超声波液位计专利技术综述

黄文 李兰玉 文生明 王昆朋

摘要：鉴于目前工业液位测量领域对超声波液位计的需求持续增长，其核心技术仍为几家国外公司所掌握的现状。本文基于专利文献，对超声液位计全球专利申请和技术功效进行了梳理，有助于技术人员了解该技术的发展脉络、重要申请人的相关技术分布，同时也为相关企业和研究机构提供技术支持。

关键词：超声波;液位计;专利分析

中图分类号：TH816.2文献标识码：A 文章编号：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 技术概述

从1880年压电效应被发现之后，超声技术不断发展并在诸多领域获得了应用，如利用超声波探测潜艇，石英晶体制成超声换能器等。在20世纪60年代之后，压电陶瓷技术得到了推广应用并不断发展，超声换能器技术的研制也进入了一个蓬勃发展的时期。超声换能器的重要应用之一就是超声液位计，该类型的液位计测量精度高、稳定性强、适用范围广[1]。本文通过对专利文献进行分析，着重对超声液位计全球专利申请和技术分支进行梳理，有助于相关企业和科研院所了解该技术的发展脉络以及重要申请人的相关技术分布。

2 国内外重点申请人分析

2.1 在华重点申请人分析

图1示出了在华超声波液位计申请量前10位的申请人，从该图可以确定VEGA格里沙贝两合公司为国内申请量最多的申请人，目前公开的申请文件为38件，这也验证了该公司在国内的技术水平和专利布局策略;其中在前10的申请人中，国外的公司在华的申请量占了很大的比重，并且申请的数量也有绝对优势，如中山欧麦克仪器设备有限公司、恩德莱斯和豪瑟尔两合公司、赫拉胡克公司和罗伯特·博世有限公司。其中，中山歐麦克仪器设备有限公司是德国欧麦克仪器在中国的生产中心，主要负责在线水质检测仪器的研发生产和销售;此外，德国最大企业的罗伯特·博世有限公司作为全球第一大汽车技术供应商，也涉及超声波液位计的研发领域。从图1中可以了解到，国外的大公司很注重在该领域在国内的专利布局。而国内自主研发超声波液位计的主要为大学，如太原理工大学、东南大学和河海大学。其中，太原理工大学利用超声波测量液位的技术，在煤矿开采方面做出了一定的研究;而河海大学和东南大学由于涉及土木和水文资源与水利工程，因此在该领域也有一定的申请比重。

在对国内的申请量靠前的申请人进行分析时，不难发现公司和大学占据了该领域申请量的大部分申请量，占比达92%，研究机构和个人的占比很少。这也符合该领域的特点，即实际应用性和研究性并进，工业应用的研究和高校的研究并重，共同促进了该领域的发展;同时，也体现了该领域的实际应用价值。

2.2 国外重点申请人分析

图2还示出了国内外超声波液位计申请量靠前的申请人的申请量变化趋势，从该图可以得到：对于VEGA格里沙贝两合公司而言，其从2005年开始研究超声波液位计，在2009年和2010年申请量达到10件和7件，而后技术进入稳定状态;而对于中山欧麦克仪器设备有限公司来说，其申请量集中在2014年，达到了“井喷”级别的28件，这和其2013年才开始集中研发有关;而对于国外的BP Corporation North America公司而言，从1998年始研究超声波液位计，在1999年至2001年为其研究的“高产期”，而2008年以后申请量处于停滞期，可见该领域的技术时期特性还是非常明显的，即BP Corporation North America公司研发属于起步期，而VEGA格里沙贝两合公司处于在一段时期内发展了自己的技术，而中山欧麦克仪器设备有限公司在近年开始自己在本领域的专利布局。

2.3 国内外重点专利分析

国内外学者的研究已经证明，专利的被引频次作为筛选本领域重点专利的一项重要参考指标。因此，本文统计了本领域排名前两位的引用频次专利。

根据统计结果分析，表1中的2件专利的被引频次都超过了80次，远远超过了该领域其他专利文献的平均被引频次。其中，CN1729385A用于测量容器（3）中填充物质（1）的料位的料位测量设备 （5），包括：天线（11），用于发射传输信号（S）并接收回波信号（E），信号处理器（13），其用于从接收的回波信号（E）中推导出回波函数，该回波函数包含依赖于传播时间的回波信号（E）幅度（A），存储器（17），用于将容器特定的数据存储在表中，该表的列用于各自接收一个回波函数，其中回波函数以对应于各个回波函数所属的料位的顺序存储在列中，和分析单元（19），访问表以确定料位。该专利于2007年8月17日授权，截至目前专利权维持。

此外，值得关注一点的是，在超声波液位计申请量前10的统计中，并未出现金伯利—克拉克环球有限公司，而该公司的专利CN101080190A是用于盥洗室中液位的计量，却也出现了高频次的引用，这也从侧面表明，超声波液位计的发展是基于应用功能为主而发展起来的，比如盥洗室中液位的计量，才有了后续关于该领域中结构、材料和工艺的专门研究。这也充分说明了超声波液位计从诞生之初就决定了其工业应用性强的特点。

3 超声波液位计专利申请量趋势分析

3.1 国内发明与实用新型专利数量分布数据

表2是从国内1985年5月份—2018年4月超声波液位计相关专利申请文件的发明专利类型标引字段中获取的图表数据，在此期间涉及超声波液位计相关的国内实用新型与发明专利申请量分别为708件、764件，分别占42.88%和46.27%。在发明专利申请中，获得专利权的申请量为179件，授权率约为23.43%。

3.2 国内发明与实用新型专利现行专利状态分布统计数据

图3是国内1985年5月份—2018年4月超声波液位计相关专利申请文件现行状态分布图。

3.3 授权专利寿命分布数据

图4是国内获得专利权的发明与实用新型专利的寿命分布统计图，从其确定出国内的专利权1—6年分别占据15、13、16、20、11个百分比，共占据75%，可见国内的专利寿命大部分在6年之内。

4 超声波液位计技术功效分析

4.1 技术效果/技术分支交叉点的申请量统计

功效矩阵气泡图是与专利技术、技术效果相关的专利数据。通过对“技术手段”和“技术效果”的组合做出图5，通过对不同技术的专利技术构成进行分析可以了解专利申请的密集点和空白点，找出核心技术分支以及重点专利，此外还可以评估技术研发的广度和深度，判断技术和市场能力更强的分析对象，尤其可以评估技术研发集中度，判断分析对象的技术研发和市场推广侧重点。从

图5我们可以知悉通过对超声波传感器的结构及形状进行改进以期实现保护传感器、提高测量精度和稳定性是第一个研发热点，此外改进超声波发射及接收电路是第二个研发热点。

4.2 主要申请人相关技术分支的申请

技术侧重度指的是主要申请人在某一领域各个技术分支的申请量，其直观系统的展示了某申请人在某领域的专利布局情况以及该申请人的技术侧重点。图6的气泡图中，气泡越大则表示该申请人在该技术分支的技术能力越强，或者该申请人对该技术分支的重视程度越强。从图6可以知悉中山欧麦克公司的技术更加偏重于对于信号处理这一块的设计或者改进，而恩德赖斯和豪瑟尔公司主要侧重于对于超声波换能器或者传感器的结构以及形状设计或者改进。

5 结语

目前，国内企业及科研院所对超声液位技术的研究已取得一定进展，通過本文的分析，有助于相关领域的企业以及科研机构了解超声液位测量技术的专利发展现状，同时可以使相关领域的企业和科研机构能够在了解现有专利状况的基础上寻找新的突破口，加强创新，推动超声液位技术的发展。

参考文献：

[1] 克劳特科洛默.超声检测技术[M].广州：广东科技出版社，1984.