(57)【要約】  超音波検査技術を使用して貯蔵容器の容積を検量するためのシステムおよび方法が開示されている。例示的な超音波検量システムは、容器の外側表面上のそれぞれの位置に制御可能に配備された複数の音響装置を備える。音響装置は、容器の内部容積にわたって音響信号を送信するためのトランスデューサと、音響信号を検出するように構成されたセンサと、を含む。音響装置は、音響装置の位置決めおよび動作を制御する診断用計算装置と通信しており、様々な音響装置間を伝搬する音響信号の飛行時間を判定するようにさらに構成されている。さらに、音響装置の特定の配置および測定された音響信号情報に従って、制御コンピュータは、容器の寸法、およびその内部容積を算出するように構成されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の音響装置を使用して、内部に媒体を含む貯蔵容器の内部容積を測定する方法であって、前記方法が、
前記容器の円周壁の外側表面のそれぞれの位置に前記複数の音響装置を配備することであって、前記音響装置が、超音波トランスデューサおよび超音波センサを含み、前記トランスデューサが、前記表面に音響的に結合されており、前記容器の前記壁を通って、かつ前記容器の前記内部容積にわたって、１つ以上の超音波信号を送信するように構成されており、前記センサが、前記表面に音響的に結合されており、前記１つ以上の超音波信号を検出するように構成されている、配備することと、
前記トランスデューサを使用して、１つ以上の超音波信号を送信することであって、各信号が、それぞれのインパルス時間に送信される、送信することと、
前記センサを使用して、前記１つ以上の信号を検出し、それぞれの検出時間を記録することと、
前記トランスデューサおよび前記センサと電子通信する計算装置によって、それぞれのインパルス時間およびそれぞれの検出時間に基づいて、１つ以上の信号のそれぞれの飛行時間（ＴＯＦ）を算出することであって、それぞれのＴＯＦが、前記トランスデューサおよび前記センサの前記それぞれの位置間の経路に沿って伝搬する信号の経過時間である、算出することと、
前記計算装置で、前記それぞれのＴＯＦに基づいて、前記容器の前記円周壁に対して円周方向および長手方向のうちの１つ以上において、前記トランスデューサおよび前記センサのうちの前記１つ以上を整列させることと、
前記計算装置で、前記算出されたそれぞれのＴＯＦおよび前記媒体を通る音の速度に基づいて、前記整列されたトランスデューサおよびセンサの前記それぞれの位置間の距離を算出することと、
前記計算装置で、前記算出された距離および前記整列されたトランスデューサおよびセンサの前記それぞれの位置に基づいて、前記貯蔵容器の前記容積を判定することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記整列させるステップが、
前記円周方向および前記長手方向のうちの１つ以上における前記表面上の前記トランスデューサおよび前記センサのうちの１つ以上の前記それぞれの位置を調整することと、
前記トランスデューサおよびセンサの前記調整されたそれぞれの位置間で送信される１つ以上の音響信号のそれぞれのＴＯＦを送信、検出、および算出するステップを実施することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記計算装置で、前記算出されたＴＯＦに基づいて、前記トランスデューサおよび前記センサが整列していると判定するまで、前記調整、送信、検出、および算出のステップを繰り返す、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記表面上の前記トランスデューサおよび前記センサのうちの１つ以上の前記それぞれの位置を前記調整するステップが、
前記計算装置の制御下で動作するロボットを使用して、前記長手方向および前記円周方向のうちの１つ以上において前記トランスデューサおよび前記センサのうちの１つ以上を所定量だけ移動させることであって、前記所定量が、前記ロボットに搭載されている１つ以上の位置センサを使用してほぼリアルタイムで測定され、前記ロボットが、フィードバック制御ループに従って移動するように構成されている、移動させることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記表面上の異なるそれぞれの位置に複数のセンサを配備することと、
前記計算装置の制御下でロボットを使用して、前記トランスデューサを前記複数のセンサの各１つと反復的に整列させることと、
前記複数のセンサのうちの１つと整列している前記トランスデューサのそれぞれの位置ごとに、それぞれのＴＯＦを生成、検出、および算出するステップを実施することと、
前記算出されたＴＯＦに基づいて、前記複数のセンサのうちの１つと整列しているトランスデューサのそれぞれの位置ごとの前記容器の直径を算出することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記計算装置の制御下で１つ以上のロボットを使用して、前記円周方向および前記長手方向のうちの１つ以上において、前記表面上の前記トランスデューサおよび前記センサのうちの１つ以上の前記それぞれの位置を調整することと、
前記トランスデューサおよびセンサの前記調整されたそれぞれの位置間で送信される１つ以上の音響信号のそれぞれのＴＯＦを送信、検出、および算出するステップを実施することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記距離を前記算出するステップの前に、前記媒体内の音速を測定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記媒体内の前記音速を前記測定するステップが、
互いの間で既知の距離を有する、前記表面上のそれぞれの位置で、特定のトランスデューサおよび特定のセンサを配備することと、
前記計算装置で、前記特定のトランスデューサおよびセンサを使用して、前記特定のトランスデューサと前記特定のセンサとの間で送信される少なくとも１つの音響信号のＴＯＦを測定することと、
前記計算装置で、前記トランスデューサと前記特定のセンサとの間を伝搬する前記信号の前記ＴＯＦおよび前記既知の距離に基づいて、前記媒体を通る前記音速を算出することと、を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記計算装置で、前記算出されたそれぞれのＴＯＦに基づいて、前記貯蔵容器内に含まれる媒体のタイプ、前記貯蔵容器内に含まれる前記媒体の容積のうちの１つ以上を識別することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記トランスデューサおよび前記センサが、前記１つ以上の超音波信号を送信および受信するように構成された音響トランシーバユニットに組み合わされており、前記整列させるステップが、
前記１つ以上の音響信号が、前記容器の直径に沿って前記容器の前記内部容積にわたって延在する経路に沿って伝搬するように、前記容器の前記円周壁に対して前記トランシーバを制御可能に位置決めすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
貯蔵容器の容積を測定するためのシステムであって、前記システムが、
前記容器の円周壁の外側表面にそれぞれの位置で音響的に結合されるように構成された複数の音響装置であって、前記音響装置が、
前記壁によって境界を画成されている前記容器の内部容積にわたって、１つ以上の超音波信号を送信するように構成された超音波トランスデューサと、
前記１つ以上の超音波信号を検出するように構成された超音波センサと、
前記表面上に１つ以上の前記音響装置を制御可能に配備するように構成されたロボットであって、駆動システム、および前記ロボットの位置を監視するための１つ以上の位置センサを含む、ロボットと、
制御計算システムであって、
非一時的コンピュータ可読記憶媒体、
前記複数の音響装置、前記ロボット、および前記コンピュータ可読記憶媒体と電子通信する１つ以上のプロセッサ、ならびに
前記記憶媒体に格納された実行可能な命令を含む１つ以上のソフトウェアモジュールであって、前記１つ以上のソフトウェアモジュールが、前記プロセッサにより実行可能であり、
前記トランスデューサを使用して、それぞれのインパルス時間に１つ以上の音響信号を送信するように、前記プロセッサを構成する音響制御モジュールであって、前記音響制御モジュールが、前記センサを使用して、前記１つ以上の信号の到着を検出し、それぞれの検出時間を記録するように、前記プロセッサをさらに構成する、音響制御モジュールと、
前記トランスデューサおよび前記センサの前記それぞれの位置間を伝搬する前記１つ以上の音響信号のそれぞれの飛行時間（ＴＯＦ）を算出し、それらの間のそれぞれの距離を、前記それぞれのＴＯＦに基づいて算出するように、前記プロセッサを構成する、音響分析モジュールと、
前記ロボットを使用して、前記表面上の前記トランスデューサおよび前記センサのうちの１つ以上の前記それぞれの位置を調整し、各々調整されたそれぞれの位置について、前記トランスデューサと前記センサとの間のそれぞれの距離を、それらの間を伝搬する１つ以上の音響信号に基づいて再算出するように、前記プロセッサを構成する、位置制御モジュールと、
前記算出されたそれぞれの距離と、前記トランスデューサおよび前記センサのそれぞれの対応する位置と、に基づいて、前記貯蔵容器の容積を算出するように、前記プロセッサを構成する、幾何学的分析モジュールと、を含む、１つ以上のソフトウェアモジュールを含む、制御計算システムと、を備える、システム。
【請求項１２】
前記位置制御モジュールが、前記算出されたＴＯＦに基づいて、前記トランスデューサおよび前記センサが、前記容器の前記表面に対して円周方向および長手方向のうちの１つ以上に整列しているかどうかを判定するように、前記プロセッサを構成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記位置制御モジュールが、前記表面上の前記トランスデューサおよび前記センサのうちの１つ以上の前記それぞれの位置を反復的に調整し、前記トランスデューサおよびセンサが整列していると判定するまで、ＴＯＦを再算出するように、前記プロセッサを構成する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
少なくとも第１の音響センサおよび第２の音響センサを含む複数の超音波センサをさらに備え、前記複数のセンサが、円周方向および長手方向のうちの１つ以上において既知の距離だけ分離されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記位置制御モジュールが、前記ロボットを使用して、前記トランスデューサを前記複数のセンサの各々と前記長手方向および前記円周方向に整列させ、前記トランスデューサが前記複数のセンサのうちの１つと整列しているそれぞれの位置ごとに、前記算出されたＴＯＦに基づいて、前記容器のそれぞれの直径を算出するように、前記プロセッサを構成する、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の非破壊試験のためのシステムおよび方法に関し、特に、非破壊的な方法で容器の幾何学的形状の音響測定を行うためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油およびガス産業では、原油製品および精製製品の貯蔵タンクが、炭化水素のサプライチェーンにおいて重要な役割を果たす。これらの貯蔵ユニットの正確な容積を知ることは、タンクに、かつ／またはタンクから製品を移送する場合、重要な役割を果たす。外部および内部条件（すなわち、温度）、ならびに経年変化の結果として、また、液体製品の重量（すなわち、静水圧）の結果としても、タンク容積は、＋／−０．２％ほどだけ変動し得る。２５０，０００バレルの貯蔵タンクについて考察すると、この変動により、容積が、＋／−５００バレル変動することになる。
【０００３】
石油炭化水素の価格が高いため、貯蔵タンクの検量に対して、必須の要件が存在する。保管移送に使用されるタンクは、移送される容積が極めて正確にわかるように（例えば、０．１％未満の誤差で）検量される必要がある。これを実行するために最も一般的に使用される技術は、手動ストラッピング法（ＡＰＩ  ＭＰＭＳ  ２．２Ａ）、光学技術（光学基準線法ＯＲＬＭ−ＡＰＩ第２．２Ｂ章、光学三角測量法（ＯＴＭ）−ＡＰＩ第２．２Ｃ章、電気光学距離測距法（ＥＯＤＲ）−ＡＰＩ第２．２Ｄ章）、および液体検量（ＡＰＩ標準規格２５５５）である。しかしながら、これらの測定では、誤差を引き起こすことが判明しており、有効でないと考えられている。場合によっては、前述した試験技術は、タンク停止時間（例えば、タンクを空にするか、そうでなければ、タンク動作を一時的に停止すること）を必要とし、この停止時間によって被った損失に対する追加のコストが累積される。さらに、前述した試験技術の多くは、それらがタンクの内部容積にアクセスする必要があり、また、破壊的でもあり得るという点で、侵襲性がある。
【０００４】
石油およびガス産業では、超音波プローブを使用して、局所的な箇所におけるパイプラインおよび容器の健全性、および構造的な保全性を判定してきた。超音波を使用して壁の厚さを測定するための既知のシステムは、音が壁の外側表面と内側表面との間を伝搬する飛行時間（ＴＯＦ）を使用して伝搬する距離を判定するという概念に基づいている。そのような実施態様では、金属媒体（すなわち、パイプまたは容器）を通る超音波信号戻り行程のＴＯＦ分析を使用して、壁の厚さ、したがって、腐食による劣化を判定する。同様に、パイプの長さに沿って音響波を送出する作用が存在し、予期せぬ反射を引き起こすことになる亀裂や他の異常が存在するかどうかを判定する。しかしながら、そのようなシステムは、既知の、または想定されたパイプ寸法を前提としており、パイプの幾何学的形状プロファイルを判定するようには構成されていない。むしろ、容器の幾何学的形状の測定は、上述した既知の代替方法を使用して想定または判定される。
【０００５】
タンク検査の場合、前述の方法は、高いレベルの検量を必要とし、また、数日に相当する作業を必要とする（例えば、測定システムを配備し、測定を実施するための高い足場の組み立ておよび使用を含む）。それゆえに、タンクの検量／測定は、まれにしか行われず、タンク容積の誤認、および販売利益の損失につながる。
【０００６】
タンク検量のための既存方法には、大きな欠点がある。例えば、現在の標準規格を使用すると、検量を実行するのに１〜２日の作業がかかり得る。その結果、貯蔵タンクの検量は、まれにしか実行されず、したがって、タンク内部に貯蔵された、または、タンクにおよびタンクから移送された実際の容積の測定が不正確になり、これは、費用がかかり得る。例えば、従来の検量間の期間は、５年と１５年との間である場合がある。
【０００７】
必要とされることは、既存のシステムを使用して検量を効率的に行うことに伴う制約に対処する、貯蔵タンクの容積を検量するためのシステムおよび方法である。より具体的には、必要とされることは、比較的迅速に、低コストで、かつ非侵襲的な方法で配備および操作され得る、タンク検量を正確に実行するためのシステムおよび方法である。また、必要とされることは、迅速にかつ要求あり次第配備され得、したがって、より頻繁に（例えば、毎日のように、またはさらには充填ごとに）、タンク容積内の変化を検出し易くするシステムである。
【０００８】
本明細書でなされた開示が提示するのは、これらおよび他の考察に関するものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、複数の音響装置を使用して、内部に媒体を含む容器を測定するための方法が提供される。この方法は、複数の音響装置を容器の円周壁の外側表面上のそれぞれの位置に配備するステップを含む。特に、音響装置は、超音波トランスデューサと、超音波センサと、を含む。トランスデューサは、表面に音響的に結合されており、容器の壁を通って、かつ容器の内部容積にわたって、１つ以上の超音波信号を送信するように構成されている。さらに、センサは、表面に音響的に結合されており、１つ以上の超音波信号を検出するように構成されている。この方法はまた、それぞれのインパルス時間にトランスデューサを使用して１つ以上の超音波信号を送信し、センサを使用して１つ以上の信号を検出し、それぞれの検出時間を記録するステップも含む。この方法はまた、トランスデューサおよびセンサと電子通信する計算装置によって、それぞれのインパルス時間およびそれぞれの検出時間に基づいて、１つ以上の信号のそれぞれの飛行時間（ＴＯＦ）を算出するステップも含む。より具体的には、各それぞれのＴＯＦは、信号がそれぞれの飛行経路に沿ってトランスデューサとセンサとの間の内部容積を通って伝搬するための経過時間である。この方法はまた、算出されたＴＯＦに基づいて音響装置のうちの１つ以上を整列させるステップも含む。特に、装置は、容器の円周壁に対して円周方向および長手方向のうちの１つ以上において整列される。この方法によれば、送信、検出、および算出のステップが繰り返される。加えて、この方法は、計算装置で、再算出されたＴＯＦおよび媒体を通る音速に基づいて、整列されたトランスデューサとセンサとの間の距離を算出するステップを含む。最後に、方法は、計算装置で、算出された距離に基づいて、貯蔵容器の容積を判定するステップを含む。
【００１０】
本発明のさらなる態様によれば、貯蔵容器の容積を測定するためのシステムが提供される。このシステムは、容器の円周壁の外側表面にそれぞれの位置で音響的に結合されるように構成された複数の音響装置を備え、音響装置は、含む。特に、音響装置は、壁によって境界を画成されている容器の内部容積にわたって、１つ以上の超音波信号を送信するように構成された超音波トランスデューサと、１つ以上の超音波信号を検出するように構成された超音波センサと、を含む。このシステムはまた、表面上に音響装置のうちの１つ以上を制御可能に配備するように構成されたロボットも含む。より具体的には、ロボットは、駆動システムと、ロボットの位置を監視するための１つ以上の位置センサと、を含む。
【００１１】
また、このシステムは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体、ならびに複数の音響装置およびコンピュータ可読記憶媒体と電子通信する１つ以上のプロセッサを備える計算システムを含む。また、この計算システムは、記憶媒体に格納され、かつプロセッサにより実行可能である実行可能命令を含む１つ以上のソフトウェアモジュールを含む。特に、ソフトウェアモジュールは、トランスデューサを使用して、それぞれのインパルス時間に１つ以上の音響信号を送信するように、プロセッサを構成する音響制御モジュールを含む。さらに、音響制御モジュールは、センサを使用して、１つ以上の信号の到着を検出し、それぞれの検出時間を記録するように、プロセッサをさらに構成する。ソフトウェアモジュールは、トランスデューサおよびセンサのそれぞれの位置間を伝搬する１つ以上の音響信号のそれぞれの飛行時間（ＴＯＦ）を算出するように、プロセッサを構成する、音響分析モジュールも含む。さらに、構成されたプロセッサは、それぞれのＴＯＦに基づいてそれらの間のそれぞれの距離を算出する。ソフトウェアモジュールはまた、ロボットを使用して、表面上の１つ以上のトランスデューサおよびセンサのそれぞれの位置を調整するように、プロセッサを構成する、位置制御モジュールも含む。加えて、調整された位置ごとに、プロセッサは、トランスデューサとセンサとの間を伝搬する１つ以上の音響信号に基づいて、トランスデューサとセンサとの間のそれぞれの距離を再算出するように構成されている。ソフトウェアモジュールはまた、算出されたそれぞれの距離と、トランスデューサおよびセンサのそれぞれの対応する位置と、に基づいて、貯蔵容器の容積を算出するように、プロセッサを構成する、幾何学的分析モジュールも含む。
【００１２】
これらおよび他の態様、特徴、ならびに利点は、本発明の特定の実施形態の付随する説明、ならびに添付の図面および特許請求の範囲から理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による貯蔵容器の容積の超音波検量のためのシステムの例示的な構成を示す高レベル図である。
【図２】本発明の実施形態による制御コンピュータの例示的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による貯蔵容器の容積の超音波検量のためのシステムおよび方法を説明するルーチンを示すフローチャートである。
【図４Ａ】本発明の実施形態による例示的な容器容積検量システムの簡略化された側面図および上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの例示的な容器容積検量システムの概念側面図である。
【図４Ｃ】図４Ａの例示的な容器容積検量システムの簡略化された側面図である。
【図５】本発明の実施形態による例示的な容器容積検量システムの簡略化された側面図である。
【図６】本発明の実施形態による例示的な容器容積検量システムの簡略化された側面図である。
【図７】本発明の実施形態による例示的な容器容積検量システムの簡略化された側面図である。
【図８】本発明の実施形態による例示的な容器容積検量システムの簡略化された上面図である。
【図９】本発明の実施形態による例示的な容器容積検量システムの簡略化された上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
概要および導入を目的として、貯蔵容器の容積を検量するためのシステムおよび方法が開示されている。より具体的には、本明細書に開示されたシステムおよび方法は、超音波検査技術を使用して、大型の石油貯蔵タンクの寸法を測定および判定し、そのようなタンクの容積を算出することを対象とする。好ましくは、このシステムは、現場での容器の使用中に、要求に応じて容器の外部から検量を実施するように構成される。貯蔵容器の正確な容積を「検量する」、すなわち知ることは、タンクに、かつ／またはタンクから製品を移送する場合、重要な役割を果たす。外部および内部条件（すなわち、温度）の変動、タンクの老化、および液体製品の重量（すなわち、静水圧）の結果として、定期的な検量が必要である。例えば、容器の容積は＋／−０．２％ほど変動する可能性があり、２５０，０００バレルの貯蔵を考慮すると、容積が＋／−５００バレル変化することになる。
【００１５】
超音波試験は、被試験材料（例えば、容器の壁）内の超音波の伝播の分析に基づいた、非破壊的かつ非侵襲的試験技術である。本明細書に記載された実施形態では、この超音波測定技術を実施して、典型的には略円筒形状であり、かつ典型的には鋼または他の金属、および合金でできた大型貯蔵容器の容積を測定する。しかしながら、開示された技術およびシステムはまた、コンクリート、複合材料、天然材料（例えば、木材）、または前述のものの組み合わせなどの他の材料でできた構造物の容積を検量するために適用され得る。加えて、本明細書に開示されたシステムおよび技術はまた、様々なサイズおよび形状を有する容器の容積を測定するために適用され得る。例えば、例示的な実施形態を使用して、開放もしくは密閉された容器、タンク、および様々なサイズの他のそのような容器もしくは導管の容積を測定することができる。
【００１６】
いくつかの例示的な構成では、超音波容器容積検量システムは、音響装置の動作を制御するのに適した関連する電子ハードウェアおよび／またはソフトウェアを有する複数の音響装置を備える。音響装置は、例えば、手によって、または移動可能なロボットプラットフォームなどを使用して、貯蔵容器の外側表面（複数可）に取り付けられるように構成されており、それによって、装置の１つ以上のアレイを画定する。音響装置は、音響装置と通信する診断計算装置によって容器の容積の判定を可能にする、音響に基づく測定を行うように構成されている。より具体的には、音響装置は、容器の内部容積にわたって送信される音響信号を受信、測定、および処理するように構成された１つ以上の音響センサを含む。音響装置はまた、容器の壁を通って、かつ容器の内部容積にわたって、またそれに応じて内部に含まれる特定の媒体（例えば、オイル、水、空気など）を通る音響信号を送信するように構成された少なくとも１つの音響信号生成要素（以下、「トランスデューサ」とも呼ばれる）も含む。
【００１７】
いくつかの基本的な構成では、超音波容器容積検量システムは、１つのトランスデューサと、１つのセンサと、を含む。トランスデューサおよびセンサは、個別の音響装置であり得るが、いくつかの実施態様では、音響信号を送信および受信するように構成された単一のトランシーバユニットにトランスデューサおよびセンサを統合することができる。より複雑な構成では、システムは、容器表面に表面の異なる緯度（例えば、基部に対して長手方向に測定される容器壁の異なる高さ）で配置され、かつ／または異なる円周方向位置に配置された（すなわち、容器の円周の周りに離間して配置された）複数の音響装置を含む。
【００１８】
音響センサおよびトランスデューサは、診断計算装置（以下、コントローラまたは制御コンピュータと呼ばれる）に接続され、診断計算装置を使用して制御され、診断計算装置は、トランスデューサを使用して音響信号を送信してから、容器の内部容積にわたって伝搬した音響信号がそれぞれのセンサに到着するまでの時間を判定するように構成されている。装置間の音響信号の伝搬時間は、「飛行時間」または「ＴＯＦ」と呼ばれる。さらに、センサ（複数可）のうちの１つ以上に到着する追加の音響信号の同様のＴＯＦ情報は、同様に測定／収集され得る（例えば、容器の内壁からの第１の音響信号の反射、またはトランスデューサのうちの１つ以上によって送信される第２の音響信号）。
【００１９】
際立った態様によれば、いくつかの実施態様では、音響装置は、容器の表面上に制御可能に位置決めされ、１つ以上の方向に整列され得る。例えば、センサおよびトランスデューサは、単純化のために平らな地面にあると想定される容器の底面に対して測定されるように、容器壁で同じ高さになるように長手方向に整列され得る。それに加えて、またはその代わりに、２つの装置を容器の外側表面で他の方向、例えば、円周方向に整列させることができ、その結果、装置が容器の直接反対側に位置付けられ、それらの間を伝搬する音響信号が容器の内径にわたって延在する経路をたどるようになる。それに加えて、またはその代わりに、一部の実施態様では、送信および受信モードで動作するトランシーバを容器表面に位置決めして整列させることができ、その結果、トランシーバは、内部容積にわたって伝搬し、壁の反対側の内側表面で反射し、同じ経路に沿って原点まで戻る、トランスデューサを使用して受信され得る音響信号を送信するようになる。
【００２０】
したがって、音響信号の送信と検出との間の時間、および音響装置の相対的な位置に基づいて、例えば、直径、円周、体積、および高さを含むがこれらに限定されない容器の様々な寸法が制御コンピュータによって算出され得る。容器の寸法は、内部容積内に含まれる媒体を通過する音速および音響信号が伝搬する速度に基づいて算出される。したがって、容器内に含まれる特定の媒体（例えば、オイル、精製製品、水、空気など）の音速を正確に理解することは、音響信号の飛行経路の実際の長さおよび容器の対応する寸法を判定することに対して重要であり得る。飛行時間分析に加えて、音響信号間の位相差に関する情報を抽出して飛行時間の変化を判定することによって、過渡分析が実施され得る。
【００２１】
別の際立った態様によれば、開示された音響検量のためのシステムは、例えば、検量されている容器の外部上に１つ以上の音響装置を配備するロボットキャリアを使用して、容器容積検量プロセスの前および／または最中に、音響感知装置のうちの１つ以上を所定の位置に制御可能に移動させるように構成され得る。そのような実施形態では、ロボットキャリアは、メモリと、装置を位置決めし、自律的におよび／または制御コンピュータを使用して遠隔制御される音響距離測定を実施するようにプログラムされる１つ以上のプロセッサと、を含み得る。特に、ロボットは、音響装置を制御可能に移動させて、容器の高さに沿った、および／または容器の周囲の周りの異なる点で、容器の直径を測定することができる。例えば、１つ以上のロボットプラットフォームは、表面に沿って所定の事前にプログラムされた経路、例えば、壁の上端付近から基部までの容器の周囲の周りのらせん経路をたどるように構成され得、それにより、異なる高さおよび円周方向位置で音響測定を行い、音響信号からの時間情報および測定ごとの音響装置の位置情報を、ロボットプラットフォームまたは制御コンピュータの記憶装置に記憶できるようにする。
【００２２】
そのような実施形態では、音響装置間および容器壁の表面に対する様々な異なる方向／寸法における整列を達成して、容器の容積の算出を改善することができる。容器の側壁の複数の位置から容器の内部容積にわたる距離を測定した結果、容器の二次元マップまたは三次元モデルは、それらの位置間の測定距離および幾何学的形状の原理を使用して作成され得る。
【００２３】
貯蔵容器１００の容積の超音波検量のための例示的なシステムが、図１に示されている。図１に示されるように、超音波容器容積検量システム１００は、金属製の円筒形貯蔵容器１５０の容積を測定するために配置された１つ以上の音響装置を含む。容器は、容器の内部容積１６５を境界を画成する円周側壁を含む。円筒形容器は、必ずしも垂直に延在する正確な円筒形ではないことを理解することができる。例えば、以下に限定されないが、円筒の円周は、壁の異なる高さで異なる場合があり、容器の側壁は、不均一な曲率を有し得、容器は、他のそのような幾何学的形状の異形を有し得る。さらなる例として、いくつかの実施態様では、円筒は、中心軸が地面に対して水平に延在するように配向され得る。さらに、本明細書に開示される例示的な技術は、同様に、他の形状、例えば、球形のタンクを有する容器の容積を検量することに適用可能であるが、そのような別の容器形状は、容器容積を算出するために、一組の異なる既知のパラメータ（例えば、測定装置間の相対的な配置または距離）を必要とし得ることを理解することができる。
【００２４】
１つ以上の音響装置は、側壁の外側表面１５５上に配備されるように構成されており（例えば、手、ロボットなどによって）、容器の壁に音響的に結合されている。したがって、音響装置は、音響信号を送信し、かつ／または容器の容積を通って伝搬する音響信号を受信するように構成されている。１つ以上の音響装置は、少なくとも１つの音響センサと、少なくとも１つの音響トランスデューサと、を含むことが好ましい。
【００２５】
図１に示されるように、音響装置は、表面１５５に配置された１つ以上のセンサ１２０Ａ（容器の反対側に示されている）と、１２０Ｂ（容器の反対側に示されている）と、１２０Ｃと、を含み得る。それに加えて、システム１００は、音響センサによる検出に適した音響信号を生成して表面１５５に印加するように構成された１つ以上のトランスデューサ、例えばトランスデューサ１３０Ａを含む。トランスデューサ１３０Ｂおよび１３０Ｃなどの追加のトランスデューサも使用され得る。
【００２６】
用語「長手方向軸」１１６は、容器の伸長軸に沿ってとられた容器の中心軸を指すことを意図している。図１に示されるように、長手方向軸１１６は、容器の基部（例えば、容器が地面に固定または配置されている場所）と容器の反対側の上端部との間に延在する中心軸である。簡単にするため、例示的なシステムおよび方法は、円筒形容器の基部が平坦な地面に固定され、容器の周壁が地面から長手方向（すなわち、容器の地面／基部に対して垂直方向）に上向きに延在するという前提の下で説明される。したがって、長手方向軸１１６が延在する方向は、「長手方向」１１６とも呼ばれる。理解できるように、容器の基部が地面に固定されていると想定し、長手方向軸に沿って、基部から離れるように移動すると、容器の断面を通って延在する横方向または「緯度方向」の一連の無数の平面が存在し、その平面上に音響装置が、容器壁の外側表面に対して配置され得る。
【００２７】
２つの音響装置は、それらの装置が同じ横方向または緯度方向の平面に位置する容器の表面上にそれぞれの位置を有する場合、長手方向に整列される（また、長手方向整列にあるとも呼ばれる）ものとして本明細書に記載され、その平面は、長手方向軸１１６に垂直であり、かつ容器１５０を二分する平面である。言い換えれば、長手方向に整列されている装置は、長手方向軸に沿って容器の基部に対して、同じ高さ（すなわち、緯度）を有する（例えば、両方の装置は、長手方向に基部から測定した場合、地面から９フィート離れている）。
【００２８】
円筒形容器は円周を有する三次元構造であるため、用語「円周方向」１１８は、容器の円周の周りに延在し、特定の緯度で長手方向軸１１６に垂直な表面１５５に沿った方向を指すことを意図している。特に、容器の円周の周りの円周方向は、例えば容器を上から見た場合、反時計回り方向１１４および時計回り方向１１２を含む。
【００２９】
本明細書において、表面１５５上の装置のそれぞれの位置が、同じ長手方向平面（すなわち、長手方向軸を通ってかつそれに沿って延在する平面）に位置決めする場合、装置は円周方向に整列されている、円周方向の整列にある、または円周方向に整列されたと呼ばれ、好ましくは、装置は、容器の反対側面上にある。例えば、０度の基準軸１０２に対してそれぞれ角度位置＋２７０度および＋９０度に位置付けられた２つの装置（円筒形の容器を上面から見た場合）は、それらのそれぞれの表面上の緯度に関係なく、円周方向に整列されている。
【００３０】
容器の壁の表面は、二次元空間において「包まれていない」二次元表面としても説明できるため、円周方向１１８は、「水平方向」（すなわち、容器の底面が平らな地面にあると仮定すると長手方向に垂直）、またはより一般的には、それぞれの緯度で、長手方向１１６に垂直な表面１５５に沿った１つ以上の方向を指す「横方向」と呼ばれることがある。
【００３１】
図１に戻ると、好ましくは、各トランスデューサは、それぞれの原点から容器１５０の内部容積１６５を通って伝搬する音響信号を生成する。「容器を通って」伝搬するという用語は、音響信号が壁の厚さを通って、内部容積１６５にわたって、したがって信号の飛行経路にある内部容積内の１つ以上の媒体を通って伝播することを意味する。円筒形貯蔵容器１５０上に配備された例示的なシステム１００では、音響信号は、好ましくは、容器の断面を通って伝搬する。しかし、いくつかの実施態様では、トランスデューサのうちの１つ以上は、壁の表面１５５に沿って、壁が延在する方向のうちの１つ以上において、例えば、円周方向１１８において、長手方向１１６において、および／または前述の組み合わせにおいて放射する（例えば、壁の厚さ内で伝播する）音響信号を生成するように構成され得ることを理解することができる。円周方向に伝搬する音響信号に基づいて容器の容積を測定するための例示的なシステムおよび方法は、同時係属中の同一出願人による「ＡＣＯＵＳＴＩＣ  ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ  ＡＲＲＡＹ  ＦＯＲ  ＴＡＮＫＳ  ＡＮＤ  ＶＥＳＳＥＬＳ」と題して、発明者Ｐａｒｒｏｔｔらに提出されている。これは、［本願と同日に］出願され、譲渡されるシリアル番号［譲渡予定および代理人整理番号００５０１−００５５８６−ＵＳ０］を有し、その全体が参照により本明細書に完全に記載されているかのように組み込まれる。
【００３２】
前述のように、いくつかの構成では、１つ以上のトランスデューサおよび１つ以上のセンサは、「ピッチキャッチ」モードで動作するように構成された個別の装置であり、トランスデューサは、音響信号を送信し、信号は、センサによって受信される。それに加えて、またはその代わりに、少なくともトランスデューサおよびセンサは、音響信号を送信および受信するように構成された単一の「トランシーバ」ユニットに統合され得る。このような実施態様では、トランシーバは、「パルスエコー」モードで動作するように構成され得、このモードでは、トランスデューサ構成要素は、容器の壁および内部容積を通して容器の反対側の側壁に向かってパルスを送信し、センサ構成要素は、容器の反対側の壁で反射されてトランシーバに向かって戻る信号のエコーを受信する。
【００３３】
図１に示されるように、音響装置は、制御コンピュータ１１０と電気的に接続され（接続手段は、図示せず）、この制御コンピュータは、超音波容器容積検量システム１００および様々な音響装置の動作を調整するように構成されている。さらに本明細書に記載されるように、制御コンピュータ１１０は、システム１００の様々な装置と通信し、電子情報を受信、送信、および格納し、ならびに貯蔵容器の容積を測定および検量するようにそのような情報を処理することができる計算装置および／またはデータ処理装置である。さらに図２に関連して説明されているように、制御コンピュータは、プロセッサ（図示せず）を備え、このプロセッサは、機械実装可能なコードの形式で１つ以上のソフトウェアモジュールを実行し、それを実行することで、トランスデューサおよびセンサによって、それぞれ、超音波信号の送信および受信を制御するように構成されている。加えて、ソフトウェアは、トランスデューサによって生成され、センサによって測定され、容器の様々な寸法（すなわち、容器の幾何学的形状）を算出するように、音響信号情報を分析するための制御コンピュータを構成する。いくつかの実施態様では、ソフトウェアはまた、容器の構造的な条件、ならびに容器の他の動作特性（例えば、容器内部の内容物の容積、内容物の分類、または容器壁の構造的保全性など）を評価するためにプロセッサを構成し得る。
【００３４】
より具体的には、制御コンピュータ１１０は、トランスデューサ１３０Ａなどの１つ以上のトランスデューサによる１つ以上の音響信号の生成と、壁を通って、容器の内部容積にわたって伝搬する１つ以上の音響信号のセンサ１２０Ａなどのセンサのうちの１つ以上での到着との間の時間を判定するように構成されている。したがって、制御コンピュータは、音のインパルスとインパルス波の受信との間の時間に基づいて、さらに壁の材料を通る既知の音速に基づいて、信号が伝搬する距離、および容器の寸法を算出するように、さらに構成されている。加えて、センサ（複数可）に到着する追加の音響信号の同様の「飛行時間」情報は、制御コンピュータ１１０を使用して、例えば、第１の音響信号の反射の飛行時間、または別のトランスデューサなどによって生成された他の音響信号のＴＯＦを測定／収集することもできる。
【００３５】
容器の容積を通る音速は、音響信号が通過する１つ以上の媒体の材料特性に応じて変化する可能性があるため、音響信号が伝搬する距離および容器の寸法を正確に判定するには、容器内に含まれる特定の媒体（複数可）（すなわち、オイル、精製製品、水、媒体の混合物など）の音速を正確に理解することが重要である。より具体的には、容器内の異なる液体は、異なる音響インピーダンスを有することになり、これは異なる飛行時間に関連することになる。また、音響信号の振幅から、異なる液体の存在に注意することもできる。
【００３６】
いくつかの実施態様では、音速は、容器の既知の内容物および容器壁の既知の材料特性に基づいて推定され得る。例えば、既知の媒体の音速は、既知の寸法の検量されたタンクでオフライン測定を実施することによって判定され得る。追加または代替として、いくつかの実施態様では、システム１００は、容器が「オンライン」である間に、音速を動的に測定するように構成され得る。より具体的には、既知の分離を有する２つ以上の音響装置を使用して、容器容積の検量を知らせる音速測定を検量することができる。例えば、音速検量測定は、既知の直径を有する容器に基部「ストラップ」を配置し、容器の直径にわたって送信される音響信号のＴＯＦを測定し、既知の直径および測定されたＴＯＦに基づく音速を逆算出することによって実行され得る。
【００３７】
いくつかの例示的な実施態様では、本明細書にさらに記載されるように、単一のトランスデューサおよびセンサを利用して、容器検量を実施することができる。いくつかのより複雑な実施態様では、１つ以上の音響装置のアレイを容器に配備し、容器の寸法をより正確に算出するために利用することができる。アレイは、１つ以上の音響センサ、および追加または代替として、１つ以上の音響トランスデューサを備え得る。
【００３８】
いくつかの実施態様では、アレイを画定する音響装置は、表面に沿った１つ以上の方向に既知の量だけ離間して配置され得る。例えば、長手方向１１６のうちの１つ以上に離間配置された複数のトランスデューサのフェーズドアレイを使用することができる。本明細書にさらに記載されるように、既知の間隔を有する少なくとも２つの音響装置を利用することで、システム１００を使用して容器の容積を検量するときに、システム１００の検量および精度保証を支援することができる。同様に、いくつかの実施態様では、音響センサは、容器の周りの既知の円周方向位置に個別に配置され得る。その結果、計算の精度および速度が改善され得る。さらに、容器壁上の少なくとも３つの音響装置の互いに対する制御された配置に基づいて、音響信号情報を制御コンピュータで使用して、音響装置のそれぞれの位置を正確に三角測量および検証することができる。したがって、容器の寸法を複数の次元でより正確に測定し、容器の外壁、および追加または代替として、容器容積の三次元モデルを「アンラップ」することによって、二次元モデルを作成することができる。
【００３９】
音響センサ：
当業者には理解されるように、音響センサ、例えば、センサ１２０Ａ〜１２０Ｃは、任意の様々な音響センサまたはトランシーバであり得、これらは、容器の外側表面に搭載され、容器の壁からの音響信号を検出および受信し、そのような情報を処理するのに好適である。好ましくは、音響センサは、測定に必要な精度を達成し、したがって、音響信号の検出の誤差を最小限に抑えるための好適なサイズである表面１５５と接触する先端を有する。したがって、先端のサイズは、システムの必要な精度の関数として定義され得る。
【００４０】
いくつかの例示的な構成では、圧電トランスデューサ（接触トランスデューサ）を使用することができる。さらに、音響信号を送信および受信することができるデュアルエレメントトランスデューサ（すなわち、１つのトランスデューサハウジング内の２つの圧電結晶）も使用することができる。この場合、好ましくは、音響トランスデューサの共振周波数は１ＭＨｚ未満であり得る。飛行時間を比較することができる低周波トランスデューサ（すなわち、１００ＫＨｚの範囲）を使用することができる。トランスデューサの周波数は、信号の減衰の結果として、周波数が増加するにつれて予想される振幅が減少することになるという理解に基づいて選択され得る。
【００４１】
好ましくは、音響センサは、制御コンピュータ１１０と電子通信し、その結果、制御コンピュータがセンサの動作を制御でき、センサが音響信号をさらなる処理のために制御コンピュータに提供できるようにする。より具体的には、動作中、センサによって受信された音響信号は、電気信号に変換され、センサまたは制御コンピュータのいずれかによってさらに処理されて、受信された音響信号の時間および強度特性を含む信号測定情報が抽出され得る。
【００４２】
音響信号生成器：
超音波／音響信号生成装置の動作の基本原理は、当業者に理解されるように、電気信号を音響信号に変換することである。上記のように、トランスデューサとも呼ばれる音響信号生成装置（例えば、トランスデューサ１３０Ａ〜１３０Ｃ）は、容器１５０の壁を通って、かつ容器の内部容積１６５にわたって伝搬する音響信号を生成するのに、および１つ以上のセンサを使用して検出されるのに適した任意の様々な音響トランスデューサまたはトランシーバであり得る。
【００４３】
以降に続く説明では、「音響」という用語は、例えば、１００Ｈｚ〜５０ＭＨｚの周波数範囲、より任意には、超音波の音響放射範囲内の任意の音響信号を含むように広く解釈されるべきである。様々なタイプの音響信号、例えば、インパルス／パルス、パルスが特定の周波数で発生し、各パルスが特定の波形および共振周波数（パルス内の信号の周波数）を有するパルスのストリーム、特定の周波数、振幅、波長などを有する波を使用することができる。例示的な好ましい実施態様では、音響トランスデューサは、一連の音響パルスを生成するように構成され得る。理解されるように、トレイン内の個々のパルスの制御パラメータとしては、周期（１／周波数）、共振周波数、およびパルス持続時間を含み得る。トレインに関連するパラメータとしては、パルス繰り返し周期およびデューティファクタを含み得る。このような実施態様では、パルス間の時間は、重要な要素ではないが、パルス間の時間は、パルスが重ならないように算出および制御され得る。例えば、貯蔵容器を測定し、飛行時間を考慮する例示的な用途では、５０ｍｓ〜１０００ｍｓ秒のパルス間の遅延が好適であるが、これは重要なパラメータではない（例えば、３０メートル以上伝搬する場合、サウンドパルスは、４２ミリ秒近くで復路を実施する必要がある）。パルスの周波数は、送信機の共振周波数によって判定され得る。上述のように、１ＭＨｚ未満、さらに任意に、１０〜１００ＫＨｚの範囲の音響トランスデューサの共振周波数は、本明細書に記載された例示的な貯蔵容器測定用途での伝搬距離を考慮すると好適であり得る。
【００４４】
トランスデューサは、信号が信号の起点から離れるように放射するように、超音波音響信号を容器１５０の壁に印加するように構成され得る。好ましくは、トランスデューサは、容器の表面に対して（例えば、容器壁に垂直な角度で）位置決めされ、信号が容器の内部容積１６５にわたって原点から１つ以上の画定された方向に伝搬するように、音響信号を方向付けるように構成されている。いくつかの構成では、音響信号は、タンクをわたる特定の経路に沿って、かつ容器壁の表面上の音響トランスデューサ間の接触領域の表面に垂直に方向付けられる。いくつかの構成では、トランスデューサは、容器の内部容積にわたって長手方向軸１１６に垂直な経路に沿って、かつ容器の直径に沿って音響信号を制御可能に送信するように構成されている。それに加えて、またはその代わりに、トランスデューサは、所与の角度で容器の内部容積にわたって音響信号を制御可能に送信するように構成されている。例えば、音響信号の指向性は、容器の表面に対するトランスデューサの角度を制御することによって制御され得る。より具体的には、ピッチアンドキャッチモードで動作する場合、キャッチトランスデューサの位置を適切に算出して位置決めできるのであれば、音響信号を既知の角度で送信することができる。角度付きの送信（例えば、容器の直径を直接横切ることはない）は、信号が伝搬する音響経路を増加させ、タンクの容積の変化のより正確な測定を可能にする。そのような構成では、経路長さに応じて、および容器内の信号減衰の結果として、より低い周波数の信号（例えば、１０〜１００ＫＨｚ）が必要になることもある。それ加えて、容器の表面にアクセスできない可能性がある用途（例えば、断熱容器）では、導波管の使用を使用して、音響信号を容器内に方向付けることができる。
【００４５】
好ましくは、音響トランスデューサは、制御コンピュータ１１０と電子通信し、その結果、制御コンピュータがトランスデューサの動作を制御できるようにする。いくつかの実施態様では、トランスデューサは、ある特定の特性、すなわち、特定の周波数または特定の周波数範囲を有する音響信号を導入するように構成され得る。音響信号の特性は、トランスデューサの特定のハードウェア構成によって画定することができ、それに加えて、またはその代わりに、制御コンピュータを使用して制御することができる。
【００４６】
複数のトランスデューサを使用する場合、トランスデューサを個別に制御して、それらのそれぞれの信号の区別を容易にすることができる。例えば、トランスデューサはフェーズドアレイとして動作することができ、各トランスデューサによって送信される音響信号は、制御コンピュータ１１０を使用して時間的に制御され、それによって、１つ以上の音響センサによって受信される信号を区別することを可能にする。それに加えて、またはその代わりに、放射および受信のために異なる周波数を放射するように構成されたトランスデューサを利用して、制御コンピュータ１１０を使用して信号周波数に基づいて信号間の区別を容易にすることができる。他の好適な信号特性も、本明細書の方法およびシステムで選択または変調することができ、例えば、音響信号の振幅および波長は、制御コンピュータによって変調または定義され得る。
【００４７】
ロボット配備：
いくつかの実施態様では、音響装置のうちの１つ以上は、容器の外部上のそれぞれの位置に取り付けられ、その結果、特定の容器の容積をオンデマンドで定期的に測定できる長期的または恒久的な検量システムを提供できるようにする。それに加えて、またはその代わりに、いくつかの実施態様では、音響装置のうちの１つ以上を一時的に配備することができ、その結果、装置を使用して異なる容器の容積を検量できるようにする。固定された音響装置と一時的に配備された音響装置との組み合わせも利用できることも理解することができる。
【００４８】
したがって、いくつかの構成では、システムは、音響装置のうちの１つ以上を検量されている容器に自律的および半自律的に配備するように構成された１つ以上のロボットキャリアまたは「ロボット」を含むことができ、したがって、装置を容器の壁の所定の位置に配備するときの足場の必要性を排除する。例えば、図１に示されるように、音響トランスデューサ１３０Ｃは、ロボット１６０を使用して制御可能に配備することができる。ロボットによる音響装置の配備は、装置をそれぞれの場所で容器に取り付けることを含み得る。したがって、いくつかの構成では、ロボットは、複数の異なる音響装置を配備することができる。他の構成では、音響装置をロボットに搭載することができ、そのため、配備は、ロボットを所定の位置に移動することを含み、ロボットは、容器壁の表面１５５と音響通信する音響装置を配置し、その後必要に応じて、別の位置に移動することができる。そのような配置では、ロボットが、それ自体を再位置決めし、任意に音響装置を移動して、システムによって実装されたコードのプログラム制御下で、容器と係合することができる。
【００４９】
ロボット工学の当業者には理解されるように、各ロボット１６０は、移動式ロボット装置であり、これは、本体、および動作中にロボットを移動させるための運動システムを含む。このロボットは、例えば、太陽電池、バッテリ、または任意の他の好適な電源によって駆動され得る。このロボットは、動作タスクの実行を容易にするように特別に設計された機能的ハードウェアコンポーネント、例えば、ロボットの高さ、位置、配向などを検出するためのセンサを含み得る。ロボットハードウェアはまた、容器容積検量プロセスで使用されるオンボード音響センサおよびトランスデューサも含み得、それに加えて、またはその代わりに、スタンドアロンで動作するように構成された音響装置の輸送および配備に好適なコンポーネントも含み得る。ロボットは、本体内部に電子回路を含むことができ、その電子回路には、容器容積検量動作の実行を容易にする構成設定および１つ以上の制御プログラムなどのロボットの動作に関する情報を格納するように構成されたメモリおよび／またはコンピュータ可読記憶媒体が含まれる。
【００５０】
際立った態様によれば、いくつかの実施形態では、システム１００は、自動化された様態で容器容積を正確に測定するために、容器容積検量プロセスの実施の前および／または最中に音響装置を所定の位置に制御可能に配備するように構成され得る。より具体的には、ロボットベースの配備策を実施して、より複雑な容器容積検量手順を高い精度で自動的に実行することができ、それによって、任意の数の異なるセンサおよび／またはトランスデューサ配置方式のための音響測定値を取り込むことによって、容器検量結果の精度を改善する。例えば、ロボットを制御コンピュータ１１０によって制御して、容器壁上の異なる位置（例えば、様々な高さ、円周方向位置、相対的な位置、絶対的な位置など）にセンサ（複数可）および／またはトランスデューサ（複数可）を体系的に移動させることができ、それにより、音響測定値が装置の各配置に対して取得され得、その後、それらの測定値は、個別に分析および組み合わされて、容器の形状、より具体的には容器容積の詳細なマップを生成し得る。
【００５１】
制御コンピュータ：
例示的な制御コンピュータ１１０は、図２を参照して、さらに説明される。図示されるように、制御コンピュータ１１０は、システム１００の動作を可能にする役割を果たす様々なハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントと共に配置され得、それらのコンポーネントには、配線板２１５、プロセッサ２１０、メモリ２２０、ディスプレイ２３５、ユーザインターフェース２２５、通信インターフェース２５０、およびコンピュータ可読記憶媒体２９０が含まれる。
【００５２】
プロセッサ２１０は、記憶装置２９０に格納され得、メモリ２２０にロードされ得るソフトウェア命令を実行する役割を果たす。プロセッサ２１０は、特定の実施態様に応じて、いくつかのプロセッサ、マルチプロセッサコア、またはいくつかの他のタイプのプロセッサであり得る。ディスプレイは、タッチスクリーン、または入力装置（図示せず）に動作可能に結合された他のディスプレイ上に表示され得る。
【００５３】
好ましくは、メモリ２２０および／または記憶装置２９０は、プロセッサ２１０によってアクセス可能であり、それによって、プロセッサ２１０が、メモリ２２０上および／または記憶装置２９０上に格納された命令を受信および実行することが可能になる。メモリ２２０は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、または任意の他の好適な揮発性もしくは不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体であり得る。加えて、メモリ２２０は固定式でも取り外し可能でもよい。記憶装置２９０は、特定の実施態様に応じて、様々な形式を取り得る。例えば、記憶装置２９０は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書換可能な光ディスク、書換可能な磁気テープ、または上記の何らかの組み合わせなどの１つ以上のコンポーネントまたは装置を包含し得る。記憶装置２９０は、また、固定式でも取り外し可能でもよく、ローカル記憶装置またはクラウドベースデータ記憶システムなどのリモート記憶装置とすることもできる。
【００５４】
１つ以上のソフトウェアモジュール２３０は、記憶装置２９０内および／またはメモリ２２０内に符号化されている。このソフトウェアモジュール２３０は、コンピュータプログラムコード、スクリプト、またはプロセッサ２１０内で実行される一組の解釈可能な命令を有する１つ以上のソフトウェアプログラムまたはアプリケーションを含み得る。本明細書に開示されたシステムおよび方法の動作を実行し、態様を実施するためのそのようなコンピュータプログラムコードまたは命令は、１つ以上のプログラミング言語またはスクリプトの任意の組み合わせで記述され得る。プログラムコードは、独立型ソフトウェアパッケージとして制御コンピュータ１１０上で全体的に、部分的に制御コンピュータ上で、さらに部分的にリモートコンピュータ／装置（例えば、センサ、トランスデューサ、および／またはロボット）上で、またはそのようなリモートコンピュータ／装置上で全体的に、実行することができる。後者のシナリオでは、リモートコンピュータシステムは、ローカルエリアネントワーク（ＬＡＮ）もしくはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む、任意のタイプの電子データ接続もしくはネットワークを介して制御コンピュータ１１０に接続され得るか、または、外部コンピュータを介して（例えば、インターネットサービスプロバイダを使ったインターネットを介して）接続され得る。
【００５５】
好ましくは、ソフトウェアモジュール２３０には、音響制御モジュール２７０と、音響分析モジュール２７２と、幾何学的分析モジュール２７４と、位置制御モジュール２７６と、が含まれ、それらは、プロセッサ２１０によって実行される。以下でさらに詳細に説明されるように、ソフトウェアモジュール２３０の実行中、プロセッサ２１０は、貯蔵容器の検量に関係する様々な動作を実行するように構成されている。
【００５６】
また、当業者には既知であるように、ソフトウェアモジュール２３０のプログラムコード、および非一時的コンピュータ可読記憶装置（メモリ２２０および／または記憶装置２９０など）のうちの１つ以上は、本開示に従って製造および／または販売され得るコンピュータプログラム製品を形成するとも言える。
【００５７】
いくつかの例証となる実施形態では、ソフトウェアモジュール２３０のうちの１つ以上は、現場ロボット１００を構成するためのシステム内部で使用する通信インターフェース２５０を介して別の装置またはシステムから記憶装置２９０にネットワークを通じてダウンロードされ得ることを理解されたい。
【００５８】
加えて、本システムおよび方法の動作に関連する他の情報および／またはデータもまた、記憶装置２９０に格納され得、例えば、様々な制御プログラムが、使用中の音響装置（例えば、センサおよびトランスデューサ）および／またはロボットの動作に使用され得ることに留意されたい。
【００５９】
データベース２８５もまた、記憶装置２９０に格納され得る。データベース２８５は、様々なデータ項目および要素を含み、かつ／または保持し得、それらは、システム１００の様々な動作全体にわたって利用される。データベース１８５に格納される情報は、以下に限定されないが、音響装置の動作を調整するためのソフトウェアおよび情報、容器の検量中に音響装置をそれらのそれぞれの位置に配備しながらロボットの移動を調整するためのソフトウェアおよび情報、音響測定を実施し、かつ容器寸法を計算するのに使用される既知の容器特性（例えば、容器壁の厚さ、容器壁の材料組成物、容器の内容物、容器の高さ、容器の大まかな寸法）を含み得る。データベース２８５は、制御コンピュータ１１０の記憶装置にローカルに構成されているように描かれているが、特定の実施態様では、データベース２８５および／またはそこに格納された様々なデータ要素は、当業者に既知の方法でリモートに位置付けられ、ネットワークを介して制御コンピュータ１１０に接続され得ることに留意されたい。
【００６０】
また、通信インターフェース２５０は、プロセッサ２１０と動作可能に接続され、制御コンピュータ１１０と、外部装置、マシン、ならびに／またはトランスデューサ、センサおよび／もしくは検量動作に関連して使用される任意のロボットなどの要素との間での通信を可能にする任意のインターフェースとすることができる。好ましくは、通信インターフェース２５０は、以下に限定されないが、モデム、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）、統合ネットワークインターフェース、無線周波数送信機／受信機（例えば、ブルートゥース、移動通信、ＮＦＣ）、衛星通信送信機／受信機、赤外線ポート、ＵＳＢ接続、ならびに／または、制御コンピュータ１１０を、他の計算装置および／もしくはプライベートネットワークおよびインターネットなどの通信ネットワークに接続するための任意の他のそのようなインターフェースを含む。そのような接続は、有線接続または（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格を使用する）無線接続を含み得るが、通信インターフェース２５０は、実際には、制御コンピュータへ／からの通信を可能にする任意のインターフェースとすることができることを理解されたい。
【００６１】
例示的な動作方法：
図１に示される例示的な容器容積検量システム１００の動作は、図３を参照してさらに理解されるであろう。図３は、本発明の１つ以上の実施形態による貯蔵容器の容積を検量するためのルーチン３００の要素を示す高レベルのフローチャートである。
【００６２】
ルーチン３００は、ステップ３０５から始まり、そのときに、１つ以上の音響装置は、それぞれの位置で容器上に物理的に配備される。より具体的には、センサ１２０Ａおよびトランスデューサ１３０Ａなどの１つ以上の音響センサおよび１つ以上の音響トランスデューサは、手でまたはロボット（例えば、１６０）を使用して、容器１５０の周囲壁の外側表面１５５上のそれぞれの位置に配備することができ、その結果、それらが表面に音響的に結合され、容器の内部容積１６５にわたって伝搬する音響信号を送信および／または受信するように構成されるようにする。
【００６３】
音響装置のそれぞれの「位置」は、装置が音響信号を送信および／または受信する容器の表面上の場所（例えば、地点または領域）を指すものとして理解されたい。したがって、円筒形貯蔵容器１５０の容積を検量するための実施態様では、音響装置の位置は、長手方向軸１１６に沿って測定される特定の緯度、および円周方向１１８で測定される円周方向位置を含み得る。例えば、図１に示されるように、トランスデューサ１３０Ａは、容器基部１５７に対して高さｈを有し、容器の周囲（０度基準軸１０２に対して測定）に対して＋２７０度の角度で円周方向に位置決めされる。開示された実施形態の範囲から逸脱することなく、代替の三次元座標および位置決めシステムが利用され得ることを理解されたい。
【００６４】
ステップ３１０で、配備されたトランスデューサのうちの１つ以上を使用して１つ以上の音響信号が生成される。例えば、図１Ａに示されるシステム１００では、制御コンピュータ１１０は、例えば、音響制御モジュール２７０を含むがこれに限定されないソフトウェアモジュールのうちの１つ以上を実行することによって構成されており、制御コンピュータ１１０は、トランシーバ１３０Ａに超音波信号を生成させることができる。制御コンピュータは、例えば、インパルス時間を含む、送信された信号に関係する様々なパラメータを記録することもできる。他の記録されたパラメータは、強度、周波数などの信号の特性を含み得る。好ましくは、音響信号は、原点から容器１５０の内部容積１６５にわたって延在する経路に沿って伝搬し、それによって、音響信号の経路にある収容された媒体を通って伝搬する。
【００６５】
ステップ３１５で、１つ以上の音響信号は、１つ以上のセンサを使用して検出される。例えば、送信機１３０Ａによって放射された音響信号は、音響センサ１２０Ａを使用して検出され得る。加えて、ステップ３１５で、検出された音響信号（複数可）に関係する情報は、音響センサを使用して測定され、さらなる処理のために制御コンピュータ１１０によって記録され得る。好ましくは、この情報は、センサが音響信号の到着を検出する特定の時間を含む。加えて、さらなる分析のために測定および記録された情報は、強度、周波数などの音響信号の特性を含み得る。いくつかの実施態様では、本明細書にさらに記載されるように、１つ以上の検出された音響信号の特性を制御コンピュータを使用して分析し、異なる音響信号を区別し、いくつかの実施態様では、容器の様々な動作条件（例えば、容器内の所与の高さにおける媒体のタイプ、容器の構造条件など）を判定することができる。
【００６６】
次いで、ステップ３２０で、制御コンピュータ１１０は、インパルス時間、および１つ以上の信号のそれぞれの検出時間に基づいて、１つ以上の音響信号の飛行時間（ＴＯＦ）を算出する。各それぞれのＴＯＦは、信号が２つの音響装置の間を伝搬するための経過時間を表し、音響信号が伝搬した距離の関数である。より具体的には、制御コンピュータ１１０は、例えば音響分析モジュール２７２を含むがこれに限定されないソフトウェアモジュール１３０のうちの１つ以上を実行することにより構成されており、制御コンピュータ１１０は、それぞれの経路に沿って伝搬する１つ以上の音響信号のＴＯＦを、インパルス時間と、１つ以上の信号がトランシーバによって検出されたそれぞれの時間との間の経過時間に基づいて算出することができる。例えば、トランスデューサ１３０Ａによって送信され、センサ１２０Ａによって受信される信号のＴＯＦは、トランスデューサの位置からセンサの位置までの経路ｐに沿って伝搬する時間である。
【００６７】
ステップ３２５で、制御コンピュータ１１０は、測定されたＴＯＦおよび容器の内部容積内の媒体を通る音速に基づいて、１つ以上の音響信号が伝搬するそれぞれの距離を算出する。より具体的には、制御コンピュータ１１０は、例えば、幾何学的分析モジュール２７４を含むがこれに限定されないソフトウェアモジュール１３０のうちの１つ以上を実行することによって構成されており、この制御コンピュータは、算出されたＴＯＦ、および媒体を通る音速の関数として、音響信号がそのそれぞれの経路に沿って伝搬した距離を算出するように構成され得る。例えば、トランスデューサ１３０Ａおよびセンサ１２０Ａが、図１に示されるように容器１５０の反対側にあり、媒体内の音速の知識を用いると、ピッチキャッチモードで動作する例示的な実施態様では、ｖｍｅｄ、トランスデューサとセンサとの間を伝搬する音響信号について測定されたＴＯＦ、距離ｄは、式（
【００６８】
【数１】
2020525780.tif 000002
【００６９】
）に従って、このように算出され得る。
【００７０】
ステップ３３０で、制御コンピュータは、ステップ３２５で算出された１つ以上の距離および音響装置の所与の整列の関数として、貯蔵容器の寸法を判定する。より具体的には、制御コンピュータ１１０は、例えば、幾何学的分析モジュール２７４を含むがこれに限定されないソフトウェアモジュール１３０のうちの１つ以上を実行することにより構成されており、制御コンピュータ１１０は、１つ以上の音響信号が伝搬する音響的に測定された距離および１つ以上の距離を測定するために使用される音響装置の既知の相対的な位置に基づいて、容器１５０の直径を算出するように構成され得る。同様に、容器壁の１つ以上の位置から測定された容器の測定直径が与えられると、構成された制御コンピュータ１１０は、高さを含む容器の既知のパラメータに基づいて容器の体積を算出することもできる。
【００７１】
送信トランスデューサおよび受信センサが容器１５０の表面１５５から独立して位置決めされ、それらの間の距離を測定するために使用される実施態様では、２つの装置は、それらの間で送信される音響信号が長手方向の中心軸１１６を通過する内部容積１６５をわたる経路に沿って伝搬するように整列されることが好ましい。言い換えれば、２つの装置は、信号が容器の直径にわたって伝搬するように、壁上の直径方向に反対側の円周方向位置に位置付けられることが好ましい。加えて、２つの音響装置は、音響信号が内部容積をわたって伝搬する経路も長手方向軸１１６に垂直になるように、長手方向１１６に（すなわち、平らな基部１５７に対して同じ緯度または高さで）整列されることも好ましい場合がある。したがって、２つの音響装置が同じ緯度で、かつ容器壁の反対側に配備される場合、ステップ３２０で算出された距離ｄは、所与の緯度における容器の直径を表す。
【００７２】
容器の直径を算出するための前述のステップは、独立して配備されたトランスデューサおよびセンサが長手方向と円周方向との両方に整列しているという仮定に基づいているが、整列していない音響装置間のＴＯＦベースの距離測定は、２つの装置の相対的な位置が既知である場合、同様に、容器の寸法を算出するために使用され得る。例えば、図１に示されるように、音響トランスデューサ１３０Ｂおよび音響センサ１２０Ａが異なる緯度に位置付けられている場合、容器１５０の投影直径は、なおも、２つの装置間の音響的に測定された距離から算出され得るが、これは、装置が円周壁の外側表面１５５に円周方向に整列され、長手方向１１６における２つの装置間の分離（例えば、センサ１２０Ａおよびトランスデューサ１３０Ｂの高さの差、すなわち、それぞれｈおよびｈ１）は既知である場合に限る。
【００７３】
距離を測定するために使用される音響装置の位置決めおよび整列は、容器の正確な測定を達成するために重要であるため、ルーチン３００は、２つ以上の音響装置を整列させるステップ３２２も含み得る。開示された実施形態のうちの１つ以上によれば、超音波容器容積検量システム１００は、容器１５０の円周壁の表面１５５に対して１つ以上の方向、例えば、円周方向１１８および長手方向１１６において、２つ以上の音響装置を自動的に整列させるように構成され得る。整列は、音響ベースの距離測定を使用して、より具体的には、整列されている装置間を伝搬する音響信号の算出されたＴＯＦに基づいて達成および検証され得る。
【００７４】
一般に、装置が整列していることを検証することは、容器の表面上の音響装置のうちの１つ以上の位置を１つ以上の方向に反復的に調整すること、ならびに各位置に対して、音響装置のうちの少なくとも２つのそれぞれの位置が整列していることを、再算出されたＴＯＦが示すまで、生成するステップ、検出するステップ、および音響信号（複数可）のＴＯＦを算出するステップを繰り返すことを含み得る。いくつかの実施態様では、整列はまた、例えば、音響信号が長手方向軸１１６に垂直な経路に沿って内部容積にわたって伝搬するように、容器に対するトランスデューサの角度を調整することを含み得る。
【００７５】
より具体的には、例として、以下に限定されないが、制御コンピュータ１１０は、ソフトウェアモジュール２３０のうちの１つ以上を実行することによって構成されており、例えば、以下に限定されないが、ソフトウェアモジュール２３０は、位置制御モジュール２７６を含み、制御コンピュータ１１０は、ロボット１６０を使用して容器の表面１５５に沿って長手方向１１６に測定された量だけトランスデューサ１３０Ｃを位置決めおよび再位置決めすることができる。容器の壁上の１つ以上の方向にトランスデューサを測定量だけ移動させることは、ほぼリアルタイムで収集された位置測定値に基づいて、例えば、ロボットの絶対位置または相対位置、および移動を測定するために好適である、ロボットに実装された１つ以上のセンサ（例えば、ＧＰＳセンサ、加速度計、高度センサなど）を使用して、制御され得る。ロボット、つまりトランスデューサの新しい位置ごとに、制御コンピュータは、トランスデューサを使用して１つ以上の音響信号を生成し、トランスデューサが整列されている特定のセンサによって音響信号を検出し、１つ以上の信号についてＴＯＦを算出するステップを実施することができる。上記のように、制御コンピュータは、ロボットにトランスデューサまたは他の音響装置を容器から分離させ、ロボットを再位置決めし、次いで、音響装置を新しい場所で容器に係合するように配置し直すように構成され得る。好ましくは、トランスデューサ１３０Ｃを特定のセンサ、例えば、センサ１２０Ｂに整列させようとする場合に、ＴＯＦは、特定のセンサ１２０Ｂによって検出された音響信号に対して算出される。
【００７６】
トランスデューサと特定のセンサとの間を伝搬する音波のＴＯＦはそれらの間の距離に正比例するため、長手方向１１６の２つの装置の整列は、トランスデューサ（および／またはセンサ）を表面１５５に沿って長手方向に、それらの間を伝搬するパルスのＴＯＦの最小値が識別されるまで反復的に移動することによって達成され得る。同様に、円周方向１１８の整列は、表面１５５（および／またはセンサ）に沿って円周方向にトランスデューサを反復的に移動し、ＴＯＦが装置が円周方向に整列したことを示すまでＴＯＦを再測定することに基づいて達成され得る。例えば、トランスデューサ１３０Ｃおよびセンサ１２０Ｂの相対的な長手方向位置が変わらないと仮定すると、２つの装置は、それらの間を伝搬する音響信号のＴＯＦが最大であるときに、壁の表面１５５上で円周方向に整列する（すなわち、直接反対側の円周方向位置に位置付けられる）ように、制御コンピュータによって判定され得る。
【００７７】
前述のように、いくつかの実施態様では、検量システム１００は、表面１５５上の異なる位置で、長手方向１１６に加えて、またはその代わりに、円周方向１１８において容器１５０の寸法を測定するように構成され得る。したがって、複数の次元において取得された距離測定値を使用して、制御コンピュータ１１０は、より高い度合いの解像度および精度で容器の内部容積のモデルを生成するように構成され得る。したがって、制御コンピュータ１１０は、以前に配備されたセンサおよびトランスデューサの任意の数の異なる組み合わせについて、ルーチン３００のステップのうちの１つ以上（例えば、ステップ３０５〜３２５）を繰り返すように構成され得る。
【００７８】
それに加えて、またはその代わりに、ステップ３４０で、新しい位置（複数可）を考慮して音響装置間の距離を再測定する前に、音響装置のうちの１つ以上が再位置決めされ得る。例えば、ロボット１６０は、容器の直径を第２の緯度で再測定できるように、第１の緯度から第２の緯度まで音響トランスデューサ１３０Ｃを移動し、その後必要に応じて、トランスデューサを別の位置に移動するように構成され得る。
【００７９】
音響／超音波測定を使用して音響装置間のＴＯＦおよび距離を測定するための例示的なルーチン３００の１つ以上のステップは、様々な異なるトランスデューサおよびセンサ構成および動作モードを使用して同様に実施され得る。残りの図、および対応する説明は、本発明の開示された実施形態のうちの１つ以上による超音波容器容積検量システムの様々な構成および概念をさらに示している。
【００８０】
図４Ａ〜図９は、開示された実施形態のうちの１つ以上による、様々な異なる音響装置配置および動作モードを有する例示的な容器容積検量システムを示す。図４Ａ〜図４Ｄに示される様々な音響装置は、音響容器容積検量システムの動作を調整する制御コンピュータ１１０（通信接続は図示せず）と通信するように構成されることを理解されたい。
【００８１】
図４Ａは、容器４５０上に配備された例示的な超音波容器容積検量システム４００Ａの側面図および平面図を示す高レベル図である。システム４００Ａは、容器の円周壁の外側表面４５５に配設された単一のトランシーバユニット４３０Ａに統合された超音波トランスデューサおよびセンサを含む。この例示的な構成では、トランシーバは、音響信号を送信（Ｔｘ）および受信（Ｒｘ）する（すなわち、パルスエコーモードで動作することができる）ように構成され得る。図示されるように、トランシーバ４３０Ａは、長手方向４１６で測定されるように壁の高さｈに位置決めされ、高さｈで容器の直径を測定するように、制御コンピュータ１１０を使用して動作することができる。
【００８２】
より具体的には、トランシーバ４３０Ａは、容器の内部容積にわたる経路に沿って音響信号を送信するように構成され得る。信号を容器の反対側の円周壁の内側表面で反射させることができ、その結果、反射信号の少なくとも成分が経路ｐに沿って原点に向かって伝搬するようにする。したがって、トランスデューサ構成要素と実質的に同じ位置に設けられたトランシーバ４３０Ａのセンサ構成要素は、反射した音響信号を検出し、検出時間を記録するように構成され得、また受信された信号の他の特性も測定することができる。図４Ｂは、システム４００Ａの動作中のそのような音響信号の伝搬を示す概念側面図である。図示されるように、音響信号は、トランシーバ４３０Ａと反対側の側壁の内側表面４５７との間の経路ｐに沿って伝搬する。図４Ｂはまた、音響信号がトランシーバから反対側の壁に伝搬し、信号の反射成分がトランシーバに戻るまでの合計「戻り時間」であるＴＯＦも概念的に示している。図４Ｂはまた、トランスデューサと反対側の壁との間の距離ｄの関係も示しており、距離ｄは、音響信号２ｄが伝搬する合計距離の半分である。したがって、媒体内の音速の知識を用いると、ｖｍｅｄ、トランシーバと反対側の壁との距離、ｄは、したがって、式（
【００８３】
【数２】
2020525780.tif 000003
【００８４】
）に従って算出され得る。
【００８５】
加えて、トランシーバ４３０Ａはまた、１つ以上の方向において表面上を移動するように構成され得る。例えば、図４Ｃに示されるように、トランシーバ４３０Ａは、移動可能なロボットプラットフォーム４６０Ａに搭載され得、移動可能なロボットプラットフォーム４６０Ａは、容器４５０の表面４５５上の任意の数の異なる緯度にトランシーバを自律的または半自律的に移動させるように構成されている。したがって、制御コンピュータ１１０は、各それぞれの緯度で容器の直径を制御可能に測定することができる。それに加えて、またはその代わりに、トランシーバ４３０Ａを、表面上の他の方向、すなわち円周方向に移動することができ、その結果、容器の直径を容器の周囲の周りの複数の位置で測定して、例えば、所与の緯度における容器の直径の均一性を判定できるようにする。
【００８６】
好ましくは、パルスエコーモードで動作する音響トランスデューサ４３０Ａは、表面４５５に音響的に結合され、その結果、音響信号は、容器の反対側の内側表面面に伝搬し、同じ経路（例えば、円筒形容器の中心長手方向軸４１６を通って、それに垂直に通過する経路）に沿って反射されるようになる。したがって、トランシーバの位置決めは、送信される音響信号の指向性を制御するために、容器の表面４５５に対してトランシーバを自動的に整列させるステップを含み得る。例えば、いくつかの実施態様では、制御コンピュータ１１０の制御下のロボットプラットフォームは、音響信号が長手方向軸４１６を垂直に（例えば、所与の緯度に沿って、容器の反対側に垂直に）通過する経路に沿って伝搬すると判定されるまで、表面４５５に対するトランシーバ４３０Ａの角度を体系的に調整するように構成され得る。制御コンピュータは、受信された音響信号の１つ以上の測定された特性（例えば、ＴＯＦ、強度、周波数など）に基づいて、適切な整列を検証するように構成され得る。
【００８７】
開示される実施形態のうちの１つ以上に従って、図５は、容器５５０上に配備される別の例示的な超音波容器容積検量システム５００を示す。システム５００は、円筒形容器の壁５５５の外側表面に配設されたトランシーバユニットのアレイ５３０を含む。図４Ａに関連して説明されたトランシーバと同様に、個別のトランシーバ１〜ｎは、各々トランスデューサおよびセンサ構成要素を含み、送信（Ｔｘ）および受信（Ｒｘ）モードの両方で動作するように構成されている。図５に示されるように、トランシーバは、壁４５５の表面上のそれぞれの緯度に提供され得る。いくつかの実施態様では、トランシーバは、それぞれの位置に固定され得る。それに加えて、またはその代わりに、トランシーバのうちの１つ以上は、表面上の１つ以上の方向に移動可能であり得る。
【００８８】
図１、図３および図４Ａ〜図４Ｃに関連して説明される例示的な方法によれば、トランスデューサ５３０Ａ〜Ｎを個別に使用して、制御コンピュータ１１０は、各トランスデューサのそれぞれの緯度で容器５５０の直径を測定できることを理解することができる。前述のように、複数のトランスデューサまたはトランシーバを使用するシステムの場合、アレイの各要素から送信される音響パルスが時間内に制御され、したがって、信号間の区別を可能にするフェーズドアレイを使用することが望ましい場合がある。それに加えて、またはその代わりに、それぞれのトランスデューサの信号を区別するために使用できる別の方法は、トランスデューサが放射および受信のために異なるそれぞれの周波数で動作することである。本明細書に記載される例示的な実施形態は、ペアとして動作する２つの装置、例えば、第１および第２のトランシーバ間の距離を測定するが、１つの装置によって放射される信号は、他の任意の数の装置、すなわち、第３のトランシーバによって、第１および第２のトランシーバ間の「ピッチアンドキャッチ」と同様の様態で受信され得る。このように、装置の相対的な位置がわかっている場合（例えば、装置の配置中に測定される）、第１および第３のトランシーバ間の飛行時間により、それらの間の経路距離の算出、したがって容積の算出が可能になる。
【００８９】
開示される実施形態のうちの１つ以上に従って、図６は、容器６５０上に配備される別の例示的な超音波容器容積検量システム６００を示す。システム６００は、円筒形容器の円周壁の外側表面６５５上のそれぞれの位置に配設されたトランスデューサ６３０およびセンサ６２０を含む複数の音響装置を含む。このような構成では、トランスデューサは、送信（Ｔｘ）モードで動作するように構成され、センサは受信（Ｒｘ）モードで動作するように構成されている。したがって、図３に関連して説明されたように、トランスデューサおよびセンサのペアは、ピッチキャッチモードで一緒に動作するように、つまり、トランスデューサとセンサとの間で音響信号を直接送信するように構成され得、その結果、直接飛行経路に沿ったＴＯＦを測定でき、それらの間の距離を算出できるようにする。加えて、トランシーバ４３０Ｃおよびセンサ４２０は、例えば、異なる緯度での容器の直径の測定を可能にするために、長手方向６１６に移動するようにも構成され得る。それに加えて、またはその代わりに、容器の周囲の周りの複数の位置で直径を測定するために、トランスデューサおよびセンサを表面上の他の方向、すなわち円周方向に移動させることもできる。
【００９０】
開示される実施形態のうちの１つ以上に従って、図７は、円筒形容器７５０上に配備される別の例示的な超音波容器容積検量システム７００を示す。システム７００は、容器の円周壁の外側表面７５５に配設されたトランスデューサ装置７３０−１から７３０−ｎのアレイ７３０およびセンサ装置７２０−１から７２０−ｎのアレイ７２０を含む。このような構成では、各トランスデューサは、送信（Ｔｘ）モードで動作するように構成され得るが、各センサは、受信（Ｒｘ）モードで動作するように構成され得、その結果、アレイ７３０のトランスデューサのうちの１つ以上およびアレイ７２０のセンサのうちの１つ以上を、ピッチキャッチモードで一緒に動作するように構成できるようにする。図示されるように、トランスデューサおよびセンサは、反対側の円周方向位置に提供され得る。装置はまた、それぞれの緯度でも提供され得、それぞれの位置は固定され得る。好ましくは、トランスデューサのうちの各１つは、センサのうちの１つと同じ緯度に位置決めされ、それによって、それぞれのペアを画定し、例えば、トランスデューサ７３０−１および対応するセンサ７３０−１は、所与の高さでペアを画定する。ただし、いくつかの実施態様では、個別のトランスデューサおよびセンサは、必ずしも１対１または別の装置と同じ緯度でペアリングされるわけではない。それに加えて、またはその代わりに、いくつかの実施態様では、音響装置のうちの１つ以上は、壁の表面に沿って１つ以上の方向に移動可能であり得る。
【００９１】
図８は、開示された実施形態のうちの１つ以上による、容器８５０上に配備された例示的な超音波容器容積検量システム８００の上面図である。図示されるように、システム８００は、円筒形容器の円周壁の外側表面８５５の周りに円周方向に配設された音響装置８３０Ａ〜８３０Ｌのアレイ８３０を含む。図示されるように、装置は容器の全周の周りに離間されている。例示的なシステム８００では、円筒形容器上の反対側の円周方向位置にある装置、例えば、トランスデューサ／トランシーバ８３０Ａおよびセンサ／トランシーバ８３０Ｇは、それぞれ送信モードおよび受信モードで動作することができる。さらなる例として、図９は、容器９５０の円周側壁９５５上に配備された例示的な超音波容器容積検量システム９００の上面図である。図９に示されるように、システム９００は、容器の周囲の一部、例えば、容器の周囲の半分の周りに離間されている音響装置９３０Ａ〜９３０Ｇを含む。音響装置は円周の一部の周りにしか離間されていないため、送信モードと受信モードとの両方で動作するトランシーバが使用されることが好ましい。
【００９２】
図８に示される例示的な実施態様では、容器の周囲の周りのトランスデューサの場所は、制御コンピュータ１１０を使用して操作されて、タンクおよびその内容物の断面画像を提供することができる。例えば、既知の数学的アルゴリズムを使用して、逆投影アルゴリズム（すなわち、ラドン変換）やその他のアルゴリズムなどの画像を生成することができる。音響装置が容器の周囲を部分的にカバーする図９に示されるような実施態様では、制御コンピュータは、やはり、同様の数学的手法を使用して容器の断面画像を生成するように構成され得る。また、使用するトランスデューサの数は、制御コンピュータを使用して生成され得る容器容積の画像の解像度に直接比例することに留意されたい。
【００９３】
図５Ａ〜図９に関連して説明された構成および動作モードの組み合わせを利用して、開示された実施形態のうちの１つ以上に従って容器の容積を音響的に検量できることを理解されたい。例えば、音響装置の固定アレイを利用して取得された容器の容積測定値は、それ以外の場合は固定装置によって監視されず、それ以外の場合は容器の壁上の場所に到着するのが困難な場所で、容器の寸法を測定するように構成されたロボット搭載音響装置を使用して取得された測定値によって補完され得る。さらなる例として、図８および図９は、それぞれの円周方向位置に配置された単一の音響装置のみを示しているが、いくつかの実施態様では、例えば、図５および図７に関連して説明されたように、容器の壁のそれぞれの円周方向位置のうちの１つ以上に、装置の長手方向に配向されたアレイを配備することができる。アレイが長手方向に配置されたトランスデューサ（またはトランシーバ）を含む実施態様（例えば、基部に対して垂直な線で壁の表面に離間して配置されている）、およびいくつかのそのようなアレイがタンクの周囲に配置されている実装形態では、複数のアレイを使用すると、長手方向および円周方向の異なる地点でタンクを測定することが可能になる。制御コンピュータ１１０によって生成される容器体積モデルまたは画像の解像度は、各アレイ内の装置の数、および容器の壁に配備されるアレイの数によって異なり得る。したがって、タンクの周囲に位置付けられた十分な数の長手方向アレイにより、制御コンピュータは、容器の容積およびその内容物の十分に詳細な二次元または三次元画像を生成することができる。
【００９４】
上記のように、容器の容積を測定することに加えて、貯蔵容器の容積を音響的に検量するための例示的なシステムおよび方法は、容器内の内容物のタイプ、そのような内容物の容積を含む容器の動作特性を音響的に判定し、容器壁の構造的完全性を評価するようにも構成され得る。
【００９５】
より具体的には、音響測定を使用して、タンク内の液体（複数可）のレベルを測定することができ、それによって、液体容積の算出が可能になる。例えば、それぞれの緯度でタンクの直径を測定するために離間して配置された音響装置のアレイを利用する場合、制御コンピュータは、それぞれの緯度で測定された信号の特性を分析して、２つの異なる媒体間の界面、例えば、石油と空気との間の界面のレベルを識別するように構成され得る。したがって、容器内の石油の容積は、界面レベル、および基部と界面レベルとの間に延在する容器の一部分の容積、またはさらなる例として、オイル／空気界面と基部に近いオイル／水界面との間の高さの差に基づいて判定され得る。
【００９６】
さらなる例として、媒体（例えば、この特定の用途では炭化水素、空気、および水）の音速が異なるため、検量されたシステムは各媒体を区別することができる。例えば、空気の場合、通常、トランスデューサの動作周波数での信号減衰が大きいことに起因して、信号はないことになる。したがって、システムは、信号が受信されない地点でオイルと空気との間の界面を判定することができる。
【００９７】
さらに、媒体内の音響信号の音速の知識を用いると、システムは、貯蔵容器内に含まれる特定のタイプの製品を分類するように、さらに構成され得る。より具体的には、当業者によって理解されるように、空気中の音速（３３０ｍ／ｓ）は、貯蔵容器に含まれる媒体内の音速とはまったく異なる。水中の音速は１４８４ｍ／ｓに近く、灯油を通る音速は１３２４ｍ／ｓに近い。実際の例として、３０メートルの距離で音響信号を送信することは、水が４０．４３秒、灯油が４５．３１秒の飛行時間（復路）に相当する。したがって、容器の寸法または予想される飛行時間の検量により、システムは、飛行時間の差に従ってトランスデューサで測定された所与のレベルでタンク内の液体を判定するように構成され得る。
【００９８】
さらに、前述の概念は、他の液体、例えば石油貯蔵容器の底にある水の存在を識別するためにも使用され得る。このような情報を使用して、容器の内容物の容積の正確な判定を確実にし、したがって、容器との間で製品を正しく移動させ、他のタンク／容器の汚染を潜在的に回避することを確実にできる。
【００９９】
上記のように、システムは、容器壁の構造的完全性を評価するように構成され得ることが好ましい。システムは、容器容積を測定するためのプロセスとは独立して、またはそれに関連して、容器の完全性を測定するように構成され得る。より具体的には、システムは、トランシーバ（ＴｘおよびＲｘモードで動作する）を使用して音響信号を送信するように構成され得、音響信号がトランシーバによって最初に送信されると、信号の一部は、容器壁の境界で反射されることになる一方で、信号の一部は、上述されたように内部容積を透過することになる。境界（すなわち、容器壁の内側表面）で反射する信号は、容器の厚さに関する情報を表すことになり、トランスデューサを使用して受信および測定され得る。特に、壁の材料の既知の音速および飛行時間（境界壁への往復）に基づいて、システムは壁の厚さを算出することができる。それに加えて、またはその代わりに、高周波トランスデューサを使用して、測定された飛行時間および材料の音速に基づいて、容器の境界壁の内部構造の完全性、例えば、割れや気泡を測定することができる。したがって、別の例示的な構成では、システムは、二重周波数トランスデューサを組み込むことができ、高周波で放射される信号を分析して容器の完全性を測定することができ、低周波信号を分析して容器の寸法の飛行時間測定を実施することができる。さらに、このような二重周波数トランシーバ構成では、必要に応じて、電子フィルタ技術を適用してノイズを除去することもできる（例えば、ローパスフィルタおよび／またはハイパスフィルタを使用する）。
【０１００】
この時点において、前述の説明のほとんどが、貯蔵容器の容積の超音波検量のためのシステムおよび方法を対象としているが、本明細書に開示されたシステムおよび方法は、同様に配備され、かつ／または参照したシナリオをはるかに越えるシナリオ、状況、および設定で実施され得ることに留意されたい。例えば、例示的なシステムおよび方法は、超音波音響装置に限定されることなく、容器の容積を音響的に測定するように適合させることができる。
【０１０１】
音響に基づいて容器容積を測定するための例示的なシステムおよび方法は、特定の実用的な用途、すなわち、円筒形状および金属構造を有する大型石油貯蔵容器の容積を測定するという文脈で上述されているが、本発明の開示された実施形態は、この例示的な用途に限定されないことを理解されたい。例えば、開示されたシステムおよび方法を使用して、代替形状（例えば、球形容器、立方体形容器など）を有する貯蔵容器の容積を測定することができる。例えば、以下に限定されないが、立方体形状の容器の場合、上記で開示された方法を同様に適用して、長手方向軸および／または横軸に沿って容器の外側表面に音響装置を整列させ、容器の周囲の周りの複数の高さおよび複数の位置で容器の対向する壁間の距離を音響的に測定し、それに応じて、容器の内部容積、その内容物などの二次元または三次元マップを生成することができる。
【０１０２】
図示または説明されたものよりも多いまたは少ない動作が実行され得ることを理解されたい。また、これらの動作は、説明された動作とは異なる順序でも実行され得る。図面中の類似した数字は、いくつかの図面を通して類似の要素を表し、図面に関連して記載され説明された全ての構成部品および／またはステップが、全ての実施形態または配置に必要とされるわけではないことが理解されるべきである。
【０１０３】
このため、本システムおよび方法の例示的な実施形態および構成は、貯蔵容器の容積の超音波検量のためのシステムおよびコンピュータ実施方法、コンピュータシステム、ならびにコンピュータプログラム製品を提供する。図中のフローチャートおよびブロック図は、様々な実施形態および配置によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能性、および動作を示す。この点について、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、またはコードの一部を表し得、これらは、指定された論理機能（複数可）を実施するための１つ以上の実行可能な命令を含む。また、いくつかの代替の実施態様では、ブロック中に記載された機能は、図中に記載された順序とは異なる順序で行われてもよいことにも留意されたい。例えば、連続して示された２つのブロックが、関わる機能性に応じて、実際には、ほぼ同時に実行されてもよく、または時には、逆の順序で実行されてもよい。ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、特定の機能もしくは動作を行う特殊目的ハードウェアベースシステム、または特殊目的ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実装され得ることにも留意することになる。
【０１０４】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のためであり、本開示を限定することを意図していない。本明細書で使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈で別に明示していない限り、複数形も含むことを意図している。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という用語は、本明細書で使用する際、述べた特徴、整数、ステップ、作業、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、作業、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
【０１０５】
また、本明細書に使用されている表現および専門用語は、説明目的のものであり、限定するものと見なされるべきではない。本明細書における「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、または「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（伴う）」、およびそれらの異形の使用は、それ以降に挙げられた項目、およびその均等物、ならびに追加項目を包含することを目的としている。
【０１０６】
上述の主題は、単に例示として提供されており、限定されるものと解釈されるべきではない。説明および記載された例示的な実施形態およびアプリケーションに従うことなく、かつ、以降の特許請求の範囲に記載されている本開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が、本明細書に記載された主題に対して行われ得る。
【符号の説明】
【０１０７】
１００、４００Ａ、５００、６００、７００、８００、９００  超音波容器容積検量システム
１０２  基準軸
１１０  制御コンピュータ
１１２  時計回り方向
１１４  反時計回り方向
１１６、４１６  長手方向軸
１１８  円周方向
１２０Ａ〜１２０Ｃ、６２０、７２０−１〜７２０−ｎ  センサ
１３０Ａ〜１３０Ｃ、５３０Ａ〜５３０Ｎ、６３０、７３０−１〜７３０−ｎ  トランスデューサ
１５０、４５０、５５０、６５０、７５０、８５０、９５０  容器
１５５、４５５、６５５、７５５、８５５、９５０  外側表面
１５７  基部
１６０  ロボット
１６５  内部容積
２１０  プロセッサ
２１５  配線板
２２０  メモリ
２２５  ユーザインターフェース
２３０  ソフトウェアモジュール
２３５  ディスプレイ
２５０  通信インターフェース
２７０  音響制御モジュール
２７２  音響分析モジュール
２７４  幾何学的分析モジュール
２７６  位置制御モジュール
２８５  データベース
２９０  コンピュータ可読記憶媒体
３００  貯蔵容器の容積を検量するためのルーチン
４３０Ａ  トランシーバユニット
４６０Ａ  ロボットプラットフォーム
５３０  トランシーバユニットのアレイ
５５５  円筒型容器の壁
７２０  センサ装置のアレイ
７３０  トランスデューサ装置のアレイ
８３０Ａ〜８３０Ｌ、９３０Ａ〜９３０Ｇ  音響装置
８３０  音響装置のアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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