光纖電流傳感器專利文獻(xiàn)分析

梁　裕　張文明

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南　鄭州　450002）

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光纖電流傳感器專利文獻(xiàn)分析

梁裕張文明

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州450002）

摘要：光纖傳感技術(shù)是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的，擁有電磁式電流互感器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的電流傳感器，它的市場(chǎng)需求量和經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)可觀。本文立足專利文獻(xiàn)，從專利的角度對(duì)光纖電流傳感器專利技術(shù)主題、專利強(qiáng)度、重要申請(qǐng)人及其年產(chǎn)值等進(jìn)行介紹和分析，致力于為相關(guān)領(lǐng)域人員普及光纖電流傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握其申請(qǐng)現(xiàn)狀及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，把握研究方向；同時(shí)為相關(guān)企業(yè)或創(chuàng)新主體在專利布局上提供戰(zhàn)略參考。

關(guān)鍵詞：光纖電流傳感器；專利聚類分析；強(qiáng)度分析；專利布局

1　引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力傳輸容量急劇增大，通常采用提高傳輸電壓的方式降低長距離傳輸中的損耗（例如國外已有100萬伏電壓的傳輸線路，國內(nèi)也有報(bào)導(dǎo)稱即將建設(shè)100萬伏的傳輸線路）。面對(duì)超高壓測(cè)量時(shí)，傳統(tǒng)電磁感應(yīng)原理的電流互感器暴漏諸多缺點(diǎn)：如絕緣困難，制造成本高，體積大，重量大，次級(jí)開路易造成人身和設(shè)備事故等問題；另一方面，由于其固有的磁飽和、鐵磁諧振、動(dòng)態(tài)范圍小、頻帶窄和有油易燃易爆等因素，己使之難以滿足新一代電力系統(tǒng)的在線檢測(cè)、高精度故障診斷、電力數(shù)字網(wǎng)等發(fā)展的需要。為克服上述弊端，尋求嶄新的測(cè)量方法，光纖傳感技術(shù)伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生［1］。

在光通信系統(tǒng)中，光纖是用作遠(yuǎn)距離傳輸光波信號(hào)的媒質(zhì)。光波在光纖中傳輸時(shí)強(qiáng)度和頻率相對(duì)穩(wěn)定，且損耗較低，正是由于這一特性，與電纜、微波相比，在長距離、多波長、多通道中傳輸中，光纖傳輸具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

在實(shí)際光傳輸過程中，由于光波的波長很短，因此外界物理量對(duì)它的相位和偏振稍有影響，采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段就能測(cè)量出這些變化，就可以知道導(dǎo)致這些變化的

本文立足與專利文獻(xiàn)，采用文本聚類、強(qiáng)度分析等方法，從專利的角度對(duì)光纖電流傳感器的數(shù)量、質(zhì)量及重要申請(qǐng)人［3］情況進(jìn)行介紹和分析，普及了光纖電流傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，為相關(guān)領(lǐng)域的審查工作提供技術(shù)支持，也為光纖電流傳感器的發(fā)展方向以及專利布局提供指引與參考。

2　專利文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

為了研究光纖電流傳感器專利技術(shù)的發(fā)展情況，從專利數(shù)據(jù)庫中選取1995-2014年的時(shí)間段內(nèi)，對(duì)歷年的專利申請(qǐng)量進(jìn)行檢索并統(tǒng)計(jì)，共得到1014篇專利文獻(xiàn)。

2.1專利文本聚類分析

對(duì)上述檢索到專利文獻(xiàn)，從文獻(xiàn)文本的題目和摘要部分進(jìn)行文本聚類，結(jié)果如圖1所示。從圖1中，可以看出文獻(xiàn)聚類結(jié)果大致包括以下3個(gè)方向：（1）功能方面，即電流互感器；（2）應(yīng)用方面，即磁場(chǎng)領(lǐng)域、高電壓、電力網(wǎng)；（3）技術(shù)改進(jìn)，即光源改進(jìn)以及實(shí)時(shí)性。其中對(duì)光源進(jìn)行改進(jìn)分別從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：1）電信號(hào)；2）光束；3）傳感光纖；4）光路；5）極化等方面。通過文本聚類，可以了解到目前專利文獻(xiàn)的技術(shù)主題大致集中在以上五個(gè)方面，并可以快速了解檢索到的相關(guān)文獻(xiàn)的側(cè)重點(diǎn)，根據(jù)需要，對(duì)相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀分析，從而快速獲得需要的信息，并加工處理，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)點(diǎn)或在原有技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)等。

圖1　文本聚類結(jié)果

圖2　光纖電流傳感器專利強(qiáng)度分布

2.2專利強(qiáng)度分析

為考量專利申請(qǐng)的質(zhì)量，需對(duì)專利分析的各項(xiàng)情況綜合考慮：將每份專利的他印次數(shù)、審批時(shí)長、保護(hù)權(quán)項(xiàng)數(shù)目、訴訟次數(shù)等因素考量在內(nèi)，制定一個(gè)綜合考量指標(biāo)——專利強(qiáng)度，強(qiáng)度最強(qiáng)為10級(jí)［3］，強(qiáng)度越強(qiáng)說明該專利在全球范圍的影響力越大，以此量化值作為每份專利的重要性依據(jù)，對(duì)上述專利集合進(jìn)行分析，專利強(qiáng)度分布圖如圖2所示。由圖可知，0-10%，即專利強(qiáng)度在1時(shí)，專利申請(qǐng)量達(dá)到571件，隨著強(qiáng)度的遞增，申請(qǐng)量依次為：125、82、46、25、25、14、16、10、0。由上述數(shù)據(jù)可以看出，目前，專利強(qiáng)度等級(jí)高的專利申請(qǐng)量仍然很低，大部分專利集中在最低等級(jí)，最低等級(jí)所占比例達(dá)到62。5%。等級(jí)越高，專利量越小，在5級(jí)以上的專利只占據(jù)7.1%。因而，提高專利影響力和質(zhì)量仍然是下一步努力的關(guān)鍵。

2.3重要申請(qǐng)人申請(qǐng)量分析

通過對(duì)檢索到的數(shù)據(jù)進(jìn)行申請(qǐng)人分析，如圖3所示為申請(qǐng)量排名前十四位的申請(qǐng)人，發(fā)現(xiàn)國家電網(wǎng)以及國家電網(wǎng)下屬子公司在光纖電流互感器領(lǐng)域擁有最多的專利申請(qǐng)量，這與光纖電流互感器在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用是分不開的。在排名前十四位的申請(qǐng)人中，共有3位國內(nèi)申請(qǐng)人，分別是國家電網(wǎng)（第一），中國科學(xué)院（第五）以及哈爾濱工程大學(xué)（第十）。其他的則是在電氣行業(yè)比較牛的跨國企業(yè)，例如日本東芝等。

2.4主要申請(qǐng)人技術(shù)/年產(chǎn)值分析

雖然國家電網(wǎng)在此領(lǐng)域申請(qǐng)量第一，但是從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，光纖電流互感器領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的卻不是國家電網(wǎng)公司，而是施耐德電氣公司。并且，在保持申請(qǐng)量領(lǐng)先和技術(shù)相對(duì)領(lǐng)先的條件下，注意競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，尤其是東芝的情況，在專利布局時(shí)，防止對(duì)手規(guī)避同時(shí)注意規(guī)避競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。而且，特別防范ABB公司與施耐德公司的聯(lián)手合作，因?yàn)锳BB有資金優(yōu)勢(shì)，而施耐德則是有技術(shù)領(lǐng)先，二者最有可能相互合作，達(dá)到排擠競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的目的。

圖3　主要申請(qǐng)人申請(qǐng)量分析

圖4　主要申請(qǐng)人技術(shù)/年產(chǎn)值分析

3　結(jié)論

通過以上專利文本聚類分析、強(qiáng)度分析、重要申請(qǐng)人及其年產(chǎn)值分析，可以得出以下結(jié)論：目前光纖電流傳感技術(shù)的研究及申請(qǐng)重點(diǎn)主要集中在其功能、應(yīng)用以及技術(shù)改進(jìn)等方面；專利文獻(xiàn)量雖大，但該領(lǐng)域的專利強(qiáng)度高的申請(qǐng)量仍占據(jù)小部分，即高質(zhì)量的文獻(xiàn)比重較低；重要申請(qǐng)人主要集中在國家電網(wǎng)、日本東芝、施耐德等大型企業(yè)，其中，中國的國家電網(wǎng)公司申請(qǐng)量位居第一，但從技術(shù)領(lǐng)先程度排名卻并不靠前，落后于施耐德電氣公司、日本東芝公司。因此，應(yīng)該充分考慮上述因素，制定符合當(dāng)前國情的技術(shù)發(fā)展路線圖，由此提高自主創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮我國所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，盡快將研發(fā)過程出現(xiàn)的階段性成果申請(qǐng)國際性保護(hù)，形成有我國特色的光線電流傳感器產(chǎn)業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

［1］方志，邱毓昌，李雙.光纖電流互感器的發(fā)展［J］.電力建設(shè).2002，23（12）：42-44.

［2］李莉，張心天.光纖電流傳感器及其研究現(xiàn)狀［J］.飛通光電子技術(shù).2002，2（02）：81-85.

［3］毛金生，馮小兵，陳燕.專利分析和預(yù)警操作實(shí)務(wù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［4］肖滬衛(wèi).專利地圖方法與應(yīng)用［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2011.

［5］王敏，李海存，許培揚(yáng).國外專利文本挖掘可視化工具研究［J］．圖書情報(bào)工作.2009，53（24）：86-90.

中圖分類號(hào)：TP212

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5168-（2016）02-0083-03

收稿日期：2016-1-10

作者簡(jiǎn)介：梁裕（1988-），女，碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：電磁領(lǐng)域?qū)＠麑彶椤埼拿鳎?984-），男，副研究員，研究方向：電學(xué)通信領(lǐng)域?qū)＠麑彶椤Ｈ鐪囟取毫Α⒋艌?chǎng)等物理量的大小，基于該原理，光纖傳感技術(shù)誕生。與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比，光纖電流傳感器具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）絕緣性能好：光纖電流傳感器所用的材料主要是石英光纖，它自身就是非常好的絕緣體；（2）精度高：光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)中不含有鐵芯，因此不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題，測(cè)量準(zhǔn)確度得到了提高；（3）抗電磁干擾能力強(qiáng)：光纖電流傳感器的信號(hào)由光來傳輸，具有抗電磁干擾性，這樣它測(cè)量的準(zhǔn)確度也能增大；（4）安全性高：光纖電流傳感器的低壓側(cè)不會(huì)有因開路而產(chǎn)生高壓的危險(xiǎn)，從而消除了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器易燃易爆的問題；（5）光纖電流傳感器的體積小，重量輕：光纖傳感器的傳感頭，重量小于l公斤。據(jù)美國西屋公司公布的磁光式345KV光纖電流互感器，其高度為2.7米，總重量為100公斤，而同等電壓等級(jí)的充油式電磁式電流互感器，高為6.1米，重達(dá)7718公斤；（6）適應(yīng)了電力保護(hù)和計(jì)量的數(shù)字化、智能化及光通信的發(fā)展趨勢(shì)；（7）測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大：可在相當(dāng)寬的電流范圍內(nèi)保持良好的線性特性；（8）測(cè)量的頻帶寬。基于光纖電流傳感器擁有電磁式電流互感器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的電流傳感器，它的市場(chǎng)需求量和經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)可觀。目前電力等其它部門對(duì)光纖電流傳感器需求和使用量較大，另外在一些特殊場(chǎng)合僅能使用光纖電流傳感器進(jìn)行測(cè)量［2］。

Analysis of Fiber-optic Current Sensor Patent Document

Liang YuZhang Wenming
（Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002）

Abstract：Being accompanied by the development of optical fiber and fiber-optic communication technology，optical fiber sensing technology gradually formed.And also it is an ideal current sensor with the unparalleled advantages of the electromagnetic current transformer，simultaneously its market demand and economic benefits are also consider?able.Based on patent documents，this article is presenting and analyzing from the perspective of the fiber-optic cur?rent sensors patent technical topics，patent strength，the major applicants，as well as their annual output value.This article is committed to universal basic knowledge of fiber optic current sensor for personnel related fields，to grasp the status of the application and the direction of research；in the meantime to provide strategic reference in the patent layoutfor other enterprises or innovation entities.

Keywords：optical fiber sensing；analysis of patent cluster；patent strength analysis；patent layout