密度計(jì)專利技術(shù)綜述

曾波

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川 成都 610213）

密度是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常需要檢測的物理量，應(yīng)用在如原油、制糖、選煤、選礦等中。密度測量方法有很多種，通常分為靜態(tài)測量法和動(dòng)態(tài)測量法[1]。靜態(tài)測量法，包括稱重法、浮力法等；動(dòng)態(tài)測量法包括超聲波式、差壓式、射線式、振動(dòng)式等，動(dòng)態(tài)測量法適用于工業(yè)生產(chǎn)在線測量。準(zhǔn)確、可靠的密度檢測，可以有效指導(dǎo)生產(chǎn)操作，提高生產(chǎn)效率。

1 密度計(jì)相關(guān)專利的發(fā)展?fàn)顩r分析

1.1 申請趨勢分析

為了較準(zhǔn)確全面地反映出密度計(jì)專利的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，在對現(xiàn)有專利數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，選擇CNABS和DWPI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行專利分析。以密度計(jì)、densimeter、densitοmetοr、density meter、density gage 等為關(guān)鍵詞和分類號G01N9進(jìn)行限定，檢索截止日期為2018-06-08，通過人工降噪的方式獲得樣本數(shù)據(jù)，累計(jì)總共專利699篇。密度計(jì)專利申請量在全球和中國境內(nèi)隨年份變化的趨勢變化如圖1所示。

圖1 密度計(jì)專利申請量在全球和中國范圍隨年份的趨勢變化圖

從圖1可知，密度計(jì)的發(fā)展主要分為三個(gè)階段：①1988年之前，這段時(shí)間產(chǎn)生了一個(gè)專利申請的小高峰，并在1980年左右達(dá)到頂峰，這期間前蘇聯(lián)作為主要申請人，在液體密度檢測方面申請了大量的專利，但是由于整體處于發(fā)展的起步階段，整體申請總量不高；②到了1988年后密度計(jì)的專利申請進(jìn)入了低谷期，專利申請量長期徘徊在個(gè)位數(shù)，形成了密度計(jì)發(fā)展的第二個(gè)階段；③直到2009年開始密度計(jì)的申請開始進(jìn)入快速發(fā)展階段，申請數(shù)量大幅增長。雖然中國國內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚，但通過對比分析發(fā)現(xiàn)，2000年以后全球密度計(jì)的申請主要集中在中國境內(nèi)，尤其是隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，密度檢測的領(lǐng)域不斷擴(kuò)寬，各種應(yīng)用場景的密度檢測需求促使中國國內(nèi)的研究者加大了對密度計(jì)的研究，申請了大量的專利。

1.2 技術(shù)原創(chuàng)國和技術(shù)目標(biāo)國

密度計(jì)專利申請的主要原創(chuàng)國地區(qū)/和目標(biāo)國/地區(qū)如圖2所示。

圖2 密度計(jì)專利申請的主要原創(chuàng)國地區(qū)/和目標(biāo)國/地區(qū)

專利申請的技術(shù)來源國/地區(qū)可以反映出一個(gè)國家/地區(qū)的企業(yè)、研究所及個(gè)人團(tuán)體等在密度計(jì)相關(guān)技術(shù)方面的研發(fā)實(shí)力。通過圖2可知，密度計(jì)的主要技術(shù)來源于中國、美國、前蘇聯(lián)、德國、日本五個(gè)國家以及歐洲地區(qū)，其中中國、美國和前蘇聯(lián)占據(jù)主要地位。20世紀(jì)八九十年代，美國和前蘇聯(lián)兩個(gè)超級大國均屬于重工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展較快的國家，石油、化工等能源領(lǐng)域?qū)τ诿芏葯z測的需求，使前蘇聯(lián)和美國在密度計(jì)的研究呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。但是后期隨著中國的快速發(fā)展，中國后來居上，成為密度計(jì)領(lǐng)域的主要技術(shù)創(chuàng)造地。通過密度計(jì)申請的主要目標(biāo)國/地區(qū)可見，專利分布的趨勢和技術(shù)來源國相似，這也體現(xiàn)了中國、美國和前蘇聯(lián)在密度計(jì)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力和知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)意識最強(qiáng)。

1.3 主要申請人分布

密度計(jì)領(lǐng)域申請量前六位的主要申請人如表1所示。從表1可以看出，主要申請人來源于美國、德國和瑞士，其中美國顯示出了在密度計(jì)專利申請的強(qiáng)勢地位，主要涉及了ITT公司、微動(dòng)公司和哈里伯頓能源服務(wù)公司。分析德國申請人發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)是ITT公司在德國的分公司，也就是說美國ITT公司在密度計(jì)領(lǐng)域申請了大量的相關(guān)專利，具有很強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力。同時(shí)結(jié)合前面的原創(chuàng)國可以看出，雖然德國在密度計(jì)領(lǐng)域后期申請了大量的專利，但是專利申請人過于分散，沒有核心的領(lǐng)軍企業(yè)或研究所，缺乏持續(xù)性研究，總體研究實(shí)力不強(qiáng)。

表1 密度計(jì)專利領(lǐng)域主要申請人

1.4 密度計(jì)技術(shù)分支

密度計(jì)專利領(lǐng)域的技術(shù)分解如表2所示。一級分支 二級分支

表2 密度計(jì)專利領(lǐng)域的技術(shù)分解表

通過對密度計(jì)相關(guān)專利文獻(xiàn)的閱讀、統(tǒng)計(jì)和分析研究，對密度計(jì)所涉及的技術(shù)進(jìn)行技術(shù)分解。從表2可知，密度計(jì)主要分為振動(dòng)式密度計(jì)、差壓式密度計(jì)、射線式密度計(jì)、微波式密度計(jì)、超聲波式密度計(jì)、磁致伸縮式密度計(jì)、浮子式光纖光柵密度計(jì)、重力式密度計(jì)。

通過上述密度計(jì)的技術(shù)分支，對中國范圍內(nèi)的密度計(jì)在不同技術(shù)分支的專利申請數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到中國范圍密度計(jì)各分支領(lǐng)域的分布圖，如圖3所示。

通過圖3發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)式、重力式、射線式和差壓式四種類型的密度計(jì)占據(jù)了總申請量的88%，其中振動(dòng)式密度計(jì)占據(jù)了41%，成為了中國研究最多的密度計(jì)類型。除去重力式密度計(jì)，差壓式密度計(jì)和射線式密度計(jì)累計(jì)也占據(jù)了總申請量的26%，成為各個(gè)研究者重點(diǎn)研究的密度計(jì)。

圖3 中國范圍密度計(jì)各分支領(lǐng)域的分布情況

進(jìn)一步對振動(dòng)式、差壓式和射線式密度計(jì)的國內(nèi)外申請人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到三種不同類型密度計(jì)國內(nèi)外申請人的分布圖，如圖4所示。對于振動(dòng)式密度計(jì)，國內(nèi)申請人和國外申請人各占據(jù)半壁江山，國外申請人略占優(yōu)勢；對于差壓式密度計(jì)，國內(nèi)申請人占據(jù)了主導(dǎo)地位；對于射線式密度計(jì)，國內(nèi)申請人則展現(xiàn)出了強(qiáng)勢的壟斷地位，幾乎包括了該技術(shù)分支的所有專利申請，原因主要是隨著國內(nèi)對固體材料密度的快速檢測需求，如煤炭、煙草的密度測量，而振動(dòng)式和差壓式密度計(jì)均不能實(shí)現(xiàn)固體材料密度的檢測，射線式密度計(jì)因此成為快速檢測固體材料密度的最優(yōu)選擇。

圖4 中國范圍密度計(jì)專利在差壓式、振動(dòng)式和射線式三個(gè)分支的國內(nèi)外申請人分布

2 密度計(jì)技術(shù)發(fā)展分析

2.1 密度計(jì)的技術(shù)發(fā)展路線

基于在前密度計(jì)申請量隨年代申請量的變化，主要按照三個(gè)階段對密度計(jì)的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而獲得該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線，如圖5所示。

圖5 密度計(jì)技術(shù)發(fā)展路線

從圖5可以看出，密度計(jì)的發(fā)展早期，振動(dòng)式、超聲波式和射線式成為密度計(jì)研究的重點(diǎn)，同時(shí)這段期間的三種類型的專利基本也成為各分支密度計(jì)的核心專利，如US4524610A公開了一種旋轉(zhuǎn)振動(dòng)式密度計(jì)，通過采用設(shè)置磁鐵來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)管路的振蕩，通過檢測振蕩頻率實(shí)現(xiàn)密度的檢測；US4240285A提出了一種液體密度計(jì)，將振動(dòng)裝置放入液體中振動(dòng)，傳感器檢測位于液體表面的導(dǎo)桿的振動(dòng)。US4192291A提出了將超聲波傳感器浸入液體中，通過發(fā)射和接收超聲波實(shí)現(xiàn)密度的檢測；SU397814A1提出了采用兩個(gè)發(fā)射接收超聲波探頭非接觸式的檢測懸浮液的密度；SU1122921A進(jìn)一步提出了將采用射線用于粉末物體密度的檢測；1989—2008年，密度計(jì)的發(fā)展進(jìn)入了低谷期，雖然申請總量下降，但是微波和磁致伸縮等新型密度計(jì)在這個(gè)階段出現(xiàn)，進(jìn)一步豐富了密度計(jì)的種類，同時(shí)對于常規(guī)密度計(jì)也進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)；JPH0882606A提出在測定流體流過的管道上設(shè)置相對的微波發(fā)射天線和微波接收天線，通過測定沒有基準(zhǔn)液體和有基準(zhǔn)液體通過時(shí)接收的微波相位延遲來進(jìn)行密度的測量；CN1374514A提出了磁致伸縮式密度計(jì)可以實(shí)現(xiàn)液體內(nèi)任意處的密度測量，同時(shí)在出廠進(jìn)行標(biāo)定后不必再進(jìn)行標(biāo)定；微動(dòng)公司發(fā)現(xiàn)振動(dòng)管內(nèi)流體的溫度的變化會(huì)引起密度檢測的較大的誤差，在CN122572A專利中提出了通過在流動(dòng)管上安裝耐高溫檢測器RTD連續(xù)地測定流動(dòng)管的溫度，通過RTD來實(shí)現(xiàn)對流動(dòng)管溫度變化的補(bǔ)償；EP1254352A1公開了哈利伯頓能源服務(wù)公司開發(fā)了一種用于鉆井用密度計(jì)，通過設(shè)置采樣流通管，將振動(dòng)源和探測器設(shè)置在管壁以實(shí)現(xiàn)樣品密度的檢測。2009年以后隨著國內(nèi)各行業(yè)密度檢測的大量需求，促使國內(nèi)企業(yè)研究所加強(qiáng)了對密度計(jì)的研究，尤其是差壓式和射線式密度在這個(gè)階段得以快速發(fā)展。

2.2 密度計(jì)的重點(diǎn)專利

重點(diǎn)專利往往奠定了一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向的基石，通過重點(diǎn)專利的分析可以有效了解該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，將篩選的數(shù)據(jù)樣本在SIPOABS數(shù)據(jù)庫中根據(jù)引用頻次的高低選出排行前10的重點(diǎn)專利，引用頻次的高低反應(yīng)了該專利在該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展中含金量的高低。密度計(jì)的重點(diǎn)專利如表3所示。通過表3可以看出，振動(dòng)式、超聲波式、微波式和射線式密度計(jì)成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，其中振動(dòng)式傳感器更是成為各個(gè)公司重點(diǎn)布局的密度計(jì)類型。

表3 密度計(jì)的重點(diǎn)專利

3 結(jié)束語

對密度計(jì)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)進(jìn)行分析和整理，并對該領(lǐng)域的專利申請量、技術(shù)原創(chuàng)國與目標(biāo)國、技術(shù)分支、申請人、重點(diǎn)專利等進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)梳理。通過分析表明密度計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了高潮、低谷以及再次高速發(fā)展的階段，中國、美國和前蘇聯(lián)成為密度計(jì)研發(fā)最重要的三個(gè)國家。同時(shí)，美國在振動(dòng)式、超聲波式密度計(jì)進(jìn)行了大量的專利布局，顯示出了強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)實(shí)力。日本雖然專利申請總量不多，但是也在微波式密度計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)布局。雖然中國在密度計(jì)上的發(fā)展起步較晚，但是在中國市場中國密度計(jì)還是顯示出了自己的一定優(yōu)勢，避開其他國家在振動(dòng)式和超聲波式密度計(jì)的專利壁壘，在差壓式和射線式密度計(jì)取得了大量的進(jìn)展，下一步中國應(yīng)該在差壓式和射線式密度計(jì)繼續(xù)研發(fā)，保持自己的優(yōu)勢。