KR20200019186A - 음향 컨테이너 볼륨 캘리브레이션을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

초음파 검사 기술들을 사용하여 저장 컨테이너들의 볼륨을 캘리브레이션하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 대표적인 초음파 캘리브레이션 시스템은 컨테이너의 외부 표면상의 각각의 위치들에 제어 가능하게 배치되는 복수의 음향 디바이스를 포함한다. 음향 디바이스들은 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 음향 신호들을 송신하기 위한 트랜스듀서 및 음향 신호들을 검출하도록 구성된 센서들을 포함한다. 음향 디바이스들은 음향 디바이스들의 위치 결정 및 동작을 제어하는 진단 컴퓨팅 디바이스와 통신하고 다양한 음향 디바이스 사이에서 이동하는 음향 신호들의 전파 시간을 결정하도록 더 구성된다. 더욱이, 음향 디바이스들의 특정 배열 및 측정된 음향 신호 정보에 따라, 제어 컴퓨터가 컨테이너 및 그 내부 볼륨의 치수들을 계산하도록 구성된다.

Description

음향 컨테이너 볼륨 캘리브레이션을 위한 시스템 및 방법

본 발명은 구조물의 비파괴 검사를 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 비파괴 방식으로 컨테이너의 기하 구조의 음향 측정을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

오일 및 가스 산업에서, 원유 및 정제유 제품용 저장 탱크는 탄화수소의 공급 체인에서 핵심적인 역할을 한다. 이러한 저장 유닛의 정확한 볼륨을 인지하는 것은 제품을 탱크로 그리고/또는 그로부터 전달할 때 중요한 역할을 한다. 외부 및 내부 조건(즉, 온도)과 시효의 변화 그리고 또한 액체 제품의 중량(즉, 정수압)의 결과로, 탱크 볼륨은 +/-0.2%만큼 변할 수 있다. 250,000 배럴의 저장 탱크를 고려하면, 이러한 변화는 +/-500 배럴의 볼륨의 볼륨 변화로 이어진다.

석유 탄화수소의 높은 가치로 인해 , 저장 탱크의 캘리브레이션에 대한 필수 요건이 있다. 보관 전달(custody transfer)에 사용되는 탱크는 전달되는 볼륨이 매우 정확하게 인식되도록(예를 들어, 0.1% 미만의 오차) 캘리브레이션되어야 한다. 이를 수행하기 위해 가장 통상적으로 사용되는 기술은; 수동 스트래핑(API MPMS 2.2A), 광학 기술(광학 기준선 방법 ORLM-API 챕터 2.2B, 광학 삼각 측량법(OTM)-API 챕터 2.2C, 전기 광학 거리 측정법(EODR)-API 챕터 2.2D) 및 액체 캘리브레이션(API 표준 2555)이다. 그러나, 이러한 측정법은 오차를 일으키는 것으로 밝혀졌고 비효율적인 것으로 여겨진다. 몇몇 경우에, 전술한 검사 기술은 탱크 정지 시간(예를 들어, 탱크를 비우거나 또는 다른 방법으로 탱크 동작을 일시적으로 중단시키는 것)을 필요로 하며, 이는 발생한 손실에 추가 비용을 누적시킨다. 더욱이, 전술한 검사 기술 중 많은 검사 기술은 탱크의 내부 볼륨에 접근할 필요가 있고 또한 파괴적일 수 있다는 점에서 침습적이다.

오일 및 가스 산업에서, 초음파 프로브는 국한된 지점에서 파이프라인 및 베슬의 건전성 및 구조적 무결성을 결정하는 데 사용되어 왔다. 초음파를 사용하여 벽 두께를 측정하기 위해 알려져 있는 시스템은 이동된 거리를 결정하기 위해 벽의 외면과 내면 사이에서 이동하는 소리에 대해 전파 시간(TOF, time-of-flight)을 사용하는 개념에 기초한다. 그러한 구현 예에서, 금속성 매체(즉, 파이프 또는 베슬)를 통한 초음파 신호 귀로의 TOF 분석은 벽의 두께 그리고 그에 따라 부식으로 인한 열화를 결정하는 데 사용된 유사하게, 파이프의 길이를 따라 음파를 전송하여 예상치 못한 반사를 야기할 수 있는 균열 또는 다른 이상이 있는지를 결정하는 것에 노력을 들여 왔다. 그러나, 그러한 시스템은 알려져 있거나 추정되는 파이프 치수에 의존하고 파이프의 기하 프로파일을 결정하도록 구성되지 않는다. 그보다, 컨테이너의 기하 측정은 전술한 알려져 있는 대안적인 방법을 사용하여 추정되거나 결정된다.

탱크 검사의 경우, 전술한 방법은 높은 수준의 캘리브레이션을 필요로 하고 또한 수일의 작업을 필요로 한다(예를 들어, 측정 시스템을 배치하고 측정을 수행하기 위해 높은 비계의 현장 조립 및 사용을 포함하여). 그에 따라, 탱크의 캘리브레이션/측정은 가끔씩 수행되어, 잘못된 탱크 볼륨 및 판매 수익의 손실을 유발한다.

기존의 탱크 캘리브레이션 방법은 상당한 단점을 보인다. 예를 들어, 현재의 표준을 사용하면, 캘리브레이션을 수행하는 데 1-2일의 작업이 걸릴 수 있다. 그 결과, 저장 탱크의 캘리브레이션은 가끔씩 수행되어 탱크 내에 저장되거나 또는 탱크로 그리고 그로부터 전달되는 실제 볼륨의 부정확한 측정을 유발하여, 비용이 많이 들 수 있다. 예를 들어, 캘리브레이션 간의 통상적인 기간이 5년에서 15년 사이일 수 있다.

기존 시스템을 이용하여 캘리브레이션을 수행하는 효율성과 연관된 한계를 해결하는 저장 탱크의 볼륨을 캘리브레이션하기 위한 시스템 및 방법이 요구된다. 보다 구볼륨으로, 비교적 빠르고 저비용이며 비침습적인 방식으로 배치되고 작동될 수 있는 탱크 캘리브레이션을 정확하게 수행하기 위한 시스템 및 방법이 요구된다. 또한, 신속하고 필요에 따라 배치될 수 있고 그에 따라 보다 빈번하게(예를 들어, 매일 또는 더 정확히 말하면 충전마다) 탱크 볼륨의 변화를 용이하게 검출하는 시스템이 요구된다.

여기서 이루어지는 개시가 이러한 그리고 다른 고려 사항에 대해 제시된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 복수의 음향 디바이스를 사용하여 안에 매체(medium)를 함유하는 컨테이너를 측정하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 복수의 음향 디바이스를 상기 컨테이너의 주변 벽의 외부 표면상의 각각의 위치들에 배치시키는 단계를 포함한다. 특히, 상기 음향 디바이스들은 초음파 트랜스듀서 및 초음파 센서를 포함한다. 상기 트랜스듀서는 상기 표면에 음향적으로 결합되고 상기 컨테이너의 상기 벽을 통해 그리고 상기 컨테이너의 상기 내부 볼륨에 걸쳐 하나 이상의 초음파 신호를 송신하도록 구성된다. 또한, 상기 센서는 상기 표면에 음향적으로 결합되고 상기 하나 이상의 초음파 신호를 검출하도록 구성된다. 상기 방법은 또한 각각의 임펄스 시간에 상기 트랜스듀서를 사용하여 하나 이상의 초음파 신호를 송신하는 단계 및 상기 센서를 사용하여, 상기 하나 이상의 신호를 검출하는 단계, 및 각각의 검출 시간을 기록하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 트랜스듀서 및 상기 센서와 전자 통신하는 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 각각의 임펄스 시간들 및 각각의 검출 시간들에 기초하여 상기 하나 이상의 신호에 대한 각각의 전파 시간들(TOF들, times of flight)을 계산하는 단계를 포함한다. 보다 구체적으로, 각각의 개별 TOF는 신호가 각각의 전파 경로를 따라 상기 트랜스듀서와 상기 센서 사이 상기 내부 볼륨을 통해 이동한 경과 시간이다. 상기 방법은 또한 계산된 상기 TOF들에 기초하여 상기 음향 디바이스들 중 하나 이상을 정렬시키는 단계를 포함한다. 특히, 상기 디바이스들은 상기 컨테이너의 상기 원주 벽에 관한 길이 방향 및 원주 방향 중 하나 이상으로 정렬된다. 상기 방법에 따르면, 상기 송신하는 단계, 검출하는 단계 및 계산하는 단계가 반복된다. 또한, 상기 방법은 상기 컴퓨팅 디바이스로, 재계산된 상기 TOF 및 상기 매체를 통하는 음속에 기초하여 정렬된 상기 트랜스듀서와 센서 사이 거리를 거리를 계산하는 단계를 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 상기 컴퓨팅 디바이스로, 계산된 상기 거리에 기초하여 상기 저장 컨테이너의 상기 볼륨을 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 저장 컨테이너의 볼륨을 측정하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 각각의 위치들에서 상기 컨테이너의 원주 벽의 외부 표면에 음향적으로 결합되도록 구성된 복수의 음향 디바이스를 포함한다. 특히, 상기 음향 디바이스들은 상기 벽에 의해 구획되어지는 상기 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 하나 이상의 초음파 신호를 송신하도록 구성된 초음파 트랜스듀서, 및 상기 하나 이상의 초음파 신호를 검출하도록 구성된 초음파 센서를 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 표면상에 상기 음향 디바이스들 중 하나 이상을 제어 가능하게 배치시키도록 구성된 로봇을 포함한다. 특히, 상기 로봇은 구동 시스템 및 상기 로봇의 위치를 모니터링하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 포함한다.

상기 시스템은 또한 비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 및 상기 복수의 음향 디바이스 및 상기 컴퓨터 판독가능한 저장 매체와 전자 통신하는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 포함한다. 상기 컴퓨팅 시스템은 또한 상기 저장 매체에 저장되는 실행 가능한 명령들을 포함하고 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 포함한다. 특히, 상기 소프트웨어 모듈들은 상기 프로세서를 상기 트랜스듀서를 사용하여, 각각의 임펄스 시간들에 하나 이상의 음향 신호를 송신하도록 구성하는 음향 제어 모듈을 포함한다. 또한, 상기 음향 제어 모듈은 상기 프로세서를 상기 센서를 사용하여, 상기 하나 이상의 신호의 도달을 검출하고 각각의 검출 시간들을 기록하도록 더 구성한다. 상기 소프트웨어 모듈들은 또한 상기 프로세서를 상기 하나 이상의 음향 신호가 상기 트랜스듀서 및 상기 센서의 상기 각각의 위치들 사이에서 이동하는 각각의 전파 시간(TOF)을 계산하도록 구성하는 음향 분석 모듈을 포함한다. 상기 프로세서를 상기 각각의 TOF에 기초하여 그 사이 각각의 거리를 계산하도록 더 구성한다. 상기 소프트웨어 모듈들은 또한 상기 프로세서를 상기 로봇을 사용하여, 상기 표면상에서 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상의 상기 각각의 위치를 조정하도록 구성하는 위치 제어 모듈을 포함한다. 또한, 각각의 조정된 개별 위치에 대해, 상기 프로세서는 그 사이에서 이동하는 하나 이상의 음향 신호에 기초하여 상기 트랜스듀서와 상기 센서 사이 각각의 거리를 재계산하도록 구성된다. 상기 소프트웨어 모듈들은 또한 상기 프로세서를 계산된 상기 각각의 거리들 및 상기 트랜스듀서 및 상기 센서의 상응하는 각각의 위치들에 기초하여 상기 저장 컨테이너의 볼륨을 계산하도록 구성하는 기하 분석 모듈을 포함한다.

이러한 그리고 다른 양태들, 특징들 및 이점들이 본 발명의 특정 실시 예들에 대해 첨부한 구체적인 내용 및 첨부한 도면들 및 청구범위로부터 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 컨테이너들의 볼륨의 초음파 캘리브레이션을 위한 시스템의 대표적인 구성을 도시한 상위 수준의 도해이다;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제어 컴퓨터의 대표적인 구성을 도시한 블록도이다;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저장 컨테이너들의 볼륨의 초음파 캘리브레이션을 위한 시스템들 및 방법들을 도시한 루틴을 제시하는 흐름도이다;
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 간략화된 측면도 및 상면도이다;
도 4b는 도 4a의 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 개념적인 측면도이다;
도 4c는 도 4a의 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 간략화된 측면도이다;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 간략화된 측면도이다;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 간략화된 측면도이다;
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 간략화된 측면도이다;
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 간략화된 상면도이다; 그리고
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 간략화된 상면도이다.

개요 및 소개로서, 초음파 검사 기술들을 사용하여 저장 컨테이너들의 볼륨을 캘리브레이션하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 보다 구체적으로, 여기에 개시된 시스템들 및 방법들은 초음파 검사 기술들을 사용하여 대용량 석유 저장 탱크의 볼륨을 계산하기 위해 그러한 탱크의 치수들을 측정 및 결정하는 것에 관한다. 바람직하게는, 상기 시스템들은 현장에서 컨테이너를 사용하는 동안 필요에 따라 컨테이너의 외부로부터 캘리브레이션을 수행하도록 구성된다. "캘리브레이션하는 것(calibrating)", 즉 저장 컨테이너들의 정확한 볼륨을 인지하는 것은 제품들을 탱크로 그리고/또는 그로부터 전달할 때 중요한 역할을 한다. 외부 및 내부 조건(즉, 온도)과 시효의 변화 그리고 또한 액체 제품의 중량(즉, 정수압)으로 인해 루틴 캘리브레이션은 필수적이다. 예를 들어, 탱크 볼륨은 +/-0.2%만큼 변할 수 있어, 250,000 배럴의 저장 장치를 고려하면, 이는 +/-500 배럴의 볼륨의 볼륨 변화로 이어진다.

음향 검사는 검사 중인 재료(예를 들어, 컨테이너의 벽)에서 초음파들의 전파를 분석하는 것에 기초한 비파괴 및 비침습 검사 기술이다. 여기에 설명된 실시 예들에서, 초음파 측정 기술들은 형상이 상적으로 일반적으로 원통형이고 통상적으로 강철 또는 다른 금속들 및 합금들로 만들어지는 대형 저장 컨테이너들의 볼륨을 측정하기 위해 수행된다. 그러나, 개시된 기술들 및 시스템들은 콘크리트, 복합재, 천연 재료(예를 들어, 목재) 또는 이들의 조합들과 같은 다른 재료들로 만들어진 구조물들의 볼륨을 캘리브레이션하기 위해 적용될 수도 있다. 또한, 여기에 개시된 시스템들 및 기술들은 상이한 크기들 및 형상들을 갖는 컨테이너들의 볼륨을 측정하기 위해 적용될 수도 있다. 예를 들어, 대표적인 실시 예들은 다양한 크기의 개방 또는 폐쇄 베슬들, 탱크들 및 다른 그러한 컨테이너들 또는 도관들의 볼륨을 측정하기 위해 사용될 수 있다.

몇몇 대표적인 구성에서, 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템은 그것들의 동작을 제어하기에 적합한 관련 전자 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 갖는 복수의 음향 디바이스를 포함한다.. 음향 디바이스들은, 예를 들어, 손으로 또는 이동 로봇 플랫폼 기타 같은 종류의 것을 사용하여 저장 컨테이너의 외부 표면(들)에 부착되도록 구성됨으로써, 디바이스들의 하나 이상의 어레이를 획정한다. 음향 디바이스들은 음향 디바이스들과 통신하는 진단 컴퓨팅 디바이스에 의해 컨테이너의 볼륨을 결정할 수 있게 하는 음파 기반 측정을 수행하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 음향 디바이스들은 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 송신되는 음향 신호들을 수신, 측정 및 처리하도록 구성된 하나 이상의 음향 센서를 포함한다. 음향 디바이스들은 또한 컨테이너의 벽을 통해 그리고 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐, 그리고 그에 따라 그 안에 함유된 임의의 특정 매체(예를 들어, 오일, 물, 공기 기타 같은 종류의 것)을 통해 음향 신호들을 송신하도록 구성되는 적어도 하나의 음향 신호 생성 요소(이하 "트랜스듀서"라고도 함)를 포함한다.

몇몇 기본 구성에서, 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템은 하나의 트랜스듀서와 하나의 센서를 포함한다. 트랜스듀서들 및 센서들은 개개의 음향 디바이스들일 수 있지만, 몇몇 구현 예에서, 트랜스듀서 및 센서는 음향 신호들을 송신 및 수신하도록 구성된 단일 송수신기 유닛으로 통합될 수 있다. 보다 복잡한 구성들에서, 시스템은 컨테이너 표면 상에 표면상의 상이한 위도들(예를 들어, 베이스에 관해 길이 방향으로 측정될 때, 컨테이너 벽상의 상이한 높이들)에 배치(즉, 컨테이너의 원주 둘레에 이격)되고/되거나 상이한 원주 위치들에 배치된 복수의 음향 디바이스를 포함한다.

음향 센서들 및 트랜스듀서들은 트랜스듀서를 사용하여 각각의 센서에서 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 이동되는 음향 신호의 송신과 음향 신호의 도달 사이 시간을 결정하도록 구성되는 진단 컴퓨팅 디바이스(이하, 제어기 또는 제어 컴퓨터라고 함)를 사용하여 연결되고 제어된다. 디바이스들 간 음향 신호의 이동 시간은 "전파 시간" 또는 "TOF"라고 한다. 또한, 센서(들) 중 하나 이상에 도달하는 추가 음향 신호들(예를 들어, 컨테이너의 내부 벽으로부터의 제1 음향 신호의 반사, 또는 트랜스듀서들 중 하나 이상에 의해 송신되는 제2 음향 신호)에 대한 유사한 TOF 정보가 측정/수집될 수 있다.

현저한 양태에 따르면, 몇몇 구현 예에서, 음향 디바이스들은 컨테이너의 표면상에 제어 가능하게 위치되고 하나 이상의 방향으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 센서 및 트랜스듀서는 컨테이너의 단순화를 위해 평지된 것으로 가정되는 베이스에 관해 측정될 때, 컨테이너 벽상의 동일한 높이에 있도록 길이 방향으로 정렬될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 두 디바이스는 컨테이너의 외측 표면상에 다른 방향들로, 예를 들어, 원주 방향으로 정렬될 수 있어, 디바이스들이 컨테이너의 바로 대향 측들 상에 위치되게 되고 그 사이를 이동하는 음향 신호들이 컨테이너의 내부 직경에 걸쳐 연장되는 경로를 따르게 된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 몇몇 구현 예에서, 송신 및 수신 모드로 동작하는 송수신기는 그것이 내부 볼륨에 걸쳐 이동하고 벽의 대향 측의 내부 표면에서 반사되며 다시 동일한 경로를 따라 출발 지점으로 이동하며, 이때 트랜스듀서를 사용하여 수신될 수 있는 음향 신호들을 송신하도록 컨테이너 표면상에 위치 및 정렬될 수 있다.

그에 따라, 음향 신호들의 송신과 검출 사이 시간 및 음향 디바이스들의 상대 위치에 기초하여, 컨테이너의 다양한 치수가 예를 들어 그리고 제한 없이, 직경, 원주, 볼륨 및 높이를 포함하여 제어 컴퓨터에 의해 계산될 수 있다. 컨테이너의 치수들은 또한 내부 볼륨 내에 포함되고 음향 신호들이 통과해 이동하는 매체를 통하는 음속에 기초하여 계산된다. 따라서, 용기 내에 함유되는 특정 매체(예를 들어, 오일, 정제된 제품, 물, 공기 기타 같은 종류의 것)에서의 음속에 대한 정확한 이해는 음향 신호의 전파 경로의 실제 길이 및 컨테이너의 대응하는 치수들을 결정하는 데 중요할 수 있다. 전파 시간 분석 외에, 전파 시간의 변화를 결정하기 위해 과도 분석이 음향 신호들 간 위상차에 관한 정보를 추출함으로써 수행될 수 있다.

다른 현저한 양태에 따르면, 음향 캘리브레이션을 위한 개시된 시스템은 예를 들어, 캘리브레이션되는 컨테이너의 외부상에 하나 이상의 음향 디바이스를 배치하는 로봇 캐리어들을 사용하여, 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 프로세스 이전 그리고/또는 그 동안 위치로 음향 감지 디바이스들 중 하나 이상을 제어 가능하게 이동시키도록 구성될 수 있다. 그러한 실시 예들에서, 로봇 캐리어들은 메모리 및 자율적으로 그리고/또는 제어 컴퓨터를 사용하여 원격으로 제어되어 디바이스들을 위치시키고 음향 거리 측정을 수행하도록 프로그램된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 특히, 로봇들은 컨테이너의 높이를 따라 그리고/또는 컨테이너의 원주 둘레 상이한 지점들에서 컨테이너의 직경을 측정하기 위해 음향 디바이스들을 제어 가능하게 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 로봇 플랫폼은 표면을 따라 미리 결정되고 사전 프로그램된 경로, 즉 벽의 상단 가장자리 부근에서 시작하여 베이스까지 컨테이너의 원주 둘레의 나선형 경로를 따르도록 구성될 수 있다. 상이한 높이들 및 원주 위치들에서 음향 측정을 수행하고 로봇 플랫폼 또는 제어 컴퓨터에 저장시 각 측정에 대한 음향 신호들로부터의 시간 정보 및 음향 디바이스들의 위치 정보를 저장한다.

또한, 그러한 실시 예들에서, 다양한 상이한 방향/치수의 정렬이 컨테이너의 볼륨 계산을 향상시키기 위해 음향 디바이스들 중에 그리고 컨테이너 벽의 표면에 관해 이루어질 수 있다. 컨테이너의 측벽상의 다수의 위치로부터 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 거리를 측정하는 결과, 그 사이의 측정된 거리들 및 기하학적 원리들을 이용하여 컨테이너의 2차원 맵 또는 3차원 모델이 생성될 수 있다.

저장 컨테이너(100)의 볼륨의 초음파 캘리브레이션에 대한 대표적인 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 초음파 컨테이너 캘리브레이션 시스템(100)은 금속성 원통형 저장 컨테이너(150)의 볼륨을 측정하도록 배열된 하나 이상의 음향 디바이스를 포함한다. 컨테이너는 컨테이너의 내부 볼륨(165)을 구획하는 원주 측벽을 포함한다. 원통형 컨테이너들은 반드시 수직으로 연장되는 정확한 실린더들일 필요는 없는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어 그리고 제한없이, 실린더의 원주는 벽상의 상이한 높이들에서 상이할 수 있고, 컨테이너의 측벽은 불균일한 곡률을 가질 수 있고 컨테이너는 기하학적 구조가 다르게 변형될 수 있다. 추가 예로서, 몇몇 구현 예에서, 실린더들은 중심 축이 지면에 관해 수평으로 연장되도록 배향될 수 있다. 더욱이, 여기에 개시되는 대표적인 기술들은 다른 형상들, 예를 들어, 구형 탱크들을 갖는 컨테이너들의 볼륨을 캘리브레이션하는 데 유사하게 적용 가능하지만, 그러한 대안적인 컨테이너 형상들은 컨테이너 볼륨을 계산하기 위해 상이한 집합의 기지의 파라미터(예를 들어, 측정 디바이스들 간의 상대적인 배치 또는 거리)를 필요로 할 수 있음이 이해될 수 있다.

하나 이상의 음향 디바이스는 측벽의 외부 표면(155) 상에(예를 들어, 손으로, 로봇 등에 의해) 배치되고 컨테이너의 벽에 음향적으로 결합되도록 구성된다. 따라서, 음향 디바이스들은 컨테이너의 볼륨을 통해 이동하는 음향 신호들을 송신하고/거나 음향 신호들을 수신하도록 구성된다. 하나 이상의 음향 디바이스는 바람직하게는 적어도 하나의 음향 센서 및 적어도 하나의 음향 트랜스듀서를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 음향 디바이스들은 표면(155) 상에 배열된 하나 이상의 센서(120A(컨테이너의 대향 측상에 도시됨), 120B(컨테이너의 대향 측상에 도시됨) 및 120C)를 포함할 수 있다. 또한, 시스템(100)은 음향 센서들에 의한 검출에 적합한 음향 신호들을 생성하고 표면(155)에 인가하도록 구성된 하나 이상의 트랜스듀서, 예를 들어 트랜스듀서(130A)를 포함한다. 추가 트랜스듀서들 이를테면 트랜스듀서(130B 및 130C)도 사용될 수 있다.

"길이 방향 축"(116)이라는 용어는 연신 축을 따라 취해지는 컨테이너의 중심 축을 지칭하는 것으로 의도된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 길이 방향 축(116)은 컨테이너의 베이스(예를 들어, 컨테이너가 지면에 고정되거나 배치되는 경우)와 컨테이너의 대향 상단 사이에서 연장되는 중심 축이다. 간략화를 위해, 대표적인 시스템들 및 방법들은 원통형 컨테이너의 베이스가 편평한 지면상에 고정되고 컨테이너의 원주 벽이 지면으로부터 길이 방향(즉, 컨테이너의 지면/베이스에 관해 수직 방향)으로 멀어지게 연장된다는 가정하에 설명된다. 따라서, 길이 방향 축(116)이 연장되는 방향들을 "길이 방향"(116)이라고도 한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 컨테이너가 그것의 베이스에서 지면에 고정된 것으로 가정되고, 베이스로부터 길이 방향 축을 따라 멀어지게 이동할 때, 컨테이너의 단면을 통해 연장되는 가로 방향 또는 "위도" 평면들의 무한 집합이 존재하며, 이 위에 음향 디바이스들이 컨테이너 벽의 외부 표면에 붙여 배치될 수 있다.

두 음향 디바이스가 길이 방향 축(116)에 수직하고 컨테이너(150)를 양분하는 평면인 동일한 가로 방향 또는 위도 평면에 정렬하는 컨테이너의 표면상의 각각의 위치들을 가질 때 그것들은 여기서 길이 방향으로 정렬되는 것으로 설명된다(길이 방향 정렬이라고도 함). 다시 말해서, 길이 방향으로 정렬되는 디바이스들은 길이 방향 축을 따라 컨테이너의 베이스에 관해 동일한 높이(즉, 위도)를 갖는다(예를 들어, 두 디바이스 모두 베이스로부터 길이 방향으로 측정될 때 지면에서 9피트 떨어져 있다).

원통형 컨테이너는 원주를 갖는 3차원 구조이기 때문에, "원주 방향"(118)이라는 용어는 소정의 위도에서 컨테이너의 원주를 중심으로 연장되고 길이 방향 축(116)에 수직인 표면(155)을 따르는 방향을 지칭하는 것으로 의도된다. 특히, 컨테이너의 둘레에 대한 원주 방향은 예를 들어, 위에서 컨테이너를 볼 때, 반시계 방향(114) 및 시계 방향(112)을 포함한다.

디바이스들은 표면(155) 상의 그 각각의 위치들이 동일한 길이 방향 평면(즉, 길이 방향 축을 통해 그리고 그것을 따라 연장되는 평면)에 정렬되고, 바람직하게는, 디바이스들이 컨테이너의 대향 측들 상에 있을 때, 원주 방향된 것 또는 원주 방향 정렬이라고 한다. 예를 들어,(원통형 컨테이너(150)를 평면도에서 볼 때) 0도 기준 축(102)에 관해 각각 +270도 및 +90에 위치되는 두 디바이스는 표면상의 그 각각의 위도들에 관계없이 원주 방향으로 정렬된다.

컨테이너의 벽의 표면은 또한 2차원 공간에서 "래핑되지 않은(unwrapped)" 2차원 표면으로 설명될 수 있기 때문에, 원주 방향(118)은 "수평 방향"(즉, 컨테이너의 베이스가 평지상에 있다고 가정하여 길이 방향에 수직) 또는 보다 일반적으로, 각각의 위도들에서 길이 방향(116)에 수직인 표면(155)을 따르는 하나 이상의 방향을 지칭하는 "가로 방향"이라고 할 수 있다.

도 1로 되돌아가, 바람직하게는, 각각의 트랜스듀서는 각각의 출발 지점으로부터 컨테이너(150)의 내부 볼륨(165)을 통해 이동하는 음향 신호들을 발생시킨다. "컨테이너를 통해" 이동한다는 용어는 음향 신호가 벽의 두께를 통해 그리고 내부 볼륨(165)에 걸쳐, 그리고 그에 따라 내부 볼륨 내에서 신호의 전파 경로에 있는 하나 이상의 매체를 통해 전파됨을 의미하는 것으로 의도된다. 원통형 저장 컨테이너(150) 상에 배치된 대표적인 시스템(100)에서, 음향 신호들은 바람직하게는 컨테이너의 단면을 통해 이동한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 트랜스듀서들 중 하나 이상은 벽의 표면(155)을 따라 벽이 연장하는 방향들 중 하나 이상으로, 예를 들어, 원주 방향(118)으로, 길이 방향(116)으로 그리고/또는 이들의 조합으로 방사하는(예를 들어, 벽의 두께 내에서 전파되는) 음향 신호들을 발생시키도록 구성될 수 있음을 이해할 수 있다. 원주 방향으로 이동하는 음향 신호들에 기초하여 컨테이너를 측정하기 위한 대표적인 시스템들 및 방법들은 발명자들 Parrott 외에 [이와 동일자로] 출원되고 일련 번호 [양도될, 그리고 대리인 문서 번호 00501-005586-US0]에 관해 동시 계류중이고 공동 양도된 "ACOUSTIC CALIBRATION ARRAY FOR TANKS AND VESSELS(탱크 및 베슬에 대한 음향 캘리브레이션 어레이)"라는 명칭의 미국 특허 출원에 보다 충분히 설명되며, 이는 이에 의해 그 전체가 여기에 완전히 제시된 바와 같이 참고로 통합된다.

전술한 바와 같이, 몇몇 구성에서, 하나 이상의 트랜스듀서 및 하나 이상의 센서는 "피치-캐치(pitch-catch)" 모드로 동작하도록 구성된 개개의 디바이스들이며, 여기서 트랜스듀서들은 음향 신호들을 송신하고 그것들이 센서에 의해 수신된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 트랜스듀서 및 센서는 음향 신호들을 송신 및 수신하도록 구성된 단일 "송수신기" 유닛으로 통합될 수 있다. 그러한 구현 예에서, 송수신기는 트랜스듀서 구성요소가 컨테이너의 벽 및 내부 볼륨을 통해 컨테이너의 대향 측벽을 향해 펄스를 송신하고 센서 구성요소가 컨테이너의 대향하는 벽에서 다시 송수신기를 향해 반사되는 신호의 에코를 수신하는 "펄스-에코(pulse-echo)" 모드로 동작하도록 구성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 음향 디바이스들은 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(100) 및 다양한 음향 디바이스의 동작을 조정하도록 구성된 제어 컴퓨터(110)에 전기적으로 연결된다(연결 수단은 도시되지 않음). 제어 컴퓨터(110)는 여기서 더 설명될 바와 같이, 시스템(100)의 다양한 디바이스와 통신하고, 전자 정보를 수신, 송신 및 저장하며 그러한 정보를 처리하여 저장 컨테이너들의 볼륨을 측정하고 캘리브레이션할 수 있는 컴퓨팅 디바이스 및/또는 데이터 처리 장치이다. 도 2와 관련하여 더 설명될 바와 같이, 제어 컴퓨터는 기계 구현 가능 코드의 형태로 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하고, 그렇게 해서 각각 트랜스듀서들 및 센서들에 의한 초음파 신호들의 송신 및 수신을 제어하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 포함한다. 또한, 소프트웨어는 트랜스듀서에 의해 생성되고 센서에 의해 측정될 때, 음향 신호 정보를 분석하고 컨테이너의 다양한 치수(즉, 컨테이너의 기하학적 구조)를 계산하도록 제어 컴퓨터를 구성한다. 몇몇 구현 예에서, 소프트웨어는 또한 컨테이너의 구조적 조건들 뿐만 아니라 컨테이너의 다른 동작 특성들(예를 들어, 컨테이너 내 내용물의 볼륨, 내용물을 분류하거나, 컨테이너 벽들의 구조적 무결성 등)을 평가하도록 프로세서를 구성할 수도 있다.

보다 구체적으로, 제어 컴퓨터(110)는 트랜스듀서(130A)와 같은 하나 이상의 트랜스듀서에 의한 하나 이상의 음향 신호의 생성과 벽을 통해 그리고 센서(120A)와 같은 센서들 중 하나 이상에서 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 이동하는 하나 이상의 음향 신호의 도달 사이의 시간을 결정하도록 구성된다. 따라서, 제어 컴퓨터는 사운드 임펄스와 임펄스 파들의 수신 간의 시간에 기초하고 벽의 재료를 통하는 기지의 음속에 더 기초하여 신호들이 이동한 거리 및 컨테이너의 치수들을 계산하도록 더 구성된다. 또한, 센서(들)에 도달하는 추가적인 음향 신호들에 대한 유사한 "전파 시간" 정보, 예를 들어, 제1 음향 신호의 반사에 대한 전파 시간 또는 다른 트랜스듀서에 의해 발생되는 다른 음향 신호들의 TOF 등 또한 제어 컴퓨터(110)를 사용하여 측정/수집될 수도 있다.

컨테이너의 볼륨을 통하는 음속은 음향 신호들이 통과하는 하나 이상의 매체의 재료 특성들에 따라 달라질 수 있으므로, 컨테이너 내에 함유된 특정 매체(들)(즉, 오일, 정제된 제품, 물, 매체들의 혼합물 등)에서의 음속에 대한 정확한 이해가 음향 신호들이 이동한 거리 및 컨테이너의 치수들을 정확하게 결정하는 데 중요하다. 보다 구체적으로, 컨테이너 내의 상이한 액체들은 상이한 음향 임피던스들을 가질 것이며, 여기서 이것은 상이한 전파 시간과 관련될 것이다. 또한 상이한 액체의 존재가 음향 신호의 진폭으로부터 주목될 수 있다.

몇몇 구현 예에서, 음속은 컨테이너의 기지의 내용물뿐만 아니라 컨테이너 벽의 기지의 재료 특성들에 기초하여 가정될 수 있다. 예를 들어, 기지의 매체의 음속은 기지의 치수들의 캘리브레이션된 탱크에서 오프라인 측정을 수행함으로써 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 몇몇 구현 예에서, 시스템(100)은 컨테이너가 "온라인"인 동안 사운드의 속도를 동적으로 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 기지의 간격을 갖는 둘(2) 이상의 음향 디바이스가 컨테이너 볼륨의 캘리브레이션에 영향을 미치는 음속 측정을 캘리브레이션하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 음속 캘리브레이션 측정은 기지의 직경을 갖는 컨테이너에 베이스 "스트랩(strap)"을 배치하고 컨테이너의 직경에 걸쳐 송신된 음향 신호의 TOF를 측정하며 기지의 직경 및 측정된 TOF에 기초하여 음속을 역으로 계산함으로써 온라인으로 수행될 수 있다.

몇몇 대표적인 구현 예에서, 단일 트랜스듀서 및 센서가 여기서 추가로 설명될 바와 같이, 컨테이너 캘리브레이션을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 몇몇 보다 복잡한 구현 예에서, 음향 디바이스들의 하나 이상의 어레이가 컨테이너상에 배치되고 컨테이너 치수들을 보다 정확하게 계산하기 위해 이용될 수 있다. 어레이는 하나 이상의 음향 센서, 그리고 추가적으로 또는 대안적으로 하나 이상의 음향 트랜스듀서를 포함할 수 있다.

몇몇 구현 예에서, 어레이를 획정하는 음향 디바이스들은 표면을 따라 하나 이상의 방향으로 기지의 양만큼 이격될 수 있다. 예를 들어, 길이 방향(116) 중 하나 이상으로 이격된 다수의 트랜스듀서의 위상 어레이가 사용될 수 있다. 여기서 추가로 설명될 바와 같이, 기지의 간격을 갖는 적어도 두 측정 디바이스를 이용하면 시스템(100)을 사용하여 컨테이너의 볼륨을 캘리브레이션할 때 시스템(100)의 캘리브레이션 및 정확도 확증을 도울 수 있다. 유사하게, 몇몇 구현 예에서, 음향 센서들은 컨테이너 주위에 기지의 원주 방향 위치들에 개별적으로 배열될 수 있다. 그 결과, 계산의 정확성과 속도가 개선될 수 있다. 더욱이, 컨테이너 벽상의 서로에 관해 제어된 적어도 세 개의 음향 디바이스의 배치에 기초하여, 음향 신호 정보는 제어 컴퓨터에 의해 음향 디바이스들의 각각의 위치들을 정확하게 삼각 측량 및 검증하는 데 사용될 수 있다. 그에 따라, 컨테이너의 치수들이 다차원으로 보다 정확하게 측정될 수 있고 컨테이너의 외벽, 그리고 추가적으로 또는 대안적으로 컨테이너 볼륨의 3차원 모델을 "언래핑(unwrapping)"함으로써 2차원 모델을 생성하는 데 사용될 수 있다.

음향 센서들:

음향 센서들, 예를 들어, 센서들(120A-120C)은 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 바와 같이, 컨테이너의 외부 표면에 장착되고, 컨테이너의 벽으로부터 음향 신호들을 검출 및 수신하며 그러한 정보를 처리하는 데 적합한 임의의 다양한 음향 센서 또는 송수신기일 수 있다. 바람직하게는, 음향 센서들은 측정에서 요구되는 정확도를 달성하기 위해 적절한 크기를 갖는 표면(155)과 접촉하는 팁들을 갖고, 그에 따라 음향 신호의 검출 오차를 최소화한다. 따라서, 팁의 크기는 시스템의 필요한 정확도의 함수로 정의될 수 있다.

몇몇 대표적인 구성에서, 압전 트랜스듀서들(접촉 트랜스듀서들)이 사용될 수 있다. 또한, 음향 신호들을 송신 및 수신할 수 있는 이중 소자 트랜스듀서들(즉, 하나의 트랜스듀서 하우징에 있는 두 개의 압전 결정)도 사용할 수 있다. 바람직하게는 이 경우에, 음향 트랜스듀서의 공진 주파수는 1 MHz 미만일 수 있다. 전파 시간들이 비교될 수 있는 저주파 트랜스듀서들이 사용할 수 있다(즉, 100의 KHz 범위 내). 트랜스듀서의 주파수는 신호의 감쇠 결과, 주파수가 증가함에 따라 예상되는 진폭이 감소할 것이라는 이해에 기초하여 선택될 수 있다.

바람직하게는, 음향 센서들은 제어 컴퓨터(110)가 센서들의 동작을 제어할 수 있고 센서들이 추가 처리를 위해 음향 신호 데이터를 제어 컴퓨터에 제공할 수 있도록 제어 컴퓨터와 전자 통신한다. 보다 구체적으로, 동작시, 센서에 의해 수신된 음향 신호들은 센서 또는 제어 컴퓨터 중 어느 하나에 의해 추가로 처리될 수 있는 전기 신호들로 변환되어, 수신된 음향 신호들의 시간 및 강도 속성들을 포함하는 신호 측정 정보를 추출한다.

음향 신호 생성기들:

초음파/음향 신호 생성 디바이스의 기본 동작 원리는 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 바와 같이, 그것이 전기 신호를 음향 신호로 변환한다는 것이다. 전술한 바와 같이, 트랜스듀서(예를 들어, 트랜스듀서(130A - 130C))라고도 하는 음향 신호 생성 디바이스는 컨테이너(150)의 벽을 통해 그리고 컨테이너의 내부 볼륨(165)에 걸쳐 이동하는 음향 신호들을 생성하고 하나 이상의 센서를 사용하여 검출되는 데 적합한 임의의 다양한 음향 트랜스듀서 또는 송수신기 일 수 있다.

다음의 설명에서, "음향"이라는 용어는 예를 들어 100 Hz 내지 50 MHz의 주파수 범위, 보다 임의적으로 초음파 음향 방사 범위 내, 임의의 음향 신호들을 포함하도록 광범위하게 해석되어야 한다. 예를 들어, 임펄스/펄스, 펄스가 특정 주파수에서 발생하고 각 펄스가 특정 파형 및 공진 주파수(펄스 내 신호의 주파수)를 갖는 펄스 스트림, 특정 주파수, 진폭, 파장을 갖는 파 등 다양한 유형의 음향 신호가 사용될 수 있다. 대표적인 바람직한 구현 예에서, 음향 트랜스듀서는 일련의 음향 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 이해될 바와 같이, 일련의 음향 펄스에서 개개의 펄스의 제어된 파라미터들은 주기(1/주파수), 공진 주파수 및 펄스 지속 시간을 포함할 수 있다. 일련의 음향 펄스와 관련된 파라미터들은 펄스 반복주기 및 듀티 팩터(duty factor)를 포함할 수 있다. 그러한 구현 예에서, 펄스들 간 시간은 결정적인 요소는 아니지만, 펄스들 간 시간은 펄스들이 중첩되지 않도록 계산 및 제어될 수 있다. 예를 들어, 저장 컨테이너들을 측정하는 대표적인 적용 예에서, 그리고 전파 시간을 고려할 때, 이는 중요한 파라미터는 아니지만, 50ms 내지 1000ms 초의 펄스들 간 지연이 적합하다(예를 들어, 삼십(30) 미터를 초과하여 이동할 때 사운드 펄스는 42 밀리초에 가까운 왕복 이동을 수행해야 한다). 펄스들의 주파수는 송신기의 공진 주파수에 의해 결정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 여기서 설명된 대표적인 저장 컨테이너 측정 적용 예들에서 이동된 거리를 고려하면 1MHz 미만, 그리고 보다 임의적으로 10 내지 100의 KHz의 범위 내 음향 트랜스듀서의 공진 주파수가 적합할 수 있다.

트랜스듀서는 신호가 신호의 출발 지점으로부터 멀어지게 방사되도록 컨테이너(150)의 벽에 음향 신호들을 인가하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 트랜스듀서는 컨테이너의 표면에 관해(예를 들어, 컨테이너 벽에 수직인 각도로) 위치되고 음향 신호가 출발 지점으로부터 컨테이너의 내부 볼륨(165)에 걸쳐 하나 이상의 정의된 방향으로 이동하도록 음향 신호를 지향시키도록 구성된다. 몇몇 구성에서, 음향 신호는 탱크에 걸쳐 특정 경로를 따라 그리고 컨테이너 벽의 표면상의 음향 트랜스듀서 사이의 접촉 영역의 표면에 수직하게 지향된다. 몇몇 구성에서, 트랜스듀서는 길이 방향 축(116)에 수직인 경로를 따라 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 그리고 컨테이너의 직경을 따라 음향 신호를 제어 가능하게 송신하도록 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 트랜스듀서는 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 소정의 각도로 음향 신호를 제어 가능하게 송신하도록 구성된다. 예를 들어, 음향 신호의 방향성은 컨테이너 표면에 관한 트랜스듀서의 각도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 피치 및 캐치 모드로 동작할 때, 캐치 트랜스듀서의 위치가 적절하게 계산 및 위치될 수 있다면 음향 신호는 기지의 각도로 송신될 수 있다. 각진 송신(예를 들어, 컨테이너 직경을 직접 가로 지르지 않는)은 신호가 이동하는 음향 경로를 증가시키고 탱크의 볼륨 변화를 보다 정확하게 측정할 수 있게 한다. 그러한 구성은 또한 경로 길이 및 컨테이너 내의 신호 감쇠의 결과에 따라 보다 낮은 주파수 신호(예를 들어, 10 내지 100의 KHz)를 요구할 수 있다. 또한, 컨테이너의 표면에 접근할 수 없는(예를 들어, 절연 컨테이너) 적용 예에서, 도파관의 사용이 음향 신호를 컨테이너로 보내기 위해 사용될 수 있다.

바람직하게는, 음향 트랜스듀서는 제어 컴퓨터가 트랜스듀서의 동작을 제어할 수 있도록 제어 컴퓨터(110)와 전자 통신한다. 몇몇 구현 예에서, 트랜스듀서는 특정 속성들, 즉 특정 주파수들 또는 특정 주파수 범위들을 갖는 음향 신호들을 도입하도록 구성될 수 있다. 음향 신호들의 속성들은 트랜스듀서의 특정 하드웨어 구성의 함수이고, 추가적으로 또는 대안적으로 제어 컴퓨터를 사용하여 제어될 수 있다.

하나보다 많은 트랜스듀서를 사용하는 경우, 트랜스듀서들은 그 각각의 신호들 사이의 구별을 용이하게 하기 위해 개별적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서들은 위상 어레이로서 동작될 수 있으며, 이때 각 트랜스듀서에 의해 전송되는 음향 신호들은 제어 컴퓨터(110)를 사용하여 시간이 제어되므로, 하나 이상의 음향 센서에 의해 수신된 신호들 간의 구별이 가능하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 방출 및 수신을 위해 상이한 주파수들을 방출하도록 구성된 트랜스듀서들은 제어 컴퓨터(110)를 사용하여 신호 주파수에 기초한 신호들 간의 구별을 용이하게 하는 데 이용될 수 있다. 다른 적합한 신호 특성들은 또한 여기서의 방법들 및 시스템들에서 선택 또는 변조될 수도 있다, 예를 들어, 음향 신호들의 진폭 및 파장이 제어 컴퓨터에 의해 변조 또는 정의될 수 있다.

로봇 배치:

몇몇 구현 예에서, 음향 디바이스들 중 하나 이상은 온디맨드식으로 주기적으로 특정 컨테이너의 볼륨을 측정할 수 있는 장기적인 또는 영구적인 캘리브레이션 시스템을 제공하기 위해 컨테이너의 외부상의 각각의 위치에 부착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 몇몇 구현 예에서, 음향 디바이스들 중 하나 이상은 디바이스가 상이한 컨테이너들의 볼륨를 캘리브레이션하기 위해 사용될 수 있도록 일시적으로 배치될 수 있다. 고정 및 일시적으로 배치된 음향 디바이스들의 조합이 또한 이용될 수 있는 것으로도 이해될 수 있다.

그에 따라, 몇몇 구성에서, 시스템은 캘리브레이션되는 컨테이너상에 음향 디바이스들 중 하나 이상을 자율적으로 그리고 반자율적으로 배치하도록 구성되는 하나 이상의 로봇 캐리어 또는 "로봇"을 포함할 수 있으며, 그에 따라 디바이스들을 컨테이너 벽상의 위치로 배치시 스캐폴딩(scaffolding)의 필요성을 제거한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 음향 트랜스듀서(130C)는 로봇(160)을 사용하여 제어 가능하게 배치될 수 있다. 로봇에 의한 음향 디바이스의 배치는 디바이스를 각각의 위치들에서의 컨테이너에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 몇몇 구성에서, 로봇은 다수의 상이한 음향 디바이스를 배치할 수 있다. 다른 구성들에서, 음향 디바이스는 배치가 로봇을 위치로 이동시키는 것을 포함하고 음향 디바이스를 컨테이너 벽의 표면(155)과 음향 통신하게 배치시킨 후 필요에 따라 다른 위치로 이동시킬 수 있도록 로봇에 장착될 수 있다. 그러한 배열에서, 로봇은 시스템에 의해 구현된 코드의 프로그램 제어하에서 그 자체를 재위치시키고 임의적으로 음향 디바이스를 컨테이너와 치합하게 이동시킬 수 있다.

로봇 공학 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 바와 같이, 각 로봇(160)은 동작 동안 로봇을 이동시키기 위한 본체 및 모션 시스템을 포함하는 이동 로봇 디바이스이다. 로봇은 예를 들어, 태양 전지, 배터리 또는 임의의 다른 적합한 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 로봇은 동작 작업들을 용이하게 수행하도록 특별히 설계된 기능적 하드웨어 구성요소들, 예를 들어, 로봇의 높이, 위치, 배향 등을 검출하기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 로봇 하드웨어는 또한 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 프로세스들에서 사용되는 온보드 음향 센서들 및 트랜스듀서들, 그리고 추가적으로 또는 대안적으로 독립형 방식으로 동작하도록 구성된 음향 디바이스들을 수송 및 배치하는 데 적합한 구성요소들을 포함할 수 있다. 로봇은 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 동작들의 성능을 용이하게 하는 구성 설정 및 하나 이상의 제어 프로그램과 같은 로봇의 동작과 관련된 정보를 저장하도록 구성된 메모리 및/또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 전자 회로를 본체 내에 포함할 수 있다.

현저한 양태에 따르면, 몇몇 실시 예에서, 시스템(100)은 자동화된 방식으로 컨테이너 볼륨을 정확하게 측정하기 위해 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 프로세스의 구현 이전 그리고/또는 동안 음향 디바이스들을 위치에(예를 들어, 손으로 또는 로봇을 사용하여) 제어 가능하게 배치하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 로봇 기반 배치 솔루션은 보다 복잡한 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 절차들을 높은 정밀도로 자동 실행하도록 구현될 수 있음으로써, 임의의 수의 상이한 센서에 대한 음향 측정치들 및/또는 트랜스듀서 배치 기법들을 획득함으로써 컨테이너 캘리브레이션 결과들의 정확성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 로봇들은 음향 측정이 디바이스의 각 배열에 대해 이루어질 수 있고 그 측정이 이후 개별적으로 그리고 조합하여 컨테이너의 형상, 보다 구체적으로 컨테이너 볼륨의 상세한 맵을 생성하기 위해 분석될 수 있도록 제어 컴퓨터(110)에 의해 제어되어 센서(들) 및/또는 트랜스듀서(들)를 컨테이너 벽상의 상이한 위치들(예를 들어, 다양한 높이, 원주 위치, 상대 뒤치, 절대 위치 등)로 체계적으로 이동시킬 수 있다.

제어 컴퓨터:

대표적인 제어 컴퓨터(110)가 도 2를 참조하여 더 설명된다. 도시된 바와 같이, 제어 컴퓨터(110)는 회로 기판(215), 프로세서(210), 메모리(220), 디스플레이(235), 사용자 인터페이스(225), 통신 인터페이스(250) 및 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(290)를 포함하여, 시스템(100)의 동작을 가능하게 하는 역할을 하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소로 배열될 수 있다.

프로세서(210)는 저장 장치(290)에 저장되어 메모리(220)에 로딩될 수 있는 소프트웨어 명령들을 실행하는 역할을 한다. 프로세서(210)는 특정 구현 예에 따라 다수의 프로세서, 다중 프로세서 코어 또는 몇몇 다른 유형의 프로세서일 수 있다. 디스플레이는 터치 스크린 또는 입력 디바이스(도시되지 않음)에 동작 가능하게 결합되는 다른 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있다.

바람직하게는, 메모리(220) 및/또는 저장 장치(290)는 프로세서(210)에 의해 액세스 가능하여, 프로세서(210)가 메모리(220) 및/또는 저장 장치(290) 상에 저장된 명령들을 수신 및 실행할 수 있게 한다. 메모리(220)는 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 임의의 다른 적합한 휘발성 또는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수 있다. 또한, 메모리(220)는 고정식 또는 이동식일 수 있다. 저장 장치(290)는 특정 구현 예에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 저장 장치(290)는 하드 드라이브, 플래시 메모리, 재기록 가능 광 디스크, 재기록 가능 자기 테이프 또는 이들의 몇몇 조합과 같은 하나 이상의 구성요소 또는 디바이스를 포함할 수 있다. 저장 장치(290)는 또한 고정식 또는 이동식의, 로컬 저장 장치 또는 클라우드 기반 데이터 저장 시스템과 같은 원격 저장 장치일 수 있다.

하나 이상의 소프트웨어 모듈(230)은 저장 장치(290) 및/또는 메모리(220)에 인코딩된다. 소프트웨어 모듈들(230)은 컴퓨터 프로그램 코드, 스크립트 또는 프로세서(210)에서 실행되는 해석 가능 명령들의 집합을 갖는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램 또는 어플리케이션을 포함할 수 있다. 여기에 개시된 시스템들 및 방법들의 동작들을 수행하고 양태들을 구현하기 위한 그러한 컴퓨터 프로그램 코드 또는 명령들은 하나 이상의 프로그래밍 언어 또는 스크립트의 임의의 조합으로 작성될 수 있다. 프로그램 코드는 독립형 소프트웨어 패키지로서, 전체적으로 제어 컴퓨터(110) 상에서, 부분적으로는 제어 컴퓨터 상에서 그리고 부분적으로는 원격 컴퓨터/디바이스(예를 들어, 센서들, 트랜스듀서들 및/또는 로봇들) 상에서 또는 전체적으로 그러한 원격 컴퓨터들/디바이스들 상에서 실행될 수 있다. 후자의 상황에서, 원격 컴퓨터 시스템들은 근거리 네트워크(LAN) 또는 광역 네트워크(WAN)를 포함하여 임의의 유형의 전자 데이터 연결 또는 네트워크를 통해 제어 컴퓨터(110)에 연결될 수 있거나, 또는 그 연결은 외부 컴퓨터(예를 들어, 인터넷 서비스 공급자를 사용하여 인터넷을 통해) 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 소프트웨어 모듈들(230) 중에는 프로세서(210)에 의해 실행되는 음향 제어 모듈(270), 음향 분석 모듈(272), 기하 분석 모듈(274) 및 위치 제어 모듈(276)이 포함된다. 소프트웨어 모듈들(230)의 실행 동안, 프로세서(210)는 더 상세히 후술될 바와 같이, 저장 컨테이너들의 캘리브레이션과 관련된 다양한 동작을 수행하도록 구성된다.

해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려진 바와 같이, 소프트웨어 모듈들(230) 및 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스들 중 하나 이상(예를 들어, 메모리(220) 및/또는 저장 장치(290))의 프로그램 코드는 본 개시에 따라 제조 및/또는 배포될 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품을 형성한다고 할 수도 있다.

몇몇 예시적인 실시 예에서, 하나 이상의 소프트웨어 모듈(230)은 현장 로봇들(100)을 구성하기 위한 시스템 내에서 사용하기 위해 통신 인터페이스(250)를 통해 다른 디바이스 또는 시스템으로부터 네트워크를 통해 저장 장치(290)로 다운로드될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 시스템들 및 방법들의 동작과 관련된 다른 정보 및/또는 데이터, 예를 들어 사용 동안 음향 디바이스들(예를 들어, 센서들 및 트랜스듀서들) 및/또는 로봇들의 동작에 사용되는 다양한 제어 프로그램이 또한 저장 장치(290) 상에 저장될 수 있음에 유의해야 한다.

데이터베이스(285)는 저장 장치(290)에 저장될 수도 있다. 데이터베이스(285)는 시스템(100)의 다양한 동작 전체에 걸쳐 이용되는 다양한 데이터 항목 및 요소를 포함 및/또는 유지할 수 있다. 데이터베이스(185)에 저장된 정보는 측정 디바이스들의 동작을 조정하기 위한 소프트웨어 및 정보, 컨테이너 캘리브레이션 동안 그 각각의 위치들로 측정 디바이스들을 배치하면서 로봇들의 움직임을 조정하기 위한 소프트웨어 및 정보, 음향 측정을 수행하고 컨테이너 치수들(예를 들어, 컨테이너 벽 두께, 컨테이너 벽 재료 조성, 컨테이너 내용물, 컨테이너 높이, 컨테이너의 개략적 치수들)을 계산하는 데 사용되는 기지의 특성들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 데이터베이스(285)가 제어 컴퓨터(110)의 저장 장치에 로컬로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 특정 구현 예들에서, 데이터베이스(285) 및/또는 그에 저장된 다양한 데이터 요소는 원격으로 위치되고 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 알려져 있는 방식으로 네트워크를 통해 제어 컴퓨터(110)에 연결될 수 있음을 유의해야 한다.

통신 인터페이스(250)는 또한 프로세서(210)에 동작 가능하게 연결되고 제어 컴퓨터(110)와 캘리브레이션 동작들과 관련되어 사용되는 트랜스듀서, 센서들 및 임의의 로봇들과 같은 외부 디바이스들, 기계들 및/또는 요소들 간 통신을 가능하게 하는 임의의 인터페이스일 수 있다. 바람직하게는, 통신 인터페이스(250)는 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기(예를 들어, 블루투스, 셀룰러, NFC), 위성 통신 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 연결 및/또는 제어 컴퓨터(110)를 다른 컴퓨팅 디바이스들 및/또는 사설 네트워크들 및 인터넷과 같은 통신 네트워크들에 연결하기 위한 임의의 다른 그러한 인터페이스들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러한 연결은 유선 연결 또는 무선 연결(예를 들어, IEEE 802.11 표준을 사용하는)을 포함할 수 있지만 통신 인터페이스(250)는 제어 컴퓨터로/로부터의 통신을 가능하게 하는 실질적으로 임의의 인터페이스일 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

대표적인 동작 모드들:

도 1에 도시된 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(100)의 동작이 도 3을 참조하여 더 이해될 것이다. 도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 저장 컨테이너의 볼륨을 캘리브레이션하기 위한 루틴(300)의 상위 수준 흐름도이다.

루틴(300)은 하나 이상의 음향 디바이스가 컨테이너상 각각의 위치들에 물리적으로 배치될 때, 단계(305)로 시작된다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 음향 센서 및 하나 이상의 음향 트랜스듀서, 이를테면 센서(120A) 및 트랜스듀서(130A)는 그것들이 외부 표면(155)에 음향적으로 결합되고 컨테이너(150)의 내부 볼륨(165)에 걸쳐 이동하는 음향 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성되도록 손으로 또는 로봇(예를 들어, 160)을 사용하여 컨테이너의 표면상 각각의 위치들로 배치될 수 있다.

음향 디바이스의 각각의 "위치"는 디바이스가 음향 신호들을 송신 및/또는 수신하는 컨테이너의 표면상 위치(예를 들어, 지점 또는 면적)를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 원통형 저장 컨테이너(150)의 볼륨을 캘리브레이션하기 위한 구현 예에서, 음향 디바이스의 위치는 길이 방향 축(116)을 따라 측정될 때, 특정 위도, 그리고 원주 방향(118)에서 측정되는 원주의 위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서(130A)는 컨테이너 베이스(157)에 관한 높이(h)를 갖고, 컨테이너의 원주 둘레에 원주 방향으로 +270 각도(0도 기준 축(102)에 관해 측정됨)에 위치된다. 대안적인 3차원 좌표 및 위치 결정계들이 개시된 실시 예들의 범위에서 벗어나지 않고 이용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

단계(310)에서는, 배치된 트랜스듀서들 중 하나 이상을 사용하여 하나 이상의 음향 신호가 생성된다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 시스템(100)에서, 예를 들어 그리고 제한 없이, 음향 제어 모듈(270)을 포함하는 소프트웨어 모듈들 중 하나 이상을 실행함으로써 구성되는 제어 컴퓨터(110)가 송수신기(130A)로 하여금 초음파 신호를 생성하게 할 수 있다. 제어 컴퓨터는 또한 예를 들어, 임펄스 시간을 포함하여 송신된 신호들과 관련된 다양한 파라미터를 기록할 수 있다. 다른 기록된 파라미터들은 강도, 주파수 기타 같은 종류의 것과 같은 신호의 특성들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 음향 신호는 출발 지점으로부터 컨테이너(150)의 내부 볼륨(165)을 가로질러 연장되는 경로를 따라 이동함으로써, 음향 신호의 경로에 있는 함유 매체를 통해 이동한다.

단계(315)에서는, 하나 이상의 센서를 사용하여 하나 이상의 음향 신호가 검출된다. 예를 들어, 음향 센서(120A)를 사용하여 송신기(130A)에 의해 방출되는 음향 신호들이 검출될 수 있다. 또한, 단계(315)에서는, 검출된 음향 신호(들)과 관련된 정보가 음향 신호를 사용하여 측정되고 추가 처리를 위해 제어 컴퓨터(110)에 의해 기록될 수 있다. 바람직하게는, 정보는 센서에서 음향 신호의 도달이 검출되는 특정 시간을 포함한다. 또한, 추가 분석을 위해 측정되고 기록되는 정보는 강도, 주파수 기타 같은 종류의 것과 같은 신호의 특성들을 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 하나 이상의 검출된 음향 신호의 특성들은 여기서 더 설명될 바와 같이, 제어 컴퓨터를 사용하여 상이한 음향 신호들을 구별하기 위해, 그리고 몇몇 구현 예에서, 컨테이너의 다양한 동작 조건(소정의 높이의 컨테이너 내 매체의 유형, 컨테이너의 구조 조건 기타 같은 종류의 것)을 결정하기 위해 분석될 수 있다.

단계(320)에서, 제어 컴퓨터(110)는 임펄스 시간 및 하나 이상의 신호에 대한 각각의 검출 시간들에 기초하여 하나 이상의 음향 신호에 대한 전파 시간(TOF들)을 계산한다. 각각의 개별 TOF는 신호가 음향 디바이스들 중 두 음향 디바이스 사이에서 이동한 경과 시간을 나타내고 음향 신호가 이동한 거리의 함수이다. 보다 구체적으로, 예를 들어 그리고 제한 없이, 음향 분석 모듈(272)을 포함하는 소프트웨어 모듈들(130) 중 하나 이상을 실행함으로써 구성되는 제어 컴퓨터(110)는 임펄스 시간과 하나 이상의 신호가 송수신기에 의해 검출된 각각의 시간들 간 경과 시간에 기초하여 각각의 경로들을 따라 이동하는 하나 이상의 음향 신호에 대한 TOF를 계산할 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서(130A)에 의해 송신되고 센서(120A)에 의해 수신된 신호의 TOF는 트랜스듀서의 위치로부터 센서의 위치까지의 경로(p)를 따라 이동하는 시간이다.

단계(325)에서는 제어 컴퓨터(110)가 측정된 TOF들 및 컨테이너의 내부 볼륨 내 매체를 통하는 음속에 기초하여 하나 이상의 음향 신호가 이동한 각각의 거리를 계산한다. 보다 구체적으로, 예를 들어 그리고 제한 없이, 기하 분석 모듈(274)을 포함하는 소프트웨어 모듈들(130) 중 하나 이상을 실행함으로써 구성되는 제어 컴퓨터(110)는 계산된 TOF 및 매체를 통하는 음속의 함수로서 그것의 각각의 경로들을 따라 음향 신호가 이동한 거리를 계산하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서(130A) 및 센서(120A)가 도 1에 도시된 바와 같이, 컨테이너(150)의 대향 측들상에 있고 피치-캐치 모드(pitch-catch mode)로 동작하는 대표적인 구현 예에서, 매체(

)에서의 음속 및 트랜스듀서와 센서 사이를 이동하는 음향 신호에 대해 측정된 TOF를 인지함에 따라, 거리(d)가 식(

)에 따라 계산될 수 있다.

단계(330)에서, 제어 컴퓨터는 저장 컨테이너의 치수들을 단계(325)에서 계산된 하나 이상의 거리의 함수로서 그리고 음향 디바이스들의 소정의 정렬을 결정한다. 보다 구체적으로, 예를 들어 그리고 제한 없이, 기하 분석 모듈(274)을 포함하는 소프트웨어 모듈들(130) 중 하나 이상을 실행함으로써 구성되는 제어 컴퓨터(110)는 하나 이상의 음향 신호가 이동한 음향 측정 거리 및 하나 이상의 거리를 측정하는 데 사용되는 음향 디바이스들의 인지된 상대 위치에 기초하여 컨테이너(150)의 직경을 계산하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 컨테이너 벽상의 하나 이상의 위치로부터 측정됨에 따라, 컨테이너의 직경이 측정된다면, 구성된 제어 컴퓨터(110)는 또한 그것의 높이는 포함하는 컨테이너의 인지된 파라미터들에 기초하여 컨테이너의 볼륨을 계산할 수 있다.

송신 트랜스듀서 및 수신 센서가 컨테이너(150)의 표면(155) 상에서 독립적으로 위치되고 그 사이 거리를 측정하기 위해 사용되는 구현 예들에서, 두 디바이스는 바람직하게는 그 사이에서 송신되는 음향 신호들이 길이 방향 중심축(116)을 통과하는 내부 볼륨(165)에 걸친 경로를 따라 이동하도록 정렬된다. 다시 말해, 두 디바이스는 바람직하게는 신호가 컨테이너의 직경에 걸쳐 이동하도록 벽상의 직경 방향으로 대향되는 원주 위치들에 위치된다. 또한, 두 음향 디바이스는 내부 볼륨에 걸쳐 음향 신호들이 이동한 경로가 또한 길이 방향 축(116)에 수직하도록 길이 방향(116)으로 정렬되는 것(즉, 수준 베이스(157)에 관해 동일한 위도 또는 높이)이 바람직할 수 있다. 그에 따라, 두 음향 디바이스가 컨테이너 벽의 대향 측들상에 동일한 위도에 배치되는 경우, 단계(320)에서 계산된 거리(d)는 소정의 위도에서의 컨테이너의 직경을 나타낸다.

컨테이너의 직경을 계산하기 위한 앞에서의 단계들이 독립적으로 배치되는 트랜스듀서들 및 센서들이 길이 방향 및 원주 방향 양자에서 정렬된다는 가정에 기초하지만, 그렇게 정렬되지 않은 음향 디바이스들 간 TOF-기반 거리 측정은 두 디바이스의 상대 위치가 인지된다면, 컨테이너의 직경들을 계산하기 위해 유사하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 음향 트랜스듀서(130B) 및 음향 센서(120A)가 상이한 위도들에 위치되는 경우, 예상되는 컨테이너(150)의 직경은 디바이스들이 원주 벽의 외측 표면(155) 상에 원주 방향으로 정렬되고 길이 방향(116)에서 두 디사이스 간 간격(예를 들어, 센서(120A) 및 트랜스듀서(130B)의 높이들, 즉 각각 h와 h1 간 차)이 인지된다면, 여전히 두 디바이스 간 음향 측정 거리로부터 계산될 수 있다.

거리를 측정하기 위해 사용되는 음향 디바이스들의 위치 결정 및 정렬이 컨테이너의 정확한 측정을 이루기 위해 중요하기 때문에, 루틴(300)은 또한 둘 이상의 음향 디바이스를 정렬하는 단계(322)를 포함할 수 있다. 개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따르면, 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(100)은 두 음향 디바이스를 컨테이너(150)의 원주 벽의 표면(155)에 관해 하나 이상의 방향, 예를 들어, 원주 방향(118) 및 길이 방향(116)에서 자동으로 정렬시키도록 구성될 수 있다. 정렬은 음향 기반 거리 측정을 사용하여 보다 구체적으로, 정렬된 디바이스들 사이에서 이동하는 음향 신호들의 계산된 TOF들에 기초하여 이루어지고 검증될 수 있다.

일반적으로, 디바이스들이 정렬됨을 검증하는 것은 컨테이너의 표면상의 음향 디바이스들 중 하나 이상의 위치를 하나 이상의 방향으로 반복하여 조정하는 것, 그리고 각각의 위치에 대해, 재계산된 TOF들이 음향 디바이스들 중 적어도 두 음향 디바이스의 각각의 위치들이 정렬됨을 나타낼 때까지 음향 신호(들)를 생성하는 것, 검출하는 것 그리고 이의 TOF를 재계산하는 것을 반복하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 정렬은 또한 예를 들어, 음향 신호가 길이 방향 축(116)에 수직한 경로를 따라 내부 볼륨에 걸쳐 이동하도록 컨테이너에 관한 트랜스듀서의 각도를 조정하는 것을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 예를 들어 그리고 제한 없이, 위치 제어 모듈(276)을 포함하는 소프트웨어 모듈(230)들 중 하나 이상을 실행함으로써 구성되는 제어 컴퓨터(110)는 로봇(160)을 사용하여 표면(155)을 따라 트랜스듀서(130C)를 위치시키고 길이 방향(116)으로 측정된 양만큼 재위치시킬 수 있다. 컨테이너상에서 하나 이상의 방향으로 측정된 양만큼 트랜스듀서를 이동시키는 것은 예를 들어, 절대 위치 또는 상대 위치 및 로봇의 이동을 측정하기에 적합한 로봇에 탑재되는 하나 이상의 센서(예를 들어, GPS 센서, 가속도계, 고도 센서 기타 같은 종류의 것)를 사용하여, 근 실시간으로 수집되는 위치 측정에 기초하여 제어될 수 있다. 로봇 및 트랜스듀서의 각각의 새로운 위치에 대해, 제어 컴퓨터는 트랜스듀서를 사용하여 하나 이상의 음향 신호를 생성하는 단계, 트랜스듀서가 정렬되는 특정 센서에 의해 음향 신호들을 검출하는 단계 및 하나 이상의 신호에 대해 TOF들을 계산하는 단계를 수행할 수 있다. 언급된 바와 같이, 제어 컴퓨터는 로봇이 트랜스듀서 또는 다른 음향 디바이스를 컨테이너로부터 분리하게 하고, 로봇을 재위치시킨 다음, 음향 디바이스를 새로운 위치에서 컨테이너와 다시 치합하게 배치하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 트랜스듀서(130C)를 특정 센서, 예를 들어, 센서(120B)와 정렬시키려고 할 때, TOF는 특정 센서(120B)에 의해 검출된 음향 신호들에 대해 계산된다.

트랜스듀서와 특정 센서 사이를 이동하는 음파들의 TOF는 그 사이의 거리에 정비례하기 때문에, 길이 방향(116)에서의 두 디바이스의 정렬은 그 사이를 이동하는 펄스에 대한 TOF의 최소값이 식별될 때까지 표면(155)을 따라 트랜스듀서(및/또는 센서)를 반복적으로 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. 유사하게, 원주 방향(118)에서의 정렬은 트랜스듀서를 원주 방향으로 표면(155)(및/또는 센서)을 따라 반복하여 이동시키고 TOF가 디바이스들이 원주 방향으로 정렬됨을 나타낼 때까지 TOF를 재측정하는 것에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서(130C) 및 센서(120B)의 상대 길이 방향 위치가 변하지 않는다고 가정하면, 두 디바이스는 제어 컴퓨터에 의해 그 사이를 이동하는 음향 신호들의 TOF가 최대일 때 벽의 표면(155) 상에 원주 방향으로 정렬(즉, 원주 방향 위치들 바로 맞은편에 위치)되도록 결정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 몇몇 구현 예에서, 캘리브레이션 시스템(100)은 표면(155) 상의 상이한 위치들에서 길이 방향(116)으로, 그리고 추가적으로 또는 대안적으로, 원주 방향(118)으로 컨테이너(150)의 치수들을 측정하도록 구성될 수 있다. 다차원으로 얻어진 거리 측정치들을 사용하여, 제어 컴퓨터(110)는 더 높은 해상도 및 정확도로 컨테이너의 내부 볼륨의 모델을 생성하도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 제어 컴퓨터(110)는 이전에 배치된 센서들 및 트랜스듀서들의 임의의 수의 상이한 조합에 대해 루틴(300)의 단계들(예를 들어, 단계들(305-325)) 중 하나 이상을 반복하도록 구성될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 단계(340)에서, 새로운 위치(들)를 고려하여 음향 디바이스들 간 거리를 재측정하기 전에 음향 디바이스들 중 하나 이상이 재위치될 수 있다. 예를 들어, 로봇(160)은 컨테이너의 직경이 제2 위도에서 재측정될 수 있도록 음향 트랜스듀서(130C)를 제1 위도에서 제2 위도로 이동시키도록 구성될 수 있고, 그 후 필요에 따라 트랜스듀서를 다른 위치로 이동할 수 있다.

음향/초음파 측정을 사용하여 TOF 및 음향 디바이스들 간 거리를 측정하기 위한 대표적인 루틴(300)의 하나 이상의 단계는 다양한 상이한 트랜스듀서 및 센서 구성 및 동작 모드를 사용하여 유사하게 구현될 수 있다. 나머지 도면들 및 대응하는 논의는 본 발명의 개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따른 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(100)의 다양한 구성 및 개념을 더 도시하고 있다.

도 4a 내지 도 9는 개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따른 다양한 상이한 음향 디바이스 배열 및 동작 모드를 갖는 대표적인 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템을 도시한다. 도 4a 내지 도 4d에 도시된 다양한 음향 디바이스는 음향 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템의 동작을 조정하는 제어 컴퓨터(110)와 통신하도록(통신 연결은 도시되지 않음) 구성되는 것으로 이해되어야 한다.

도 4a는 컨테이너(450) 상에 배치된 대표적인 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(400A)의 측면도 및 상면 평면도를 도시하는 상위 수준의 도해이다. 시스템(400A)은 컨테이너의 원주 벽의 외부 표면(455) 상에 배치된 단일 송수신기 유닛(430A)에 통합되는 초음파 트랜스듀서 및 센서를 포함한다. 이러한 대표적인 구성에서, 송수신기는 음향 신호들을 송신(Tx) 및 수신(Rx)하도록 구성될 수 있다(즉, 펄스-에코 모드로 동작할 수 있다). 도시된 바와 같이, 송수신기(430A)는 길이 방향(416)에서 측정될 때, 벽상의 높이(h)에 위치되고, 제어 컴퓨터(110)를 사용하여 높이(h)에서 컨테이너의 직경을 측정하도록 동작될 수 있다.

보다 구체적으로, 송수신기(430A)는 컨테이너의 내부 볼륨에 걸친 경로를 따라 음향 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 신호는 컨테이너의 대향 측상에서 원주 벽의 내부 표면에 의해 반사될 수 있어, 반사된 신호의 적어도 한 성분은 경로(p)를 따라 출발 지점을 향해 다시 이동하게 된다. 따라서, 트랜스듀서 구성요소와 실질적으로 동일한 위치에 제공되는 송수신기(430A)의 센서 구성요소는 반사된 음향 신호를 검출하고 검출 시간을 기록하도록 구성될 수 있고 또한 수신된 신호의 다른 특성들을 측정할 수 있다. 도 4b는 시스템(400A)의 동작 동안 그러한 음향 신호의 이동을 나타내는 개념적인 측면도이다. 도시된 바와 같이, 음향 신호는 송수신기(430A)와 대향 측벽의 내부 표면(457) 사이의 경로(p)를 따라 이동한다. 도 4b는 또한 음향 신호가 송수신기로부터 대향 벽으로 이동하고 신호의 반사된 성분이 다시 송수신기로 이동하는 총 "귀환 시간"인 TOF를 개념적으로 도시한다. 도 4b는 또한 음향 신호(2d)가 이동한 총 거리의 절반인 트랜스듀서와 대향 벽 간 거리(d)의 관계를 도시한다. 따라서, 매체(

)에서의 음속을 인지함에 따라, 송수신기과 대향 벽 간 거리(d)는 식((

))에 따라 계산될 수 있다.

또한, 송수신기(430A)는 표면상에서 하나 이상의 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4c에 도시된 바와 같이, 송수신기(430A)는 송수신기를 컨테이너(450)의 표면(455) 상의 임의의 수의 상이한 위도로 자율적으로 또는 반자율적으로 이동시키도록 구성되는 가동 로봇 플랫폼(460A)에 장착될 수 있다. 따라서, 제어 컴퓨터(110)는 각각의 개별 위도에서 컨테이너의 직경을 제어 가능하게 측정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 송수신기(430A)는 예를 들어, 소정의 위도에서의 컨테이너 직경의 균일성을 결정하기 위해 컨테이너의 직경이 컨테이너의 원주 둘레 다수의 위치에서 측정될 수 있도록 표면상의 다른 방향들로, 즉 원주 방향으로 이동될 수 있다.

바람직하게는, 펄스 에코 모드로 동작하는 음향 트랜스듀서(430A)는 음향 신호가 컨테이너의 대향 측의 내측 표면으로 이동하고 동일한 경로(예를 들어, 원통형 컨테이너의 중심 길이 방향 축(416)을 통과하고 그에 수직하는 경로)를 따라 다시 반사되도록 표면(455)에 음향적으로 결합된다. 따라서, 송수신기의 위치 결정은 송신되는 음향 신호의 방향성을 제어하기 위해 컨테이너의 표면(455)에 관해 송수신기를 자동 정렬하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에서, 제어 컴퓨터(110)의 제어 하의 로봇 플랫폼은 음향 신호들이 길이 방향 축(416)을 통해 수직으로(예를 들어, 소정의 위도를 따라 그리고 컨테이너의 대향 측에 수직하게) 통과하는 경로를 따라 이동하는 것으로 결정될 때까지 표면(455)에 관한 송수신기(430A)의 각도를 체계적으로 조정하도록 구성될 수 있다. 제어 컴퓨터는 수신된 음향 신호들(예를 들어, TOF, 강도, 주파수 기타 같은 종류의 것)의 하나 이상의 측정된 특성에 기초하여 적절한 정렬을 검증하도록 구성될 수 있다.

개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따라, 도 5는 컨테이너(550) 상에 배치된 다른 대표적인 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(500)을 도시한다. 원통형 컨테이너의 벽(555)의 외부 표면상에 배치된 송수신기 유닛들의 어레이(530)를 포함하는 시스템(500). 도 4a와 관련하여 설명된 송수신기들과 유사하게, 개개의 송수신기들(1-n)은 각각 트랜스듀서 및 센서 구성요소를 포함하고 송신(Tx) 및 수신(Rx) 모드들 양자로 동작하도록 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 송수신기들은 벽(455)의 표면 상에 각각의 위도들에 제공될 수 있다. 몇몇 구현 예에서, 송수신기들은 각각의 위치들에 고정될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 송수신기들 중 하나 이상은 표면상의 하나 이상의 방향으로 이동 가능할 수 있다.

도 1, 도 3 및 도 4a 내지 도 4c와 관련하여 설명된 대표적인 방법들에 따르면, 트랜스듀서(530A-N)를 개별적으로 사용하여, 제어 컴퓨터(110)는 각 트랜스듀서의 각각의 위도에서 컨테이너(550)의 직경을 측정할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 전술한 바와 같이, 하나보다 많은 트랜스듀서 또는 송수신기를 사용하는 시스템들의 경우, 위상 어레이를 사용하는 것이 바람직할 수 있는데, 여기서 어레이의 각 요소에 의해 전송되는 음향 펄스들은 시간에서 제어되므로, 신호들 간 구별을 가능하게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 각각의 트랜스듀서들의 신호들을 구별하기 위해 이용될 수 있는 다른 방법은 트랜스듀서들이 방출 및 수신을 위해 상이한 각각의 주파수들서 동작하는 것이다. 여기에 설명된 대표적인 실시 예들은 한 쌍, 즉 제1 및 제2 송수신기로서 동작하는 두 디바이스 간 거리를 측정하지만, 하나의 디바이스에 의해 방출되는 신호들이 임의의 수의 다른 디바이스, 즉 제3 송수신기에 의해 제1 및 제2 송수신기들 간 "피치 앤 캐치(pitch and catch)"하는 유사한 방식으로 수신될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1과 제3 송수신기들 간 전파 시간은 디바이스의 상대 위치들이 인지(예를 들어, 디바이스 배치 동안 측정)된다면, 그 사이 경로 거리의 계산 그리고 그에 따른 볼륨의 계산을 가능하게 할 것이다.

개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따라, 도 6은 컨테이너(650) 상에 배치된 다른 대표적인 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(600)을 도시한다. 시스템(600)은 원통형 컨테이너의 원주 벽의 외부 표면(655)상의 각각의 위치들에 배치된 트랜스듀서(630) 및 센서(620)를 포함하여 다수의 음향 디바이스를 포함한다. 그러한 구성에서, 트랜스듀서는 송신(Tx) 모드로 동작하도록 구성되는 반면, 센서는 수신(Rx) 모드로 작동하도록 구성된다. 그에 따라, 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이, 트랜스듀서와 센서 쌍은 피치-캐치 모드에서 함께 작동하도록, 즉 직접 전파 경로에 따른 TOF가 측정될 수 있고 그 사이의 거리가 계산될 수 있도록 트랜스듀서와 센서 사이에 직접 음향 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 또한, 송수신기(430C) 및 센서(420)는 예를 들어, 상이한 위도들에서 컨테이너의 직경을 측정할 수 있게 하도록 길이 방향(616)으로 이동되도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 트랜스듀서 및 센서는 컨테이너의 원주 둘레 다수의 위치에서 직경을 측정하기 위해, 표면상의 다른 방향들, 즉 원주 방향으로 이동될 수도 있다.

개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따라, 도 7은 원통형 컨테이너(750) 상에 배치된 다른 대표적인 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(700)을 도시한다. 시스템(700)은 트랜스듀서 디바이스들(730-1 내지 730-n)의 어레이(730) 및 컨테이너의 원주 벽의 외부 표면(755) 상에 배치된 센서 디바이스들(720-1 내지 720-n)의 어레이(720)를 포함한다. 그러한 구성에서, 어레이(730)의 트랜스듀서들 중 하나 이상 및 어레이(720)의 센서들 중 하나 이상이 피치-캐치 모드에서 함께 동작하도록 구성될 수 있도록 각각의 트랜스듀서는 송신(Tx) 모드에서 동작하도록 구성될 수 있는 반면, 각각의 센서는 수신(Rx) 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 트랜스듀서들 및 센서들은 대향하는 원주 위치들에 제공될 수 있다. 디바이스들은 또한 각각의 위도들에 제공될 수 있고 각각의 위치는 고정될 수 있다. 바람직하게는, 트랜스듀서들의 각각은 센서들 중 하나와 동일한 위도에 위치됨으로써 각각의 쌍들을 획정한다, 예를 들어, 트랜스듀서(730-1) 및 대응하는 센서(730-1)가 소정의 높이에서의 쌍을 획정한다. 그러나, 몇몇 구현 예에서, 개개의 트랜스듀서들 및 센서들은 반드시 일대일 방식으로 또는 다른 디바이스와 동일한 위도에서 쌍을 이루어야 하는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대안적으로, 몇몇 구현 예에서, 음향 디바이스들 중 하나 이상은 벽의 표면을 따라 하나 이상의 방향으로 이동 가능할 수 있다.

도 8은 개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따른, 컨테이너(850) 상에 배치되는 대표적인 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(800)의 상면도이다. 도시된 바와 같이, 시스템(800)은 원통형 컨테이너의 원주 벽의 외부 표면(855) 둘레에 원주 방향으로 배치되는 음향 디바이스들(830A-830L)의 어레이(830)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 디바이스들은 컨테이너의 전체 원주 둘레에 이격되어 있다. 대표적인 시스템(800)에서, 원통형 컨테이너상의 대향하는 원주 방향 위치들에 있는 디바이스들, 예를 들어 트랜스듀서/송수신기(830A) 및 센서/송수신기(830G)는 각각 송신 및 수신 모드들에서 동작할 수 있다. 추가 예로서, 도 9는 컨테이너(950)의 원주 측벽(955) 상에 배치되는 대표적인 초음파 컨테이너 볼륨 캘리브레이션 시스템(900)의 상면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(900)은 컨테이너 둘레의 일부, 예를 들어 컨테이너 둘레의 절반 둘레에 이격된 음향 디바이스들(930A-930G)을 포함한다. 음향 디바이스들은 단지 원주의 일부 둘레에 이격되어 있기 때문에, 바람직하게는 송신 및 수신 모드로 동작하는 송수신기들이 사용된다.

도 8에 도시된 대표적인 구현 예에서, 컨테이너의 원주 둘레의 트랜스듀서들의 위치는 탱크 및 그 내용물의 단면 이미지를 제공하도록 제어 컴퓨터(110)를 사용하여 동작될 수 있다. 예를 들어, 백 프로젝션(back projection) 알고리즘(즉, 라돈 전달(radon transfer)) 및 다른 그러한 알고리즘들과 같은 알려져 있는 수학적 알고리즘들이 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 음향 디바이스들이 컨테이너 원주의 부분적 커버리지를 제공하는 도 9에 도시된 것과 같은 구현 예들에서, 제어 컴퓨터는 유사한 수학적 기술들을 사용하여 컨테이너의 단면 이미지를 생성하도록 여전히 구성될 수 있다. 또한 사용되는 트랜스듀서들의 수는 제어 컴퓨터를 사용하여 생성될 수 있는 컨테이너 볼륨의 이미지의 해상도에 정비례한다는 점에 유의해야 한다.

도 5a 내지 도 9와 관련하여 설명된 구성들 및 동작 모드들의 조합이 개시된 실시 예들 중 하나 이상에 따라 컨테이너들의 볼륨를 음향적으로 캘리브레이션하는 데 이용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 고정 음향 디바이스들의 어레이들을 이용하여 취한 컨테이너 볼륨 측정은 그렇지 않으면 고정 디바이스들에 의해 달리 모니터링되지 않고 그렇지 않으면 컨테이너의 벽상의 위치들에 도달하기 어려운 위치들에서 컨테이너 치수들을 측정하도록 구성된 로봇 장착 음향 디바이스들을 사용하여 취해진 측정에 의해 보충될 수 있다. 추가의 예로서, 도 8 및 도 9는 각각의 원주 위치들에 배치된 단일 음향 디바이스만을 도시하지만, 몇몇 구현 예에서는, 종 방향으로 배향된 디바이스들의 어레이가 예를 들어, 도 5 및 도 7과 관련하여 설명된 바와 같은 컨테이너 벽상의 각각의 원주 위치들 중 하나 이상에 배치될 수 있다. 어레이들이 길이 방향으로 배열된(예를 들어,베이스에 관해 수직선으로 벽 표면상에 이격된) 트랜스듀서들(또는 송수신기들)을 포함하고 몇몇 그러한 어레이가 탱크의 원주 둘레에 배치되는 구현 예들에서, 다중 어레이를 사용하면 길이 방향 및 원주 방향으로 상이한 지점들에서 탱크를 측정할 수 있다. 제어 컴퓨터(110)에 의해 생성되는 컨테이너 볼륨 모델들 또는 이미지들의 해상도는 컨테이너의 벽상에 배치된 어레이들의 수뿐만 아니라 각 어레이의 디바이스들의 수에 의존적일 수 있다. 따라서, 탱크의 원주 둘레에 위치되는 충분한 수의 길이 방향 어레이로, 제어 컴퓨터는 컨테이너 볼륨 및 그 내용물의 충분히 상세한 2차원 또는 3차원 이미지들을 생성할 수 있다.

언급한 바와 같이, 컨테이너의 볼륨를 측정하는 것 외에, 저장 컨테이너들의 볼륨를 음향적으로 캘리브레이션하기 위한 대표적인 시스템들 및 방법들은 또한 컨테이너 내 내용물의 유형, 그러한 내용물의 볼륨을 포함하여 컨테이너의 동작 특성들을 음향적으로 결정하도록 그리고 컨테이너 벽들의 구조적 무결성을 평가하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 음향 측정은 탱크 내의 액체(들)의 수준을 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 이에 의해 액체 볼륨의 계산을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 각각의 위도들에서 탱크의 직경을 측정하기 위해 이격된 음향 디바이스들의 어레이를 이용할 때, 제어 컴퓨터는 각각의 위도들에서 측정된 신호들의 특성들을 분석하여 두 상이한 매체 간 계면, 즉 석유와 공기 간 계면의 수준을 식별하도록 구성될 수 있다. 따라서, 컨테이너 내 석유의 볼륨는 계면 수준 및베이스와 계면 수준 사이에서 연장되는 컨테이너 부분의 볼륨 또는 추가의 예로서 오일/공기 계면과 베이스에 더 가까운 오일/물 계면 간 높이 차에 기초하여 결정될 수 있다.

추가의 예로서, 매체(예를 들어, 이러한 특정 적용 탄화수소, 공기 및 물)에서 상이한 음속의 결과로서, 캘리브레이션 시스템은 각각의 매체를 구별할 수 있다. 예를 들어, 공기의 경우, 통상적으로 트랜스듀서들의 동작 주파수에서 높은 신호 감쇠로 인해 신호가 없을 것이다. 따라서, 시스템은 신호가 수신되지 않는 지점에서 오일과 공기 사이 계면을 결정할 수 있다.

또한, 매체에서의 음향 신호의 음속을 인지하면, 시스템은 저장 컨테이너 내에 함유된 특정 유형의 제품을 분류하도록 더 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 해당 기술분야에의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 공기 중 음속(330 m/s)은 저장 베슬에 포함된 매체의 음속과는 상당히 상이하다. 수중 음속은 1484 m/s에 가깝고, 등유를 통한 음속은 1324 m/s에 가깝다. 실제 예로서, 30미터 거리에 걸쳐 음향 신호를 송신하는 것은 물의 경우 40.43초 그리고 등유의 경우 45.31초의 전파 시간(귀로)과 동일할 것이다.. 따라서, 컨테이너 치수들 또는 예상 전파 시간의 캘리브레이션으로, 시스템은 전파 시간의 차이에 따라 트랜스듀서로 측정된 소정의 수준에서 탱크 내의 액체를 결정하도록 구성될 수 있다.

또한, 전술한 개념은 석유 저장 컨테이너의 바닥에 다른 액체들, 예를 들어 물이 존재하는지를 식별하는 데 사용될 수 있다. 그러한 정보는 컨테이너 내용물의 볼륨의 정확한 결정을 보장하고 그에 따라 컨테이너로 그리고 그로부터 제품의 정확한 전달을 보장하며 다른 탱크들/베슬들의 오염을 피하기 위해 사용될 수 있다.

언급한 바와 같이, 시스템은 또한 바람직하게는 컨테이너 벽들의 구조적 무결성을 평가하도록 구성될 수 있다. 시스템은 컨테이너 볼륨를 측정하기 위한 프로세스들과 무관하게 또는 컨테이너 볼륨를 측정하기 위한 프로세스들과 관련하여 컨테이너 무결성을 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 시스템은 송수신기를 사용하여 음향 신호를 송신하도록 구성될 수 있고(Tx 및 Rx 모드로 동작하여), 음향 신호가 처음에 송수신기에 의해 전송될 때, 신호의 일부가 컨테이너 벽의 경계들에서 반사될 것인 한편, 그 일부는 상술한 바와 같이 내부 볼륨을 통해 전달될 것이다. 경계(즉, 컨테이너 벽의 내부 표면)에서 반사되는 신호는 베슬의 두께에 대한 정보를 나타낼 것이고 트랜스듀서를 사용하여 수신 및 측정될 수 있다. 특히, 벽 재료에서의 기지의 음속 및 전파 시간(경계 벽으로의 왕복 이동)에 기초하여, 시스템은 벽의 두께를 계산할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 고주파 트랜스듀서는 측정된 전파 귀환 시간 및 재료에서의 음속에 기초하여 컨테이너의 경계 벽들의 내부 구조의 무결성, 예를 들어 균열 및 부풀음을 측정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 다른 대표적인 구성에서, 시스템은 이중 주파수 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 이때 고주파에서 방출되는 신호들은 베슬 무결성을 측정하기 위해 분석될 수 있고 더 낮은 주파수 신호들은 컨테이너 치수들의 전파 시간 측정을 수행하기 위해 분석될 수 있다. 또한, 그러한 이중 주파수 송수신기 구성들에서, 필요에 따라 잡음을 제거하기 위해(예를 들어, 저역 및/또는 고역 통과 필터를 사용하여) 전자 필터링 기술들이 적용될 수도 있다.

이러한 시점에서, 전술한 설명의 많은 부분이 저장 컨테이너들의 볼륨의 초음파 캘리브레이션을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이었지만, 여기서 개시된 방법들은 언급된 시나리오들을 넘어선 시나리오들, 상황들 및 설정들에서 유사하게 전개 및/또는 구현될 수 있음을 유의해야 한다. 예를 들어, 대표적인 시스템들 및 방법들은 초음파 음향 디바이스들로 제한되지 않고 컨테이너들의 볼륨을 음향적으로 측정하도록 구성될 수 있다.

컨테이너 볼륨을 측정하기 위한, 즉 원통형 형상 및 금속성 구조를 갖는 대형 석유 저장 컨테이너들의 볼륨을 측정하기 위한 대표적인 시스템들 및 방법들이 특정한 실제 적용의 맥락에서 상술되었지만, 본 발명의 개시된 실시 예들은 이러한 대표적인 적용 예로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 개시된 시스템들 및 방법들은 대안적인 형상들(예를 들어, 구형 컨테이너들, 입방형 컨테이너들 기타 같은 종류의 것)을 갖는 저장 컨테이너들의 볼륨를 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 그리고 제한없이, 입방형 컨테이너의 경우에, 위에서 개시된 방법들은 컨테이너의 외부 표면상에 길이 방향 축 및/또는 가로 방향 축을 따라 음향 디바이스를 정렬하고, 컨테이너의 주변 둘레 다수의 위치 및 다수의 높이에서 컨테이너의 대향 벽들 사이 거리를 음향적으로 측정하며, 컨테이너, 그 내용물 기타 같은 종류의 것의 내부 볼륨의 2 또는 3차원 맵들을 생성하기 위해 유사하게 적용될 수 있다.

도면들에 도시되고 설명된 것보다 더 많거나 더 적은 동작이 수행될 수 있음이 이해되어야 한다. 이러한 동작들은 설명된 것과 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 도면들에서 유사한 숫자들은 여러 도면을 통해 유사한 요소들을 나타내고, 도면들을 참조하여 설명되고 도시된 모든 구성요소 및/또는 단계가 모든 실시 예 또는 배치에 요구되는 것은 아님을 이해해야 한다.

따라서, 본 시스템들 및 방법들의 예시적인 실시 예들 및 배열들은 저장 컨테이너들의 볼륨을 초음파 캘리브레이션하기 위한 시스템 및 컴퓨터 구현 방법, 컴퓨터 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 도면들에서의 흐름도 및 블록도들은 다양한 실시 예 및 배열에 따른 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현 예들의 아키텍처, 기능 및 동작을 예시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도들에서의 각각의 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드 부분을 나타낼 수 있다. 또한 몇몇 대안 적인 구현 예에서, 블록에 언급된 기능들은 도면들에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 연속으로 도시된 두 개의 블록은 관련된 기능성에 의존하여, 사실상 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 또는 블록들이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한 블록도들 및/또는 흐름도의 각각의 블록 및 블록도들 및/또는 흐름도의 블록들의 조합은 특정된 기능들 또는 동작들을 수행하는 특수 목적의 하드웨어 기반 시스템들, 또는 특수 목적의 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합에 의해 구현될 수 있음을 유의해야 할 것이다.

여기서 사용한 용어는 단지 특정 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 제한하려는 것은 아니다. 여기서 사용될 때, 단수 표현들은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 본 명세서에서 사용될 때, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는 것으로 이해될 것이다.

또한, 여기서 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것으로, 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 여기서 "포함한", "포함하는" 또는 "갖는", "함유하는", "수반하는" 및 이들의 어미 변화형들의 사용은 그 이후에 열거되는 항목들 및 그것들의 등가물들 뿐만 아니라 추가 항목들을 포함하는 것으로 의도된다.

상술된 기술 요지는 단지 예시로서 제공된 것이고 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도시되고 설명된 대표적인 실시 예들 및 적용 예들을 따르지 않고, 다음의 청구범위에 제시된 본 개시의 진정한 사상 및 범위를 벗어남이 없이 여기에 설명된 기술 요지에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (15)

1. 복수의 음향 디바이스를 사용하여 안에 매체(medium)를 함유하는 저장 컨테이너의 내부 볼륨을 측정하는 방법으로서,
   상기 복수의 음향 디바이스를 상기 컨테이너의 원주 벽의 외부 표면상의 각각의 위치들에 배치시키는 단계로서, 상기 음향 디바이스들은 초음파 트랜스듀서 및 초음파 센서를 포함하고, 상기 트랜스듀서는 상기 표면에 음향적으로 결합되고 상기 컨테이너의 상기 벽을 통해 그리고 상기 컨테이너의 상기 내부 볼륨에 걸쳐 하나 이상의 초음파 신호를 송신하도록 구성되며, 상기 센서는 상기 표면에 음향적으로 결합되고 상기 하나 이상의 초음파 신호를 검출하도록 구성되는, 상기 복수의 음향 디바이스를 배치시키는 단계;
   상기 트랜스듀서를 사용하여 하나 이상의 초음파 신호를 송신하는 단계로서, 각각의 신호가 각각의 임펄스 시간에 송신되는, 상기 하나 이상의 초음파 신호를 송신하는 단계;
   상기 센서를 사용하여, 상기 하나 이상의 신호를 검출하고 각각의 검출 시간을 기록하는 단계;
   상기 트랜스듀서 및 상기 센서와 전자 통신하는 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 각각의 임펄스 시간들 및 각각의 검출 시간들에 기초하여 상기 하나 이상의 신호에 대한 각각의 전파 시간들(TOF들, times of flight)을 계산하는 단계로서, 각각의 TOF는 신호가 상기 트랜스듀서 및 상기 센서의 상기 각각의 위치들 사이의 경로를 따라 이동한 경과 시간인, 상기 TOF들을 계산하는 단계;
   상기 컴퓨팅 디바이스로, 상기 각각의 TOF들에 기초하여, 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상을 상기 컨테이너의 상기 원주 벽에 관한 길이 방향 및 원주 방향 중 하나 이상으로 정렬시키는 단계;
   상기 컴퓨팅 디바이스로, 계산된 상기 각각의 TOF 및 상기 매체를 통하는 음속에 기초하여 정렬된 상기 트랜스듀서 및 센서의 상기 각각의 위치들 간 거리를 계산하는 단계; 및
   상기 컴퓨팅 디바이스로, 정렬된 상기 트랜스듀서 및 센서의 상기 각각의 위치들 및 계산된 상기 거리에 기초하여 상기 저장 컨테이너의 상기 볼륨을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 정렬시키는 단계는:
   상기 표면 상에서 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상의 상기 각각의 위치를 상기 원주 방향 및 상기 길이 방향 중 하나 이상으로 조정하는 단계, 및
   상기 트랜스듀서 및 센서의 조정된 상기 각각의 위치들 사이에서 송신되는 하나 이상의 음향 신호를 송신하는 단계, 검출하는 단계 그리고 그에 대한 각각의 TOF들을 계산하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 컴퓨팅 디바이스로, 계산된 상기 TOF들에 기초하여, 상기 트랜스듀서 및 상기 센서가 정렬됨을 결정할 때까지 상기 조정하는 단계, 송신하는 단계, 검출하는 단계 및 계산하는 단계를 반복하는, 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 표면 상에서 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상의 상기 각각의 위치를 조정하는 단계는:
   상기 컴퓨팅 디바이스의 제어하에 작동되는 로봇을 사용하여 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상을 상기 길이 방향 및 상기 원주 방향 중 하나 이상으로 미리 규정된 양만큼 이동시키는 단계로서, 상기 미리 규정된 양은 상기 로봇에 탑재되는 하나 이상의 위치 센서를 사용하여 근 실시간으로 측정되고 상기 로봇은 피드백 제어 루프에 따라 이동하도록 구성되는, 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상을 미리 규정된 양만큼 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 표면상의 상이한 각각의 위치들에 복수의 센서를 배치시키는 단계;
   상기 컴퓨팅 디바이스의 제어하에 로봇을 사용하여, 상기 복수의 센서 중 각각의 센서와 상기 트랜스듀서를 반복하여 정렬시키는 단계;
   상기 복수의 센서 중 하나와 정렬되는 상기 트랜스듀서의 각각의 개별 위치를 발생시키는 단계, 검출하는 단계 그리고 그에 대한 개별 TOF들을 계산하는 단계를 수행하는 단계; 및
   계산된 상기 TOF들에 기초하여, 상기 복수의 센서 중 하나와 정렬되는 상기 트랜스듀서의 각각의 개별 위치에 대해 상기 컨테이너의 직경을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 컴퓨팅 디바이스의 제어 하에 하나 이상의 로봇을 사용하여 상기 표면 상에서 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상의 상기 각각의 위치를 상기 원주 방향 및 상기 길이 방향 중 하나 이상으로 조정하는 단계, 및
   상기 트랜스듀서 및 센서의 조정된 상기 각각의 위치들 사이에서 송신되는 하나 이상의 음향 신호를 송신하는 단계, 검출하는 단계 그리고 그에 대한 각각의 TOF들을 계산하는 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 거리를 측정하는 단계 이전에, 상기 매체에서 상기 음속을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 매체에서 상기 음속을 측정하는 단계는:
   특정 트랜스듀서 및 특정 센서를 그 사이에 기지의 거리를 갖는 상기 표면상의 각각의 위치들에 배치시키는 단계;
   상기 컴퓨팅 디바이스로, 상기 특정 트랜스듀서 및 센서를 사용하여, 상기 특정 트랜스듀서와 상기 특정 센서 사이에서 송신되는 적어도 하나의 음향 신호에 대한 TOF를 측정하는 단계; 및
   상기 컴퓨팅 디바이스로, 상기 기지의 거리 및 상기 트랜스듀서와 상기 센서 사이에서 이동하는 상기 신호의 상기 TOF에 기초하여 상기 매체를 통하는 상기 음속을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 컴퓨팅 디바이스로, 계산된 상기 각각의 TOF들에 기초하여, 상기 저장 컨테이너 내에 함유된 매체의 유형, 상기 저장 컨테이너 내에 함유된 상기 매체 볼륨 중 하나 이상을 식별하는 단계를 더 포함하는, 방법.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 트랜스듀서 및 상기 센서는 상기 하나 이상의 초음파 신호를 송수신하도록 구성된 음향 송수신기 유닛으로 조합되고, 상기 정렬시키는 단계는:
    상기 하나 이상의 음향 신호가 상기 컨테이너의 직경을 따라 상기 컨테이너의 상기 내부 볼륨을 가로질러 연장되는 통로를 따라 이동하도록 상기 컨테이너의 상기 원주 벽에 관해 상기 트랜스시버를 제어 가능하게 위치시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
11. 저장 컨테이너의 볼륨을 측정하기 위한 시스템으로서,
    각각의 위치들에서 상기 컨테이너의 원주 벽의 외부 표면에 음향적으로 결합되도록 구성된 복수의 음향 디바이스로서,
    상기 벽에 의해 구획되어지는 상기 컨테이너의 내부 볼륨에 걸쳐 하나 이상의 초음파 신호를 송신하도록 구성된 초음파 트랜스듀서, 및
    상기 하나 이상의 초음파 신호를 검출하도록 구성된 초음파 센서를 포함하는, 상기 복수의 음향 디바이스;
    상기 표면상에 상기 음향 디바이스들 중 하나 이상을 제어 가능하게 배치시키도록 구성된 로봇으로서, 구동 시스템 및 상기 로봇의 위치를 모니터링하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 포함하는, 상기 로봇; 및
    제어 컴퓨팅 시스템으로서,
    비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체,
    상기 복수의 음향 디바이스, 상기 로봇 및 상기 컴퓨터 판독가능한 저장 매체와 전자 통신하는 하나 이상의 프로세서,
    상기 저장 매체에 저장되는 실행 가능한 명령들을 포함하되, 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서:
    상기 프로세서를 상기 트랜스듀서를 사용하여, 각각의 임펄스 시간들에 하나 이상의 음향 신호를 송신하도록 구성하는 음향 제어 모듈로서, 상기 프로세서를 상기 센서를 사용하여, 상기 하나 이상의 신호의 도달을 검출하고 각각의 검출 시간들을 기록하도록 더 구성하는, 상기 음향 제어 모듈,
    상기 프로세서를 상기 하나 이상의 음향 신호가 상기 트랜스듀서 및 상기 센서의 상기 각각의 위치들 사이에서 이동하는 각각의 전파 시간(TOF)을 계산하도록, 그리고 상기 각각의 TOF에 기초하여 그 사이 각각의 거리를 계산하도록 구성하는 음향 분석 모듈,
    상기 프로세서를 상기 로봇을 사용하여, 상기 표면상에서 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상의 상기 각각의 위치를 조정하도록, 그리고 각각의 조정된 개별 위치에 대해, 그 사이에서 이동하는 하나 이상의 음향 신호에 기초하여 상기 트랜스듀서와 상기 센서 사이 각각의 거리를 재계산하도록 구성하는 위치 제어 모듈, 및
    상기 프로세서를 계산된 상기 각각의 거리들 및 상기 트랜스듀서 및 상기 센서의 상응하는 각각의 위치들에 기초하여 상기 저장 컨테이너의 볼륨을 계산하도록 구성하는 기하 분석 모듈을 포함하는, 상기 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 포함하는, 상기 제어 컴퓨티 시스템을 포함하는, 저장 컨테이너의 볼륨을 측정하기 위한 시스템.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 위치 제어 모듈은 상기 프로세서를 계산된 상기 TOF들에 기초하여, 상기 트랜스듀서 및 센서가 상기 컨테이너의 상기 표면에 관해 원주 방향 및 길이 방향 중 하나 이상으로 정렬되는지 여부를 결정하도록 구성하는, 저장 컨테이너의 볼륨을 측정하기 위한 시스템.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 위치 제어 모듈은 상기 프로세서를 상기 표면상의 상기 트랜스듀서 및 상기 센서 중 하나 이상의 상기 각각의 위치를 반복하여 조정하도록 그리고 상기 트랜스듀서 및 센서가 정렬됨을 결정할 때까지 TOF를 재계산하도록 구성하는, 저장 컨테이너의 볼륨을 측정하기 위한 시스템.
14. 청구항 11에 있어서, 제1 음향 센서 및 제2 음향 센서를 포함하는 복수의 초음파 센서를 더 포함하며, 상기 복수의 센서는 상기 원주 방향 및 상기 길이 방향 중 하나 이상에서 기지의 거리만큼 분리되어 있는, 저장 컨테이너의 볼륨을 측정하기 위한 시스템.
15. 청구항 12에 있어서, 상기 위치 제어 모듈은 상기 프로세서를 상기 길이 방향 및 원주 방향으로 상기 복수의 센서의 각각과 상기 트랜스듀서를 정렬시키도록, 그리고 상기 트랜스듀서가 상기 복수의 센서 중 하나와 정렬되는 각각의 개별 위치에 대해, 계산된 상기 TOF들에 기초하여 상기 컨테이너의 각각의 직경을 계산하도록 구성하는, 저장 컨테이너의 볼륨을 측정하기 위한 시스템.

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