CN117545990A - 使用反射声学信号确定样本容器和其中的流体样本的声学特性 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种液体转移系统，其能够使用超声声音信号将液体样本从第一容器转移至第二容器以及使用超声声音信号来测量液体和第一容器二者的特性。该系统使用换能器来发送多个声音信号并且接收从样本和容器的底壁反射出的多个信号以测量液体和/或容器的特性。多个发送的声音信号在从第一容器的多个换能器定位期间发生，其中系统识别会聚在液体和/或容器的各个表面上的信号，并且使用与这些定位相对应的反射信号来计算样本和容器的特性。

Description

使用反射声学信号确定样本容器和其中的流体样本的声学 特性
背景技术
总体上，本申请涉及用于确定用于声学液滴喷射系统中的多腔微阱板和其中包含的液体的材料特性的系统和方法。
声学液滴喷射(ADE)是一种使用声能在没有任何物理接触的情况下移动液体的技术。ADE技术的一些示例在第10,156,499号美国专利中被公开，该美国专利的全部内容通过引用并入本文中。声能(例如，以超声脉冲的形式)从换能器朝向一定量的液体(下文中称为“样本”)发射。在一些示例中，束会聚在样本的上表面上，并且声能被传递至样本的一部分，从而使该部分向上移动远离样本的其余部分(例如，作为液滴)。
在这些示例中，样本包含在容器内，并且换能器被定位在容器下方。因此，声学辐射在其到达样本的上表面之前必须至少穿过容器的底壁以及液体。发送的声辐射朝向换能器被反射回。可以测量或推断反射的辐射的性质(例如，传输路径和能量衰减)，以确定其行进通过的介质的某些特性。可以通过考虑这些介质的特性来提高ADE的精度。
对于容器，了解诸如容器的密度、声能传播的速度(下文中称为“声音速度”)、底壁的厚度和声能衰减的程度的性质可能会有帮助。对于样本，了解诸如样本的密度、声音速度、深度和声能衰减的程度的性质可能会有帮助。了解样本的特性也可以是有益的，并且这样的特性可以包括样本的深度和体积。此外，确定样本的密度和能量衰减的性质也可以例如对验证样本的特性是有益的。例如，可以通过比较反射的声学辐射的预期值和测量值来改进这样的验证。
容器的一个示例是诸如96阱板或384阱板(例如，384-PP微阱板)的微阱板中的阱。容器的其他示例包括管、烧瓶和烧杯。对于微阱板的示例，例如，由于制造中的变化，在单个微阱板上每个阱的特性(例如，每个阱的基部)彼此不同。这样的变化可以是容器底壁的厚度和一致性上的变化。从阱到阱或从板到板可能发生变化。
这样的容器特性可以在执行ADE之前被确定到一定程度。例如，如果预先已知用于制作给定容器的材料的某些性质，则可以推断出该容器的特性。然而，在微阱板的情况下，材料可能从批次到批次或从板到板在一致性上变化。此外，由于工艺不一致性或公差，因此容器的厚度可能变化(例如，从板到板或从阱到阱)。一种这样的工艺是注射成型。即使微小的变化也可能影响ADE的精度或准确度。作为示例，在注射成型的情况下，可以使用多个模具或模具腔(例如，以提高制造速率)。这些可能变化，并且困难的或低效的是，将这样的变化减少到容器一致性将不会显著影响ADE的程度。此外，制造过程中的不一致性也可能导致不同板之间的不一致性。例如，严格控制注射速率、冷却速率、液态塑料的成分可能是不可能的、不切实际的或昂贵的。
提高一致性的另一种方法是在容器成型之后进行检查，并拒绝未通过质量控制的那些容器。这可能需要诸如时间、金钱和劳动力的资源，以及浪费材料、消耗能量和降低产出。
改善ADE结果的不同的方法是在制造(例如，逐板或逐批次)之后对诸如微阱板的容器进行表征。例如，可以在添加样本之前单独地评估每个容器以确定特定特性。容器可以用标识符来标记，使得ADE系统可以在执行测定时检索预先确定的特性。然后，可以使用诸如RFID、光学扫描的技术或通过使用第10,592,793号和第10,766,027号美国专利中所描述的“声学条形码”来识别每个容器，这些美国专利的全部内容通过引用并入本文中。作为另一选项，可以手动地输入给定容器的特性。
发明内容
本技术的某些实施方式涉及一种能够声学测量容器内的液体样本的至少一个特性的系统。系统包括换能器组件，该换能器组件能够朝向容器的底壁发射信号(例如，声学信号)并且接收从样本和容器反射出的对应信号(例如，声学反射)。系统还包括控制器，用于在垂直方向上朝向容器移动换能器组件，从而允许在与容器间隔开的各个位置处发射信号。处理器使用各种反射信号来确定样本和容器的特性。换能器组件利用声学透镜将发射信号聚焦到焦点。发射信号会聚在会聚点处。
处理器使用信号汇聚点与样本和容器的各个表面的相互作用来计算所关注的样本和容器特性。处理器可以计算样本的特性，包括深度、声学阻抗和发射信号穿过样本的声音速度中的一个或更多个。处理器还可以计算容器的特性，包括壁厚、声学阻抗、发射信号的纵向声音速度和发射信号的剪切声音速度中的一个或更多个。
为了说明的目的，在一些示例中，容器可以具有两个或更多个阱，在阱中具有对应的两个或更多个样本。控制器可以能够水平地移动换能器组件，使得换能器组件在三个或更多个阱的下方顺序地移动。在一些示例中，控制器可以能够沿着两个维度(例如，沿着水平XY平面的X方向和Y方向)水平地移动换能器组件。例如，容器可以包括三个或更多个阱，其被布置成使得换能器组件可能需要在X方向和Y方向二者上移动以接近所有阱。系统可以能够计算对应阱的样本和容器特性，换能器组件在移动到后续的阱之前在对应阱下方移动。换能器组件还可以用于将液滴从容器内的样本声学转移至第二容器。样本液滴的转移发生在系统确定给定阱和样本的对应特性之后，并且可以发生在系统将换能器组件移动至后续阱之前。
系统可以包括参考对象，该参考对象可以用作表征容器的液体和/或阱的一部分。参考对象可以被布置成使得换能器能够朝向参考对象发射至少一个信号并且接收来自参考对象的反射信号。系统可以能够确定参考对象的至少一个特性。系统可以在朝向参考对象移动的同时朝向参考对象发射多个信号并且从参考对象接收多个反射信号。朝向参考对象发射的信号和朝向容器底壁发射的信号可以具有相同的波长、持续时间和能量水平。
系统可以在换能器组件与容器之间具有耦合液体，并具有温度传感器和对应的处理器以测量耦合液体的温度。
换能器组件可以包括声学透镜，该声学透镜保持在距换能器的固定距离和定位处。声学透镜可以针对多个发射信号中的每个发射信号定义焦点。发射信号中的每个发射信号可以会聚在会聚点处。系统可以识别会聚点在容器或液体的表面的第一表面上。系统可以识别会聚点在容器或液体的第二表面上。
在一些实施方式中，系统可以能够声学测量容器的至少一个特性。系统包括换能器组件，该换能器组件能够朝向容器的底壁发射信号并且接收从容器反射出的对应信号。系统还包括控制器，用于在垂直方向上朝向容器的底壁移动换能器组件，从而允许在距容器底壁的不同的高度处发射信号。处理器使用各种反射信号来确定容器底壁的特性。换能器组件利用声学透镜将发射信号聚焦到焦点。发射信号会聚在会聚点处。
处理器使用会聚点与容器底壁的各个表面的相互作用来计算所关注的容器特性。处理器可以计算容器底壁的特性，包括壁厚、声学阻抗、发射信号的纵向声音速度和发射信号的剪切声音速度。
容器可以具有三个或更多个阱。控制器可以能够水平地移动换能器组件，使得换能器组件在三个或更多个阱的下方顺序地移动。系统可以能够计算对应阱的容器底壁特性，换能器组件在移动到后续阱之前在对应阱下方移动。
系统可以包括参考对象，其中换能器能够朝向该参考对象发射至少一个参考信号并且接收反射信号。系统可以能够确定参考对象的至少一个特性。系统可以在朝向参考对象移动的同时朝向参考对象发射多个信号并且接收来自参考对象的多个反射信号。朝向参考对象发射的信号和朝向容器底壁发射的信号可以具有相同的波长、持续时间和能量水平。
系统可以在换能器组件与容器底壁之间具有耦合液体，并具有温度传感器和对应的处理器以测量耦合液体的温度。
换能器组件可以包括声学透镜，该声学透镜保持在距换能器固定距离和定位处。声学透镜可以针对多个发射信号中的每个发射信号定义焦点。每个发射信号可以会聚在会聚点处。系统可以识别会聚点在容器或液体的表面的第一表面上。系统可以识别会聚点在容器或液体的第二表面上。
本技术的一些实施方式涉及一种能够声学测量保存样本的容器的至少一个特性的系统。系统包括换能器组件，该换能器组件能够朝向容器的底壁发射信号并且接收从容器反射出的对应信号。系统还包括处理器，该处理器能够通过识别反射信号的第一峰值、第二峰值和第三峰值来测量容器的至少一个特性。反射信号包括多个回波，并且处理器识别出三个峰值中的每个峰值对应于多个回波中的不同回波。检测的特性可以包括容器的声学阻抗、底壁厚度、纵向声音速度或剪切声音速度。
处理器还被配置成将第一峰值识别为与来自容器的底部的回波相对应，将第二峰值识别为与来自从容器的底部的顶表面反射出的纵波的回波相对应，并且将第三峰值识别为与来自从容器的底部的顶表面反射出的剪切波的回波相对应。
系统可以测量反射信号的与液体的自由表面的回波相对应的第四峰值。系统可以测量发射信号的声音速度、声学阻抗或液体的深度。
在一些实施方式中，本技术可以涉及一种能够声学测量容器内的液体样本的至少一个特性的系统。系统包括换能器组件，该换能器组件能够朝向容器的底壁发射信号并且接收从样本和容器反射出的对应信号。反射信号包括多个回波。处理器能够基于反射信号的第一峰值和第二峰值来测量至少一个特性。处理器还能够识别峰值中的一个峰值与来自从容器的表面反射的剪切波的回波相对应，而另一个峰值与来自从容器表面反射的纵波的回波相对应。系统可以识别第一峰值和第二峰值与从同一容器表面反射出的回波相对应。系统可以识别第一峰值和第二峰值与从不同容器表面反射出的回波相对应。
在一些实施方式中，本技术可以涉及一种能够声学测量容器内的液体样本的至少一个特性的系统。系统包括换能器组件，该换能器组件能够朝向容器的底壁发射信号并且接收从样本和容器反射出的对应信号。反射信号包括多个回波。处理器能够基于回波的时间延迟而不是回波的幅度来测量至少一个特性，同时基于回波的幅度而不是回波的时间来测量第二特性。
在一些实施方式中，本技术可以涉及一种能够测量物品的至少一个特性的系统。系统包括换能器组件，该换能器组件能够朝向物品的基部发射第一信号和第二信号并且接收从物品反射出的对应信号。系统还包括控制器，该控制器相对于物品沿着垂直方向移动换能器组件。系统包括用于测量物品的特性的处理器。系统在距物品的垂直距离处发射第一信号，并且在距物品的不同垂直距离处发射第二信号。发射信号可以是声学信号。
在一些实施方式中，本技术可以涉及一种能够声学测量物品的至少一个特性的系统。系统包括换能器组件，该换能器组件能够朝向物品的基部发射信号并且接收从物品反射出的对应信号。系统具有处理器，该处理器能够通过处理与反射信号的第一峰值、第二峰值和第三峰值相对应的数据来测量物品的至少一个特性并能够识别第一峰值、第二峰值和第三峰值与不同回波相对应。
一些实施方式包括用于确定容器内的液体的特性的方法。方法包括通过具有换能器的测量系统来接纳容器。方法还包括由换能器在距容器的多个距离处发送和接收多个声学信号。方法还包括基于接收到的信号之间的差值来计算液体或容器的物理特性。
一些实施方式包括用于确定容器的特性的方法。方法包括通过具有换能器的测量系统来接纳容器。方法包括由换能器在距板的多个距离处发送和接收多个声学信号。方法包括基于接收到的信号之间的差值来计算液体或容器的物理特性。
附图说明
图1示出了包括容器板、接收器板、换能器组件的截面图和电子电路系统的框图的ADE系统的表示，该容器板包括保存相应的多个样本的多个容器。
图2示出了换能器组件的框图。
图3示出了在对多个样本执行ADE时换能器组件相对于容器板的移动的表示。
图4示出了具有多个容器的容器板的俯视图。
图5示出了容器板中的多个容器的俯视图以及示出用于对每个容器连续执行ADE的顺序的流程。
图6示出了根据某些实施方式的换能器组件和发射的声学辐射相对于单个容器和样本随着时间沿着z轴的垂直移动的表示。
图7示出了根据某些实施方式的换能器组件和发射的声学辐射相对于参考对象随着时间沿着z轴的垂直移动的表示。
图8是从容器和样本反射的声学信号的曲线图。
图9是从参考对象反射的声学信号的曲线图。
图10是容器的底壁下表面的BB扫掠曲线和参考对象的底表面的参考扫掠曲线。
图11示出了容器底壁的底壁下表面的扫掠BB曲线、容器底壁的上表面的TBL扫掠曲线和TBS扫掠曲线以及液体样本的自由表面的SR扫掠曲线。
图12A示出了聚焦在参考对象的底表面上的声束的几何表示。
图12B至图12E示出了根据某些实施方式的在扫掠期间聚焦在容器和样本的不同位置处的声束的几何表示。
当结合附图阅读时，将更好地理解本申请的某些技术的前述描述。为了说明的目的，附图中示出了某些技术。然而，应当理解，权利要求不限于附图中所示的布置和手段。
具体实施方式
图1描绘了示例ADE系统100，其包括容器板120(例如，微阱板)、接收器板130的截面图和电子设备140的框图，容器板120包括保存相应的多个样本101的多个容器122(例如，微阱板的阱)，接收器板130包括从样本101接收喷射的液体102的多个接收器阱。ADE系统100还包括换能器组件110、耦合液体160、X/Y/Z电机150以及温度传感器(未示出)。图2进一步示出了换能器组件110，其包括换能器112和声学透镜113。ADE系统100可以确定容器122和样本101二者的特性，并且使得液体被喷射。样本101是保存在特定容器122内的感兴趣的液体。尽管本公开内容聚焦于作为微阱板的阱的容器，但是本文描述的技术也可以用于表征诸如管、烧瓶和烧杯的其他容器，以及其中所包含的任何样本。
为了使喷射液体102从样本101喷射，换能器112生成声能(例如，超声能量)，然后该声能由声学透镜113聚焦成束170。在图中，束170以二维示出，但应当理解，束170是三维的。此外，图1至图7中的束170被示出为完美的三角形，但实际上，例如如图12C至图12E中所描绘的，束170可以具有不同的形状。严格来说，三角形束170具有与会聚点重合的焦点。图1、图3、图6和图7中的所有束170是三角形的，以简化问题并使讨论更清晰。然而，如将变得明显的，这些图中的一些束实际上不是三角形的。
在ADE的上下文中，术语“焦点”可以参照与声学透镜相关联的焦点来使用，并且也可以参照声波会聚的点(即，会聚点)来使用。在许多情况下，这种使用可以有帮助，并提供清晰度。然而，本文所公开的某些技术将焦点与会聚点的概念区分开。因此，对这些概念进行了清晰地描述。
在图1中，束170聚焦在样本101的上表面上。首先，束170穿过耦合液体160、容器122的底壁124，并且然后穿过样本101的深度以到达样本101的自由表面103。
电子电路系统140包括处理器143、电机控制器142、发送信号电路系统144、接收信号电路系统145和温度传感器电路系统141。尽管出于解释的目的被示出为单独的部件，但是电子设备140的部分可以被组合或集成。此外，一些部件可以包括多个不同的子部件。例如，处理器143可以包括多个处理器。
处理器143使发送信号电路系统144生成模拟电信号，该模拟电信号被传送至换能器112。然后换能器112响应于模拟信号(幅度和频率)而振动，使得对应的声学信号被发射。换能器组件110还可以接收声学信号(例如，响应于所发射的声学信号而从容器或容器内的液体反射的声学信号)并交感地(sympathetically)进行振动。这可以生成模拟电信号，然后将该模拟电信号传送至接收信号电路系统145。反射的声学信号中的信息将由处理器143分析。
处理器143还可以与电机控制器142通信以控制换能器组件110的位置。电机控制器142控制X/Y/Z电机150中的一个或更多个以相对于容器板120移动换能器组件110。如所示的，X/Y/Z电机150耦接(直接地或间接地)至换能器组件110，但是这些或其他电机可以耦接(直接地或间接地)至容器板120和/或接收器板130，以控制换能器组件110、容器板120与/或接收器板130之间的相对移动。
在一些实施方式中，ADE系统100可以包括温度传感器(未示出)，该温度传感器可以位于耦合液体160中、位于容器板120与接收器板130之间的区域中或位于其他位置。温度传感器电路系统141从传感器接收信号(例如，电信号或无线信号)，并且与处理器143通信，使得温度(例如，耦合液体160、容器122、样本101的温度、空气温度)可以被测量。
在一些示例中，换能器组件110可以具有圆柱形形状。在一些示例中，代替使用单个换能器112来发送和接收声学信号，换能器组件110可以包括单独的发送器换能器和接收器换能器，例如，如第10,787,670号美国专利中所公开的，该美国专利的全部内容通过引用并入本文中。根据一种技术，接收换能器可以基本上围绕发送换能器和声学透镜。
图3示出了在对多个样本101执行ADE时换能器组件110相对于容器板120的移动的表示。换能器组件110沿着x轴从容器到容器122移动。如关于图5进一步描述的，换能器组件110还可以沿着y轴移动至附加的容器122(未示出)。对于每个容器122，换能器组件110在容器122下方居中。然后，为了如本文所述的那样表征容器122和/或样本101，换能器组件110沿着z轴垂直地移动并且在容器122下方的不同z定位处发射声学信号序列。该过程在本文中有时被称为“扫掠”。在表征之后，换能器组件110可以沿着z轴被定位，以将后续束170聚焦在样本101的自由表面103上，从而使喷射的液体102被喷射。在一些实施方式中，可以在逐容器的基础上以交替的方式执行表征和喷射(例如，表征第一容器122和/或样本101，并且然后在第二容器122和样本101上重复该过程之前喷射液滴102)。替选地，可以在执行液体喷射阶段之前表征多个容器122。
图3示出了对五个不同容器122执行的五次扫掠310。尽管本公开内容聚焦于一旦容器122被表征就喷射液滴102，但是本公开内容还设想了其他动作。例如，系统100可以用于使用低于喷射液滴102所需的阈值量的子喷射声学信号按预定的量扰动容器122内的样本101，而不是从容器122喷射液滴102。
图4示出了具有多个容器122的容器板120的俯视图。所示出的容器板120是384阱微阱板(例如，聚丙烯微阱板，指定为384-PP)。图5是多个容器阱122和用于对每个容器阱122和其中的样本101执行表征和/或ADE的示例图案(蛇形图案)的俯视图，如关于图3所描述的。在该示例中，电机150将沿着x轴和y轴移动换能器组件110以将其定位在各个容器阱122下方。可以使用任何其他合适的图案(例如，光栅图案)。
图6示出了在从时间T1到时间T5对一个容器122和样本101的扫掠期间换能器组件110的移动。从换能器组件110发射的每个声能束170具有会聚点171。声学透镜113使束170聚焦在焦点上。如下面将进一步说明的，会聚点171可以与焦点重合或可以不与焦点重合，这取决于束170行进通过的介质的特性。在图12C至图12E中描绘与焦点(焦点被称为172)不同的会聚点171的示例。
会聚点171与换能器组件110一起沿着z轴移动。在扫掠期间，换能器组件110在给定容器122下方居中的同时沿着z轴移动。在该示例中，换能器组件110在对应时间(T1、T2、T3、T4和T5)处在五个z定位(H1、H2、H3、H4和H5)处发射束170。换能器组件110还响应于每个发射束170而接收反射声能。在发送和接收期间，换能器组件110可以在同一z定位处或可以不在同一z定位处(并且ADE系统100可以在处理接收到的反射信号时在数学上考虑这一点)。图6未示出耦合液体160，但是它介于换能器组件110与容器122之间，如图1和图3所示。
图6提供了以下详细讨论的概述。在时间T1处，换能器组件110定位在z定位H1处，使得束170的会聚点171位于容器底壁124的下表面121的下面。在时间T2处，换能器组件110定位在z定位H2处，使得会聚点171与容器底壁124的下表面121对准。在时间T3处，换能器组件110定位在z定位H3处，使得纵波的会聚点171位于容器底壁124的上表面123处。在时间T4处，换能器组件110定位在z定位H4处，使得剪切波的会聚点171位于容器底壁124的上表面123处。将在下面进一步描述剪切波和纵波的意义。在时间T5处，换能器组件110定位在z定位H5处，使得会聚点171位于样本101的自由表面103处。尽管图6示出了沿着z轴的五个z定位，但是可以在换能器组件110的任何合适数目的z定位处执行扫掠。在一些示例中，换能器组件110的z定位可以在每次传输之间递增地增加指定距离。在其他示例中，系统100可以预测换能器组件110的感兴趣的z定位，并且在低于和高于所预测的感兴趣的z定位的范围内执行增量传输，并且当在那些预测的范围之外时，省略传输。
图7类似于图6，但是代替容器122，换能器组件110在扫掠期间位于参考对象180的下方。在一些实施方式中，参考对象可以是平板。如下面进一步描述的，参考对象180用于进行参考测量。参考对象180可以包括刚性材料，例如金属(例如，不锈钢)、玻璃碳或熔融石英。参考对象180的材料性质对于ADE系统100可以是已知的。参考对象180具有底表面181。
在时间TR1处，换能器组件110定位在z定位HR1处，使得会聚点171位于参考对象180的底表面181下面。在时间TR2处，换能器组件110定位在z定位HR2处，使得会聚点171与参考对象180的底表面181对准。在时间TR3处，换能器组件110定位在z定位HR3处，使得会聚点171位于底表面181的上方。尽管图7示出了沿着z轴的三个z定位，但是可以在换能器组件110的不同数目的z定位处执行扫掠。
图6和图7中所示的扫掠中的每个步骤描绘了以声束170形式的声能发射。每次发射包括其中能量随时间变化的声学信号(“发射信号”)。能量的频率和/或幅度可以在给定的发射信号的持续时间内变化。在扫掠期间使用的发射信号不使液滴从样本101喷射。然而，在扫掠期间使用的发射信号可以具有与在液滴102从样本101喷射的阶段期间使用的发射信号中的频率相似或相同的频率。例如，扫掠期间的每个发射信号可以使用相同的、恒定的频率。如第10,156,499号美国专利中所描述的，所选择的频率可以取决于样本101的类型和预期的转移体积，该美国专利的全部内容通过引用并入本文中。为了防止或限制液体喷射，扫掠期间的发射信号可以比用于喷射液滴102的信号更短并且具有较低的幅度(较少的能量)。
发射的能量中的一些能量以反射声学信号(“反射信号”)的形式被反射回至换能器112。通常，声能在不同介质之间的界面处反射。在朝向容器122和样本101发射声能(参见图6)的情况下，这些界面在：(1)耦合液体160与容器底壁124的下表面121之间；(2)容器底壁124的上表面123与样本101之间；(3)样本的顶部103与上方的空气之间。为了简单起见，第一界面将被称为底壁下表面121。第二界面将被称为底壁上表面123。第三界面将被称为样本的自由表面103。
图8是示出响应于单个发射信号而接收到的单个反射信号802的曲线图800。x轴示出了发射信号被发射之后的时间，并且y轴示出了反射信号802的强度(其被称为y轴标签中的“幅度”)。y轴指示在任何给定时间处的反射信号802在电压(V)方面的幅度。这是跨换能器112的电端子的电压(或者是与换能器112的端子处的测量电压相对应的电压)。反射信号802可以定义包络804。如所描绘的，包络804概述了反射信号802的极值。
包络804具有对应于来自介质界面的四个不同反射或“回波”的四个不同峰值。峰值806对应于来自底壁下表面(图6中的附图标记121)的回波并且在本文中被称为BB，其是“底部的底部”飞行时间的缩写。峰值808和峰值810二者对应于离开底壁上表面(图6中的附图标记123)的回波。产生两个回波的原因是：从底壁下表面121发送至底壁上表面的发射信号包括两种类型的波：纵波和剪切波。峰值808对应于离开底壁上表面123的纵波的回波，在本文中被称为TBL(纵波回波的“底部的顶部”飞行时间的缩写)。峰值810对应于离开底壁上表面123的剪切波的回波，该回波作为纵波朝向换能器组件110被反射回，并且被称为TBS(剪切波回波的“底部的顶部”飞行时间的缩写)。需要明确的是，TBS信号具有剪切部分和纵向部分二者。下面将进一步讨论导致在不同时间处发生的来自同一界面的两个单独的回波TBL和TBS的物理现象。峰值812对应于来自样本101的自由表面103的回波，并且在本文中被称为SR(“表面反射”的缩写)。在扫掠期间的每个反射信号802可以具有相同的BB峰值、TBL峰值、TBS峰值和SR峰值；然而，峰值的时间和幅度将基于换能器组件110的z定位而变化。
图9类似于图8，但是图9是从参考对象180(参见图7)反射的反射信号902的曲线图900。反射信号902可以定义包络904。包络904中的峰值906对应于离开参考对象180的底表面181的回波。
图10是示出两条不同的曲线——BB扫掠曲线1010和参考扫掠曲线1050——的曲线图1000，每条曲线分别具有峰值1012和峰值1052。曲线1010、曲线1050是从两次不同的扫掠生成的——曲线1010是从一次扫掠1010生成的，而曲线1050是从不同的扫掠生成的。峰值1012在本文中被称为BB扫掠曲线峰值1012，并且其有效地指示底壁下表面121的z定位。峰值1052被称为参考扫掠曲线峰值1052，并且其有效地指示参考对象180的底表面181的z定位。
BB扫掠曲线1010是根据来自单次扫掠的数据生成的。与图6中所示的其中换能器具有五个z定位的扫掠不同，用于生成曲线1010的扫掠包括在不同z定位处的更多传输。在每个z定位处，信号由换能器112发射并被反射。曲线图1000的x轴示出了指示换能器112与底壁下表面121之间的距离的ToF(飞行时间)。更具体地，ToF指示发射信号与反射信号之间的时间，然后可以使用该时间来确定距离。y轴示出了BB峰值806的幅度。然后，BB扫掠曲线峰值1012指示底壁下表面121的z定位。更特别地，如图6中时间T2处所示，当会聚点171与底壁下表面121对准时，BB扫掠曲线峰值1012指示换能器112与底壁下表面121之间的距离。
与BB扫掠曲线1010类似地生成参考扫掠1050，除了参考扫掠曲线1050是由来自参考对象180的底表面181的反射产生的(参见图9中的BB峰值906)。然后，如图7中时间TR2处所示，当会聚点171被对准时，参考扫掠曲线峰值1052指示换能器112与参考板的底表面181之间的距离。与图7所示的其中换能器具有三个z定位的扫掠不同，用于生成曲线1050的扫掠包括不同z定位处的更多传输。
图11还示出了图10的BB扫掠曲线1010，以及其他三个扫掠曲线：TBL扫掠曲线1120、TBS扫掠曲线1130和SR扫掠曲线1140。这些曲线中的每个曲线都可以从同次扫掠中生成或者从单独扫掠或多次扫掠中生成。与图10一样，曲线图1100具有示出有效地指示距离的ToF的x轴。y轴也与图10的y轴类似，在于其指示反射信号的强度。
曲线1120、曲线1130和曲线1140类似于BB扫掠曲线1010。每条曲线具有其自己的峰值：TBL扫掠曲线峰值1122；TBS扫掠曲线峰值1132；以及SR扫掠曲线峰值1142。TBL扫掠曲线峰值1122和TBS扫掠曲线峰值132二者指示换能器112与容器122的底壁上表面123之间沿着z轴的距离，除了TBL扫掠曲线峰值1112与针对纵波的换能器112与底壁上表面123之间的飞行时间相对应，而TBS扫掠曲线峰值1132与针对剪切波的换能器112与底壁上表面123之间的飞行时间相对应。SR扫掠曲线峰值1142指示换能器112与样本101的自由表面103之间沿着z轴的距离。
这些峰值1122、1132、1142中的每个峰值指示在会聚点171与材料界面对准时换能器112的z定位。TBL扫掠曲线峰值1122指示纵波的会聚点171与容器122的底壁上表面123对准的情况，如图6中时间T3处所描绘的。TBS扫掠曲线峰值1132指示剪切波的会聚点171与容器122的底壁上表面123对准的情况，如图6中时间T4处所描绘的。SR扫掠曲线峰值1142指示纵波的会聚点171与样本101的自由表面103对准的情况，如图6中时间T5处所描绘的。
使用比图6和图7中所示的发射更多的扫掠中的发射来生成图10和图11中的所有曲线。从发射到发射的换能器112的z定位之间的间隔可以相同或者可以变化。在一些实施方式中，系统100可以防止换能器112在可能引起无帮助的反射信号数据的z定位处发射信号。这样的z定位可能是不期望会聚点171将与介质界面对准的定位。
图12A至图12E示出了在用于参考的扫掠(图12A)和用于确定容器122和样本101的特性的扫掠(图12B至图12E)期间出现的几何形状。这些附图定义了将在后面的数学等式中使用的变量。
图12A示出了从换能器组件110发射并聚焦在参考对象180的底表面181上的声束170的几何表示。换能器组件110具有z定位，在该z定位处会聚点171与参考对象180的底表面181对准(也如在图7中HR2处所示)。束170在其基部处的直径和半径分别被标记为Dref和Rref。换能器组件110的顶表面位于距参考对象180的底表面181的距离Lref处。束170的角度(束角度)被指示为θ1(并且其反转被指示为θ° 1)。声能在换能器组件110与底表面181之间来回行进的时间是由BBref(其由图10的参考扫掠曲线峰值1052指示)表示的飞行时间。
图12B至图12E示出了换能器组件110对容器122执行一次扫掠的不同阶段，类似于图6中所示的序列。在图12B中，声束170的会聚点171与底壁下表面121对准。在图12C和图12D二者中，声束170的会聚点171与底壁上表面123对准。在图12E中，声束170的会聚点171与样本101的自由表面103对准。
在图12B中(其与图12A类似)，声束170具有束角度θ1并且在底壁下表面121处具有会聚点171。图12B与图6的z定位H2相对应，并且反射信号与图10的BB扫掠曲线峰值1012相对应。声能在换能器组件110与底壁下表面121之间来回行进的时间是由BBb表示的飞行时间。
图12C和图12D是类似的，在于二者都示出了来自束170的波形会聚到容器底壁124的上表面123处的会聚点171的定位。图12C与位于图6的H4处的z定位处的换能器组件相对应，并且反射信号与图11的TBL扫掠曲线峰值1122相对应。图12D与位于图6的H3处的z定位处的换能器组件相对应，并且反射信号与图11的TBS扫掠曲线峰值1132相对应。如下面所说明的，图12C和图12D中的z定位略有不同。焦点172与会聚点171不同。该差异是束170穿过容器底壁124的结果。焦点172由Dref和θ1定义。在图12C至图12E中，会聚点171与焦点172之间的z定位的差异是由于一旦声能开始行进穿过容器底壁124的厚度以及样本101(图12E的情况下)束角度就改变而引起的。如果束角度不改变，则会聚点171会与焦点172重合，如点划虚线所示。
一般来说，声波的束角度在两种不同介质之间的界面处改变。在图12C和图12D的情况下，那些不同的介质是容器底壁124和容器122下面的耦合液体160。
图12C和图12D表示穿过容器122的底壁的不同类型的声波传输。图12C描绘了穿过容器底壁124的纵波传输。也就是说，当束170进入容器底壁124时，来自束170的声能的第一部分作为纵波穿过容器122的底壁的材料传输，并且这在图12C中描绘。声能的另一部分作为剪切波穿过容器底壁124传输，并且图12D描绘了该剪切波传输。纵波和剪切波表现不同。例如，纵波比剪切波快。由于速度的差异，容器122内部的束角度不同：图12C(纵波)中的束角度θ2大于图12D(剪切波)中所示的束角度θ3。束角度的这种差异需要换能器组件110的z定位略有不同，以允许在底壁上表面123处汇聚，这种差异对应于图6的z定位H3和H4的微小差异。图12C和图12D未按比例示出。例如，在一些实施方式中，在图12C与图12D之间，仅存在换能器的z定位的5％的变化(例如，Dbbs可以比Dbbl大5％)。
图12C和图12D还示出了声能在多个表面之间行进的时间。对于图12C，声能在换能器组件110与底壁下表面121之间以及在换能器组件110与底壁上表面123之间来回行进的时间分别由BBl和TBLl表示。与TBL扫掠曲线峰值1122相对应的反射信号(类似于图8)提供BBl和TBLl的飞行时间值。类似地，对于图12D，声能在换能器组件110与底壁下表面121以及在换能器组件110与底壁上表面123之间来回行进的时间分别由BBs和TBSs表示。与TBS扫掠曲线峰值1132相对应的反射信号提供BBs和TBSs的飞行时间值。
图12E描绘了纵波的束170。图12E与图6的z定位H4和图11的SR扫掠曲线峰值1142相对应。与图12C一样，焦点172将位于底壁上表面123上方并且还可以位于样本自由表面103上方。类似于图12C，束角度从耦合液体160中的θ1改变为容器122中的θ2。当束170继续经过底壁上表面123并且进入样本液体101中时，束角度再次改变为θ4。同样，该改变是由于不同介质——在这种情况下为容器底壁124与样本101——之间的另一界面引起的。
对于图12E，声能在换能器组件110与底壁下表面121以及在换能器组件110与底壁上表面123之间来回行进的时间分别由BBf和TBLf表示。声能在换能器组件110与样本自由表面103之间来回行进的时间由SRf表示。对应于SR扫掠曲线峰值1142的反射信号提供BBf、TBLf和SRf的时间值。
图12A至图12E示出了一些附加的几何关系。这些几何关系是：Dbbl(参见图12C)、Dbbs(参见图12D)和Dbbf(参见图12E)，其分别是在定位H4、H3和H5处的换能器组件110与底壁下表面121之间的距离；Tp(参见图12C至图12E)，其是容器底壁124的厚度；Lpl(参见图12C)、Lps(参见图12D)和LSR(参见图12E)，其是底壁下表面121与焦点172之间的垂直距离；Rl(参见图12C)和Rs(参见图12D)，其是当会聚点171在底壁上表面123处时束170在底壁下表面121处的半径；Rf(参见图12E)，其是当会聚点171在样本自由表面103处时束170在底壁上表面123处的半径。
图12C至图12E还示出了声音在系统的附加部分之间来回行进所花费的时间。这些时间包括：tpl(参见图12C和图12E)和tps(参见图12D)是信号在从底壁上表面123反射出之后穿过进入容器底表面121到离开容器底表面121的传输时间；并且tf(参见图2E)是信号在从自由表面103反射出之后从进入底壁上表面123到离开底壁上表面123的时间。
如下面将进一步描述的，图12A至图12E中所示的前述几何形状和原理可以与图6和图7中所示的方法以及图8至图11中所示的反射信号的测量结合使用，以确定样本的某些特性。
处理器143可以控制系统100的操作并且接收如上所讨论的数据，以使用下面描述的技术来确定样本101和容器122的一个或更多个特性。样本101的特性包括声音速度vf(即，声音行进穿过样本101的速度)、样本101的深度Tf和声学阻抗Zf。容器底壁124的特性包括纵向声音速度vpl、剪切声音速度vps、容器底壁的厚度Tp和声学阻抗Zp。
此外，系统可以基于由温度传感器电路系统141在温度传感器处测量的耦合液体160的温度和基于耦合液体160的类型已知的性质来确定耦合液体160中的声音速度vw。类似地，系统可以基于由温度传感器电路系统141在温度传感器处的容器122上方的空气的温度和空气的已知性质来确定空气的密度ρa和空气中的声音速度va。
容器中的纵向声音速度和容器底壁的厚度
可以同时地确定容器122中的纵向声音速度vpl及容器底壁厚度Tp。最初，可以基于(1)声音穿过换能器组件110与参考对象底表面181之间的耦合液体160来回行进的飞行时间BBref(参见图12A)和(2)作为耦合液体160中的声音速度的vw来确定距离Lref。可以基于耦合液体的温度和其他已知特性来确定耦合液体中的声音速度vw。一旦确定了这些值，就可以求解Lref，如等式1所示：
接下来，可以基于(1)Lref、(2)Rref(其基于从换能器组件110发射的束170的形状是已知的)和角度校正项φ来计算θ1(并且因此计算其反转θ1°)。如图2A所示，角度校正项φ考虑了Dref与声学透镜113的顶表面处的换能器组件110的直径之间的差。可以预先确定φ。然后，可以求解θ1，如等式2所示：
接下来，基于图12A和图12C的关系来计算容器底壁厚度Tp和容器122中的纵向声音速度vpl。容器底壁厚度Tp是底壁下表面121与底壁上表面123之间的垂直距离。纵向声音速度vpl是纵向声波行进穿过容器122的底壁的速度。对于后续的计算，系统处理器143还使用基于斯涅尔定律的附加等式。
通常，斯涅尔定律将通过一种介质的入射角和波速度与在第二种介质中产生的折射角和波速度相关。因此，当与以传输角度θ2穿过容器122的偏转信号相比发送信号170以对应的束角度θ1穿过耦合液体160直至底壁下表面121时，斯涅尔定律将发送信号170与该偏转信号相关。如图12C所示，传输角度θ2大于束角度θ1。这是容器阱纵向声音速度vpl大于耦合液体声音速度vw的结果。
接下来，求解容器纵向声音速度vpl。最初，基于测量的底部的顶部飞行时间TBL1与底部的底部飞行时间BB1之间的差来计算传输时间tpl(参见图12C)。容器底壁厚度Tp仍为未知值；然而，求解容器纵向声音速度vpl，如等式4所示：
接下来，求解容器纵向束半径Rl。最初，可以基于耦合液体160中的声音速度vw、底部的底部飞行时间BBl和等式1来确定容器底部距离Dbbl。接下来，将Lpl求解为Lref与Dbbl之间的差(参见图12C)。然后可以基于θ1、Rl和Lpl之间的关系(参见图12C)求解Rl，如等式5所示。
也可以求解Sinθ2。θ3、R1和Tp之间的空间关系(参见图12C)得出等式6。
最终，可以求解Tp。此时，vpl、sinθ2、θ1、Rl已被求解。此外，φ和vw是已知的。应用来自等式3的斯涅耳定律，并且代入已知值和变量，得到等式7，该等式7可以在数值上被求解为容器的底壁的厚度Tp：
此时可以在数值上求解容器纵向声音速度vpl。Tp和tpl可以应用于等式4以计算vpl的值。
容器中的剪切声音速度和容器底壁的厚度
还可以基于图12A与图12D的关系来确定容器122中的剪切声音速度vps和容器底壁厚度Tp。
首先，求解容器剪切声音速度vps。最初，基于测量的剪切波回波的底部的顶部飞行时间TBSs与底部的底部飞行时间BBs之间的差来计算传输时间tps(参见图12D)。在图12D中，声束的剪切波分量传播穿过容器底壁并且引起纵波从容器底壁的顶部朝向容器底壁的底部的反射。传输时间tps对应于容器底壁内的该进入、传播和反射的总时间。为了清楚起见，图12D的传输时间Tps由单向剪切信号和单向纵向信号组成。如等式4中给出的，剪切声音速度vps是传输时间tpsl和纵向时间延迟tpl二者的函数。尽管先前已在等式7中计算容器底壁厚度Tp，但容器底壁厚度Tp仍被视为未知值。如等式8所示的，求解容器剪切声音速度vps：
将斯涅耳定律应用于图12D以变为等式9：
可以求解容器剪切束半径Rs。最初，可以基于耦合液体160中的声音速度vw、底部的底部飞行时间BBs和等式1来确定剪切容器底部距离Dbbs。接下来，将Lps求解为Lref与Dbbs之间的差(参见图12D)。然后可以基于θ1、Rs和Lps之间的关系(参见图12D)求解Rs，如等式10所示：
也可以求解Sinθ3。θ3、Rs和Tp之间的空间关系(参见图12D)得出等式11：
最后，可以第二次求解Tp。此时，vps、sinθ3、角θ1、Rs已被求解。并且，φ和vw仍然是已知的。应用来自等式9的斯涅耳定律，并且代入已知值和变量，得到等式12，该等式12可以在数值上被求解为容器的底壁的厚度Tp：
求解等式7和等式12得到的Tp值应该相等，因为它们二者都测量容器底壁124的厚度Tp。然而，等式4中vpl的计算对用于TBL1和BB1的值敏感，该TBL1和BB1与针对TBL扫掠曲线峰值1122所选择的特定反射信号相对应。类似地，等式8中的vps的计算对用于TBSs和BBs的值敏感，该TBSs和BBs与针对TBS扫描曲线峰值1132所选择的特定反射信号相对应。通过分别基于vpl以及基于vps计算Tp，可以使用迭代过程来确定针对相应的TBL扫掠曲线峰值1122和TBS扫掠曲线峰值1132的特定反射信号以及它们对应的飞行时间值，这些飞行时间值引起两组等式的Tp的最接近值。
液体中的声音速度和样本的深度
随着针对容器122的计算完成，可以确定样本101中的声音速度vf和样本101的深度Tf。SRf与TBLf之间的差提供液体传输时间tf。Tf用作变量。图12E中的Tf与tf之间的关系提供以下等式13：
还可以利用先前计算的值来确定Tf和θ4。具体地，Tp、θ1和θ2。此外，与之前类似，可以基于Dbbf和vw来计算LSR。类似地，可以通过使用斯涅尔定律来计算vf。因为vw、vpl、θ1和θ2全部已被计算，因此在等式14和等式15中可以使用应用图12E的关系得出的结果来在数值上计算Tf和vf。
尽管如上所述的这些计算确认了具体的测量值和对应的计算。本领域技术人员将认识到基于类似或等效测量点的其他类似计算，或者基于如图12A至图12E中所示的由系统在扫掠期间建立的几何形状和对应的反射信号的等式。
容器和样本的声学阻抗
计算容器底壁124和样本101的声学阻抗。使用图10的参考扫掠曲线峰值1052和BB扫掠曲线峰值1012以及图11的TBL扫掠曲线峰值1122和SR扫掠曲线峰值1142来计算容器底壁124和样本101二者的对应的阻抗值。压力反射系数R用于使第一界面Z1的声学阻抗与第二界面Z2的声学阻抗相关，其中声波在第一界面与第二界面之间的界面处反射。压力反射系数R可以相关为等式16：
当声波穿过第一界面与第二界面之间的界面时，压力传输系数T用于使第一界面Z1的声学阻抗与第二界面Z2的声学阻抗相关。压力反射系数T可以相关为等式17：
具有已知密度ρ和已知声音速度v的材料的声学阻抗基于等式18：
Z＝ρv
等式18
耦合液体160的阻抗Zw再次使用温度传感器电路系统141来确定耦合液体160的温度，以确定已知耦合液体160的耦合液体密度ρw和耦合液体声音速度vw。类似地，系统处理器143使用由温度传感器电路系统141检测到的对应温度和对应的空气密度ρa以及空气声音速度va来计算样本101上方的空气空间的阻抗Za。此外，基于参考对象由已知材料制成，系统处理器143也存储了与参考对象180的阻抗Zref相对应的值。
计算初始声压p0。REF来自图10的参考扫掠曲线峰值1052的幅度。通过使用Zref、Za、REF和等式16，图12A的耦合液体160与参考对象之间的界面可以表达为等式19：
求解初始声压p0，如等式20所示：
接下来，求解容器阻抗Zp。Zw和p0保持不变。图11的BB扫掠曲线峰值1012的幅度提供pBB。并且图12B提供物理关系。可以利用等式21在数值上求解Zp。
类似地，计算样本阻抗Zf。Zp、Zw和p0与上述那样保持不变。图11的TBL扫掠曲线峰值1122的幅度提供pTB。图12C提供物理关系。可以利用等式22在数值上求解Zf。
容器壁阻抗Zp和样本阻抗Zf的值可以被进一步细化。还通过使用表面反射幅度pSR以及Zf、Zp、Zw、Za和p0。图11的SR扫掠曲线峰值1142的幅度提供pTB。信号路径由图12E表示。所得到的等式变为：
通过使用等式21至等式23，可以迭代地调整容器壁阻抗Zp和样本阻抗Zf的值，以确认与底部的底部幅度pBB、底部的顶部幅度pTB和表面反射幅度pSR最佳相关的值。
容器和样本的声学衰减
声学衰减是声音传播穿过介质时的声音的能量损失的测量。声学衰减是给定介质的性质。使用本文描述的技术，可以测量容器122的材料的声学衰减(或者更简单地，容器122衰减)。特别地，可以执行结合图12A至图12E描述的附加的扫掠或一组扫掠，但是没有样本101。换句话说，在有样本101和没有样本101的情况下都执行扫掠。扫掠的顺序(有样本101和没有样本101的情况下)可能并不重要。此外，附加的扫描数据可以与图8、图9、图10和图11所示的数据类似，但是没有样本自由表面反射812(图8)、SR扫掠曲线1140(图11)和SR扫描曲线峰值1142(图11)。此外，当不存在样本101时，扫掠数据可以不同，但是一般原则——特别是关于定时的一般原则——可以保持相似。
为了确定容器122衰减，在进行测量之前容器122可以是空的——即，容器122不保存样本101。用于确定Zf、Zp、Zw、Za、Tp和p0的方法可以保持与上述相同。在不存在样本101的情况下，图11的TBL扫掠曲线峰值1122的幅度提供pTB,empty。当在没有样本101的情况下进行测量时，TBL扫掠曲线峰值112的幅度可以更高。图12C示出了几何布置和关系，但是如上所述，当确定容器122衰减时样本101可能不存在。在这种情况下，可以使用等式24(其是根据等式22修改的)求解容器122衰减αp：
一旦确定了αp，就可以通过使用pSR以及Zf、Zp、Zw、Za、Tp和p0来确定样本101的声学衰减。图11的SR扫掠曲线峰值1142的幅度提供pSR。信号路径由图12E表示。所得到的等式(其是根据等式23修改的)变为：
如等式20至等式22和等式24至等式25(或者在其他方面)中所使用的，可以调整底部的底部幅度pBB、底部的顶部幅度pTB和表面反射幅度pSR的值以校准测量仪器。本文公开的技术的其他方面也可以是针对诸如系统100的一部分(例如，换能器组件110、电子设备140和/或电机150)的给定的测量系统进行校准。这可以通过利用一个或更多个容器和样本执行测量来执行，每个容器和样本具有与本文描述的技术相关的已知性质。由于容器和样本的性质是已知的，因此如果系统100是理想的，则所测量的特性也是已知的。如所理解的，系统很少是理想的。可以将预测的测量与实际测量进行比较。这可以提供校准信息——即，足以校准系统100的一部分(例如，换能器组件110、电子设备140和/或电机150)的信息。一旦系统100的一部分(例如，换能器组件110、电子设备140和/或电机150)被校准，就可以不需要进一步的调整。在理想系统中，可能不需要进一步调整凭经验确定的pBB、pTB和/或pSR的值。然而，由于电子设备140和/或换能器组件110(包括换能器112和声学透镜113)中的可能的非线性，或者由于换能器的焦点中的平面波的任何偏差，因此执行附加的调整可能是有用的。因此，可以调整前述的峰值(或其他值，如将理解的)以考虑设备行为、性能的变化或与理论的偏差。可以使用校准信息来调整系统100的操作以及/或者调整对测量过程期间生成的数据的处理。如所讨论的，可以针对系统100的给定部分仅执行一次校准，或者可以随着系统100的部分老化或被移动到不同环境而周期性地或偶尔地执行校准。
一旦已经确定了样本101和容器122的一些或全部特性，就可以由系统使用这些特性来确定ADE的参数，以产生更精确和准确的液滴喷射。
在一些实施方式中，采用一个或更多个神经网络的机器学习模型可以用于基于本文所公开的概念来确定ADE的参数。例如，与来自扫掠的反射的波形相关联的数据可以用于训练机器学习模型(该机器学习模型可以使用监督学习、无监督学习等来训练)，并且该训练模型可以用于确定ADE参数。在一些实施方式中，可以输入本文公开的关系中的一个或更多个关系作为针对机器学习模型的约束(例如，等式4、等式8和等式13中的一个或更多个等式)。
如将理解的，本文所描述的许多技术可以在具有非暂态计算机可读介质(也可以被称为非暂态处理器可读介质)的计算机存储产品上实现或者结合该计算机存储产品来实现，该计算机可读介质上具有用于执行各种计算机实现的操作的指令或计算机代码。介质可以包括一个或更多个不同的介质。代码可以在一个或更多个处理器例如处理器143上执行。计算机可读介质(或处理器可读介质)在其本身不包括暂态传播信号(例如，在诸如空间或线缆的传输介质上携带信息的传播电磁波)的意义上是非暂态的。介质和计算机代码(也可以称为代码)可以是为特定目的或多个目的而设计和构建的那些。非暂态计算机可读介质的示例包括但不限于：磁存储介质，例如硬盘、软盘和磁带；光存储介质，例如致密盘/数字视频盘(CD/DVD)、致密盘只读存储器(CD-ROM)和全息设备；磁光存储介质，例如光盘；载波信号处理模块；以及专门被配置成存储和执行程序代码的硬件设备，例如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)设备。本文描述的其他实施方式涉及计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括例如本文讨论的指令和/或计算机代码。
本文描述的一些实施方式和/或方法可以由软件(在硬件上执行)、硬件(例如，处理器143)或其组合来执行。硬件模块可以包括例如通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)。软件模块(在硬件上执行)可以用多种软件语言(例如，计算机代码)来表达，包括C、C++、JavaTM、Ruby、Visual BasicTM和/或其他面向对象的、过程的或其他编程语言和开发工具。计算机代码的示例包括但不限于：微代码或微指令、诸如由编译器产生的机器指令、用于产生web服务的代码、以及包含由计算机使用解释器执行的高级指令的文件。例如，可以使用以下编程语言来实现实施方式：命令式编程语言(例如，C、Fortran等)、函数式编程语言(Haskell、Erlang等)、逻辑式编程语言(例如，Prolog)、面向对象的编程语言(例如，Java、C++等)、解释语言(JavaScript、Typescript、Perl)或者其他合适的编程语言和/或开发工具。计算机代码的附加示例包括但不限于：控制信号、加密代码和压缩代码。
本领域技术人员将理解，在不脱离本申请中所公开的新颖技术的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物进行替换。此外，在不脱离本申请中所公开的新颖技术的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应新颖技术的教导。因此，本申请的新颖技术不限于所公开的特定技术，而是包括落入所附权利要求范围内的所有技术。

Claims (25)

1.一种用于声学测量至少一个特性的系统，其中，所述至少一个特性包括容器的特性或所述容器内的液体的特性中的至少一个所述系统包括：
换能器，被配置成朝向容器底壁发射多个发射信号，并且接收对应的多个反射信号，其中，所述多个发射信号包括第一发射信号和第二发射信号，所述多个反射信号包括第一反射信号和第二反射信号，并且所述多个发射信号和所述多个反射信号包括声学信号；
控制器，被配置成将所述换能器相对于所述容器底壁沿着第一维度移动到多个换能器定位中，其中，所述多个换能器定位包括第一换能器定位和第二换能器定位，并且其中，所述第一维度包括垂直维度；以及
处理器，被配置成部分地通过处理与所述多个反射信号相关联的数据来测量所述至少一个特性，
其中，所述换能器被配置成在所述换能器处于所述第一换能器定位中时发射所述第一发射信号，以及
其中，所述换能器被配置成在所述换能器处于所述第二换能器定位中时发射所述第二发射信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个特性包括以下中的至少一个：所述容器内的所述液体的深度、所述容器内的所述液体的声学阻抗、所述发射信号穿过所述液体的声音速度或所述容器内的所述液体的声学衰减。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置成确定以下中的至少一个：所述容器的声学阻抗、所述容器底壁的厚度、所述发射信号穿过所述容器底壁的纵向声音速度、所述容器的声学衰减或所述发射信号穿过所述容器底壁的剪切声音速度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述容器包括第一阱、第二阱以及第三阱；
所述系统还被配置成测量阱中的每个阱的所述至少一个特性；并且
所述控制器还被配置成将所述换能器沿着第二维度从所述第一阱下方移动至所述第二阱下方，其中，所述控制器还被配置成将所述换能器沿着第三维度从所述第二阱下方移动至所述第三阱下方，并且其中，所述第二维度和所述第三维度包括X水平维度和Y水平维度。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述容器还包括分别包含在所述第一阱、所述第二阱以及所述第三阱中的第一液体、第二液体以及第三液体，并且其中，所述系统还被配置成在测量所述阱中的每个阱的至少一个特性时，测量液体中的每个液体的至少一个特性。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述阱中的每个阱的所述至少一个特性针对每个阱包括以下中的至少一个：所述液体的相应的声学阻抗、所述液体的相应的声学衰减或所述发射信号穿过所述液体的相应的声音速度。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器还被配置成针对每个阱确定以下中的至少一个：所述阱的容器底壁的相应声学阻抗、所述阱的容器底壁的相应厚度、所述阱的容器底壁的相应声学衰减、相应阱的容器底壁的所述发射信号的纵向声音速度或所述相应阱的容器底壁的所述发射信号的剪切声音速度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述系统还包括参考对象；
所述换能器还被配置成朝向所述参考对象发射至少一个发射信号并且接收来自所述参考对象的至少一个反射信号；并且
所述处理器还被配置成部分地通过处理与朝向所述参考对象的所述至少一个发射信号和来自所述参考对象的所述至少一个反射信号相对应的数据来测量所述至少一个特性。
9.根据权利要求8所述的系统，其中：
朝向所述参考对象的所述至少一个发射信号包括朝向所述参考对象的多个发射信号；
来自所述参考对象的所述至少一个反射信号包括来自所述参考对象的多个反射信号，每个反射信号与朝向所述参考对象的相应发射信号相对应；并且
所述换能器还被配置成朝向所述参考对象发射所述多个发射信号，并且在与所述容器底壁间隔开的对应多个定位处接收来自所述参考对象的所述多个反射信号。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，朝向所述参考对象的所述至少一个发射信号和朝向所述容器的所述多个发射信号中的每个发射信号包括相同的波长、持续时间和能量水平。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：
在所述换能器与所述容器底壁之间的耦合液体；以及
温度传感器，被配置成测量所述耦合液体的温度，
其中，所述处理器还被配置成部分地通过处理与所述耦合液体的温度相对应的数据来测量所述至少一个特性。
12.根据权利要求1所述的系统，还包括声学透镜，所述声学透镜与所述换能器保持在固定的距离和定位处，使得所述声学透镜针对所述多个发射信号中的每个发射信号定义焦点，
其中，所述多个发射信号中的每个发射信号会聚在相应的会聚点处，
其中，所述容器底壁和所述液体还包括至少第一表面和第二表面，
其中，所述处理器还被配置成识别所述第一发射信号的会聚点与所述容器底壁和所述液体的第一表面对准，并且
其中，所述处理器还被配置成识别所述第二发射信号的会聚点与所述容器底壁和所述液体的第二表面对准。
13.一种用于声学测量至少一个特性的系统，其中，所述至少一个特性包括容器的特性或所述容器内的液体的特性中的至少一个，所述系统包括：
换能器，被配置成朝向所述容器的底壁发射发射信号，并且接收来自容器底壁和所述液体的反射信号，其中，所述发射信号和所述反射信号包括声学信号；以及
处理器，被配置成部分地通过处理与所述发射信号和所述反射信号的第一峰值、第二峰值和第三峰值中的每个峰值相对应的数据来测量所述至少一个特性，其中，所述反射信号包括多个回波，并且其中，所述处理器还被配置成识别所述第一峰值、所述第二峰值和所述第三峰值中的每个峰值与所述多个回波中的不同回波相对应。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理器还被配置成通过识别以下来测量所述容器底壁的至少一个特性：所述第一峰值与来自所述容器底壁的底表面的回波相对应；所述第二峰值与来自从所述容器底壁的顶表面反射出的纵波的回波相对应；以及所述第三峰值与来自从所述容器底壁的顶表面反射出的剪切波的回波相对应。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述容器的所述至少一个特性包括以下中的至少一个：声学阻抗、声学衰减、底壁厚度、所述发射信号的纵向声音速度或所述发射信号的剪切声音速度。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理器还被配置成通过以下操作来测量所述液体的至少一个特性：处理还与所述反射信号的第四峰值相对应的数据，以及识别所述第四峰值与来自所述液体的自由表面的回波相对应。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述液体的所述至少一个特性包括以下中的至少一个：所述发射信号的声音速度、声学阻抗、声学衰减或深度。
18.一种用于声学测量至少一个特性的系统，其中，所述至少一个特性包括所述容器内的液体的特性或容器中的至少一个，所述系统包括：
换能器，被配置成朝向容器底壁发射发射信号，并且接收来自所述容器和所述液体的反射信号，其中，所述发射信号和所述反射信号包括声学信号，并且其中，所述反射信号包括多个回波；以及
处理器，被配置成部分地通过以下操作来测量所述至少一个特性：处理与所述发射信号和所述反射信号的第一峰值和第二峰值相对应的数据；以及识别所述第一峰值与来自冲击所述容器底壁的表面的剪切波的回波相对应；以及识别所述第二峰值与来自冲击所述容器底壁的表面的纵波的回波相对应。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述处理器还被配置成识别所述第一峰值和所述第二峰值与来自所述容器底壁的同一部分的回波相对应。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述处理器还被配置成识别所述第一峰值和所述第二峰值与来自所述容器底壁的不同表面的回波相对应。
21.一种用于声学测量至少一个特性的系统，其中，所述至少一个特性包括容器的特性或所述容器内的液体的特性中的至少一个，所述系统包括：
换能器，被配置成朝向容器底壁发射发射信号，并且接收来自所述容器底壁和所述液体的反射信号，其中，所述发射信号和所述反射信号包括声学信号；以及
处理器，被配置成识别所述反射信号的第一峰值和第二峰值，其中，所述第一峰值与第一回波相对应并且所述第二峰值与第二回波相对应，其中，所述处理器还被配置成：
部分地基于所述第一峰值与所述第二峰值之间的延迟，而不是基于所述第一峰值的幅度和所述第二峰值的幅度来测量所述至少一个特性中的第一特性；以及
部分地基于所述第一峰值与所述第二峰值之间的幅度的差，而不是基于所述第一峰值与所述第二峰值之间的延迟来测量所述至少一个特性中的第二特性。
22.一种用于测量物品的至少一个特性的系统，所述系统包括：
换能器，被配置成朝向所述物品发射多个发射信号，并且接收来自所述物品的对应的多个反射信号，其中，所述多个发射信号包括第一发射信号和第二发射信号，并且所述多个反射信号包括第一反射信号和第二反射信号；
控制器，被配置成将所述换能器相对于所述物品沿着第一维度移动到多个换能器定位中，其中，所述多个换能器定位包括第一换能器定位和第二换能器定位，并且其中，所述第一维度包括垂直维度；以及
处理器，被配置成部分地通过处理与所述多个反射信号相关联的数据来测量所述至少一个特性，
其中，所述换能器被配置成在所述换能器处于所述第一换能器定位中时发射所述第一发射信号，并且
其中，所述换能器被配置成在所述换能器处于所述第二换能器定位中时发射所述第二发射信号。
23.一种用于测量物品的至少一个特性的系统，所述系统包括：
换能器，被配置成朝向所述物品发射发射信号，并且接收来自所述物品的反射信号，其中，所述发射信号和所述反射信号包括声学信号，其中，所述反射信号包括多个回波；以及
处理器，被配置成部分地通过处理与所述发射信号和所述反射信号的第一峰值、第二峰值和第三峰值中的每个峰值相对应的数据来测量所述至少一个特性，其中，所述处理器还被配置成识别所述第一峰值、所述第二峰值和所述第三峰值中的每个峰值与不同的回波相对应。
24.一种确定容器的至少一个特性或所述容器内的液体的至少一个特性的方法，所述方法包括：
由测量系统接纳保存所述液体的所述容器，所述测量系统包括换能器；
由所述换能器在距容器底壁的多个距离处发送和接收多个声学信号；以及
由所述系统基于所接收到的信号的差值来计算所述液体的至少一个特性或所述容器底壁的至少一个特性。
25.一种确定容器的至少一个特性的方法，所述方法包括：
由测量系统接纳所述容器，所述测量系统具有换能器；
由所述换能器在距容器底壁的多个距离处发送和接收多个声学信号；以及
由所述系统基于所接收到的信号的差值来计算所述容器底壁的至少一个特性。
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