地震勘探檢波器專利分析

孫珍珠 丁宏杰 王葉

摘要：地震檢波器，其作為影響地震數(shù)據(jù)接收質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其性能直接決定著接收到的地震波的分辨率和靈敏度。本文立足于專利文獻(xiàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外涉及地震檢波器的專利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，總結(jié)該技術(shù)的專利申請(qǐng)及發(fā)展?fàn)顩r，以期為相關(guān)領(lǐng)域的專利審查工作提供參考，并為企事業(yè)單位、高校、研究所等提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：地震;采集;檢波器;專利分析

中圖分類號(hào)：P631.4;G306文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）30-0131-10

1 概述

地震波的接收就是用專門的儀器，采用合適的工作方法，把地震波的傳播情況記錄下來。為了達(dá)到一定的勘探要求，要求檢波器接收到的地震波具有較高的分辨率和靈敏度。地震勘探技術(shù)的快速發(fā)展也推動(dòng)著地震檢波器的發(fā)展。隨著地震勘探難度的增大，在實(shí)施地震勘探時(shí)對(duì)地震檢波器性能的要求也愈來愈高。為了適應(yīng)高分辨率、高精度的勘探需求，檢波器從最初的頻帶較窄、靈敏度較低、發(fā)展成現(xiàn)在頻帶較寬、失真度較低、動(dòng)態(tài)范圍較大。

本文主要利用incopat專利數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）、外文數(shù)據(jù)庫（VEN）進(jìn)行地震檢波器技術(shù)相關(guān)專利的檢索，選用的主要關(guān)鍵詞有g(shù)eophone、hydrophone、sensor、seismometer、cymoscope等，結(jié)合IPC分類號(hào)G01V1/16（地震信號(hào)的接收元件）、G01V1/18（地震信號(hào)的接收元件，例如，地震儀、地震檢波器）等，檢索截至?xí)r間為2020年7月2日，對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行篩選和去重后得到地震檢波器的全球?qū)＠暾?qǐng)總量為3 181件，并以此作為本文研究對(duì)象。[1]

2 專利申請(qǐng)狀況分析

2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)量分析

圖1示出了地震檢波器技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)量年代分布圖。從中可以看出自20世紀(jì)20年代開始，以1970年、1976年、2015年為界限可以劃分為四個(gè)發(fā)展階段。

第一階段為技術(shù)萌芽期（1925—1970年）：整個(gè)地震勘探領(lǐng)域?qū)儆谄鸩诫A段。由于地震檢波器技術(shù)剛被提出，需要克服諸多技術(shù)障礙，其專利申請(qǐng)量比較少，申請(qǐng)量呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的形式，屬于技術(shù)的萌芽期。該階段地震檢波器頻帶較窄、靈敏度較低、型號(hào)單一、動(dòng)態(tài)范圍過小。

第二階段為平穩(wěn)發(fā)展階段（1970—1976年）：地震檢波器技術(shù)初步成熟，專利申請(qǐng)量持續(xù)增長(zhǎng)，呈現(xiàn)前所未有的垂直式增長(zhǎng)。該階段地震儀器實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，更重要的是三維地震勘探、高分辨率地震勘探的出現(xiàn)，地震勘探領(lǐng)域擴(kuò)大到山地、戈壁、沙漠、灘海及海上，一大批高性能技術(shù)指標(biāo)的檢波器也應(yīng)運(yùn)而生，地震檢波器頻帶、靈敏度、型號(hào)、動(dòng)態(tài)范圍均得到較大改進(jìn)，更加適用于地震勘探的技術(shù)需求。

第三階段為快速發(fā)展階段（1976—2015年）：隨著三維地震勘探、高分辨率地震勘探的推廣，檢波器向三高（即，高保真、高靈敏度、高分辨）方向發(fā)展，更多的企業(yè)以及高校投入到該領(lǐng)域的研發(fā)中，各研發(fā)主體形成了有效的競(jìng)爭(zhēng)，出現(xiàn)了大量針對(duì)地震檢波器技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的專利，檢波器的型號(hào)和品種越來越豐富，出現(xiàn)了渦流檢波器、高性能壓電檢波器等，性能也越來越穩(wěn)定。本階段專利申請(qǐng)量從2010年起急劇上升，在2015年達(dá)到頂峰時(shí)期。

第四階段為技術(shù)穩(wěn)定階段（2015年至今）：隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在高分辨地震數(shù)據(jù)采集要求采集的地震數(shù)據(jù)具有更高的三高特性，因此這個(gè)階段出現(xiàn)了精度更高的檢波器。但是隨著前期的發(fā)展和擴(kuò)大，由于相關(guān)技術(shù)已趨近成熟，改進(jìn)難度，技術(shù)創(chuàng)新難度較大，若想提出更好的專利技術(shù)，需要提供非常有競(jìng)爭(zhēng)性的創(chuàng)造，因此相關(guān)專利申請(qǐng)量有所下降。

圖2（a）、圖2（b）為地震檢波器技術(shù)相關(guān)專利的全球申請(qǐng)量趨勢(shì)情況。地震檢波器技術(shù)國(guó)外專利申請(qǐng)量在2015年達(dá)到頂峰時(shí)期，2015年以后地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)量急劇下降，這可能與美國(guó)頁巖氣大規(guī)模開采，油氣產(chǎn)量大幅提高，油氣需求不振，油氣供應(yīng)過剩，以及世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇乏力和經(jīng)濟(jì)增速放緩有關(guān)，同時(shí)，國(guó)外石油勘探技術(shù)已相對(duì)成熟，科研投入也開始減少。因此，國(guó)外技術(shù)發(fā)展較早，各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展已相對(duì)成熟。

與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)?jiān)谄椒€(wěn)發(fā)展階段的申請(qǐng)量極少，與國(guó)外存在較大差距，直到20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)地震檢波器技術(shù)才開始起步，說明我國(guó)早期石油勘探技術(shù)行業(yè)相對(duì)落后，地震采集技術(shù)市場(chǎng)需求較小。我國(guó)相關(guān)行業(yè)的跟蹤研發(fā)也沒能跟上世界地震勘探技術(shù)的發(fā)展步伐，大量設(shè)備依靠進(jìn)口，沒有保障得力的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對(duì)地震勘探技術(shù)的重視程度和研發(fā)力度與國(guó)外同行差距甚大。但隨著國(guó)內(nèi)對(duì)油氣勘探的重視程度提高，國(guó)內(nèi)石油工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)變得活躍，在快速發(fā)展階段國(guó)內(nèi)地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)量也于2000年左右開始快速、穩(wěn)步增長(zhǎng)，作為后起之秀的典型代表，直至2015年左右，中國(guó)已經(jīng)成為地震檢波器技術(shù)的中流砥柱，申請(qǐng)量甚至超過國(guó)外來華，目前保持強(qiáng)勢(shì)上升態(tài)勢(shì)。[2]因此，與國(guó)外有所不同，我國(guó)的地震檢波器技術(shù)發(fā)展相對(duì)于國(guó)外雖然有一定滯后性，但是技術(shù)成熟速度較快、發(fā)展迅猛。2015年以后進(jìn)入技術(shù)穩(wěn)定階段。全球來看，國(guó)內(nèi)地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)量依然保持較高占比，我國(guó)的地震勘探技術(shù)發(fā)展姿態(tài)強(qiáng)、勢(shì)頭足，體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)地震勘探對(duì)地震檢波器技術(shù)研發(fā)、專利保護(hù)的重視以及中國(guó)的該技術(shù)在世界舞臺(tái)上舉足輕重的地位。但是必須注意，隨著中國(guó)國(guó)內(nèi)技術(shù)的快速發(fā)展，接近國(guó)外的技術(shù)水平將面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)。2018—2019年的申請(qǐng)量下降趨勢(shì)非常明顯，這主要是因?yàn)椴糠謱＠暾?qǐng)尚未公開。

圖3和圖4顯示了全球內(nèi)地震檢波器技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)分布情況。地震檢波器技術(shù)的主要專利申請(qǐng)較為集中，主要集中在中國(guó)、美國(guó)、日本、蘇聯(lián)、WIPO，中國(guó)是專利申請(qǐng)最多的目標(biāo)國(guó)，占全球申請(qǐng)量的30.29%;其次是美國(guó)，占全球申請(qǐng)量的25.22%;再次是日本，占全球申請(qǐng)量的10.38%，隨后是各國(guó)向蘇聯(lián)、WIPO提出的PCT申請(qǐng)，分別占全球申請(qǐng)量的9.52%、7.11%。說明國(guó)外企業(yè)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度的了解和應(yīng)用相當(dāng)熟練，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)較強(qiáng)。從圖5中可以看出，地震檢波器技術(shù)在華申請(qǐng)來源主要是國(guó)內(nèi)，占比90.03%，占據(jù)了國(guó)內(nèi)絕對(duì)的申請(qǐng)量。說明國(guó)外申請(qǐng)人還沒有將國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人視為重要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這也為我國(guó)申請(qǐng)人加快地震檢波器技術(shù)研發(fā)，進(jìn)行較為全面的專利布局留下了一定的時(shí)間和空間。

2.2 全球主要申請(qǐng)人分析

為了研究地震檢波器專利技術(shù)主要申請(qǐng)人情況，以數(shù)據(jù)庫中的申請(qǐng)人和公司代碼信息為基礎(chǔ)進(jìn)行加工整理，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出主要申請(qǐng)人排名、在華申請(qǐng)主要申請(qǐng)人類型構(gòu)成等角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖6顯示了全球地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)量比較靠前的申請(qǐng)人，其中在計(jì)算排名時(shí)，將申請(qǐng)人為某公司的子公司的專利申請(qǐng)歸并入該公司名下。可以看出，地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)人主要來自美國(guó)和中國(guó)，而排名靠前的申請(qǐng)人包括美國(guó)的斯倫貝謝公司、PGS公司、海軍秘書處代表的美國(guó)政府、殼牌、蘇聯(lián)的ORDENA LENINA公司，均為世界石油巨頭企業(yè)。排名靠前的申請(qǐng)人集中于美國(guó)，幾乎呈現(xiàn)壟斷姿態(tài)，占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，尤其是美國(guó)的斯倫貝謝公司，申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先。地震檢波器核心技術(shù)主要被美國(guó)的企業(yè)掌控。

圖7顯示了在華申請(qǐng)主要申請(qǐng)人類型構(gòu)成，其中主要申請(qǐng)還是集中在企業(yè)、大專院校，占比分別高達(dá)53.27%、17.83%，可以看出，受限于技術(shù)研發(fā)所需硬件條件、物力、財(cái)力支持，國(guó)內(nèi)地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)主要集中在企業(yè)、大專院校。

2.3 全球?qū)＠|(zhì)量分析

圖8（a）、8（b）顯示了全球范圍內(nèi)地震檢波器技術(shù)專利價(jià)值度排名靠前的申請(qǐng)人。從圖8（a）、8（b）可以看出，專利價(jià)值度相對(duì)較高的申請(qǐng)人均為國(guó)外大型油服公司，分別為美國(guó)的斯倫貝謝公司、PGS公司、海軍秘書處代表的美國(guó)政府、殼牌公司。還有蘇聯(lián)的ORDENA LENINA公司，尤其是美國(guó)的斯倫貝謝公司，專利價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他石油公司。斯倫貝謝作為全球最大的油田服務(wù)公司，占據(jù)著世界最大的市場(chǎng)份額，在中國(guó)各領(lǐng)域均申請(qǐng)大量申請(qǐng)，并保持較大優(yōu)勢(shì)。而國(guó)內(nèi)排名靠前的僅有中石化、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院，申請(qǐng)質(zhì)量與國(guó)外公司相比存在較大的差距。我國(guó)石油企業(yè)應(yīng)密切關(guān)注國(guó)外這幾家龍頭企業(yè)的專利布局和研究發(fā)展情況，其中重點(diǎn)關(guān)注斯倫貝謝的研究動(dòng)向，及時(shí)調(diào)整發(fā)展策略，以跟隨發(fā)展并規(guī)避不必要的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和專利風(fēng)險(xiǎn)。

圖9顯示了國(guó)內(nèi)地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)類型情況，發(fā)明專利申請(qǐng)、實(shí)用新型分別占比47.99%和50.16%，發(fā)明、實(shí)用新型二者占比均等，這表明國(guó)內(nèi)研發(fā)水平較低，我國(guó)企業(yè)還不善于充分利用發(fā)明這種專利形式保護(hù)研發(fā)成果，不注重長(zhǎng)期保護(hù)，還停留在以量取勝的初級(jí)階段。我國(guó)還沒有掌握地震勘探的核心技術(shù)。

圖10（a）、10（b）為中國(guó)專利有效性分布圖。圖10（a）顯示，37.21%的專利處于有效狀態(tài)，失效占比47.77%，15.02%還在審中，其中，授權(quán)37.21%，撤回和駁回的占比分別為7.83和3.7%，可以看出授權(quán)發(fā)明專利比例遠(yuǎn)高于駁回/撤回專利比例，說明該技術(shù)在國(guó)內(nèi)還在持續(xù)發(fā)展，處于不斷創(chuàng)新和改進(jìn)的階段;而15.02%的專利處于公布狀態(tài)和審查狀態(tài)，申請(qǐng)日集中在2016—2020年，無法明確其專利質(zhì)量情況。

針對(duì)被引證次數(shù)高的核心專利進(jìn)行排序發(fā)現(xiàn)，排名靠前的核心專利申請(qǐng)人幾乎均為國(guó)外石油巨頭公司，只有2件為中石油的申請(qǐng)，經(jīng)過分析，這與中國(guó)石油并購了美國(guó)輸入輸出公司有關(guān)。這2件均為輸入輸出公司的申請(qǐng)，一方面由于國(guó)內(nèi)專利事業(yè)起步較晚，缺乏早期申請(qǐng)，另一方面也從側(cè)面上反應(yīng)了地震檢波器核心技術(shù)掌握在國(guó)外申請(qǐng)人手中。在核心專利的主要申請(qǐng)人方面，美國(guó)微米技術(shù)、Hughes Aircraft、利頓、斯倫貝謝等企業(yè)在技術(shù)研發(fā)上具處于明顯的領(lǐng)先地位，這也從側(cè)面反映了美國(guó)在地震檢波器技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。[3]

3 專利技術(shù)分析

地震檢波器主要包括動(dòng)圈式檢波器、光學(xué)式檢波器、壓電式檢波器、MEMS傳感器、電容加速度式檢波器等。中國(guó)專利申請(qǐng)的研發(fā)申請(qǐng)主要集中在動(dòng)圈式檢波器、光學(xué)檢波器和壓電檢波器，其次是MEMS傳感器和其它類型檢波器。

下面針對(duì)這幾大類地震檢波器類型，按照時(shí)間順序簡(jiǎn)單闡述國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國(guó)申請(qǐng)的幾個(gè)典型專利。

3.1 動(dòng)圈式檢波器

在國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的動(dòng)圈式檢波器一直是檢波器領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。這類檢波器以電磁感應(yīng)為原理通過機(jī)電轉(zhuǎn)換完成震動(dòng)信號(hào)檢測(cè)，制造成本低、技術(shù)方法容易實(shí)現(xiàn)。影響該類型傳感器靈敏度的主要因素是磁鋼產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)強(qiáng)度以及接收線圈的有效面積和匝數(shù)。

國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國(guó)申請(qǐng)的典型專利有三種。

2008年，中南大學(xué)的專利申請(qǐng)CN101241191A提出了一種動(dòng)圈式檢波器，包括線圈架，上下信號(hào)線圈繞組，磁鋼，上下磁靴以及平面繞制螺旋線圈繞組，所述螺旋線圈與繞制在線架上的信號(hào)線圈之間并聯(lián)，一同串接在信號(hào)傳輸線上;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，有效地提高了檢波器的靈敏度和性能。

2009年，I/O開曼群島有限公司（迪拜分公司）的專利申請(qǐng)CN201514488U提出了一種動(dòng)圈式地震檢波器，其具有線圈組件（1）、外殼組件（2）、頂蓋組件（3）、極靴（4）、磁鋼（5）和引線簧（6），其特征是：在該動(dòng)圈式地震檢波器中設(shè)有一個(gè)片狀卡簧（9）、一個(gè)片狀彈簧（8）和一個(gè)上彈簧片（7），所述片狀卡簧和片狀彈簧將所述上彈簧片固定在所述線圈組件上;在該動(dòng)圈式地震檢波器中還設(shè)有一個(gè)片狀卡簧壓墊（11）和一個(gè)下彈簧片（10），所述片狀卡簧壓墊將所述下彈簧片固定在所述線圈組件上。如圖11為動(dòng)圈式檢波器結(jié)構(gòu)示意圖。

2012年，西安森舍電子科技有限責(zé)任公司的專利申請(qǐng)CN202870308U提出了一種低靈敏度溫度系數(shù)的地震檢波器，包括高穩(wěn)定永磁磁鋼和外殼，磁鋼的上下兩端均設(shè)有磁靴，此外高穩(wěn)定永磁磁鋼和外殼之間設(shè)有線圈，并且外殼的上下兩端分別設(shè)有上蓋和下蓋。其將靈敏度溫度系數(shù)提高到優(yōu)于0.01%/℃，同時(shí)保持了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，使造價(jià)維持低廉。

受制于當(dāng)前磁鋼材料的性能以及檢波器固定結(jié)構(gòu)，通過增大磁鋼磁場(chǎng)、線圈匝數(shù)等來實(shí)現(xiàn)檢波器靈敏度的提高遇到技術(shù)瓶頸，以致該類型檢波器的靈敏度近幾十年來沒有明顯提高。

3.2 光學(xué)檢波器

相對(duì)于傳統(tǒng)檢波器，光纖檢波器利用外界的微干擾振動(dòng)來改變光柵的柵距，再轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)變化量，通過檢測(cè)波長(zhǎng)的變化量來測(cè)量加速度的大小，具有頻帶寬、靈敏度高、易與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備匹配、安全且不受電磁場(chǎng)干擾等優(yōu)點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國(guó)申請(qǐng)的典型專利有：

2011年，中國(guó)石油大學(xué)（北京）的專利申請(qǐng)CN103176205A提出了寬頻帶光纖地震檢波器的雙光柵振子結(jié)構(gòu)，包括L型懸臂梁（1），光纖Bragg光柵1（2），等強(qiáng)度梁（3），外殼（4），光纖Bragg光柵2（5），支撐架（6），質(zhì)量塊（7）。以解決地震勘探中檢波器靈敏度不高、動(dòng)態(tài)范圍較小的問題。如圖12為光學(xué)檢波器結(jié)構(gòu)示意圖。

2015年，PGS地球物理公司的專利申請(qǐng)CN104932019A提出了一種水聽器，水聽器包括端帽，參考光纖和感測(cè)光纖可以分別纏繞到內(nèi)心軸和外心軸上，其具有在縱向維度的縱向剛度和在周向維度的周向剛度，其中縱向剛度為周向剛度的至少一半和周向剛度的至多50倍。

2014年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的專利申請(qǐng)CN104199086A提出了一種單分量光纖檢波器及含有該檢波器的三分量微地震光纖檢波器，單分量光纖檢波器，通過兩個(gè)光纖光柵與光纖線圈組成的光纖光柵F-P腔結(jié)構(gòu)，有效地提高了檢波器的靈敏度，利用低反射率FBG替代法拉第旋轉(zhuǎn)鏡作為反射鏡，極大地簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。

需要特別說明的是，僅僅中國(guó)石油大學(xué)一所高校，在2007、2010、2011、2012年就提交了6件發(fā)明專利。中石化在2008年提交了2件發(fā)明、1件實(shí)用新型，在2014年提交了2件發(fā)明。這說明近幾年來我國(guó)在光學(xué)檢波器這一技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)較為活躍，尤其高校受到國(guó)家資金扶持，依托重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)投入力度較大。

3.3 壓電式檢波器

壓電檢波器的原理是利用某些強(qiáng)電介質(zhì)晶體受外力作用后，其分子內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象導(dǎo)致正負(fù)電荷分離，使其兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，即產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，它是一種自發(fā)電式傳感器，由于電荷電量沒有驅(qū)動(dòng)能力，一般需要與其配套的檢測(cè)放大電路。

國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國(guó)申請(qǐng)的典型專利有：

2000年，法國(guó)石油研究所的專利申請(qǐng)CN1272037A提出了一種用于聲波或地震波接收的水下聽音器，包含剛性管，它包含至少一個(gè)檢測(cè)單元;適于接納和支撐至少一個(gè)外罩的空心平坦中心單元，該中心單元卡入剛性管內(nèi);以及每個(gè)外罩上并且作為剛性管內(nèi)面一部分的保護(hù)密封涂層。能克服對(duì)稱連接水下聽音器的缺點(diǎn)：壓電敏感元件在靜水壓增大使平盤彎曲時(shí)損壞、水下聽音器靈敏度低且在靜水壓增大時(shí)大幅度減小、電容隨靜水壓變化較大。

2015年，中石油的專利申請(qǐng)CN205384377U提出了一種壓電檢波裝置，包含殼體所述殼體內(nèi)設(shè)置有：壓敏結(jié)構(gòu)，其包括扁平質(zhì)量塊，以及用于感應(yīng)所述扁平質(zhì)量塊的振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的加速度電壓信號(hào)的至少兩片相耦合的壓電片，所述至少兩片相耦合的壓電片固定安裝于所述扁平質(zhì)量塊上，且與所述扁平質(zhì)量塊平行相對(duì)設(shè)置;放大電路，用于將所述加速度電壓信號(hào)放大后輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。如圖13為壓電式檢波器結(jié)構(gòu)示意圖。

2017年，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）的專利申請(qǐng)CN207851318U提出了一種壓電地震檢波器，包含殼體及彈性材料制成的簡(jiǎn)支梁基底，簡(jiǎn)支梁基底的長(zhǎng)度方向上的兩端分別剛性連接在殼體上進(jìn)行水平設(shè)置，簡(jiǎn)支梁基底上設(shè)置有至少一個(gè)壓電片組，每個(gè)壓電片組中均具有壓電轉(zhuǎn)換性能一致且關(guān)于簡(jiǎn)支梁基底上下對(duì)稱設(shè)置的上端壓電片和下端壓電片，其中在簡(jiǎn)支梁基底的二分之一長(zhǎng)度處設(shè)置有中間端壓電片組，所有的上端壓電片上的信號(hào)疊加后形成的輸出與所有的下端壓電片上的信號(hào)疊加后形成的輸出形成一組差動(dòng)信號(hào)，各上端壓電片和各下端壓電片連接輸出導(dǎo)線以輸出該差動(dòng)信號(hào)，具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、輕便耐用、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在陸上地震勘探、井下槽波地震勘探等領(lǐng)域應(yīng)用可靠和廣泛。

這里需要特別說明，在涉及壓電式檢波器的249篇專利申請(qǐng)中，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的申請(qǐng)就有19篇，基本分布在2014—2017年間，說明在2014—2017年間，油氣、地礦勘探行業(yè)形勢(shì)一片大好的時(shí)代背景下，我國(guó)高校研發(fā)投入力度較大，專利布局意識(shí)較強(qiáng)。

3.4 MEMS數(shù)字檢波器

經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的模擬時(shí)代，地震檢波器也開始向數(shù)字檢波器發(fā)展?；贛EMS技術(shù)的數(shù)字檢波器的核心是MEMS傳感器，是集微型傳感器、執(zhí)行器、信號(hào)處理器以及控制電路、接口電路、通信電路和電源為一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。如圖14為MEMS數(shù)字檢波器結(jié)構(gòu)示意圖。

國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國(guó)申請(qǐng)的典型專利有：

2009年，格庫技術(shù)有限公司的專利申請(qǐng)CN102265184A提出了一種用于地震采集系統(tǒng)的基于MEMS的電容傳感器，包括基于MEMS的電容傳感器、控制器和電荷放大器。所述傳感器包括檢測(cè)質(zhì)量、接收第一信號(hào)的輸入端、以及與檢測(cè)質(zhì)量電連接以提供第二信號(hào)的輸出端。由控制器調(diào)控的第一信號(hào)控制用于傳感器的平衡恢復(fù)力并且使傳感器提供第二信號(hào)。所述電荷放大器提供指示檢測(cè)質(zhì)量的位置的第三信號(hào)。電荷放大器具有在第一信號(hào)控制平衡恢復(fù)力并且使傳感器提供第二信號(hào)期間內(nèi)連續(xù)接收第二信號(hào)的輸入端。

2014年，西南科技大學(xué)的專利申請(qǐng)CN104020490A提出了一種全數(shù)字MEMS三分量地震檢波器，包括密封防水外殼，設(shè)置于該密封防水外殼內(nèi)部的控制單元、與該控制單元連接的由三個(gè)單軸MEMS傳感器正交組合而成的三分量檢波器、與所述三個(gè)單軸MEMS傳感器一對(duì)一連接的三個(gè)信號(hào)調(diào)理電路和分別通過一個(gè)多路模擬選擇器與三個(gè)信號(hào)調(diào)理電路一對(duì)一連接的三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，該三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別與所述控制單元連接;同時(shí)，在所述控制單元上還連接有側(cè)斜傾角檢測(cè)模塊和慣性傳感器。解決了現(xiàn)有技術(shù)中檢波器無法兼顧姿態(tài)方法信息、地面與測(cè)井等多用途適應(yīng)能力、實(shí)時(shí)獲取內(nèi)部溫度濕度控制參數(shù)以及高效低功耗的檢波器電源內(nèi)部管理的問題，具有很高的實(shí)用價(jià)值和研究意義。

2019年，中國(guó)科學(xué)院的專利申請(qǐng)CN110068858A提出了一種基于MEMS的三軸一體化電化學(xué)地震檢波器，包括：外殼，為正六面體;橡膠膜，分別覆蓋在所述外殼的各個(gè)表面，且分別與各面形成容納空間;第一流道、第二流道、第三流道，為互相垂直且垂直貫穿所述外殼表面的流道;敏感電極，分別置于所述第一流道、第二流道和第三流道內(nèi);電解質(zhì)溶液，分別充滿于所述第一流道、第二流道和第三流道與各所述容納空間形成的密封腔內(nèi)，采用了全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其更精確保證了三個(gè)軸向間的正交性;并且不需要輔助結(jié)構(gòu)，減小了檢波器的體積和重量。

法國(guó)SERCEL公司、美國(guó)CGG公司、?？松梨诘葦?shù)家大公司均有數(shù)字檢波器問世。國(guó)外數(shù)字檢波器的實(shí)驗(yàn)階段已經(jīng)結(jié)束，正在逐漸大規(guī)模的推廣應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)字檢波器的開發(fā)研究剛剛起步，技術(shù)水平落后于國(guó)外水平。數(shù)字檢波器的發(fā)展在地震勘探領(lǐng)域?qū)⑹且粋€(gè)必然的趨勢(shì)，我國(guó)企事業(yè)單位應(yīng)加強(qiáng)多方合作，加大MEMS數(shù)字檢波器的研發(fā)力度，以期獲取地震檢波器更加全面的專利布局，獲得主動(dòng)權(quán)。

總之，在地震檢波器方面，我國(guó)不僅擁有數(shù)量較多的專利，即使在與國(guó)外企業(yè)相交叉的動(dòng)圈式檢波器、光學(xué)式檢波器等技術(shù)分支，我國(guó)企業(yè)這方面的研發(fā)能力也較好，但在MEMS數(shù)字檢波器分支存在技術(shù)欠缺。尤其是我國(guó)申請(qǐng)人較為分散，且基本為申請(qǐng)人獨(dú)立申請(qǐng)，各申請(qǐng)人之間的合作相對(duì)較少，技術(shù)轉(zhuǎn)化過程存在障礙，作為市場(chǎng)主導(dǎo)的中國(guó)石油、中國(guó)石化等公司應(yīng)加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)共贏。我國(guó)政府、各機(jī)關(guān)部門應(yīng)繼續(xù)鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)企業(yè)等創(chuàng)新主體加大專利申請(qǐng)力度和國(guó)內(nèi)外專利布局，用專利保護(hù)其技術(shù)和產(chǎn)品，增強(qiáng)創(chuàng)新主體的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

4.1.1 根據(jù)全球?qū)＠暾?qǐng)量來分析，地震檢波器技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了以下階段：技術(shù)萌芽階段（1925—1970年）、平穩(wěn)發(fā)展階段（1970—1976年）、快速發(fā)展階段（1976—2015年）、技術(shù)穩(wěn)定階段（2015年至今）;地震檢波器技術(shù)專利申請(qǐng)量排名靠前的國(guó)家/地區(qū)/組織分別是中國(guó)、美國(guó)、日本、蘇聯(lián)、WIPO，早期以國(guó)外為主，2010年以后中國(guó)專利申請(qǐng)量明顯增長(zhǎng)，最近幾年超過國(guó)外申請(qǐng)量。

4.1.2 根據(jù)專利申請(qǐng)人來分析，就國(guó)外申請(qǐng)而言，申請(qǐng)人主要集中在美國(guó)的斯倫貝謝公司、PGS公司、海軍秘書處代表的美國(guó)政府、殼牌、蘇聯(lián)的ORDENA LENINA公司，均為世界石油巨頭企業(yè)。就國(guó)內(nèi)申請(qǐng)而言，申請(qǐng)人主要為石油高校/科研機(jī)構(gòu)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院以及石油巨頭中石油等。

4.1.3 根據(jù)專利價(jià)值度分析，專利價(jià)值度相對(duì)較高的申請(qǐng)人均為國(guó)外大型油服公司，尤其是美國(guó)的斯倫貝謝公司，專利價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他申請(qǐng)人;而國(guó)內(nèi)排名靠前的僅有中石化、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院，申請(qǐng)質(zhì)量與國(guó)外公司相比存在較大的差距。

4.1.4 在地震檢波器方面，我國(guó)擁有數(shù)量較多的專利，研發(fā)能力也較好，但在MEMS數(shù)字檢波器方面存在技術(shù)欠缺。且我國(guó)申請(qǐng)人較為分散，技術(shù)轉(zhuǎn)化過程存在障礙，作為市場(chǎng)主導(dǎo)的中國(guó)石油、中國(guó)石化等公司應(yīng)加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)共贏。

4.2 建議

國(guó)內(nèi)關(guān)于地震檢波器技術(shù)的專利申請(qǐng)量已經(jīng)逐步超過國(guó)外，但是在質(zhì)量上還與國(guó)外存在差距，企業(yè)和高校需要提升研發(fā)實(shí)力，提高知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)。我國(guó)政府、各機(jī)關(guān)部門應(yīng)繼續(xù)鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)企業(yè)等創(chuàng)新主體加大專利申請(qǐng)力度和國(guó)內(nèi)外專利布局，用專利保護(hù)其技術(shù)和產(chǎn)品，增強(qiáng)創(chuàng)新主體的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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