以控制液体经由分配器的分配。

26.根据权利要求25所述的装置，其中数字控制器被配置为当确定的距离相对于容器边缘在预定阈值内时，使分配器停止分配液体。

27.根据权利要求25所述的装置，其中在发射脉冲序列之前，数字控制器被配置为经由所述至少一个TOF传感器来检测容器是否存在于预定检测区域内，并响应于检测到容器而使分配器开始液体到容器中的分配。

28.根据权利要求25所述的装置，其中：

数字控制器配置为当容器不存在于预定检测区域内时，经由所述至少一个TOF传感器来确定背景信号，背景信号包括环降分量，以及

数字控制器被配置为从反射信号序列中减去背景信号，以将反射信号序列中的环降分量最小化。

29.根据权利要求25所述的装置，其中数字控制器被配置为基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来识别指示液位变化的所述至少一个第二脉冲。

30.根据权利要求25所述的装置，其中数字控制器被配置为以下至少一项：

基于反射信号序列中的相应反射信号的幅度来识别指示容器的所述部分的所述至少一个第一脉冲，以及

基于反射信号序列中的相应反射信号的方差来确定容器的稳定性。

31.根据权利要求25所述的装置，其中所述至少一个TOF传感器包括超声传感器、雷达传感器和光学传感器中的至少一个。