超聲波液位計專利技術綜述

黃文 李蘭玉 文生明 王昆朋

摘要：鑒于目前工業液位測量領域對超聲波液位計的需求持續增長，其核心技術仍為幾家國外公司所掌握的現狀。本文基于專利文獻，對超聲液位計全球專利申請和技術功效進行了梳理，有助于技術人員了解該技術的發展脈絡、重要申請人的相關技術分布，同時也為相關企業和研究機構提供技術支持。

關鍵詞：超聲波;液位計;專利分析

中圖分類號：TH816.2文獻標識碼：A 文章編號：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 技術概述

從1880年壓電效應被發現之后，超聲技術不斷發展并在諸多領域獲得了應用，如利用超聲波探測潛艇，石英晶體制成超聲換能器等。在20世紀60年代之后，壓電陶瓷技術得到了推廣應用并不斷發展，超聲換能器技術的研制也進入了一個蓬勃發展的時期。超聲換能器的重要應用之一就是超聲液位計，該類型的液位計測量精度高、穩定性強、適用范圍廣[1]。本文通過對專利文獻進行分析，著重對超聲液位計全球專利申請和技術分支進行梳理，有助于相關企業和科研院所了解該技術的發展脈絡以及重要申請人的相關技術分布。

2 國內外重點申請人分析

2.1 在華重點申請人分析

圖1示出了在華超聲波液位計申請量前10位的申請人，從該圖可以確定VEGA格里沙貝兩合公司為國內申請量最多的申請人，目前公開的申請文件為38件，這也驗證了該公司在國內的技術水平和專利布局策略;其中在前10的申請人中，國外的公司在華的申請量占了很大的比重，并且申請的數量也有絕對優勢，如中山歐麥克儀器設備有限公司、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，中山歐麥克儀器設備有限公司是德國歐麥克儀器在中國的生產中心，主要負責在線水質檢測儀器的研發生產和銷售;此外，德國最大企業的羅伯特·博世有限公司作為全球第一大汽車技術供應商，也涉及超聲波液位計的研發領域。從圖1中可以了解到，國外的大公司很注重在該領域在國內的專利布局。而國內自主研發超聲波液位計的主要為大學，如太原理工大學、東南大學和河海大學。其中，太原理工大學利用超聲波測量液位的技術，在煤礦開采方面做出了一定的研究;而河海大學和東南大學由于涉及土木和水文資源與水利工程，因此在該領域也有一定的申請比重。

在對國內的申請量靠前的申請人進行分析時，不難發現公司和大學占據了該領域申請量的大部分申請量，占比達92%，研究機構和個人的占比很少。這也符合該領域的特點，即實際應用性和研究性并進，工業應用的研究和高校的研究并重，共同促進了該領域的發展;同時，也體現了該領域的實際應用價值。

2.2 國外重點申請人分析

圖2還示出了國內外超聲波液位計申請量靠前的申請人的申請量變化趨勢，從該圖可以得到：對于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，在2009年和2010年申請量達到10件和7件，而后技術進入穩定狀態;而對于中山歐麥克儀器設備有限公司來說，其申請量集中在2014年，達到了“井噴”級別的28件，這和其2013年才開始集中研發有關;而對于國外的BP Corporation North America公司而言，從1998年始研究超聲波液位計，在1999年至2001年為其研究的“高產期”，而2008年以后申請量處于停滯期，可見該領域的技術時期特性還是非常明顯的，即BP Corporation North America公司研發屬于起步期，而VEGA格里沙貝兩合公司處于在一段時期內發展了自己的技術，而中山歐麥克儀器設備有限公司在近年開始自己在本領域的專利布局。

2.3 國內外重點專利分析

國內外學者的研究已經證明，專利的被引頻次作為篩選本領域重點專利的一項重要參考指標。因此，本文統計了本領域排名前兩位的引用頻次專利。

根據統計結果分析，表1中的2件專利的被引頻次都超過了80次，遠遠超過了該領域其他專利文獻的平均被引頻次。其中，CN1729385A用于測量容器（3）中填充物質（1）的料位的料位測量設備 （5），包括：天線（11），用于發射傳輸信號（S）并接收回波信號（E），信號處理器（13），其用于從接收的回波信號（E）中推導出回波函數，該回波函數包含依賴于傳播時間的回波信號（E）幅度（A），存儲器（17），用于將容器特定的數據存儲在表中，該表的列用于各自接收一個回波函數，其中回波函數以對應于各個回波函數所屬的料位的順序存儲在列中，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，截至目前專利權維持。

此外，值得關注一點的是，在超聲波液位計申請量前10的統計中，并未出現金伯利—克拉克環球有限公司，而該公司的專利CN101080190A是用于盥洗室中液位的計量，卻也出現了高頻次的引用，這也從側面表明，超聲波液位計的發展是基于應用功能為主而發展起來的，比如盥洗室中液位的計量，才有了后續關于該領域中結構、材料和工藝的專門研究。這也充分說明了超聲波液位計從誕生之初就決定了其工業應用性強的特點。

3 超聲波液位計專利申請量趨勢分析

3.1 國內發明與實用新型專利數量分布數據

表2是從國內1985年5月份—2018年4月超聲波液位計相關專利申請文件的發明專利類型標引字段中獲取的圖表數據，在此期間涉及超聲波液位計相關的國內實用新型與發明專利申請量分別為708件、764件，分別占42.88%和46.27%。在發明專利申請中，獲得專利權的申請量為179件，授權率約為23.43%。

3.2 國內發明與實用新型專利現行專利狀態分布統計數據

圖3是國內1985年5月份—2018年4月超聲波液位計相關專利申請文件現行狀態分布圖。

3.3 授權專利壽命分布數據

圖4是國內獲得專利權的發明與實用新型專利的壽命分布統計圖，從其確定出國內的專利權1—6年分別占據15、13、16、20、11個百分比，共占據75%，可見國內的專利壽命大部分在6年之內。

4 超聲波液位計技術功效分析

4.1 技術效果/技術分支交叉點的申請量統計

功效矩陣氣泡圖是與專利技術、技術效果相關的專利數據。通過對“技術手段”和“技術效果”的組合做出圖5，通過對不同技術的專利技術構成進行分析可以了解專利申請的密集點和空白點，找出核心技術分支以及重點專利，此外還可以評估技術研發的廣度和深度，判斷技術和市場能力更強的分析對象，尤其可以評估技術研發集中度，判斷分析對象的技術研發和市場推廣側重點。從

圖5我們可以知悉通過對超聲波傳感器的結構及形狀進行改進以期實現保護傳感器、提高測量精度和穩定性是第一個研發熱點，此外改進超聲波發射及接收電路是第二個研發熱點。

4.2 主要申請人相關技術分支的申請

技術側重度指的是主要申請人在某一領域各個技術分支的申請量，其直觀系統的展示了某申請人在某領域的專利布局情況以及該申請人的技術側重點。圖6的氣泡圖中，氣泡越大則表示該申請人在該技術分支的技術能力越強，或者該申請人對該技術分支的重視程度越強。從圖6可以知悉中山歐麥克公司的技術更加偏重于對于信號處理這一塊的設計或者改進，而恩德賴斯和豪瑟爾公司主要側重于對于超聲波換能器或者傳感器的結構以及形狀設計或者改進。

5 結語

目前，國內企業及科研院所對超聲液位技術的研究已取得一定進展，通過本文的分析，有助于相關領域的企業以及科研機構了解超聲液位測量技術的專利發展現狀，同時可以使相關領域的企業和科研機構能夠在了解現有專利狀況的基礎上尋找新的突破口，加強創新，推動超聲液位技術的發展。

參考文獻：

[1] 克勞特科洛默.超聲檢測技術[M].廣州：廣東科技出版社，1984.