用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的装置和方法与流程

本公开整体涉及库存管理系统。更具体地，本公开涉及用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的装置和方法。

背景技术：

加工设施和其他设施通常包括用于存储液体或其他材料的罐。例如，储罐通常用于油库和其他存储设施，以存储油或其他材料。作为另一个示例，油船或其他运输船通常包括许多存储油或其他材料的罐。加工设施通常还包括用于实现工业过程的罐。

通常，需要或期望测量存储在罐中的材料的量。例如在将材料装载到罐中或从罐中卸载材料期间，这可能是有用的。作为具体示例，“运输监护”和“油的重量和量度”通常需要来自安装在罐顶的水平传感器的高度精确的测量值。在大型储罐中，读数中一毫米的误差可能对应于几立方米的体积误差。这可能导致一方或多方损失数千美元。

导波雷达(gwr)传感器是一种常用于各种行业的传感器，用以测量罐中的材料水平。gwr传感器沿波导发送电磁脉冲，并且脉冲在不同点处反射，包括在罐中材料的表面处。gwr传感器使用飞行时间计算与脉冲反射来测量到材料的距离。gwr还可用于多材料应用，例如与油和水的混合物一起使用，以测量到油表面以及到油下面的水表面的距离。其他类型的传感器也可用于测量单材料应用或多材料应用中的材料水平。

技术实现要素：

本公开提供了用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的装置和方法。

在第一实施方案中，装置包括发射器，该发射器被配置成朝向罐中的材料发射包括电磁脉冲的信号。装置还包括接收器，该接收器被配置成接收包括脉冲的多个反射的信号。装置还包括至少一个处理设备，该处理设备被配置成基于所接收的信号来确定与罐中的材料相关联的测量值。为了确定测量值，至少一个处理设备被配置成将多个模型拟合到所接收的信号上，选择模型中的一者，使用选择的模型来识别所接收的信号中多个反射中的至少一者，并使用所接收的信号中至少一个识别的反射来确定测量值。每个模型由多种类型的脉冲反射的叠加构建而成。

在第二实施方案中，方法包括朝向罐中的材料发射包括电磁脉冲的信号。该方法还包括接收包括脉冲的多个反射的信号。该方法还包括使用所接收的信号来确定与罐中的材料相关联的测量值。确定测量值包括将多个模型拟合到所接收的信号上，选择模型中的一者，使用选择的模型来识别所接收的信号中多个反射中的至少一者，并使用所接收的信号中至少一个识别的反射来确定测量值。每个模型由多种类型的脉冲反射的叠加构建而成。

在第三实施方案中，非暂态计算机可读介质包含指令，当被至少一个处理设备执行时，该指令使得至少一个处理设备获得与所接收的信号相关联的信息，该所接收的信号包括朝向罐中的材料发射的电磁脉冲的多个反射。介质还包含指令，当被至少一个处理设备执行时，该指令使得至少一个处理设备使用与所接收的信号相关联的信息来确定与罐中的材料相关联的测量值。当被执行时使得至少一个处理设备确定测量值的指令包括当被执行时使得至少一个处理设备执行以下各项操作的指令：将多个模型拟合到所接收的信号上，选择模型中的一者，使用选择的模型来识别所接收的信号中多个反射中的至少一者并使用所接收的信号中至少一个识别的反射来确定测量值。每个模型由多种类型的脉冲反射的叠加构建而成。

在特定实施方案中，使用(i)表示来自材料顶表面的建模脉冲反射的建模表面反射和(ii)表示来自材料的不同层之间的界面的建模脉冲反射的建模界面反射来构建每个模型。在特定实施方案中，使用(iii)表示来自界面然后来自顶表面然后再次来自界面的建模脉冲反射的建模二阶反射来进一步构建每个模型。

从以下附图、描述和权利要求中，本领域的技术人员可容易地清楚其他技术特征。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在参考以下结合附图来进行的描述，其中：

图1示出了根据本公开的示例性库存管理系统；

图2至图4示出了根据本公开的用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的示例性传感器；并且

图5示出了根据本公开的用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的示例性方法。

具体实施方式

下文讨论的图1至图5，以及用于描述本发明在本专利文献中的原理的各种实施方案仅以例示方式进行，并且不应被理解为以任何方式限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。

图1示出了根据本公开的示例性库存管理系统100。如图1所示，系统100包括罐102，其表示用于接收和存储至少一种材料104的任何合适的结构。罐102可具有任何合适的形状、大小和尺寸。罐102还可形成较大结构的一部分，诸如包含一个或多个罐102或者与一个或多个罐102相关联的任何固定或可移动的结构(比如可移动油轮、轨道车、或卡车或固定油库)。在该示例中，罐102包括底板106和顶盖108。

罐102可用于存储任何合适的材料104，诸如一种或多种燃料、油或其他加工或未加工的烃、水或一种或多种其他材料。而且，多种材料104可存储在罐102中。取决于材料104，材料104有时可分离或分层以形成多个层。在图1所示的示例中，存在材料的两个层110a-110b，并在第一层110a的顶表面和第二层110b的底表面相交的位置形成界面112。作为具体示例，罐102可用于将油与水分离，在这种情况下，界面112表示油的底表面与下面的水的顶表面相交的位置。而且，空气材料界面存在于第二层110b的顶表面114处，并且空气材料界面表示罐102中材料104的顶部。

罐102的顶盖108包括一个或多个开口或端口116a-116b，其提供通向罐102内部的入口，并且喷嘴118a-118b可耦接到端口116a-116b。在该示例中，喷嘴118a与罐102的顶盖108齐平，而喷嘴118b不与顶盖108齐平并且延伸一定距离进入罐102中。然而，此处示出的端口116a-116b和喷嘴118a-118b的形式仅是示例，并且端口116a-116b和喷嘴118a-118b可具有任何其他合适的构型。

传感器120用于捕获与罐102中的材料104相关联的测量值。例如，传感器120可识别由材料104的顶表面114限定的罐102中材料104的水平。作为另一个示例，传感器120可识别罐102中材料104的层110a-110b之间的界面112。这些值可用于识别罐102中材料104的层110a-110b中的一个或多个层的厚度。在该示例中，传感器120被安装到喷嘴118b的顶端122，以便即使在罐102装满时也将传感器120保持远离材料104。然而，传感器120可通过任何其他合适的方式安装到罐102上或罐102中。

系统100还包括主控单元(mcu)124，其控制系统100的整体操作。例如，mcu124可从传感器120接收测量值，控制将材料104自动装载到罐102中或从罐102自动卸载材料，并在材料104的水平接近罐102的顶部或底部时或者在罐102中检测到可能的泄漏时产生警报。mcu124可远离传感器120定位。在其他实施方案中，系统100不包括单独的mcu124，并且mcu124的功能可合并到传感器120中。

传感器120通常通过朝向材料104发射雷达、超声波或其他电磁脉冲并接收来自材料104和来自罐102本身的脉冲的反射来操作。传感器120分析反射以识别例如从顶表面114和从界面112反射的脉冲。使用这些反射，传感器120可识别到顶表面114和界面112的距离，该距离可用于识别材料104的水平、罐102中界面112的位置或一个或多个层110a-110b的一个或多个厚度。在一些实施方案中，波导126可用于将电磁脉冲从传感器120引导或导向到材料104。波导126包括用于引导信号的任何合适的结构，诸如杆、绳索、双杆/绳索或同轴探头。尽管未示出，但波导126可定位在静止管内。在其他实施方案中，传感器120可在不使用波导的情况下通过自由空间发射电磁脉冲。

在特定实施方案中，传感器120实现时域反射计(tdr)以获得罐102中材料104的水平和界面112的位置的测量值。例如，传感器120可产生脉冲并将脉冲向下发射到罐102中，并接收从罐102中的内容物反射的脉冲。脉冲可从材料104的顶表面114、罐102中材料104的不同层110a-110b之间的任何界面112、罐102的底板106以及罐102中的任何障碍物(诸如搅拌器、梯子和加热线圈)反射。传感器120可分析接收的脉冲，并使用飞行时间计算基于一个或多个界面112的位置来估计罐102中材料104的整体高度和罐102中材料104的不同层的可能厚度。

传感器120的测量可参考任何合适的位置进行，通常称为“零参考点”。例如，零参考点可表示罐102的底板106、罐102的顶盖108或者喷嘴118b的顶端122。测量还可相对于已知距离进行，诸如喷嘴118b的顶盖108或顶端122和罐102的底板106之间的总距离。然而，传感器120可支持任何合适形式的测量。

mcu124包括用于与罐的传感器交互或控制罐的传感器的任何合适的结构。例如，mcu124可包括至少一个处理设备128、至少一个存储器130和至少一个接口132。每个处理设备128包括任何合适的处理或计算设备，诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)或离散逻辑设备。每个存储器130包括任何合适的存储和检索设备，诸如随机存取存储器(ram)、闪存或其他只读存储器(rom)、磁存储设备、固态存储设备或光存储设备。每个接口132包括促进通过连接或网络进行通信的任何合适的结构，诸如有线接口(比如以太网接口)、无线接口(比如射频收发器)或电信号网络(诸如hart或基金会现场总线网络)。

如上所述，传感器可用于测量单材料应用或多材料应用中罐中的材料水平。当用于多材料应用中时，材料的一个层可非常薄，诸如当少量油漂浮在大量水上时。为了在材料层的厚度相对较小时捕获精确的测量值，通常需要使用非常窄的电磁脉冲。例如，可能需要持续时间为约400皮秒的脉冲，其等于空气中约0.12米的宽度，以测量约10至20厘米的层厚度。这是因为如果脉冲太宽，则来自材料的薄层的顶表面和底表面的反射实际上可重叠。如果发生这种情况，则很难或不可能识别不同的反射并精确计算材料的总高度或材料的薄层的厚度。

遗憾的是，使用非常窄的电磁脉冲可导致各种问题。例如，随着传感器的喷嘴变大，多个电磁模可从传感器传播到罐中。允许多个电磁模的传播可导致传感器错误且不可靠。这可能会限制与传感器一起使用的喷嘴的大小。作为具体示例，持续时间为约400皮秒的脉冲通常只能与直径为约20厘米或更小的喷嘴一起使用。

根据本公开，传感器120支持使用多个模型，这些模型用于在数学上表示罐102中不同类型的信号反射。例如，模型可在数学上表示可在罐102中不同位置处发生的不同表面和界面反射的组合。表面反射表示来自罐中材料104的顶表面114的反射。界面反射表示来自罐中材料104的不同层110a-110b之间的界面112的反射。

可将各种模型拟合到从材料104反射并由传感器120接收的实际信号上。可选择与实际反射信号最匹配的一个或多个最佳模型，并将其用于识别顶表面和界面反射。一旦精确地识别出顶表面和界面反射，传感器120可使用这些反射来识别罐102中顶表面114和界面112的位置。应当注意，在某些情况下可能仅需要将模型拟合到接收信号上，诸如当材料的层的厚度下降到低于比如15或20厘米的阈值距离时。

在一些实施方案中，覆盖在由传感器120接收的实际信号上的每个模型表示表面反射、界面反射和可选的二阶反射的组合或总和。每个建模表面反射表示从罐中材料104的顶表面114反射的信号。每个建模界面反射表示从罐中材料104的不同层110a-110b之间的界面112反射的信号。每个建模二阶反射表示从界面112然后从顶表面114然后再次从界面112反射的信号。不同的模型可包括不同的建模表面、界面和二阶反射，诸如在罐中不同高度处的不同的表面和界面反射以及与罐中材料的上层的不同厚度相关联的不同二阶反射。

通过将不同的模型拟合到实际接收信号上并选择最接近实际接收信号的模型，传感器120可更精确地识别来自罐102中材料104的顶表面114以及罐102中材料104的不同层110a-110b之间的界面112两者的反射。因此，传感器120可测量罐102中材料的非常薄的层。在特定实施方案中，传感器120可使用直径为八英寸(约20厘米)或更大的喷嘴来测量小至约五厘米或甚至更小的材料层厚度。

除其他方面之外，与传统的相关性和峰值搜索算法相比，所提出的方法可提供改进的精确度和性能，特别是当罐102中材料的上层110b非常薄时。因此，所提出的方法可精确地测量罐102中的界面位置或层厚度。此外，所提出的方法可解释二阶反射，其中脉冲从界面112反射，然后从顶表面114反射，然后在到达传感器120之前再次从界面112反射。当上层的厚度相对较小，诸如约10至12厘米或更小时，传统的相关性和峰值搜索算法中缺乏对二阶反射的考虑可导致测量中相当大的误差。

下文提供了关于该感测功能的附加细节。虽然下文的细节可关于在图1的系统100中操作的传感器120进行描述，但是下文的细节也可用于任何其他合适的传感器中，并且这些传感器可用于任何其他合适的系统中。

虽然图1示出了库存管理系统100的一个示例，但是可对图1进行各种改变。例如，图1所示的功能划分仅用于说明。图1中的各种部件可以结合、进一步细分、重新排列或省略，或者可根据特定需要添加附加的部件。而且，虽然各种功能可归因于系统100中的特定部件，但是其他系统能够以不同的方式实现这些功能。例如，使用模型来定位接收信号中的特定反射可在mcu124而不是传感器120内发生。此外，虽然此处示出的罐102仅包括材料104的两个层110a-110b和单个界面112，但是罐102可包括任何数量的层和任何数量的材料界面。利用适当的模型，传感器120可使用本专利文件中描述的具有多于两层材料的相同方法。

图2至图4示出了根据本公开的用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的示例性传感器120。为了便于解释，传感器120被描述为用于图1的系统100中。然而，传感器120可在任何其他合适的系统中使用。

如图2所示，传感器120包括壳体202，该壳体包封、保护或以其他方式包括传感器120的各种部件。可由任何合适的一种或多种材料通过任何合适的方式形成壳体202。壳体202可具有任何合适的大小、形状和尺寸。在一些实施方案中，壳体202的至少一部分的大小和形状可设计成配合在罐102的喷嘴内并与之耦接。

传感器120还包括连接端子204和功率源206。连接端子204允许传感器120耦接到外部设备、系统或网络，诸如耦接到mcu124。在一些实施方案中，连接端子204可允许传感器120耦接到4-20ma工业控制电流回路，但是也可支持任何其他合适的连接。然而，应当注意，连接端子204可用支持无线通信的无线电设备替换或补充。功率源206表示用于传感器120的任何合适的操作功率源，诸如至少一个电池、电容器、燃料电池或太阳能电池。功率源206可存储任何合适量的功率以用于传感器120的短期或长时间操作。在一些实施方案中，传感器120可通过电流回路或其他链路供电，并且功率源206可仅用于为传感器120存储少量功率。在其他实施方案中，传感器120可主要或仅由功率源206供电，并且功率源206可存储更大量的功率。

传感器120还包括本地用户界面208，其可用于与传感器120附近的本地用户交互。例如，用户界面208可包括用于向用户呈现测量值和传感器设置的屏幕或其他显示器。用户界面208还可包括用于接收用户输入的按钮(硬的或软的)或其他输入机构，该用户输入诸如用以开始或停止感测的输入或者用以改变传感器120的设置的输入。用户界面208还可支持短距离无线连接(诸如蓝牙连接)，从而允许通过其无线设备与附近用户进行交互。用户界面208表示促进与用户的输入交互和输出交互的任何合适的一个或多个结构。

此外，传感器120包括用于产生、接收和处理电磁信号的各种电子部件。例如，传感器120包括脉冲发生器210和至少一个发射器212。脉冲发生器210产生由发射器212发射到罐102中的电磁脉冲。各种反射脉冲由至少一个接收器214接收，该接收器可将反射脉冲(可能在数字化之后)传递到至少一个处理设备216以进行分析。脉冲可通过任何合适的方式进行发射，诸如通过波导126或通过自由空间。

脉冲发生器210包括用于产生至少一个包含脉冲的信号的任何合适的结构。脉冲发生器210可以是可调的，使得可产生不同持续时间的脉冲。在一些实施方案中，脉冲发生器210可产生具有约400皮秒或甚至更短的最小持续时间的脉冲，这可帮助传感器120识别罐中材料层的非常小的厚度。发射器212和接收器214分别表示用于发射和接收信号的任何合适的一个或多个结构。应当注意，虽然示出为单独的部件，但是发射器212和接收器214可表示普通收发器的部分。

处理设备216分析关于反射信号的信息，以便(除其他方面之外)识别来自罐102中材料104的顶表面以及来自罐102中材料104的不同层110a-110b之间的界面112的反射。然后，处理设备216可使用反射来识别材料104的水平和界面112的位置，诸如通过使用飞行时间或tdr计算。如上所述并且如下文更详细描述的那样，处理设备216可获得模型(诸如存储在至少一个存储器218中或由处理设备216计算的模型)，并且可将各种模型拟合到实际反射信号上，以选择一个或多个最佳模型。所选择的一个或多个模型可随后用于识别顶表面和界面反射。

每个处理设备216包括任何合适的处理或计算设备，诸如微处理器、微控制器、dsp、fpga、asic或离散逻辑设备。每个存储器218包括任何合适的存储和检索设备，诸如ram、闪存或其他rom、磁存储设备、固态存储设备或光存储设备。然而，应当注意，传感器120本身不需要分析信息以确定测量值。如上所述，mcu124可执行这些功能，在这种情况下，处理设备216可将某些数据(诸如限定接收信号的数据)传递给mcu124并且不需要使用任何模型来分析数据。

如图2所示，由发射器212发射的脉冲220可通过罐102中的材料104以各种方式反射。例如，包含脉冲220的信号的一部分在罐102中材料104的顶表面114处反射，从而作为脉冲222返回接收器214。包含脉冲220的信号的另一部分在罐102中材料104的不同层110a-110b之间的界面112处反射，从而作为脉冲224返回接收器214。包含脉冲220的信号的又一部分可从波导126的端部或罐102的一些部分反射，从而作为脉冲226返回接收器214。此外，包含脉冲220的信号的一部分可从界面112反射、从顶表面114反射并再次从界面112反射，从而作为脉冲228返回接收器214(表示“二阶”类型的反射)。虽然未示出，但信号的附加部分能够以附加方式反射。

在图2所示的示例中，传感器120或mcu124可通过各种方式组合与不同类型的反射相关联的各种模型，将组合的模型拟合到接收信号上，并确定组合的模型中的哪个最接近由传感器120接收的实际反射信号。例如，一组模型可表示当材料104的顶表面114处于罐102中的不同高度时被反射的脉冲222。另一组模型可表示当层110a-110b的界面112处于罐102中的不同高度时被反射的脉冲224。又一组模型可表示当层110a-110b具有不同的相对高度时从界面112然后从顶表面114并随后再次从界面112反射的脉冲228。

通过将来自各个组的模型拟合到由传感器120接收的实际反射信号上，传感器120或mcu124可将模型与实际接收信号进行比较，并选择模型的最佳组合。然后可在信号处理期间使用该模型组合来识别由传感器120接收的特定反射，并且这些特定反射可用于飞行时间或其他计算。

以下讨论涉及传感器120的特定实施方式。以下细节特定于传感器120的特定实施方式，并且不一定将本公开限于传感器120的任何特定实施方案。

如图3所示，脉冲可从罐102中材料104的各种表面反射并穿过该表面发射。例如，来自发射器212的脉冲的一些部分从顶表面114朝向接收器214反射，其反射率为r12。而且，来自发射器212的脉冲的一些部分穿过顶表面114朝向界面112发射，其透射率为t12。穿过顶表面114发射的脉冲的一些部分从界面112反射，其反射率为r23。在这些脉冲中，从界面112反射的脉冲的一些部分穿过顶表面114朝向接收器214发射，其透射率为t21。从界面112反射的脉冲的另一部分再次从顶表面114反射回到界面112，其反射率为r21，并且这些脉冲可随后从界面112反射回到顶表面114并回到接收器214。

各种模型方程可用于描述由发射器212朝向罐102中材料104的顶表面114和界面112发射的脉冲。可使用的两种示例性类型的模型方程是阻尼正弦函数和阻尼余弦函数。传感器120将使用的确切的模型方程可取决于许多因素，诸如由传感器120产生的脉冲220的形状和形成传感器120的特定部件。此类模型方程可易于由相关领域的技术人员产生。

表示由传感器120产生的脉冲220的模型方程可随后用于对来自罐102中材料104的顶表面114和界面112的反射进行建模。作为一般示例，用于对来自顶表面114和界面112的反射进行建模的函数f(x)可表达为：

f(x)＝g×h(x，w1，w2，...)(1)

这里，h代表脉冲的模型方程，w1和w2代表h的模型参数，并且g代表模型增益。

在各种情况下(包括顶表面114和界面112非常靠近以至于不能识别各个反射的那些情况)，可将多个叠加模型s(x)拟合到所接收的反射上。在一些实施方案中，每个叠加模型s(x)可由表面、界面和二阶模型的叠加如下构建而成：

s(x)＝g1×h1(x-t，w1，...)+g2×h2(x，w2，...)+g3×h3(x+t，w3，...)(2)

在方程(2)中，h1、h2和h3分别是限定顶表面、界面和二阶反射的形状的模型方程。而且，w1、w2和w3是用于h函数的参数。此外，g1、g2和g3分别是用于顶表面、界面和二阶反射的模型增益。此外，t代表罐102中材料104的上层110b的厚度。应当注意，对于顶表面、界面和二阶反射，模型函数h1、h2和h3和/或参数w1、w2和w3可相同或不同。

对于罐102中材料104的特定情况，可能计算增益g1、g2和g3。这里，可使用各种技术来计算增益g1、g2和g3。下文提供了一种示例性技术，但还可使用任何其他合适的技术来识别增益g1、g2和g3。

在一种示例性技术中，可使用菲涅尔方程和罐102中材料的介电常数来计算增益。假设dcv、dcup和dclw分别代表顶表面114上方蒸气的介电常数、上层110b的介电常数和下层110a的介电常数。可通过任何合适的方式来确定这些介电常数，诸如通过直接测量或者通过从其他测量进行推断。鉴于此，增益可表达如下：

g3＝a3t12r23r21r23t21(5)

这里，因数a1、a2和a3分别表示入射脉冲a0的幅度，其分别通过顶表面、界面和二阶反射的衰减而降低。这些因数可表达如下：

这里，x是顶表面114的位置，并且t是上层110b的厚度。而且，αv是由顶表面114上方的蒸气引起的衰减，并且αup是由上层110b引起的衰减。使用代数和守恒关系(t12t21+r12²)＝1，增益g3可根据g1、g2和a1计算如下：

一旦(以任何方式)识别出增益值g1、g2和g3，这些值可用于上面的方程(2)中。不同的函数h1、h2和h3、参数w1、w2和w3以及厚度t可用于产生不同的叠加模型s(x)。如上所述，h1、h2和h3函数可相同或不同，并且参数w1、w2和w3可相同或不同。然后可选择最密切拟合到由传感器120接收的实际信号上的叠加模型s(x)。所选择的模型可用于估计接收信号中来自顶表面114和界面112的反射，并且这些估计的反射可用于飞行时间或其他计算。

图4示出了叠加模型与传感器处接收的实际反射信号的示例性匹配。在图4中，线402代表包含由传感器120接收的实际反射的信号。线404代表减去背景后的相同信号402。背景代表当罐102为空时或者当材料水平低于某一最小值时所接收的回波。在该示例中，线402识别参考脉冲406，该参考脉冲代表直接发送到接收器214而不穿过波导126传递或发射到罐102中的脉冲。例如，参考脉冲406可经由电路路径或者通过asic或其中形成部件210-214的其他设备的路径从发射器212或脉冲发生器210发送到接收器214。可确定和使用参考脉冲406的位置，诸如以识别参考脉冲406和一个或多个反射之间的飞行时间。线402还识别过程连接器反射408，该过程连接器反射代表从过程连接器(其将传感器120耦接到罐102)反射的脉冲。然而，应当注意，过程连接器反射408可不存在。

线402还在过程连接器反射408之后识别附加反射(通常表示为反射410)。反射410包括从材料104的顶表面114和界面112反射的脉冲，以及从波导126的端部或罐102本身的结构反射的脉冲。传感器120的一个功能是识别哪些反射410对应于从材料104的顶表面114和界面112反射的脉冲。当材料104的层很薄时，这可能比较困难，因为这可导致反射的脉冲重叠。

图4还示出了将两个模型拟合到线402和404的方式。线412在这里代表表示形成参考脉冲406的参考信号的模型。参考信号代表从发射器212发送到接收器214而没有改变的脉冲。线414在这里代表表示来自罐102中材料104的顶表面、界面和二阶反射的叠加模型s(x)。该模型定义了接收信号中的各种脉冲可相互作用的方式，因此该模型可用于识别接收信号中顶表面114和界面112的实际反射的位置。这些反射位置随后可用于飞行时间、tdr或其他计算。

尽管图2至图4示出了用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的传感器120的一个示例，但可对图2至图4进行各种改变。例如，图2所示的功能划分仅用于说明。图2中的各种部件可以结合、进一步细分、重新排列或省略，或者可根据特定需要添加附加的部件。而且，虽然各种功能可归因于传感器120中的特定部件，但是其他传感器能够以不同的方式实现这些功能。例如，传感器120可将限定接收信号的数据传递给mcu124以用于分析。此外，图3和图4所示的信号仅用于说明。

图5示出了根据本公开的用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的示例性方法500。为了便于解释，方法500被描述为由图2的传感器120在图1的系统100中使用。然而，方法500可与任何其他合适的传感器以及任何其他合适的系统一起使用。

如图5所示，在步骤502处产生至少一个电磁脉冲，并在步骤504处朝向罐中的材料发射信号。这可包括，例如，传感器120的脉冲发生器210产生电磁脉冲，以及发射器212发射包含脉冲220的信号。可在这里产生并发射具有任何合适的一个或多个持续时间和一个或多个模式的任何数量的脉冲。在步骤506处接收包含参考脉冲和所发射脉冲的多个反射的信号。这可包括，例如，传感器120的接收器214直接从脉冲发生器210或发射器212接收参考脉冲406。这还可包括接收器214接收脉冲222-228作为反射410。

在步骤508处，将不同的模型拟合到接收信号上，并且在步骤510处识别最匹配所接收反射的模型。这可包括，例如，传感器120的处理设备216将各种叠加模型s(x)，诸如根据上述方程(2)产生的那些叠加模型拟合到接收信号上。可如上文所述或通过其他合适的方式来确定模型增益g1、g2和g3。h1、h2和h3模型方程可基于所产生的电磁脉冲的形状。可提前确定w1和w2参数，诸如在顶表面114和界面112分开足够大的距离(较大厚度)时。二阶反射的一个或多个w3参数可与顶表面114或界面112相同。可改变厚度t以产生不同的叠加模型s(x)。应当注意，可使用一些逻辑来减少拟合到接收信号上的叠加模型的数量，诸如通过将叠加模型限制为考虑到由传感器120捕获的先前测量值而最可能正确的那些叠加模型。

在步骤510处识别最匹配所接收信号的模型。这可包括，例如，处理设备216确定哪个叠加模型s(x)最匹配所接收信号的峰值和谷值。可使用任何合适的测量来选择最佳叠加模型，诸如通过选择与接收信号相比时具有最小平方误差的叠加模型。

在步骤512处，将所选择的模型用于识别接收信号中的一个或多个特定反射，并在步骤514处，将一个或多个特定反射用于识别至少一个材料测量值。这可包括，例如，处理设备216使用所选择的模型来识别来自罐102中材料104的顶表面114和界面112的反射的位置。由于所选择的模型可识别当上层110b较薄时从顶表面114和界面112反射的脉冲相互作用的方式，因此所选择的模型帮助处理设备216更精确地识别反射的位置。一旦已知反射的位置，则处理设备216可执行飞行时间、tdr或其他计算。这里产生的一个或多个材料测量值可包括任何合适的一个或多个测量值，诸如罐102中材料104的水平(比如顶表面114的位置或高度)、罐102中界面112的位置(比如界面112的位置或高度)，或者罐102中材料104的一个或多个层110a-110b的一个或多个厚度。

在步骤516处，可通过任何合适的方式来存储、输出或使用一个或多个材料测量值。这可包括，例如，处理设备216在用户界面208上输出一个或多个测量值。这还可包括处理设备216将一个或多个测量值发射到mcu124或其他外部目的地。

尽管图5示出了用于测量库存管理应用中薄型材料厚度的方法500的一个示例，但可对图5进行各种改变。例如，虽然示出为一系列步骤，但是图5中的各个步骤可以重叠、并行发生、以不同顺序发生，或者发生任何次数。具体地，方法500可快速地连续重复任何次数以识别多个测量值，这些测量值可被平均或以其他方式处理以产生一个或多个最终测量值。作为另一个示例，当传感器120能够识别来自顶表面114和界面112的反射的情况下，诸如当罐102中材料104的上层110b足够大以使得可识别适当的反射时，可跳过步骤508-512。

应当注意，上述用于拟合模型以帮助定位脉冲反射的方法可用于各种水平计算算法或其他算法中，以帮助改进算法的反射发现能力。例如，除其他方面之外，美国专利公开no.2016/0097669(其全文据此以引用方式并入)描述了具有粗搜索和精搜索的水平发现算法。粗搜索使实际回波信号y(k)和脉冲模型回波p(k)之间的预测误差最小化，以获得最小预测误差k*附近的目标函数j(k)。精搜索使用k*附近的j(k)计算至少一个最小值或最大值，其中最小值或最大值对应于材料水平或涉及材料的界面。该水平发现算法可使用上述方法在粗搜索期间拟合模型，以便识别用于计算预测误差的脉冲模型回波p(k)。关于该技术的附加细节在上面以引用方式并入的美国专利公开中提供。

在一些实施方案中，本专利文献中描述的各种功能由计算机程序来实现或支持，该计算机程序由计算机可读程序代码形成并体现在计算机可读介质中。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘驱动器、压缩盘(cd)、数字视频光盘(dvd)或任何其他类型的存储器。“非暂态”计算机可读介质排除传输瞬时电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂态计算机可读介质包括可永久地存储数据的介质以及可存储和之后重写数据的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储设备。

阐述贯穿本专利文献中使用的某些字词和短语的定义可能是有利的。术语“应用程序”和“程序”是指适于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或可执行代码)实现的一个或多个计算机程序、软件部件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关数据或其一部分。术语“通信”及其衍生词涵盖直接通信和间接通信两者。术语“包括”和“包含”及其衍生词意指包括但不限于此。术语“或”是包括性的，表示和/或。短语“与...相关联”及其衍生词可以意指包括、包括在...内、与...互连、包含、包含在...内、连接到...或与...连接、耦接到...或与...耦接、可与...通信、与...协作、交错、并置、与...接近、结合到...或与...结合、具有、具有...的性质、具有与...的关系或与...具有关系等。当与项列表一起使用时，短语“...中的至少一个”意指可以使用所列的项中的一个或多个项的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项。例如，“a、b和c中的至少一者”包括以下组合中的任何一者：a、b、c；a和b；a和c；b和c以及a和b和c。

不应将本申请中的描述理解为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的基本或关键要素。专利保护的主题的范围仅由所允许的权利要求来限定。此外，权利要求都未关于所附权利要求或权利要求要素中的任何一项援引35u.s.c.§112(f)，除非在特定权利要求中明确使用后面是标识功能的分词短语的“用于...的装置”或“用于...的步骤”的确切字词。在权利要求中使用术语诸如(但不限于)“机构”、“模块”、“设备”、“单元”、“部件”、“元件”、“构件”、“装置”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”被理解为并旨在指代相关领域的技术人员已知的结构，如权利要求本身特征进一步修改的或增强的，并且并不旨在援引35u.s.c.§112(f)。

虽然本公开已描述了某些实施方案和大体上相关联的方法，但是这些实施方案和方法的变更和置换对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，上文对示例实施方案的描述不限定或约束本公开。在不脱离如以下权利要求限定的本公开的实质和范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。