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CN107397393A - 具水量测量功能的杯具 - Google Patents

具水量测量功能的杯具 Download PDF

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CN107397393A
CN107397393A CN201710188563.1A CN201710188563A CN107397393A CN 107397393 A CN107397393 A CN 107397393A CN 201710188563 A CN201710188563 A CN 201710188563A CN 107397393 A CN107397393 A CN 107397393A
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micro
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CN201710188563.1A
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廖子权
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Baltek Co ltd
Original Assignee
Baltek Co ltd
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Publication date
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Abstract

一种具水量测量功能的杯具，包括杯盖、杯体及设置于杯盖内的测量模块。测量模块至少包括微控制单元、记忆单元及音波收发单元，记忆单元内预存有记录频率与杯体内剩余水量的对应关系的查找表。音波收发单元以扫频方式朝杯体内发射音波并接收反射回来的反射波，微控制单元依据反射波的能量强度判断目前频率是否为空气共振频率。于目前频率是空气共振频率时，微控制单元依据空气共振频率查询查找表，以得出杯体内的剩余水量。本发明以扫频方式发射音波来测量杯体内的剩余水量，可令使用者在不需打开杯盖的前提下直接得知剩余水量。

Description

具水量测量功能的杯具
技术领域
本发明涉及一种杯具，尤其涉及一种具水量测量功能的杯具。
背景技术
许多医学报导指出，定时定量的饮水有益于身体健康。因此，有许多民众已养成习惯，每天随身携带杯具，以便于随时补充水份。
承上所述，部分民众习惯使用塑料材质的透明水杯。此类杯具通常于表面上设有刻度，便于使用者直接查看杯具中的剩余水量，藉此了解今日饮用的水量是否足够。塑料材质的杯具并不具有保温效果，因此无法满足部分使用者欲饮用温水的需求。
然而，保温杯具一般为不透光材质所制成(例如不锈钢)，因此若使用保温杯具盛水，则使用者无法在不打开杯盖的情况下，直接得知杯具中的剩余水量。也就是说，使用者无法以最简便的方式得知杯具内的剩余水量，因此若要确认已饮用的水量，将会相当的麻烦。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种具水量测量功能的杯具，可以扫频方式于杯具内部发射与接收音波，藉此测量杯具内的剩余水量。
为了达成上述的目的，本发明的具水量测量功能的杯具包括：
一杯体，具有一开口处；
一杯盖，设置于该杯体的该开口处；及
一测量模块，设置于该杯盖内，并且包括：
一记忆单元，储存有记录多个频率与该杯体内的多个剩余水量的对应关系的一查找表；
一扫频式音波收发单元，以扫频方式朝该杯体内发射一音波并接收一反射波；及
一微控制单元，电性连接该记忆单元及该扫频式音波收发单元，依据该反射波的能量强度判断该音波的频率为一空气共振频率时，依据该空气共振频率查询该查找表以取得对应的该剩余水量。
如上所述，其中该杯体为一圆柱型杯体。
如上所述，其中该扫频式音波收发单元由该测量模块的底部朝外设置，并且该扫频式音波收发单元的设置位置位于该杯盖正中央。
如上所述，其中还包括显示该杯体内的该剩余水量的一显示单元，电性连接该微控制单元。
如上所述，其中还包括无线传送该杯体内的该剩余水量至一外部装置的一无线收发单元，电性连接该微控制单元。
如上所述，其中还包括感测该杯体内的温度的一温度感测单元，电性连接该微控制单元，并且该查找表记录多个频率、多个温度以及多个剩余水量的对应关系。
如上所述，其中还包括一触发单元，电性连接该微控制单元，该微控制单元于该触发单元接受外部触发时控制该扫频式音波收发单元开始发射该音波。
为了达到上述目的，本发明提供了另一个具水量测量功能的杯具，包括：
一杯体，具有一开口处；
一杯盖，设置于该杯体的该开口处；及
一测量模块，设置于该杯盖内，并且包括：
一记忆单元，储存有记录多个频率与该杯体内的一空气柱的多个高度的对应关系的一查找表；
一扫频式音波收发单元，以扫频方式朝该杯体内发射一音波并接收一反射波；及
一微控制单元，电性连接该记忆单元及该扫频式音波收发单元，依据该反射波的能量强度判断该音波的频率为一空气共振频率时，依据该空气共振频率查询该查找表以取得该空气共振频率对应的该高度，并依据该高度计算该杯体内的一剩余水量。
如上所述，其中该微控制单元依据该杯体的截面积与该高度计算该杯体内的该空气柱的体积，并将该杯体的体积减去该空气柱的体积以计算该剩余水量。
如上所述，其中该杯体为一圆柱型杯体，该扫频式音波收发单元由该测量模块的底部朝外设置，并且该扫频式音波收发单元的设置位置位于该杯盖正中央，并且该具水量测量功能的杯具更包括显示该杯体内的该剩余水量的一显示单元，电性连接该微控制单元。
本发明对照现有技术所能达到的技术功效在于，依据反射波的能量大小来测量音波的空气共振频率，再依据空气共振频率查询剩余水量，藉此可令使用者在不需打开杯盖的前提下直接得知杯体内的剩余水量。
附图说明
图1为本发明的第一具体实施例的杯具立体图；
图2为本发明的第一具体实施例的测量模块方块图；
图3为本发明的第一具体实施例的剩余水量计算示意图；
图4为本发明的第一具体实施例的空气共振频率示意图；
图5为本发明的第一具体实施例的水量测量示意图；
图6为本发明的第二具体实施例的水量测量示意图；
图7为本发明的第三具体实施例的水量测量示意图。
其中附图标记为：
1…杯具；
2…杯盖；
3…杯体；
30…开口处；
4…测量模块；
41…触发单元；
42…显示单元；
43…微控制单元；
44…记忆单元；
441…查找表；
45…扫频式音波收发单元；
46…无线收发单元；
47…电池单元；
48…温度感测单元；
5…水；
51…水面；
D…直径；
K…截面积；
L…空气柱高度；
H…杯体高度；
P1…共振点；
S10～S20…量测步骤；
S30～42…量测步骤；
S50～S60…量测步骤。
具体实施方式
兹就本发明之一较佳实施例，配合图式，详细说明如后。
首请参阅图1，为本发明的第一具体实施例的杯具立体图。如图1所示，本发明公开了一种具水量测量功能的杯具(下面简称杯具1)，该杯具1主要具有一杯盖2及一杯体3。该杯体3一侧具有一开口处30，该杯盖2用以套设于该开口处30。当该杯盖2套设于该杯体3的该开口处30时，可于该杯体3内形成一密闭空间。该密闭空间用以盛装液体(例如水或饮料)，并且该密闭空间内的液体不会溢出该杯体3外。
本发明的主要技术特征在于，该杯具1还包括一测量模块4，设置于该杯盖2内，当该杯盖2套设于该开口处30时，该测量模块4恰朝向该密闭空间内设置。如图1所示，该测量模块4主要包括一触发单元41、一显示单元42、一微控制单元43、一记忆单元44及一扫频式音波收发单元45。
该触发单元41设置于该杯盖2一侧表面，用以接受使用者的外部操作，以触发该测量模块4进行该杯体3内的剩余水量的测量。该显示单元42用以于该测量模块4测量完成后，显示该剩余水量。本实施例中，该显示单元42可例如为发光二极管(Light-EmittingDiode,LED)、液晶显示器(Liquid-Crystal Display,LCD)、七段显示器(Seven-segmentdisplay)等，不加以限定。
较佳地，该触发单元41可为一透明的触摸板，该显示单元42设置于该触发单元41下方，藉此，使用者可直接透过该触发单元41而看见该显示单元42所显示的信息。更佳地，该触发单元41与该显示单元42可整合为单一触控屏幕，不加以限定。
该微控制单元43与该记忆单元44设置于该测量模块4的内部。该扫频式音波收发单元45(下面简称为音波收发单元45)设置于该测量模块4的底部，并由该测量模块4的底部朝外设置。更具体地，该音波收发单元45的设置位置位于该杯盖2的正中央，当该杯盖2套设于该杯体3上时，该音波收发单元45的设置位置恰位于该杯体3的正中央。
请同时参阅图2，为本发明的第一具体实施例的测量模块方块图。如图2所示，该微控制单元43电性连接上述该触发单元41、该显示单元42、该记忆单元44与该音波收发单元45。
该记忆单元44中储存有预设的一查找表441，该查找表441记录有多个频率与该杯体3内的多个剩余水量的对应关系。具体地，本发明的主要技术手段是由该音波收发单元45以扫频方式持续朝该杯体3的杯底发射一音波，并接收该音波打到该杯体3内的水而反射回来的一反射波。该微控制单元43依据该反射波的能量强度判断该音波目前采用的频率是否为一空气共振频率(即，该音波是否于该密闭空间中产生空气共振)。当该微控制单元43找到该空气共振频率时，再依据该空气共振频率查询该查找表441，以取得该空气共振频率对应的该余剩水量，并通过该显示单元42加以显示。
具体地，当该微控制单元43找到该空气共振频率时，可将该空气共振频率套入一数学公式中以直接计算出该剩余水量(容后详述)。本发明预先计算多个空气共振频率与多个剩余水量的对应关系，记录于该查找表441内，并以查表手段取代实时运算手段。藉此，可降低该微控制单元43的运算量，进而缩短水量测量的时间，并减少该测量模块4的耗电量。该查找表441的内容主要可如下表所示：
频率 剩余水量
F1 A1
F2 A2
F3 A3
…… ……
Fn An
值得一提的是，该杯体3内的温度(t)会影响到该音波的速度(v)(一般来说，v＝331.45+0.6t)，也就是说在剩余水量相同的情况下，不同的温度会造成该音波在该杯体3内具有不同的空气共振频率。于本实施例中，系假设该杯体3内的温度为室温(21度)，该音波的速度为344m/s，但不加以限定。
更具体地，该杯体3的形状也会影响到该音波在该杯体3内的空气共振频率。本实施例中，该杯体3主要是以一圆柱型杯体为例，但不以此为限。本发明实可运用于各种不同形状的杯体，然而当运用于不同形状的杯体时，该查找表441的内容将会有所不同(因为空气共振频率不同)。
该触发单元41电性连接该微控制单元43。本实施例中，该微控制单元43系于该触发单元41接受外部触发时，控制该音波收发单元45开始朝该密闭空间发射该音波。该显示单元42电性连接该微控制单元43，用以于该微控制单元43查询该查找表441完毕后，显示该微控制单元43查询所得的该剩余水量。
该测量模块4还可包括一无线收发单元46，电性连接该微控制单元43。该无线收发单元46藉由无线通信手段(如蓝牙、射频、近场通讯等)与一外部装置(如计算机、智能型手机、平板计算机等，图未标示)进行无线连接，以将该剩余水量传输至该外部装置，并由该外部装置进行显示或记录。藉此，该外部装置可依据该剩余水量计算使用者的已摄取水量、不足水量等信息，藉此益于对使用者进行健康管理。
本发明中，该显示单元42与该无线收发单元46的目的主要皆在于令使用者得知该杯体3内的剩余水量，因此该显示单元42与该无线收发单元46可以仅择一设置，藉此降低该杯具1的生产成本。
该测量模块4还包括一电池单元47，电性连接该微控制单元43，用以提供该测量模块4运作所需的所有电力。
该测量模块4还可包括一温度感测单元48，电性连接该微控制单元43。测量模块4藉由该温度感测单元48感测该杯体3内的温度，藉此，该微控制单元43可同时依据该空气共振频率及该温度查询该查找表441，以得出对应的该剩余水量。值得一提的是，于该测量模块4具有该温度感测单元48的实施例中，该查找表441主要记录多个频率、多个温度以及多个剩余水量的对应关系(容后详述)。
请同时参阅图3与图4，分别为本发明的第一具体实施例的剩余水量计算示意图与空气共振频率示意图。如前文中所述，该杯体3主要为圆柱型杯体。该杯体3的体积为该杯体3的截面积K乘上杯体高度H，而该杯体3的截面积K为3.14乘上该杯体3的半径(D/2)平方。本实施例中，该微控制单元43主要是计算该杯体3内的一空气柱的体积，并将该杯体3的体积减去该空气柱的体积后，得到该杯体3中剩余的水5的容量。其中，该杯体3的截面积K、杯体高度H及该空气柱的截面积K皆为已知(该空气柱的截面积K相等于该杯体3的截面积K)，也就是说，只要可以测得空气柱高度L，即可计算得出该水5的容量。
如图4所示，该音波收发单元45系以扫频方式朝该杯体3的杯底发射该音波，即，每次皆以不同的频率(递增或递减)朝该杯体3内发射该音波。本实施例中，该音波收发单元45系受该微控制单元43的控制，并由低频开始慢慢递增至高频，以发射该音波，但不加以限定。
该音波打到该杯体3中的该水5的一水面51或该杯体3的杯底(即，该杯体3中没有水)时，会反射该反射波。本实施例中，该杯体3系藉由该杯盖2套设于该开口处30而形成一密闭空间，且该音波收发单元45的设置位置对应于该杯体3的正中央，故该音波收发单元45发射的该音波的起始点会落在波形的0度，也就是该音波的相位为0度(如图4中的波形所示)。
本案发明人经实验得知，当该音波的频率为f且已知波长为λ时，该空气柱高度L在相等于及其倍数时(……，也就是波长为时)可令该音波产生空气共振(即，该频率f为该空气共振频率)，其中N为任意正整数。因此，当该音波收发单元45以扫频方式递增频率并发射该音波，且该微控制单元43由接收的该反射波发现目前采用的频率为该空气共振频率时，即可通过该空气共振频率的波长计算出该空气柱高度L。
具体地，当该音波产生空气共振时，其波形能量为相加效果，也就是能量为最大。本实施例中，该微控制单元43主要是藉由该反射波的能量强度来判断是否有空气共振现象产生，进而判断目前采用的频率是否为空气共振频率。更具体地，该微控制单元43可经过一数字模拟转换程序，将该反射波转换为一模拟电压，进而由该模拟电压的大小判断该反射波的能量强度，但不加以限定。
如图4所示，当该音波于该密闭空间中产生空气共振时，表示该音波打在该水面51上的点为一共振点P1，而该共振点P1恰位于该音波的的位置。
本技术领域中具有通常知识者皆知，音波的速度等于频率乘上波长(v＝f×λ)，也就是波长等于速度除于频率并且当温度为室温(21度)时，音波的速度约等于344m/s。因此，该微控制单元43于感测并取得该空气共振频率时，可据此计算出该空气柱高度(即，)、(即，)或(即，)等，不加以限定。如上所述，本实施例中该音波收发单元45系由低频开始递增至高频，故上述公式中的第一空气共振频率即为一基频、第二空气共振频率即为一次频、第三空气共振频率即为一第二次频，以此类推。其中，该基频低于该次频、该次频低于该第二次频。
进一步，在计算得到该空气柱高度L后，该微控制单元43即可计算出该杯体3内的剩余水量为截面积K×(杯体高度H-空气柱高度L)。
值得一提的是，若该测量模块4中设置有该温度感测单元48，则该微控制单元43可依据公式：v＝331.45+0.6t，计算出该音波于该杯体3内的实际速度，进而计算出该空气柱高度(即，)、(即，)或(即，)等。
前文中所述，为了降低该微控制单元43的运算量，以减少该测量模块4的耗电量，本发明系预先通过该微控制单元43或外部计算器(图未标示)计算出该杯体3内的不同剩余水量所对应的空气共振频率，并预先记录于该查找表441中。如此一来，当使用者欲测量该杯体3内的剩余水量时，该微控制单元43仅需通过该音波收发单元45以扫频方式发射该音波并接收该反射波，并藉由该反射波的能量强度找到该空气共振频率(该第一空气共振频率、该第二空气共振频率或该第三空气共振频率等)，即可通过查表方式轻易地得到该杯体3内的剩余水量。
续请参阅图5，为本发明的第一具体实施例的水量测量示意图。图5公开了一种水量测量方法，该方法运用于如图1所示的该杯具1，并且具体包括下列步骤。
首先，该微控制单元43控制该音波收发单元45以一特定频率发射该音波，并接收反射回来的该反射波(步骤S10)。接着，该微控制单元43依据该反射波的能量强度判断该特定频率是否为该空气共振频率(步骤S12)。若该特定频率不是该空气共振频率，则该微控制单元43控制该音波收发单元45调整该特定频率(步骤S14)，并回到该步骤S10，以调整后的该特定频率再次发出该音波。本实施例中，该音波收发单元45主要是以递增的方式调整该特定频率，并由低频调整至高频，藉以达到扫频的效果。
若该特定频率为该空气共振频率，则该微控制单元43以该空气共振频率查询该记忆单元44内的该查找表441(步骤S16)，藉此取得该杯体3内目前的剩余水量(步骤S18)。最后，该微控制单元43通过该显示单元42直接显示该剩余水量，或通过该无线收发单元46将该剩余水量传递至该外部装置上显示(步骤S20)。
值得一提的是，于图5的实施例中，该测量模块4不包含该温度感测单元48，因此该查找表441中记录的多个剩余水量主要是对应至该杯体3内的温度为室温，该音波的速度为344m/s的状况。
参阅图6，为本发明的第二具体实施例的水量测量示意图。图6公开了另一种水量测量方法，该方法运用于如图1所示的该杯具1，并且具体包括下列步骤。
与图5所示的第一具体实施例相同，于第二具体实施例中，该微控制单元43控制该音波收发单元45以一特定频率发射该音波，并接收反射回来的该反射波(步骤S30)。接着，该微控制单元43依据该反射波的能量强度判断该特定频率是否为该空气共振频率(步骤S32)，并且于该特定频率不是该空气共振频率时，控制该音波收发单元45调整该特定频率(步骤S34)，并重新发射该音波。
本实施例与图5所示的第一具体实施例的差异在于，该测量模块4可进一步包含该温度感测单元48。本实施例中，当该微控制单元43判断目前采用的该特定频率为该空气共振频率时，系进一步控制该温度感测单元48感测该杯体3内的温度(步骤S36)，并且同时依据该空气共振频率及该温度查询该记忆单元44的该查找表441(步骤S38)，以得到该杯体3内的剩余水量(步骤S40)。最后，该微控制单元43通过该显示单元42或该外部装置显示该剩余水量(步骤S42)。
于一具体实施范例中，该查找表441可同时记录多个频率、多个温度及多个剩余水量的对照关系，例如下表所示：
频率 温度 剩余水量
F1 T1 A1
F1 T2 A2
F1 T3 A3
F2 T1 A4
F2 T2 A5
…… …… ……
Fn Tn An
如上表所述，当该微控制单元43测量得到该空气共振频率及该温度后，即可同时依据该空气共振频率及该温度来查询该查找表441，以得到对应的该剩余水量。例如在该空气共振频率为F1且温度为T1时，该剩余水量为A1；在该空气共振频率为F1且温度为T2时，该剩余水量为A1；在该空气共振频率为F2且温度为T1时，该剩余水量为A4，以此类推。
于另一具体实施范例中，该微控制单元43可在测得该空气共振频率及该温度(例如60度)后，依据该空气共振频率及该温度运算该音波的波长并且，再依计算所得的波长，换算该波长于室温(25度)下的频率最后，该微控制单元43再以换算所得的频率查询该查找表441，以取出对应的该剩余水量。本实施例中，该查找表441系仅记录在室温下不同频率与不同剩余水量的对应关系。
上述各实施例皆为本案发明人经实验后所提出的实际计算方式，但并不以此为限。
参阅图7，为本发明的第三具体实施例的水量测量示意图。图7公开了又一种水量测量方法，该方法运用于如图1所示的该杯具1，并且具体包括下列步骤。
与图5、图6所示的第一具体实施例及第二具体实施例相同，于第三具体实施例中，该微控制单元43控制该音波收发单元45以一特定频率发射该音波，并接收反射回来的该反射波(步骤S50)。接着，该微控制单元43依据该反射波的能量强度判断该特定频率是否为该空气共振频率(步骤S52)，并且于该特定频率不是该空气共振频率时，控制该音波收发单元45调整该特定频率(步骤S54)，并再次发射该音波。
本实施例与图5、图6所示的第一具体实施例及第二具体实施例的差异在于，本实施例中，该查找表441中主要系记录多个频率与该杯体3内的一空气柱的多个高度的对应关系。具体地，该查找表441可如下表所示：
频率 空气柱高度
F1 L1
F2 L2
F3 L3
…… ……
Fn Ln
该微控制单元43于上述该步骤S52中确认了该空气共振频率后，即可依据该空气共振频率查询该查找表441，以取得对应的该空气柱高度L(步骤S56)。接着，该微控制单元43依据该空气柱高度L计算该杯体3内的剩余水量(步骤S58)，并且再依据该显示单元42或该外部装置显示该剩余水量(步骤S60)。
值得一提的是，如图3所示，该微控制单元43主要是依据该杯体3的截面积K与该空气柱高度L计算该杯体3内的该空气柱的体积，再依据该杯体3的截面积K与该杯体高度H计算该杯体3的体积，并将该杯体3的体积减去该空气柱的体积以计算该杯体3内的该水5的容量(即，该剩余水量)。
通过本发明，该杯具1的使用者可在不需开启该杯盖2的情况下，藉由操作该触发单元41来触发水量的测量功能，并直接于该显示单元42或与该杯具1无线连接的该外部装置上查看该杯体3内的剩余水量，以利于管控使用者的饮水状况，相当便利。
以上所述仅为本发明的较佳具体实例，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种具水量测量功能的杯具，其特征在于，包括：
一杯体，具有一开口处；
一杯盖，设置于该杯体的该开口处；及
一测量模块，设置于该杯盖内，并且包括：
一记忆单元，储存有记录多个频率与该杯体内的多个剩余水量的对应关系的一查找表；
一扫频式音波收发单元，以扫频方式朝该杯体内发射一音波并接收一反射波；及
一微控制单元，电性连接该记忆单元及该扫频式音波收发单元，依据该反射波的能量强度判断该音波的频率为一空气共振频率时，依据该空气共振频率查询该查找表以取得对应的该剩余水量。
2.根据权利要求1所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，该杯体为一圆柱型杯体。
3.根据权利要求2所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，该扫频式音波收发单元由该测量模块的底部朝外设置，并且该扫频式音波收发单元的设置位置位于该杯盖正中央。
4.根据权利要求1所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，还包括显示该杯体内的该剩余水量的一显示单元，电性连接该微控制单元。
5.根据权利要求1所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，还包括无线传送该杯体内的该剩余水量至一外部装置的一无线收发单元，电性连接该微控制单元。
6.根据权利要求1所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，还包括感测该杯体内的温度的一温度感测单元，电性连接该微控制单元，并且该查找表记录多个频率、多个温度以及多个剩余水量的对应关系。
7.根据权利要求1所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，还包括一触发单元，电性连接该微控制单元，该微控制单元于该触发单元接受外部触发时控制该扫频式音波收发单元开始发射该音波。
8.一种具水量测量功能的杯具，其特征在于，包括：
一杯体，具有一开口处；
一杯盖，设置于该杯体的该开口处；及
一测量模块，设置于该杯盖内，并且包括：
一记忆单元，储存有记录多个频率与该杯体内的一空气柱的多个高度的对应关系的一查找表；
一扫频式音波收发单元，以扫频方式朝该杯体内发射一音波并接收一反射波；及
一微控制单元，电性连接该记忆单元及该扫频式音波收发单元，依据该反射波的能量强度判断该音波的频率为一空气共振频率时，依据该空气共振频率查询该查找表以取得该空气共振频率对应的该高度，并依据该高度计算该杯体内的一剩余水量。
9.根据权利要求8所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，该微控制单元依据该杯体的截面积与该高度计算该杯体内的该空气柱的体积，并将该杯体的体积减去该空气柱的体积以计算该剩余水量。
10.根据权利要求9所述的具水量测量功能的杯具，其特征在于，该杯体为一圆柱型杯体，该扫频式音波收发单元由该测量模块的底部朝外设置，并且该扫频式音波收发单元的设置位置位于该杯盖正中央，并且该具水量测量功能的杯具更包括显示该杯体内的该剩余水量的一显示单元，电性连接该微控制单元。
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