光纤电流传感器专利文献分析

梁　裕　张文明

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南　郑州　450002）



光纤电流传感器专利文献分析

梁裕张文明

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州450002）

摘要：光纤传感技术是伴随着光纤及光通信技术的发展而逐步形成的，拥有电磁式电流互感器不可比拟的优点，是较为理想的电流传感器，它的市场需求量和经济效益也相当可观。本文立足专利文献，从专利的角度对光纤电流传感器专利技术主题、专利强度、重要申请人及其年产值等进行介绍和分析，致力于为相关领域人员普及光纤电流传感器的基础知识，掌握其申请现状及其经济价值，把握研究方向；同时为相关企业或创新主体在专利布局上提供战略参考。

关键词：光纤电流传感器；专利聚类分析；强度分析；专利布局

1　引言

随着国民经济的飞速发展，电力传输容量急剧增大，通常采用提高传输电压的方式降低长距离传输中的损耗（例如国外已有100万伏电压的传输线路，国内也有报导称即将建设100万伏的传输线路）。面对超高压测量时，传统电磁感应原理的电流互感器暴漏诸多缺点：如绝缘困难，制造成本高，体积大，重量大，次级开路易造成人身和设备事故等问题；另一方面，由于其固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄和有油易燃易爆等因素，己使之难以满足新一代电力系统的在线检测、高精度故障诊断、电力数字网等发展的需要。为克服上述弊端，寻求崭新的测量方法，光纤传感技术伴随着光纤及光通信技术的发展应运而生［1］。

在光通信系统中，光纤是用作远距离传输光波信号的媒质。光波在光纤中传输时强度和频率相对稳定，且损耗较低，正是由于这一特性，与电缆、微波相比，在长距离、多波长、多通道中传输中，光纤传输具有无可比拟的优势。

在实际光传输过程中，由于光波的波长很短，因此外界物理量对它的相位和偏振稍有影响，采用适当的检测手段就能测量出这些变化，就可以知道导致这些变化的

本文立足与专利文献，采用文本聚类、强度分析等方法，从专利的角度对光纤电流传感器的数量、质量及重要申请人［3］情况进行介绍和分析，普及了光纤电流传感器的基础知识，为相关领域的审查工作提供技术支持，也为光纤电流传感器的发展方向以及专利布局提供指引与参考。

2　专利文献统计分析

为了研究光纤电流传感器专利技术的发展情况，从专利数据库中选取1995-2014年的时间段内，对历年的专利申请量进行检索并统计，共得到1014篇专利文献。

2.1专利文本聚类分析

对上述检索到专利文献，从文献文本的题目和摘要部分进行文本聚类，结果如图1所示。从图1中，可以看出文献聚类结果大致包括以下3个方向：（1）功能方面，即电流互感器；（2）应用方面，即磁场领域、高电压、电力网；（3）技术改进，即光源改进以及实时性。其中对光源进行改进分别从以下几个方面进行：1）电信号；2）光束；3）传感光纤；4）光路；5）极化等方面。通过文本聚类，可以了解到目前专利文献的技术主题大致集中在以上五个方面，并可以快速了解检索到的相关文献的侧重点，根据需要，对相关的文献进行阅读分析，从而快速获得需要的信息，并加工处理，发现改进点或在原有技术上进行改进等。

图1　文本聚类结果

图2　光纤电流传感器专利强度分布

2.2专利强度分析

为考量专利申请的质量，需对专利分析的各项情况综合考虑：将每份专利的他印次数、审批时长、保护权项数目、诉讼次数等因素考量在内，制定一个综合考量指标——专利强度，强度最强为10级［3］，强度越强说明该专利在全球范围的影响力越大，以此量化值作为每份专利的重要性依据，对上述专利集合进行分析，专利强度分布图如图2所示。由图可知，0-10%，即专利强度在1时，专利申请量达到571件，随着强度的递增，申请量依次为：125、82、46、25、25、14、16、10、0。由上述数据可以看出，目前，专利强度等级高的专利申请量仍然很低，大部分专利集中在最低等级，最低等级所占比例达到62。5%。等级越高，专利量越小，在5级以上的专利只占据7.1%。因而，提高专利影响力和质量仍然是下一步努力的关键。

2.3重要申请人申请量分析

通过对检索到的数据进行申请人分析，如图3所示为申请量排名前十四位的申请人，发现国家电网以及国家电网下属子公司在光纤电流互感器领域拥有最多的专利申请量，这与光纤电流互感器在电网中的广泛应用是分不开的。在排名前十四位的申请人中，共有3位国内申请人，分别是国家电网（第一），中国科学院（第五）以及哈尔滨工程大学（第十）。其他的则是在电气行业比较牛的跨国企业，例如日本东芝等。

2.4主要申请人技术/年产值分析

虽然国家电网在此领域申请量第一，但是从图4中可以发现，光纤电流互感器领域技术领先的却不是国家电网公司，而是施耐德电气公司。并且，在保持申请量领先和技术相对领先的条件下，注意竞争对手，尤其是东芝的情况，在专利布局时，防止对手规避同时注意规避竞争对手。而且，特别防范ABB公司与施耐德公司的联手合作，因为ABB有资金优势，而施耐德则是有技术领先，二者最有可能相互合作，达到排挤竞争对手的目的。

图3　主要申请人申请量分析

图4　主要申请人技术/年产值分析

3　结论

通过以上专利文本聚类分析、强度分析、重要申请人及其年产值分析，可以得出以下结论：目前光纤电流传感技术的研究及申请重点主要集中在其功能、应用以及技术改进等方面；专利文献量虽大，但该领域的专利强度高的申请量仍占据小部分，即高质量的文献比重较低；重要申请人主要集中在国家电网、日本东芝、施耐德等大型企业，其中，中国的国家电网公司申请量位居第一，但从技术领先程度排名却并不靠前，落后于施耐德电气公司、日本东芝公司。因此，应该充分考虑上述因素，制定符合当前国情的技术发展路线图，由此提高自主创新能力，充分发挥我国所具有的技术优势，尽快将研发过程出现的阶段性成果申请国际性保护，形成有我国特色的光线电流传感器产业。

参考文献：

［1］方志，邱毓昌，李双.光纤电流互感器的发展［J］.电力建设.2002，23（12）：42-44.

［2］李莉，张心天.光纤电流传感器及其研究现状［J］.飞通光电子技术.2002，2（02）：81-85.

［3］毛金生，冯小兵，陈燕.专利分析和预警操作实务［M］.北京：清华大学出版社，2009.

［4］肖沪卫.专利地图方法与应用［M］.上海：上海交通大学出版社，2011.

［5］王敏，李海存，许培扬.国外专利文本挖掘可视化工具研究［J］．图书情报工作.2009，53（24）：86-90.

中图分类号：TP212

文献标识码：A

文章编号：1003-5168-（2016）02-0083-03

收稿日期：2016-1-10

作者简介：梁裕（1988-），女，硕士研究生，研究实习员，研究方向：电磁领域专利审查。张文明（1984-），男，副研究员，研究方向：电学通信领域专利审查。如温度、压力、磁场等物理量的大小，基于该原理，光纤传感技术诞生。与传统的电磁式电流互感器相比，光纤电流传感器具有以下的优点：（1）绝缘性能好：光纤电流传感器所用的材料主要是石英光纤，它自身就是非常好的绝缘体；（2）精度高：光纤电流传感器的结构中不含有铁芯，因此不存在磁饱和、铁磁谐振等问题，测量准确度得到了提高；（3）抗电磁干扰能力强：光纤电流传感器的信号由光来传输，具有抗电磁干扰性，这样它测量的准确度也能增大；（4）安全性高：光纤电流传感器的低压侧不会有因开路而产生高压的危险，从而消除了传统的电磁式电流互感器易燃易爆的问题；（5）光纤电流传感器的体积小，重量轻：光纤传感器的传感头，重量小于l公斤。据美国西屋公司公布的磁光式345KV光纤电流互感器，其高度为2.7米，总重量为100公斤，而同等电压等级的充油式电磁式电流互感器，高为6.1米，重达7718公斤；（6）适应了电力保护和计量的数字化、智能化及光通信的发展趋势；（7）测量的动态范围大：可在相当宽的电流范围内保持良好的线性特性；（8）测量的频带宽。基于光纤电流传感器拥有电磁式电流互感器不可比拟的优点，是较为理想的电流传感器，它的市场需求量和经济效益也相当可观。目前电力等其它部门对光纤电流传感器需求和使用量较大，另外在一些特殊场合仅能使用光纤电流传感器进行测量［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