密度计专利技术综述

曾波

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川 成都 610213）

密度是工业生产中经常需要检测的物理量，应用在如原油、制糖、选煤、选矿等中。密度测量方法有很多种，通常分为静态测量法和动态测量法[1]。静态测量法，包括称重法、浮力法等；动态测量法包括超声波式、差压式、射线式、振动式等，动态测量法适用于工业生产在线测量。准确、可靠的密度检测，可以有效指导生产操作，提高生产效率。

1 密度计相关专利的发展状况分析

1.1 申请趋势分析

为了较准确全面地反映出密度计专利的现状及发展趋势，在对现有专利数据库进行分析比较的基础上，选择CNABS和DWPI数据库进行专利分析。以密度计、densimeter、densitοmetοr、density meter、density gage 等为关键词和分类号G01N9进行限定，检索截止日期为2018-06-08，通过人工降噪的方式获得样本数据，累计总共专利699篇。密度计专利申请量在全球和中国境内随年份变化的趋势变化如图1所示。

图1 密度计专利申请量在全球和中国范围随年份的趋势变化图

从图1可知，密度计的发展主要分为三个阶段：①1988年之前，这段时间产生了一个专利申请的小高峰，并在1980年左右达到顶峰，这期间前苏联作为主要申请人，在液体密度检测方面申请了大量的专利，但是由于整体处于发展的起步阶段，整体申请总量不高；②到了1988年后密度计的专利申请进入了低谷期，专利申请量长期徘徊在个位数，形成了密度计发展的第二个阶段；③直到2009年开始密度计的申请开始进入快速发展阶段，申请数量大幅增长。虽然中国国内的相关研究起步较晚，但通过对比分析发现，2000年以后全球密度计的申请主要集中在中国境内，尤其是随着中国经济的快速发展，密度检测的领域不断扩宽，各种应用场景的密度检测需求促使中国国内的研究者加大了对密度计的研究，申请了大量的专利。

1.2 技术原创国和技术目标国

密度计专利申请的主要原创国地区/和目标国/地区如图2所示。

图2 密度计专利申请的主要原创国地区/和目标国/地区

专利申请的技术来源国/地区可以反映出一个国家/地区的企业、研究所及个人团体等在密度计相关技术方面的研发实力。通过图2可知，密度计的主要技术来源于中国、美国、前苏联、德国、日本五个国家以及欧洲地区，其中中国、美国和前苏联占据主要地位。20世纪八九十年代，美国和前苏联两个超级大国均属于重工业领域发展较快的国家，石油、化工等能源领域对于密度检测的需求，使前苏联和美国在密度计的研究呈现了蓬勃发展的态势。但是后期随着中国的快速发展，中国后来居上，成为密度计领域的主要技术创造地。通过密度计申请的主要目标国/地区可见，专利分布的趋势和技术来源国相似，这也体现了中国、美国和前苏联在密度计领域的研发实力和知识产权的保护意识最强。

1.3 主要申请人分布

密度计领域申请量前六位的主要申请人如表1所示。从表1可以看出，主要申请人来源于美国、德国和瑞士，其中美国显示出了在密度计专利申请的强势地位，主要涉及了ITT公司、微动公司和哈里伯顿能源服务公司。分析德国申请人发现其本质是ITT公司在德国的分公司，也就是说美国ITT公司在密度计领域申请了大量的相关专利，具有很强的研发实力。同时结合前面的原创国可以看出，虽然德国在密度计领域后期申请了大量的专利，但是专利申请人过于分散，没有核心的领军企业或研究所，缺乏持续性研究，总体研究实力不强。

表1 密度计专利领域主要申请人

1.4 密度计技术分支

密度计专利领域的技术分解如表2所示。一级分支 二级分支

表2 密度计专利领域的技术分解表

通过对密度计相关专利文献的阅读、统计和分析研究，对密度计所涉及的技术进行技术分解。从表2可知，密度计主要分为振动式密度计、差压式密度计、射线式密度计、微波式密度计、超声波式密度计、磁致伸缩式密度计、浮子式光纤光栅密度计、重力式密度计。

通过上述密度计的技术分支，对中国范围内的密度计在不同技术分支的专利申请数量进行统计得到中国范围密度计各分支领域的分布图，如图3所示。

通过图3发现，振动式、重力式、射线式和差压式四种类型的密度计占据了总申请量的88%，其中振动式密度计占据了41%，成为了中国研究最多的密度计类型。除去重力式密度计，差压式密度计和射线式密度计累计也占据了总申请量的26%，成为各个研究者重点研究的密度计。

图3 中国范围密度计各分支领域的分布情况

进一步对振动式、差压式和射线式密度计的国内外申请人进行统计，得到三种不同类型密度计国内外申请人的分布图，如图4所示。对于振动式密度计，国内申请人和国外申请人各占据半壁江山，国外申请人略占优势；对于差压式密度计，国内申请人占据了主导地位；对于射线式密度计，国内申请人则展现出了强势的垄断地位，几乎包括了该技术分支的所有专利申请，原因主要是随着国内对固体材料密度的快速检测需求，如煤炭、烟草的密度测量，而振动式和差压式密度计均不能实现固体材料密度的检测，射线式密度计因此成为快速检测固体材料密度的最优选择。

图4 中国范围密度计专利在差压式、振动式和射线式三个分支的国内外申请人分布

2 密度计技术发展分析

2.1 密度计的技术发展路线

基于在前密度计申请量随年代申请量的变化，主要按照三个阶段对密度计的技术发展进行统计分析，进而获得该领域的技术发展路线，如图5所示。

图5 密度计技术发展路线

从图5可以看出，密度计的发展早期，振动式、超声波式和射线式成为密度计研究的重点，同时这段期间的三种类型的专利基本也成为各分支密度计的核心专利，如US4524610A公开了一种旋转振动式密度计，通过采用设置磁铁来实现旋转管路的振荡，通过检测振荡频率实现密度的检测；US4240285A提出了一种液体密度计，将振动装置放入液体中振动，传感器检测位于液体表面的导杆的振动。US4192291A提出了将超声波传感器浸入液体中，通过发射和接收超声波实现密度的检测；SU397814A1提出了采用两个发射接收超声波探头非接触式的检测悬浮液的密度；SU1122921A进一步提出了将采用射线用于粉末物体密度的检测；1989—2008年，密度计的发展进入了低谷期，虽然申请总量下降，但是微波和磁致伸缩等新型密度计在这个阶段出现，进一步丰富了密度计的种类，同时对于常规密度计也进行了优化改进；JPH0882606A提出在测定流体流过的管道上设置相对的微波发射天线和微波接收天线，通过测定没有基准液体和有基准液体通过时接收的微波相位延迟来进行密度的测量；CN1374514A提出了磁致伸缩式密度计可以实现液体内任意处的密度测量，同时在出厂进行标定后不必再进行标定；微动公司发现振动管内流体的温度的变化会引起密度检测的较大的误差，在CN122572A专利中提出了通过在流动管上安装耐高温检测器RTD连续地测定流动管的温度，通过RTD来实现对流动管温度变化的补偿；EP1254352A1公开了哈利伯顿能源服务公司开发了一种用于钻井用密度计，通过设置采样流通管，将振动源和探测器设置在管壁以实现样品密度的检测。2009年以后随着国内各行业密度检测的大量需求，促使国内企业研究所加强了对密度计的研究，尤其是差压式和射线式密度在这个阶段得以快速发展。

2.2 密度计的重点专利

重点专利往往奠定了一个技术发展方向的基石，通过重点专利的分析可以有效了解该领域的研究热点和重点，将筛选的数据样本在SIPOABS数据库中根据引用频次的高低选出排行前10的重点专利，引用频次的高低反应了该专利在该领域技术发展中含金量的高低。密度计的重点专利如表3所示。通过表3可以看出，振动式、超声波式、微波式和射线式密度计成为该领域的研究重点，其中振动式传感器更是成为各个公司重点布局的密度计类型。

表3 密度计的重点专利

3 结束语

对密度计领域专利技术进行分析和整理，并对该领域的专利申请量、技术原创国与目标国、技术分支、申请人、重点专利等进行了统计梳理。通过分析表明密度计的发展经历了高潮、低谷以及再次高速发展的阶段，中国、美国和前苏联成为密度计研发最重要的三个国家。同时，美国在振动式、超声波式密度计进行了大量的专利布局，显示出了强大的技术研发实力。日本虽然专利申请总量不多，但是也在微波式密度计进行了重点布局。虽然中国在密度计上的发展起步较晚，但是在中国市场中国密度计还是显示出了自己的一定优势，避开其他国家在振动式和超声波式密度计的专利壁垒，在差压式和射线式密度计取得了大量的进展，下一步中国应该在差压式和射线式密度计继续研发，保持自己的优势。