超聲波液位計(jì)專利技術(shù)綜述

黃文 李蘭玉 文生明 王昆朋

摘要：鑒于目前工業(yè)液位測(cè)量領(lǐng)域?qū)Τ暡ㄒ何挥?jì)的需求持續(xù)增長(zhǎng)，其核心技術(shù)仍為幾家國外公司所掌握的現(xiàn)狀。本文基于專利文獻(xiàn)，對(duì)超聲液位計(jì)全球?qū)＠暾?qǐng)和技術(shù)功效進(jìn)行了梳理，有助于技術(shù)人員了解該技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)、重要申請(qǐng)人的相關(guān)技術(shù)分布，同時(shí)也為相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：超聲波;液位計(jì);專利分析

中圖分類號(hào)：TH816.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）27-0059-04

Abstract： Although the demand for ultrasonic liquid level gauge is increasing rapidly in the field of industrial liquid level measurement， the core technologies are still possessed by a few foreign companies. In view of the above facts， this paper nanlyzed the patent application status of ultrasonic liquid level gauge and the technical effects of the patent applications. This paper provided an aid for technicians to understand the inventive concepts in this field by offering roadmap of ultrasonic liquid level gauge and technology distribution of important applicants.

Key words： ultrasonic; liquid level gauge; patent analysis

1 技術(shù)概述

從1880年壓電效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)之后，超聲技術(shù)不斷發(fā)展并在諸多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，如利用超聲波探測(cè)潛艇，石英晶體制成超聲換能器等。在20世紀(jì)60年代之后，壓電陶瓷技術(shù)得到了推廣應(yīng)用并不斷發(fā)展，超聲換能器技術(shù)的研制也進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。超聲換能器的重要應(yīng)用之一就是超聲液位計(jì)，該類型的液位計(jì)測(cè)量精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、適用范圍廣[1]。本文通過對(duì)專利文獻(xiàn)進(jìn)行分析，著重對(duì)超聲液位計(jì)全球?qū)＠暾?qǐng)和技術(shù)分支進(jìn)行梳理，有助于相關(guān)企業(yè)和科研院所了解該技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)以及重要申請(qǐng)人的相關(guān)技術(shù)分布。

2 國內(nèi)外重點(diǎn)申請(qǐng)人分析

2.1 在華重點(diǎn)申請(qǐng)人分析

圖1示出了在華超聲波液位計(jì)申請(qǐng)量前10位的申請(qǐng)人，從該圖可以確定VEGA格里沙貝兩合公司為國內(nèi)申請(qǐng)量最多的申請(qǐng)人，目前公開的申請(qǐng)文件為38件，這也驗(yàn)證了該公司在國內(nèi)的技術(shù)水平和專利布局策略;其中在前10的申請(qǐng)人中，國外的公司在華的申請(qǐng)量占了很大的比重，并且申請(qǐng)的數(shù)量也有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，如中山歐麥克儀器設(shè)備有限公司、恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司、赫拉胡克公司和羅伯特·博世有限公司。其中，中山歐麥克儀器設(shè)備有限公司是德國歐麥克儀器在中國的生產(chǎn)中心，主要負(fù)責(zé)在線水質(zhì)檢測(cè)儀器的研發(fā)生產(chǎn)和銷售;此外，德國最大企業(yè)的羅伯特·博世有限公司作為全球第一大汽車技術(shù)供應(yīng)商，也涉及超聲波液位計(jì)的研發(fā)領(lǐng)域。從圖1中可以了解到，國外的大公司很注重在該領(lǐng)域在國內(nèi)的專利布局。而國內(nèi)自主研發(fā)超聲波液位計(jì)的主要為大學(xué)，如太原理工大學(xué)、東南大學(xué)和河海大學(xué)。其中，太原理工大學(xué)利用超聲波測(cè)量液位的技術(shù)，在煤礦開采方面做出了一定的研究;而河海大學(xué)和東南大學(xué)由于涉及土木和水文資源與水利工程，因此在該領(lǐng)域也有一定的申請(qǐng)比重。

在對(duì)國內(nèi)的申請(qǐng)量靠前的申請(qǐng)人進(jìn)行分析時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)公司和大學(xué)占據(jù)了該領(lǐng)域申請(qǐng)量的大部分申請(qǐng)量，占比達(dá)92%，研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人的占比很少。這也符合該領(lǐng)域的特點(diǎn)，即實(shí)際應(yīng)用性和研究性并進(jìn)，工業(yè)應(yīng)用的研究和高校的研究并重，共同促進(jìn)了該領(lǐng)域的發(fā)展;同時(shí)，也體現(xiàn)了該領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.2 國外重點(diǎn)申請(qǐng)人分析

圖2還示出了國內(nèi)外超聲波液位計(jì)申請(qǐng)量靠前的申請(qǐng)人的申請(qǐng)量變化趨勢(shì)，從該圖可以得到：對(duì)于VEGA格里沙貝兩合公司而言，其從2005年開始研究超聲波液位計(jì)，在2009年和2010年申請(qǐng)量達(dá)到10件和7件，而后技術(shù)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài);而對(duì)于中山歐麥克儀器設(shè)備有限公司來說，其申請(qǐng)量集中在2014年，達(dá)到了“井噴”級(jí)別的28件，這和其2013年才開始集中研發(fā)有關(guān);而對(duì)于國外的BP Corporation North America公司而言，從1998年始研究超聲波液位計(jì)，在1999年至2001年為其研究的“高產(chǎn)期”，而2008年以后申請(qǐng)量處于停滯期，可見該領(lǐng)域的技術(shù)時(shí)期特性還是非常明顯的，即BP Corporation North America公司研發(fā)屬于起步期，而VEGA格里沙貝兩合公司處于在一段時(shí)期內(nèi)發(fā)展了自己的技術(shù)，而中山歐麥克儀器設(shè)備有限公司在近年開始自己在本領(lǐng)域的專利布局。

2.3 國內(nèi)外重點(diǎn)專利分析

國內(nèi)外學(xué)者的研究已經(jīng)證明，專利的被引頻次作為篩選本領(lǐng)域重點(diǎn)專利的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)。因此，本文統(tǒng)計(jì)了本領(lǐng)域排名前兩位的引用頻次專利。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，表1中的2件專利的被引頻次都超過了80次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該領(lǐng)域其他專利文獻(xiàn)的平均被引頻次。其中，CN1729385A用于測(cè)量容器（3）中填充物質(zhì)（1）的料位的料位測(cè)量設(shè)備 （5），包括：天線（11），用于發(fā)射傳輸信號(hào)（S）并接收回波信號(hào)（E），信號(hào)處理器（13），其用于從接收的回波信號(hào)（E）中推導(dǎo)出回波函數(shù)，該回波函數(shù)包含依賴于傳播時(shí)間的回波信號(hào)（E）幅度（A），存儲(chǔ)器（17），用于將容器特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在表中，該表的列用于各自接收一個(gè)回波函數(shù)，其中回波函數(shù)以對(duì)應(yīng)于各個(gè)回波函數(shù)所屬的料位的順序存儲(chǔ)在列中，和分析單元（19），訪問表以確定料位。該專利于2007年8月17日授權(quán)，截至目前專利權(quán)維持。

此外，值得關(guān)注一點(diǎn)的是，在超聲波液位計(jì)申請(qǐng)量前10的統(tǒng)計(jì)中，并未出現(xiàn)金伯利—克拉克環(huán)球有限公司，而該公司的專利CN101080190A是用于盥洗室中液位的計(jì)量，卻也出現(xiàn)了高頻次的引用，這也從側(cè)面表明，超聲波液位計(jì)的發(fā)展是基于應(yīng)用功能為主而發(fā)展起來的，比如盥洗室中液位的計(jì)量，才有了后續(xù)關(guān)于該領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)、材料和工藝的專門研究。這也充分說明了超聲波液位計(jì)從誕生之初就決定了其工業(yè)應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3 超聲波液位計(jì)專利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

3.1 國內(nèi)發(fā)明與實(shí)用新型專利數(shù)量分布數(shù)據(jù)

表2是從國內(nèi)1985年5月份—2018年4月超聲波液位計(jì)相關(guān)專利申請(qǐng)文件的發(fā)明專利類型標(biāo)引字段中獲取的圖表數(shù)據(jù)，在此期間涉及超聲波液位計(jì)相關(guān)的國內(nèi)實(shí)用新型與發(fā)明專利申請(qǐng)量分別為708件、764件，分別占42.88%和46.27%。在發(fā)明專利申請(qǐng)中，獲得專利權(quán)的申請(qǐng)量為179件，授權(quán)率約為23.43%。

3.2 國內(nèi)發(fā)明與實(shí)用新型專利現(xiàn)行專利狀態(tài)分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

圖3是國內(nèi)1985年5月份—2018年4月超聲波液位計(jì)相關(guān)專利申請(qǐng)文件現(xiàn)行狀態(tài)分布圖。

3.3 授權(quán)專利壽命分布數(shù)據(jù)

圖4是國內(nèi)獲得專利權(quán)的發(fā)明與實(shí)用新型專利的壽命分布統(tǒng)計(jì)圖，從其確定出國內(nèi)的專利權(quán)1—6年分別占據(jù)15、13、16、20、11個(gè)百分比，共占據(jù)75%，可見國內(nèi)的專利壽命大部分在6年之內(nèi)。

4 超聲波液位計(jì)技術(shù)功效分析

4.1 技術(shù)效果/技術(shù)分支交叉點(diǎn)的申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)

功效矩陣氣泡圖是與專利技術(shù)、技術(shù)效果相關(guān)的專利數(shù)據(jù)。通過對(duì)“技術(shù)手段”和“技術(shù)效果”的組合做出圖5，通過對(duì)不同技術(shù)的專利技術(shù)構(gòu)成進(jìn)行分析可以了解專利申請(qǐng)的密集點(diǎn)和空白點(diǎn)，找出核心技術(shù)分支以及重點(diǎn)專利，此外還可以評(píng)估技術(shù)研發(fā)的廣度和深度，判斷技術(shù)和市場(chǎng)能力更強(qiáng)的分析對(duì)象，尤其可以評(píng)估技術(shù)研發(fā)集中度，判斷分析對(duì)象的技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)推廣側(cè)重點(diǎn)。從

圖5我們可以知悉通過對(duì)超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)及形狀進(jìn)行改進(jìn)以期實(shí)現(xiàn)保護(hù)傳感器、提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性是第一個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)，此外改進(jìn)超聲波發(fā)射及接收電路是第二個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)。

4.2 主要申請(qǐng)人相關(guān)技術(shù)分支的申請(qǐng)

技術(shù)側(cè)重度指的是主要申請(qǐng)人在某一領(lǐng)域各個(gè)技術(shù)分支的申請(qǐng)量，其直觀系統(tǒng)的展示了某申請(qǐng)人在某領(lǐng)域的專利布局情況以及該申請(qǐng)人的技術(shù)側(cè)重點(diǎn)。圖6的氣泡圖中，氣泡越大則表示該申請(qǐng)人在該技術(shù)分支的技術(shù)能力越強(qiáng)，或者該申請(qǐng)人對(duì)該技術(shù)分支的重視程度越強(qiáng)。從圖6可以知悉中山歐麥克公司的技術(shù)更加偏重于對(duì)于信號(hào)處理這一塊的設(shè)計(jì)或者改進(jìn)，而恩德賴斯和豪瑟爾公司主要側(cè)重于對(duì)于超聲波換能器或者傳感器的結(jié)構(gòu)以及形狀設(shè)計(jì)或者改進(jìn)。

5 結(jié)語

目前，國內(nèi)企業(yè)及科研院所對(duì)超聲液位技術(shù)的研究已取得一定進(jìn)展，通過本文的分析，有助于相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)以及科研機(jī)構(gòu)了解超聲液位測(cè)量技術(shù)的專利發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)可以使相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)能夠在了解現(xiàn)有專利狀況的基礎(chǔ)上尋找新的突破口，加強(qiáng)創(chuàng)新，推動(dòng)超聲液位技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 克勞特科洛默.超聲檢測(cè)技術(shù)[M].廣州：廣東科技出版社，1984.