密度計專利技術綜述

曾波

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，四川 成都 610213）

密度是工業生產中經常需要檢測的物理量，應用在如原油、制糖、選煤、選礦等中。密度測量方法有很多種，通常分為靜態測量法和動態測量法[1]。靜態測量法，包括稱重法、浮力法等；動態測量法包括超聲波式、差壓式、射線式、振動式等，動態測量法適用于工業生產在線測量。準確、可靠的密度檢測，可以有效指導生產操作，提高生產效率。

1 密度計相關專利的發展狀況分析

1.1 申請趨勢分析

為了較準確全面地反映出密度計專利的現狀及發展趨勢，在對現有專利數據庫進行分析比較的基礎上，選擇CNABS和DWPI數據庫進行專利分析。以密度計、densimeter、densitοmetοr、density meter、density gage 等為關鍵詞和分類號G01N9進行限定，檢索截止日期為2018-06-08，通過人工降噪的方式獲得樣本數據，累計總共專利699篇。密度計專利申請量在全球和中國境內隨年份變化的趨勢變化如圖1所示。

圖1 密度計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，密度計的發展主要分為三個階段：①1988年之前，這段時間產生了一個專利申請的小高峰，并在1980年左右達到頂峰，這期間前蘇聯作為主要申請人，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展的起步階段，整體申請總量不高；②到了1988年后密度計的專利申請進入了低谷期，專利申請量長期徘徊在個位數，形成了密度計發展的第二個階段；③直到2009年開始密度計的申請開始進入快速發展階段，申請數量大幅增長。雖然中國國內的相關研究起步較晚，但通過對比分析發現，2000年以后全球密度計的申請主要集中在中國境內，尤其是隨著中國經濟的快速發展，密度檢測的領域不斷擴寬，各種應用場景的密度檢測需求促使中國國內的研究者加大了對密度計的研究，申請了大量的專利。

1.2 技術原創國和技術目標國

密度計專利申請的主要原創國地區/和目標國/地區如圖2所示。

圖2 密度計專利申請的主要原創國地區/和目標國/地區

專利申請的技術來源國/地區可以反映出一個國家/地區的企業、研究所及個人團體等在密度計相關技術方面的研發實力。通過圖2可知，密度計的主要技術來源于中國、美國、前蘇聯、德國、日本五個國家以及歐洲地區，其中中國、美國和前蘇聯占據主要地位。20世紀八九十年代，美國和前蘇聯兩個超級大國均屬于重工業領域發展較快的國家，石油、化工等能源領域對于密度檢測的需求，使前蘇聯和美國在密度計的研究呈現了蓬勃發展的態勢。但是后期隨著中國的快速發展，中國后來居上，成為密度計領域的主要技術創造地。通過密度計申請的主要目標國/地區可見，專利分布的趨勢和技術來源國相似，這也體現了中國、美國和前蘇聯在密度計領域的研發實力和知識產權的保護意識最強。

1.3 主要申請人分布

密度計領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專利申請的強勢地位，主要涉及了ITT公司、微動公司和哈里伯頓能源服務公司。分析德國申請人發現其本質是ITT公司在德國的分公司，也就是說美國ITT公司在密度計領域申請了大量的相關專利，具有很強的研發實力。同時結合前面的原創國可以看出，雖然德國在密度計領域后期申請了大量的專利，但是專利申請人過于分散，沒有核心的領軍企業或研究所，缺乏持續性研究，總體研究實力不強。

表1 密度計專利領域主要申請人

1.4 密度計技術分支

密度計專利領域的技術分解如表2所示。一級分支 二級分支

表2 密度計專利領域的技術分解表

通過對密度計相關專利文獻的閱讀、統計和分析研究，對密度計所涉及的技術進行技術分解。從表2可知，密度計主要分為振動式密度計、差壓式密度計、射線式密度計、微波式密度計、超聲波式密度計、磁致伸縮式密度計、浮子式光纖光柵密度計、重力式密度計。

通過上述密度計的技術分支，對中國范圍內的密度計在不同技術分支的專利申請數量進行統計得到中國范圍密度計各分支領域的分布圖，如圖3所示。

通過圖3發現，振動式、重力式、射線式和差壓式四種類型的密度計占據了總申請量的88%，其中振動式密度計占據了41%，成為了中國研究最多的密度計類型。除去重力式密度計，差壓式密度計和射線式密度計累計也占據了總申請量的26%，成為各個研究者重點研究的密度計。

圖3 中國范圍密度計各分支領域的分布情況

進一步對振動式、差壓式和射線式密度計的國內外申請人進行統計，得到三種不同類型密度計國內外申請人的分布圖，如圖4所示。對于振動式密度計，國內申請人和國外申請人各占據半壁江山，國外申請人略占優勢；對于差壓式密度計，國內申請人占據了主導地位；對于射線式密度計，國內申請人則展現出了強勢的壟斷地位，幾乎包括了該技術分支的所有專利申請，原因主要是隨著國內對固體材料密度的快速檢測需求，如煤炭、煙草的密度測量，而振動式和差壓式密度計均不能實現固體材料密度的檢測，射線式密度計因此成為快速檢測固體材料密度的最優選擇。

圖4 中國范圍密度計專利在差壓式、振動式和射線式三個分支的國內外申請人分布

2 密度計技術發展分析

2.1 密度計的技術發展路線

基于在前密度計申請量隨年代申請量的變化，主要按照三個階段對密度計的技術發展進行統計分析，進而獲得該領域的技術發展路線，如圖5所示。

圖5 密度計技術發展路線

從圖5可以看出，密度計的發展早期，振動式、超聲波式和射線式成為密度計研究的重點，同時這段期間的三種類型的專利基本也成為各分支密度計的核心專利，如US4524610A公開了一種旋轉振動式密度計，通過采用設置磁鐵來實現旋轉管路的振蕩，通過檢測振蕩頻率實現密度的檢測；US4240285A提出了一種液體密度計，將振動裝置放入液體中振動，傳感器檢測位于液體表面的導桿的振動。US4192291A提出了將超聲波傳感器浸入液體中，通過發射和接收超聲波實現密度的檢測；SU397814A1提出了采用兩個發射接收超聲波探頭非接觸式的檢測懸浮液的密度；SU1122921A進一步提出了將采用射線用于粉末物體密度的檢測；1989—2008年，密度計的發展進入了低谷期，雖然申請總量下降，但是微波和磁致伸縮等新型密度計在這個階段出現，進一步豐富了密度計的種類，同時對于常規密度計也進行了優化改進；JPH0882606A提出在測定流體流過的管道上設置相對的微波發射天線和微波接收天線，通過測定沒有基準液體和有基準液體通過時接收的微波相位延遲來進行密度的測量；CN1374514A提出了磁致伸縮式密度計可以實現液體內任意處的密度測量，同時在出廠進行標定后不必再進行標定；微動公司發現振動管內流體的溫度的變化會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管上安裝耐高溫檢測器RTD連續地測定流動管的溫度，通過RTD來實現對流動管溫度變化的補償；EP1254352A1公開了哈利伯頓能源服務公司開發了一種用于鉆井用密度計，通過設置采樣流通管，將振動源和探測器設置在管壁以實現樣品密度的檢測。2009年以后隨著國內各行業密度檢測的大量需求，促使國內企業研究所加強了對密度計的研究，尤其是差壓式和射線式密度在這個階段得以快速發展。

2.2 密度計的重點專利

重點專利往往奠定了一個技術發展方向的基石，通過重點專利的分析可以有效了解該領域的研究熱點和重點，將篩選的數據樣本在SIPOABS數據庫中根據引用頻次的高低選出排行前10的重點專利，引用頻次的高低反應了該專利在該領域技術發展中含金量的高低。密度計的重點專利如表3所示。通過表3可以看出，振動式、超聲波式、微波式和射線式密度計成為該領域的研究重點，其中振動式傳感器更是成為各個公司重點布局的密度計類型。

表3 密度計的重點專利

3 結束語

對密度計領域專利技術進行分析和整理，并對該領域的專利申請量、技術原創國與目標國、技術分支、申請人、重點專利等進行了統計梳理。通過分析表明密度計的發展經歷了高潮、低谷以及再次高速發展的階段，中國、美國和前蘇聯成為密度計研發最重要的三個國家。同時，美國在振動式、超聲波式密度計進行了大量的專利布局，顯示出了強大的技術研發實力。日本雖然專利申請總量不多，但是也在微波式密度計進行了重點布局。雖然中國在密度計上的發展起步較晚，但是在中國市場中國密度計還是顯示出了自己的一定優勢，避開其他國家在振動式和超聲波式密度計的專利壁壘，在差壓式和射線式密度計取得了大量的進展，下一步中國應該在差壓式和射線式密度計繼續研發，保持自己的優勢。