JP2017214150A - 音響共鳴測定デバイスを使用する飲料容器内の液体の液体レベルの測定のための方法及びアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】飲料容器用の蓋、飲料容器内の液体レベルを判定する方法、飲料容器アセンブリを提供すること。【解決手段】取外し可能に取り付けられた蓋２０を有する飲料容器内の液体レベルを判定するための方法及び飲料容器アセンブリ１０。飲料容器アセンブリ１０は、飲料容器アセンブリ内の音波を測定するように構成されたセンサ１６を含んでいる。プロセッサは、センサに電子的に結合され、また、プロセッサに液体レベルを判定させるための実行可能な命令が提供されたメモリに電子的に結合されている。プロセッサによって実行される場合、実行可能な命令は、プロセッサに、センサからの音波の測定値を受信させ、音波の測定値の周波数特性を取得させ、飲料容器アセンブリの特性のセットに関する基準情報を取得させる。プロセッサは、周波数特性及び基準情報に基づき、飲料容器アセンブリ内の液体レベルを判定し得る。【選択図】図１

Description

本発明は、飲料容器内の液体の液体レベルの測定のためのデバイス及び方法に関する。

音響共鳴測定デバイスを有する飲料容器アセンブリの断面図である。 図１の音響共鳴測定デバイスを有する飲料容器の蓋の拡大半透明図である。 図２の音響共鳴測定デバイスの電子機器アセンブリの概略図である。 図３Ａの電子機器アセンブリの電子システムの第１の概略図である。 図３Ａの電子機器アセンブリの電子システムの第２の概略図である。 図１の飲料容器内の液体レベルを判定するためのフローチャートを示す図である。 図１の飲料容器内で測定されたオーディオ信号のパワースペクトル密度のグラフを示す図である。

液体測定デバイス１４を使用して、飲料キャビティ１２内の液体の液体レベルを測定するように構成された飲料容器アセンブリ１０が、図１に示されている。液体測定デバイス１４は、飲料キャビティ１２内の音波を測定するように構成された音響センサ１６（たとえば、マイク）と、測定された音波を記録し、この測定された音波に関して分析を行って、飲料キャビティ内の液体の液体レベルを判定する電子システム１８（図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃ参照）と、を含む。電子システム１８は、飲料キャビティ１２の液体レベルに対応する、測定された音波の周波数特性を識別するために、ヘルムホルツ共鳴を使用し得る。分析の結果に基づき、電子システム１８は、ユーザに、飲料キャビティ１２の液体レベルに関して通知し得る。

本実施形態の電子システム１８の音響センサ１６は、図２に示すように、飲料容器１０の蓋２０内に収容されている。蓋２０は、プリントされた回路ボードアセンブリ（ＰＣＢ）２２を収容し得る。このＰＣＢ２２には、電子システム１８及び／または音響センサ１６が設置されている。音響センサ１６は、電子的に電子システム１８に結合しており、ＰＣＢ２２上、または、ＰＣＢ２２に隣接して配置され得る。蓋２０は、音響センサ１６及び電子システム１８に給電するための、ＰＣＢ２２に電子的に結合された（図３Ａ参照）、バッテリ２６などのエネルギ貯蔵デバイスを収容し得る。蓋２０は、バッテリ２６を収容するためのキャビティ２４を含み得る、バッテリ２６は、バッテリドア２８を通してキャビティ内に挿入されるか、キャビティから取り除かれ得る。代替的には、蓋２０は、電子システム１８内の音響センサ１６に給電するための、シールされた内部エネルギ貯蔵デバイスを含み得る。このエネルギ貯蔵デバイスは、蓋上のポート（たとえば、マイクロＵＳＢポート）を通して再充電可能である。

蓋２０は、飲料容器本体３２の上方部分３０に取外し可能に取り付けられている。飲料キャビティ１２は、上方部分３０においてアパーチャ３４から下方に延びるキャビティ下方部分１２Ｌと、蓋上方部分３６から下方に延びる蓋側壁３５によって画定された蓋２０内のキャビティ上方部分１２Ｕと、飲用アパーチャ３８から蓋上方部分３６に下方に延びる飲用アパーチャキャビティ１２Ｄと、を含み得る。蓋２０は、飲用アパーチャ３８を選択的にシールするか開けるための、この蓋２０に取り付けられたキャップ３７を含み得る。本実施形態の音響センサ１６は、蓋上方部分３６上または蓋上方部分３６内の飲料キャビティ１２に向かって下方に面して配置され、飲料キャビティ内の音波を測定するように向けられている。しかし、蓋側壁３５または飲料容器本体３２の側壁の内側など、音響センサ１６に関する他の位置が考慮される。薄いシリコン・ラバー・シートなどの薄膜３９は、音響センサ及び電子機器を液体の浸入から守るために、音響センサ１６をカバーし得る。薄膜３９は、薄膜３９の存在が、音響センサ１６に来る音波に著しく影響することのないように、低い音響インピーダンスを有するものとする。

音響センサ１６は、飲料キャビティ１２で測定された音波に対応する電子オーディオ信号を生成する。電子システム１８は、オーディオ信号の１つまたは複数の特性を判定するために、オーディオ信号を分析し得る。具体的には、電子システム１８は、フーリエ変換（たとえば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ））などの周波数領域の変換を実施して、時間領域のオーディオ信号を周波数領域に変換し、それにより、飲料キャビティ１２内の音の周波数の要素に対応する周波数スペクトルを生成し得る。電子システム１８は、さらに、飲料キャビティ１２内の音の周波数スペクトルのパワースペクトル密度を判定し得る。パワースペクトル密度により、飲料キャビティ１２内の液体レベルに対応する共鳴周波数が示される。ヘルムホルツ共鳴の原理を使用して、飲料容器１０内の液体の液体レベルが、以下に記載のように、飲料容器の共鳴周波数及び既知の特性に基づいて正確に判定され得る。電子構成要素１８は、ユーザに液体レベルを通知し、及び／または、経時的に液体レベルを追跡し得る。

電子システム１８に加え、ＰＣＢ２２は、図３Ｂに示すように、音響システム構成要素４０、モーション・センシング・システム構成要素４２、補足センシングシステム構成要素４４、及びアンテナ４６を含み得る。音響システム構成要素４０は、電子システム１８に伝達する前に、音響センサ１６からのオーディオ信号をフィルタリング、増幅、及び減衰するための、信号調整構成要素４８を含み得る。たとえば、信号調整構成要素４８は、２ｋＨｚ未満の周波数の要素をフィルタリングする（すなわち、減衰する）ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を含み得る。本実施形態の飲料容器１０は、能動的に音を生成することなく、飲料キャビティ１２内の周囲の音（すなわち、飲料キャビティに入るか、出る空気によって生成される音）を測定する。しかし、いくつかの実施形態では、音響システム構成要素は、以下に記載するように、音生成ユニット５０を含み得る。

電子システム１８は、音響システム構成要素４０から受信したアナログオーディオ信号をデジタルオーディオ信号にサンプリング及び／または変換する、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５２を含み得る。処理ユニット５４は、ＡＤＣ５２からのデジタルオーディオ信号を受信及び処理して、オーディオ信号の１つまたは複数の特性を判定する。処理ユニット５４は、所定の方法に従ってデジタルオーディオ信号を分析し、この分析の結果に対応する、ユーザに対する通知を生成するように構成された、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プロセッサ（たとえば、マイクロプロセッサ）、またはその一部などの集積回路（ＩＣ）であってもよい。処理ユニット５４は、プログラム記憶セクション５６（たとえば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、キャッシュ）に記憶された命令を実行し、処理ユニットに、分析を実施させ、本明細書に記載の通知を生成させる。プログラム記憶セクション５６は、パワースペクトルにおけるピーク周波数を判定するためのプログラムを貯蔵し得る。処理ユニット５４は、オーディオ信号に関連するデータを記憶するためのメモリ５８（たとえば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、キャッシュ）に電子的に結合され得る。メモリ５８は、飲料キャビティ１２のサイズ及び／または形状に関する基準データ（たとえば、ルックアップテーブル、較正曲線）、飲料容器１０を較正するための較正データ、処理ユニットに接続された電子構成要素を制御するか電子構成要素と通信するため、及び／または、受信したオーディオ信号を平均化するための複数のオーディオ信号を貯蔵するための制御データなどの、他のデータをさらに記憶し得る。

処理ユニット５４も、受信したデジタルオーディオ信号を処理するためのデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）６０に電子的に結合され得る。処理ユニット５４は、デジタルオーディオ信号データ及び制御信号をＤＳＰ６０に送って、ＤＳＰ６０に、処理ユニット５４の負荷を低減するための１つまたは複数の処理を実施させる。制御信号またはデジタルオーディオ信号データの受信に応じて、ＤＳＰ６０は、受信したデジタルオーディオ信号データを処理または分析するための１つまたは複数の処理を実施するように構成され得る。ＤＳＰ６０は、時間領域からのデジタルオーディオ信号データを周波数領域に変換するフーリエ変換（たとえば、ＦＦＴ）を実施するように構成され得る。ＤＳＰ６０は、デジタルオーディオ信号データの周波数スペクトルのパワースペクトルにおけるピーク周波数を検出し、及び／または、いくつかのデジタルオーディオ信号のサンプルを平均化し、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を向上させるように構成され得る。

処理ユニット５４は、音生成ユニット５０、モーション・センシング・システム構成要素４２、及び／または補足センシングシステム構成要素４４を含む、１つまたは複数の周囲のデバイスに接続されたＩ／Ｏポート６２に電子的に結合され得る。飲料キャビティ１２内の液体レベル、所与の時間で飲料キャビティから消費された液体の量、飲料キャビティ内の液体の温度、または蓋２０の状態をユーザに知らせるための表示デバイスなどの他の周囲のデバイスが考慮される。

処理ユニット５４は、アンテナ４６を使用して、スマートフォン、スマートウォッチ、またはタブレットコンピュータなどの他の電子デバイスとワイヤレス通信するために構成された、ワイヤレス通信ユニット６４に電子的に結合され得る。通信ユニット６４は、短距離または中距離通信デバイスであってもよく、かつ、非限定的な例として、ブルートゥース（登録商標）送受信機、無線周波数送受信機、Ｚｉｇｂｅｅ送受信機、赤外送受信機、またはＷｉ−Ｆｉ送受信機の１つまたは複数を含み得る。通信ユニット６４は、測定されたオーディオ信号に関する処理ユニット５４からのデータを受信し、このデータを、通信プロトコルに従って、ワイヤレス接続された電子デバイスに伝達する。たとえば、通信ユニット６４は、分析の結果に関するデータ、飲料キャビティ１２の液体レベル、または飲料キャビティ内の液体の温度を受信し、ブルートゥース（登録商標）通信技術を使用して、ユーザのスマートフォンにデータを送ることができる。通信ユニット６４は、ワイヤレス接続された電子デバイスからデータまたはコマンドを受信し、受信したデータまたはコマンドを処理ユニット５４に送信するようにも構成され得る。

電子システム１８またはその構成要素は、チップ上のシステムか、パッケージデザイン内のシステムとして実施され得るか、ＰＣＢ２２上の複数の別個の構成要素であってもよい。音響システム構成要素４０、モーション・センシング・システム構成要素４２、及び／または補足センシングシステム構成要素４４の１つまたは複数の構成要素は、電子システム１８の一部であってもよい。

音響センサ１６によって測定された音波は、飲料容器１０の共鳴特性に対応するトーンまたは周波数スペクトルを有している。具体的には、飲用アパーチャ３８がシールされていない（すなわち、キャップ３７が飲用アパーチャ３８から除去されている）場合、飲料キャビティ１２は特定の共鳴周波数ｆ_Rの音波を生成する。外側の周囲のノイズは、飲料容器１０に入り、ヘルムホルツ共鳴に従って、飲料容器の内部の共鳴モードに結合される場合がある。飲料キャビティ１２内で生成された共鳴周波数ｆ_Rは、飲料キャビティ１２内の空気の体積、飲料キャビティ１２内の音速、飲用アパーチャキャビティ栓１２Ｄの長さ、及び飲用アパーチャキャビティ１２Ｄの断面積に依存する。図１を参照すると、既知の寸法を有し、飲用アパーチャ３８が開いている飲料キャビティ１２の共鳴周波数ｆ_Rは、方程式（１）を使用して計算され得る。ここで、ｖ_sは音速、Ａは飲用アパーチャキャビティ１２Ｄの断面積、Ｖはキャビティ下方部分１２Ｌ及びキャビティ上方部分１２Ｕ内の空気の体積、Ｌは飲用アパーチャキャビティ１２Ｄの長さである。

飲料容器１０の液体レベルが満杯である場合、飲料キャビティ１２の体積Ｖは最小であり（すなわち、下方飲料キャビティ１２Ｌ内の空気の体積がほぼゼロである）、示された共鳴周波数ｆ_Rは、特定の飲料キャビティに関する最大周波数ｆ_RFである。対照的に、飲料容器１０が空である場合、飲料キャビティ１２の体積Ｖは最大であり、示された共鳴周波数ｆ_Rは、特定の飲料キャビティに関する最小周波数ｆ_REである。飲料容器１０の液体レベルが減少するにつれて、飲料キャビティ１２内の空気の体積Ｖが増大し、共鳴周波数ｆ_Rが最大共鳴周波数ｆ_RFから減少する。たとえば、飲料キャビティ１２が液体レベルＦ１まで満たされている場合（図１参照）、飲料キャビティは、最大共鳴周波数ｆ_RFより低く、最小共鳴周波数（すなわち、飲料キャビティ１２が空の場合の周波数）より高い第１の共鳴周波数ｆ_R1の第１の共鳴トーンＴ１を示す。飲料キャビティ１２が液体レベルＦ１より大である液体レベルＦ２まで満たされている場合、飲料キャビティは、第１の共鳴周波数ｆ_R1より高い共鳴周波数ｆ_R2の第１の共鳴トーンＴ２を示す。

飲料キャビティ１２内の液体の液体レベルを判定するために、電子システム１８は、音響センサ１６からオーディオ信号をサンプリングし、サンプリングされたオーディオ信号を周波数領域に処理し、周波数領域の信号を分析してその信号の共鳴周波数を判定する。飲料容器１０の液体レベルを判定するプロセスを図４に示す。ステップＳ１０では、電子システム１８が、音響センサ１６から測定されたオーディオ信号を受信する。処理ユニット５４は、音響センサ１６からオーディオ信号をサンプリングし、次いで、デジタルサンプリングされたオーディオ信号を処理ユニットに送るように、ＡＤＣ５２を制御し得る。ＡＤＣ５２は、飲料容器１０のサイズに適切な周波数スペクトルを確保するのに十分な時間の間だけ、オーディオ信号をサンプリングするものとする。たとえば、１００Ｈｚから１ｋＨｚの共鳴周波数バンドを有する飲料容器１０は、少なくとも１０ｍｓの間、オーディオ信号をサンプリングするものとする。処理ユニット５４は、以下に記載するように、電力を適切に管理するか、温存するように、振動に応じて、または、サンプリングスケジュールに応じて、オーディオ信号をサンプリングするようにＡＤＣ５２を制御し得る。

ステップＳ１２では、電子システム１８が、オーディオ信号サンプルを処理し、オーディオ信号を時間領域から周波数領域に変換する。処理ユニットによって制御される処理ユニット５４またはＤＳＰ６０は、受信された時間領域のオーディオ信号にフーリエ変換（たとえば、ＦＦＴ、離散フーリエ変換（ＤＦＴ））を実施して、時間領域のオーディオ信号を、周波数スペクトルを有する周波数領域のオーディオ信号に変換し得る。ラプラス変換またはＺ変換などの、他の周波数領域の変換が考慮される。

電子システム１８は次いで、ステップＳ１４で周波数領域のオーディオ信号を分析して、飲料キャビティ１２内の空気の共鳴周波数ｆ_Rを判定する。上述のヘルムホルツ共鳴の原理に基づき、周波数領域のオーディオ信号は、図５に示すように、飲料キャビティ１２内の空気の共鳴周波数ｆ_Rに対応するピークＰを有する。処理ユニット５４またはＤＳＰ６０は、周波数領域のオーディオ信号のパワースペクトル密度を分析して、ピークＰの周波数を判定し得る。ステップＳ１４でのピークの検知は、プログラムメモリ５６に記憶されたソフトウェアを実行するか、ＦＰＧＡなどの、ピークＰを検知するように構成されたハードウェアを使用することによって実施され得る。

ステップＳ１６では、電子システム１８が、検知されたピークＰにおける共鳴周波数ｆ_Rと、飲料キャビティの既知の寸法とに基づいて、飲料キャビティ１２内の液体レベルを判定する。具体的には、共鳴周波数ｆ_Rは、飲料キャビティ１２に含まれる空気の体積に対応する。処理ユニット５４は、飲用アパーチャキャビティ１２Ｄの断面積Ａ、キャビティ上方部分１２Ｕの空気の体積、飲用アパーチャキャビティ１２Ｄの長さＬ、キャビティ下方部分１２Ｌの断面積Ａ_L、及び、飲料キャビティ１２が空（すなわち、液体がない）の場合の空気の体積Ｖ_E、を識別するメモリ５８上のルックアップテーブルを参照し得る。このデータから、処理ユニット５４は、方程式１を使用して、キャビティ下方部分１２Ｌ内の空気の現在の体積Ｖを判定し得る。液体レベルＦは、このため、空のキャビティの空気の体積Ｖ_Eから現在の空気の体積Ｖを減じ、次いで、この結果を断面積Ａ_Lで割ることによって計算され得る。代替的には、処理ユニット５４は、判定された共鳴周波数ｆ_Rに対応する液体レベルを示す１つまたは複数のカーブを画定する、メモリ５８に記憶された較正曲線またはチャートを参照し得る。

飲料キャビティ１２内の空気中の音速ｖ_sは、内部の空気の温度に依存する。電子システム１８は、飲料キャビティ内の液体または空気の温度を測定して、温度で調整された音速ｖ_sを計算し、液体レベルＦを正確に判定し得る。蓋２０のＰＣＢ２２には、内部の空気の温度を測定するために、上方飲料キャビティ１２Ｕ上、または上方飲料キャビティ１２Ｕ内に位置する温度センサ６６が備えられ得る。ＡＤＣ５２は、温度センサ６６に電子的に結合され得、また、センサからの温度の測定値をサンプリングし、この温度の測定値に対応するデジタル信号を伝達するように構成され得る。ステップＳ１６の前（たとえば、ステップＳ１０）に、処理ユニット５４は、温度センサ６６から１つまたは複数の温度の測定値を取得するように、ＡＤＣ５２を制御し得る。処理ユニット５４は、温度の測定値を処理し、この温度の測定値に基づいて音速ｖ_sを調整し得る。たとえば、処理ユニット５４は、補正率を生成するか、メモリ５８に記憶された補正率を識別して、共鳴周波数ｆ_Rを計算するか識別することができる。

飲料キャビティ１２内の空気の体積の共鳴周波数ｆ_Rは、較正曲線に基づき、飲料キャビティ内の液体の液体レベルＦまたは体積を計算するか識別するのに使用され得る。この識別された共鳴周波数ｆ_Rは、較正曲線上の液体の液体レベルＦまたは体積に対応し得る。様々な較正曲線が、様々な形状及び／またはサイズを有する飲料容器に関して達成され得る。較正曲線は、蓋の固有の幾何学形状、または、飲料容器に使用される材料のタイプなどの、現実世界で考慮すべき他の事項に基づき、純粋なヘルムホルツの理論から変化し得る。較正曲線のデータは、メモリ５８、または、ユーザのモバイルデバイス内に記憶されたモバイルアプリケーション内に記憶され得る。

ステップＳ２０では、電子システム１８がユーザに、飲料キャビティ１２内の液体の液体レベルＦまたは体積を知らせる。処理ユニット５４は、共鳴周波数ｆ_Rまたは液体レベルＦに関するデータを、ユーザに液体レベルＦを通知するためのアプリケーションが備えられたユーザのモバイルデバイスにワイヤレスで伝達するように、通信ユニット６４を制御し得る。代替的には、処理ユニット５４は、飲料キャビティ１２内の液体の液体レベルＦまたは体積を、飲料容器１０の表面上のディスプレイデバイス６８に表示し得る。ディスプレイデバイス６８は、Ｉ／Ｏポート６２を通して処理ユニット５４に電子的に接続され得る。

ユーザのモバイルデバイス上のアプリケーションは、現在の液体レベルを示し、及び／または、飲料容器１０からの液体の、ユーザの消費を追跡し、ユーザに結果を表示し得る。このアプリケーションは、ユーザに、「さらに水を飲む時間」であることを通知するか、ユーザのゴールへの進行レベルを示す（たとえば、日々の液体の消費のゴールの達成率）など、さらなる液体レベルの通知を提供し得る。このアプリケーションは、飲料キャビティ１２内の空気若しくは液体の温度の測定値、またはバッテリ２６の電力レベルに関する通知などの他の表示をも提供し得る。このアプリケーションは、経時的に消費を追跡し、液体の消費に関する統計量を表示してもよい。このアプリケーションは、モバイルデバイスに、液体レベルの判定に関する処理及び分析のために、通信ユニット６４にデータを送らせる事ができる。

飲料容器１０は、電力の管理及び／または温存のための１つまたは複数の特徴を実施し得る。電子システム１８は、電力及びバッテリの寿命を温存することを可能にするサンプリングスケジュールを実施し得る。飲料容器１０が使用中でないか、電子システム１８が、ユーザが飲料容器から液体を最近消費していないか、現在消費していないと判定した場合、電子システムは、飲料容器１０を、低電力状態に維持し得る。ここで、いくつかの電子構成要素（たとえば、ＡＤＣ５２、ＤＳＰ６０、通信ユニット６４）は、スリープ状態に維持されるか、低減された電力の供給を受ける。たとえば、通信ユニット６４は、スリープ状態では、いずれのワイヤレス通信をも伝達しなくてよい。別の非限定的な例では、処理ユニット５４は、ユーザが飲料容器１０から液体を最近消費したか、現在消費していることの表示を受信するのに応じて、音響システム構成要素４０からオーディオ信号をサンプリングするように、ＡＤＣ５２を制御し得る。

電子システム１８は、センサを監視して、飲料容器が使用中であるか、ユーザが飲料容器１０から液体を消費しているか最近消費したかを判定し得る。いくつかの実施形態では、電子システム１８は、モーション・センシング・システム構成要素４２を使用して、サンプルを取得する時間を判定し得る。モーション・センシング・システム構成要素４２は、加速度計、及び、飲料容器１０が上方に移動しているか、ある角度で傾いている場合に、動きまたは傾きを示す信号を生成する、関連する電子機器を含み得る。上方または傾きの移動が検出されない間は、ユーザが液体を消費しているとは考えられないことから、サンプリングする必要はないものと考えられる。いくつかの実施形態における電子システム１８は、キャップ３７の状態を監視して、いつ飲料キャビティ１２の音をサンプリングするかを判定し得る。蓋２０は、蓋または飲用アパーチャ３８上におけるキャップ３７の有無を検出する、接触スイッチ、または、磁気リードスイッチなどの非接触スイッチを含む場合がある。キャップ３７が、蓋２０または飲用アパーチャ３８上に位置すると検出された場合、電子システム１８は、低電力状態に維持され得る。電子システム１８は、キャップ３７が蓋２０または飲用アパーチャ３８から除去される場合に、低電力状態から起動され得る。

ユーザの、飲料キャビティからの液体の消費を検出するための他の方法及び構成が考慮される。オーディオ信号は、キャップ３７が蓋２０または飲用アパーチャ３８上にあるか判定するために監視され得る。具体的には、オーディオ信号における共鳴のピークが存在しないことが、キャップ３７があることを示す場合があり、この理由は、ヘルムホルツ共鳴が、飲料キャビティ１２が開いている（すなわち、飲用アパーチャ３８が開いている）ことを必要とするためである。オーディオ信号の振幅は、キャップ３７があるかを判定するために監視され得る。オーディオ信号の振幅が所定の閾値よりも低い場合、たとえば、電子システム１８が低電力状体に維持されている場合がある。これは、キャップ３７がある場合、飲料キャビティ内ではオーディオ信号がより静かであると考えられるためである。部分的サンプルが取られる場合があり、キャップ３７が蓋２０上に検出された場合、電子システム１８は、スリープモードに移行することができるか、通信ユニット６４からの伝達を中断することができる。別の方法または構成では、蓋２０は、２つ以上の加速度計を使用して、飲料容器１０の慣性を検知し、それにより、ユーザが飲料容器を持ち上げ、飲料容器から消費する時を判定し得る。さらなる方法または構成では、蓋２０は、液体の消費を検出するために、飲用アパーチャ３８またはその近位に設置された静電容量センサを含み得る。電子システム１８は、電子的に静電容量センサに結合され、飲料キャビティ１８内の液体が静電容量センサに接触する際に、ユーザによる液体の消費を検出するように構成され得る。電子システム１８は、ユーザによる液体の消費の検出の精度を向上させるために、静電容量センサに加え、１つまたは複数の加速度計を含み得る。

飲料容器１０は、飲料キャビティ１２内のノイズを能動的に生成及び／または制御するための音生成ユニット５０を含み得る。音生成ユニット５０は、飲料キャビティ１２内にあるか、飲料キャビティ１２に向けられたスピーカを備え得る。１２オンスから３６オンスの容量の範囲の飲料容器は、１００Ｈｚから１ｋＨｚの間（周波数は、飲料キャビティ１２内の液体レベルが減少するにつれて低くなる）の、空から満杯までの共鳴周波数ｆ_Rの予期される信号バンドを有する共鳴トーンを生成し得る。音生成ユニット５０は、予期される信号バンド内のすべての周波数を包含する、制御された音を生成する。環境からの周囲の外のノイズは、バンド外の周波数、及び、飲料キャビティ１２内の共鳴周波数の測定に悪影響を及ぼすか妨げる単調なトーン、を含む場合がある。音生成ユニット５０は、共鳴を励起し、共鳴反応の抽出を容易にし、システム内のＳＮＲを増大させる、制御されたノイズを導入する。

音生成ユニット５０は、図３Ｂに示すように、音響システム構成要素４０の一部であり得る。音生成ユニット５０は、Ｉ／Ｏポート６２を介して処理ユニット５４に電子的に結合され、処理ユニットからの制御信号を受信するのに応じて予期された信号バンドを有する制御された音を生成するように構成され得る。音生成ユニット５０は、処理ユニット５４から送信された音出力信号に基づいて制御された音を生成し得る。または、音生成ユニット５０は、制御された音を生成するようにプログラムされ得る。音生成ユニット５０は、定期的に制御された音を生成するか、飲用アパーチャ３８を開くなどの所定の振動に応じてのみ、制御された音を生成するように制御され得る。音生成ユニット５０は、飲料容器１０が上述の低電力状態にある場合、オフにされ得る。

音生成源５０によって生成される制御された音は、ホワイトノイズ、ピンクノイズ、レッドノイズを含み得るか、周波数掃引であり得る。ホワイトノイズは、予期される信号バンド内のすべての周波数を包含する。ピンクノイズは、オクターブ毎に等しいエネルギレベルを有し、ホワイトノイズよりも高周波数の要素が少なくなる。このことは、予期される信号の低周波数バンドが与えられる場合に引き立つ。レッドノイズは、オクターブ毎にエネルギが低下するランダムノイズであり、ピンクノイズよりも高周波数の要素がさらに少なくなる。このことも、予期される信号の低周波数バンドが与えられる場合に引き立つ。周波数掃引は、信号バンド全体（たとえば、１００Ｈｚから１ｋＨｚ）にわたる範囲のトーンを出し、ある時点において１つのトーンを出す。周波数掃引を使用することは、振幅に関して信号を監視できることから、フーリエ変換を使用して、測定されたオーディオ信号を処理することが必要でない場合がある。具体的には、共鳴周波数ｆ_Rは、周波数が共鳴ポイントを通って掃引する場合、より高い振幅を有する。このことは、処理ユニット５４が、周波数掃引の間か、周波数掃引と同時に、検出できる。音生成ユニット５０は、ＳＮＲに関して利益を与えるか、ユーザの経験を向上させもする（たとえば、「ヒューッと音を立てる波」の音、または、「水滴」の音）、他のトーンまたは音を出すことができる。

飲料容器１０は、キャップ３７が飲用アパーチャ３８から除去される際に、予期される信号バンドのすべての周波数を包含する音の衝撃（たとえば、「クリック」、「スナップ」）を生成し得る。音の衝撃は、蓋２０に組み込まれた特徴によって機械的に生成され得、それにより、キャップが飲用アパーチャ３８から除去されると、キャップの一部が特徴部と相互作用して、音の衝撃を生成するようになっている。音の衝撃は、キャップ３７が除去された際に音の衝撃を生成する、ソレノイドまたはリニアアクチュエータなどの電気機械デバイスによって電子的に生成され得る。

蓋２０は、コンテナ本体３２の様々なタイプ、サイズ、及び／または形状と相互変更してもよい。蓋２０は、コンテナ本体３２のタイプに関する情報を受信することにより、飲料キャビティ１２のサイズ及び／または形状を自動的に判定するように構成され得る。または、蓋は、ユーザの入力に基づき、飲料キャビティのサイズ及び／または形状を識別する情報を提供し得る。電子システム１８は、識別された飲料キャビティのサイズ及び／または形状に基づいて、飲料キャビティ１２内の液体レベルを正確に判定し得る。電子システム１８は、液体レベルを判定して、処理ユニット５４の負荷を低減する際に、受信した情報に基づき、メモリ５８内の較正曲線またはルックアップテーブルを参照し得る。

いくつかの実施形態では、通信ユニット６４は、コンテナ本体３２のサイズ及び／または形状に関する情報を受信し、飲料キャビティ１２内の液体の液体レベルを判定する際に、その情報を使用し得る。各コンテナ本体３２は、電子システム１８がコンテナ本体３２のタイプ、サイズ、及び／または形状を識別できる情報を包含する低電力ワイヤレス識別信号を伝達する無線認識デバイス（ＲＦＩＤ）などの識別ユニットを含み得る。代替的には、ユーザは、モバイルデバイス上のアプリケーションとやり取りして、蓋２０に取り付けられたコンテナ本体３２のタイプを識別し、電子システム１８が飲料キャビティ１２のサイズ、形状、及び／またはタイプを識別する助けになる情報を電子システム１８に伝達し得る。

他の実施形態では、各コンテナ本体３２は、蓋２０がコンテナ本体に取り付けられる際に電子システム１８と電子的に結合される電子構成要素（たとえば、抵抗器、コンデンサ、ＩＣ）を含み得る。蓋２０は、蓋がコンテナ本体３２に取り付けられた際に、コンテナ本体３２上の電気コンタクトと接続する電気コンタクトを有し得る。蓋２０がコンテナ本体３２に取り付けられる際に、コンテナ本体の電子構成要素は、発振機などの電子システム１８の電子回路を完成するか、電子システムに電磁信号を送信し得る。電子システム１８は、完成した電子回路からの応答、または、受信した電気信号に基づき、コンテナ本体３２のタイプ、サイズ、及び／または形状を識別し得る。

オーディオ信号の測定は、信頼性を向上させるために、繰り返してもよい。ＳＮＲを向上させるために、複数のオーディオ信号をサンプリングし、次いで平均化してもよい。測定は、共鳴のピークの抜粋の信頼性を向上させるように、繰り返してもよい。

本明細書に記載の飲料容器は、飲料容器内の液体の液体レベルを測定するための、以前に実施された方法及びデバイスを超える複数の利点を有する。上述の飲料容器は、電力消費がきわめて低く、また、コストがきわめて低い利点を有する。液体レベルの測定は、飲料容器の傾き及び動きに対しては反応しない。飲料容器は、周囲の環境の音を使用する場合があり、内部の液体レベルを測定するために、能動的なノイズ源を必要とせず、外部の影響を受ける恐れがない。

Claims (12)

1. 飲料容器用の蓋であって、
   飲料容器に取外し可能に取り付けられるように構成される蓋本体と、
   前記蓋本体に収容され、音波を測定するように構成されるセンサと、
   前記蓋本体に収容され、前記センサに電子的に結合されるプロセッサと、
   前記プロセッサに電気的に結合され、前記プロセッサによって実行された際に、前記プロセッサに、
   前記音波の測定値を前記センサから受信することと、
   前記測定値に少なくとも部分的に基づき、前記音波の周波数特性を取得することと、
   前記飲料容器の１つまたは複数の特性、及び、前記蓋本体の１つまたは複数の特性に関する基準情報を取得することと、
   前記周波数特性及び前記基準情報に少なくとも部分的に基づき、空気の体積を判定することと、
   をさせるコードが提供されたメモリと、を備える、
   前記蓋。
2. 前記周波数特性を取得することは、前記測定値に対して周波数領域の分析を実施させることを含む、
   請求項１に記載の蓋。
3. 取得された前記周波数特性が、前記周波数領域の分析を実施した結果として判定される共鳴周波数である、
   請求項２に記載の蓋。
4. 前記蓋本体が飲用アパーチャを含み、前記蓋本体の前記１つまたは複数の特性に関する前記基準情報が前記飲用アパーチャに関する情報を含んでいる、
   請求項１に記載の蓋。
5. 前記プロセッサによって実行される場合、前記コードはさらに、前記プロセッサに、前記蓋のユーザに対する、前記空気の体積に少なくとも部分的に基づく液体レベルに関する通知の準備をさせる、
   請求項１に記載の蓋。
6. 前記空気の体積が、共鳴周波数分析を使用して実施された計算に基づいて判定される、請求項１に記載の蓋。
7. 飲料容器の蓋内に設置された音響センサから、飲料容器内の音波の測定値を受信することと、
   前記測定値の周波数特性を取得することと、
   前記飲料容器及び前記飲料容器の蓋の少なくとも一方の特性に関する基準情報を取得することと、
   前記基準情報及び前記周波数特性に少なくとも部分的に基づき、前記飲料容器内の空気の体積を判定することと、を含む、
   飲料容器内の液体レベルを判定する方法。
8. 前記基準情報は、前記飲料容器の空の体積に関する情報を含み、
   前記基準情報の前記飲料容器の前記空の体積に関連して、前記空気の体積に関する分析を少なくとも実施する、前記飲料容器内に含まれる液体レベルを判定すること、をさらに含む、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記飲料容器内の前記液体レベルに関する通知を提供することをさらに含む、
   請求項８に記載の方法。
10. 液体を保持するためのキャビティを有する飲料容器本体と、
    前記キャビティ上に、前記飲料容器本体に取外し可能に取り付けられるように構成された蓋と、
    前記飲料容器本体内の音波を測定するように構成されたセンサと、
    前記センサに電子的に結合されたプロセッサと、
    前記プロセッサに電気的に結合され、前記プロセッサによって実行される際に、前記プロセッサに、
    前記音波の測定値を前記センサから受信することと、
    前記測定値に少なくとも部分的に基づき、前記音波の周波数特性を取得することと、
    前記飲料容器本体の１つまたは複数の特性、及び、前記蓋の１つまたは複数の特性に関する基準情報を取得することと、
    前記周波数特性及び前記基準情報に少なくとも部分的に基づき、空気の体積を判定することと、
    をさせるコードが提供されたメモリと、を備える、
    飲料容器アセンブリ。
11. 前記飲料容器本体が、前記飲料容器本体に関する情報を提供するように構成された電子構成要素を備える、
    請求項１０に記載の飲料容器アセンブリ。
12. 前記電子構成要素が、前記蓋が前記飲料容器本体に取り付けられた結果として前記プロセッサに電気的に結合され、回収された前記基準情報が、前記飲料容器本体に関する前記情報に少なくとも部分的に基づく、
    請求項１１に記載の飲料容器アセンブリ。

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