基于专利分析的中国露点仪技术态势研究

陈新准 李娜 张宾 何伟生

摘  要：文章通过对露点仪相关专利的检索，阐述了露点仪专利申请主要集中于江苏省、北京和广东省，专利申请占比达到46.1%。专利申请人中企业占比最大约占69.97%，专利申请内容以露点仪应用为主。现有露点仪专利授权率为57.79%，授权的专利中約有53%为2018年之后申请的专利，2017年之前申请的专利基本都已为失效状态。企业露点仪专利申请的技术功效重点在于便利性提高、复杂性降低、精度提高、速度提高，相关专利申请约占55.28%。

关键词：露点仪;高精度;高稳定性;专利分析;技术发展态势

中图分类号：TP212 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）14-0024-05

Abstract： Through the search of relevant patents of dew point instrument， the paper expounds that the patent applications of dew point instrument are mainly concentrated in Jiangsu Province， Beijing and Guangdong Province， and the proportion of patent applications reaches 55.28%. Among patent applicants， enterprises account for the largest proportion， accounting for about 69.97%. The content of patent application is mainly the application of dew point meter. The patent authorization rate of the existing dew point meter is 57.79%. About 53% of the patents authorized are patents applied after 2018， and the patents applied before 2017 are basically invalid. The technical efficacy of enterprise dew point meter patent application focuses on improving convenience， reducing complexity， improving precision and speed. Relevant patent applications account for about 55.28%.

Keywords： dew point meter; high-precision; high stability; patent analysis; technology development trend

0  引  言

传感器作为新技术革命和信息社会的重要技术基础，深入应用到日常生活的方方面面，随着工艺和安全的要求， 普通的温湿度传感器已不能满足其需求。露点仪具有更好的检测精度，已广泛应用于医疗、电子、电力、食品等对于湿度检测要求更高的行业领域。针对此现状，对露点仪相关文件进行了检索查询，发现当前已有文献记录了露点仪产品的原理及应用、校准结果测量的不确定性评定等研究成果，但鲜有学者从专利分析角度对我国露点仪技术进行深入研究。

基于产品的关键技术多数通过专利公开，为了了解露点仪产品的核心技术内容，通过Incopat检索平台对露点仪相关专利进行了检索，分析了露点仪优势专利申请人、专利地域布局、专利功效及技术热点等内容，从角度了解露点仪产品发展的态势，深入了解露点仪技术领域的发展状况，将为该产品的技术升级、研发新产品提供技术参考。

1  我国露点仪技术发展态势分析

本文重点针对国内露点仪相关技术进行专利分析，利用Incopat专利检索平台的专利数据库进行检索。基于2005年前国内无露点仪相关专利申请，故此检索日期选择2005年1月1日—2021年6月30日，考虑到发明人对于露点仪的称呼不同，保障检索的全面性，检索式设置为“露点仪OR露点设备OR露点装置OR露点装备OR露点器具”，检索到专利共有800件，经过分析该705件专利中有较多仅提及系统中有露点仪进行露点问题测试，并未包含有任何露点仪相关技术描述，因此通过“IPC=（G01N）”检索式进一步有效筛选，共得到308件露点仪相关的核心专利，借此进行我国露点仪技术的发展态势分析。

1.1  露点仪技术专利布局情况

1.1.1  专利申请趋势分析

截止到2021年6月30日，国内共申请露点仪相关专利308件，其中发明专利107件，实用新型专利171件。

从传感器的发展历史来看，80年代初美、日、德、法、英等国家相继确立加速传感器技术发展的方针，视为涉及科技进步、经济发展和国家安全的关键技术，纷纷列入长远发展规划和重点计划之中，并采取严格的保密规定对技术封锁和控制，禁止技术出口，尤其是针对中国，也致使中国传感器的发展较晚，尤其是露点仪，在2005年以前没有一个相关专利申请。2005年—2012年露点仪基本都处于研究阶段，每年申请的专利平均只有5件。

直至2016年5月工业和信息化部办公厅、财政部办公厅发布了《关于发布2016年工业强基工程实施方案指南的通知》，其中指出贯彻落实《中国制造2025》重点任务，根据工业强基专项行动要求，围绕产业发展基础选择部分重点方向，联合财政部组织实施一批重点项目，核心零部件（元器件）重点支持机器人“三大件”、高端传感器、高端医疗设备部件、高速光通信器件等方面。随后相继发布了《关于印发“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》《智能传感器产业三年行动指南（2017—2019年）》《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018—2020年）》等文件，鼓励推动智能传感器关键技术的研发及产业化。通过国家政策的引导，技术的积累与沉淀，传感器技术得到较快发展，其中露点仪在2015年之后专利申请量年均达到35件，专利技术日渐成熟。

1.1.2  专利地域布局分析

从露点仪专利的地域分布来看，江苏省、北京和广东省的专利申请量分别达到了56件、47件和39件，位居国内省区市前三名，占据了全国露点仪相关专利申请量的46.1%，为该领域的核心技术力量。其中江苏省和广東省传感器企业数量较多，专利人以企业为主，北京地区则以高校和科研单位为主，所占比例已超过50%。其次是上海和山东省，专利申请量分别为31件和24件。这与国内传感器企业的分布规律基本一致，其中长三角地区传感器上市企业占比约为38%，珠三角及中部地区约占17%。

1.2  专利的竞争力分析

1.2.1  优势申请人分析

我国露点仪技术专利申请人中，企业所占比例最大约占69.97%，共申请专利226件;其次是科研单位约占11.45%，共申请专利37件，大专院校及个人则申请量不足10%，如图1所示。

由此可见，我国露点仪专利申请人以企业为主，从专利的技术功效来进行分析，企业露点仪专利申请的重点在于便利性提高、复杂性降低、精度提高、速度提高，以上内容的申请约占55.28%，其次稳定性提高、精确性提高约占9%，最后涉及成本降低、可靠性提高等方面，但其所占比例在7%左右。科研单位主要集中于各计量研究院和化学研究所。

依据专利申请量进行排名，前十二名的申请人中有7家企业、4家科研单位和1个个人，如图2所示。

其中排名前两位的是国家电网公司和上海莫克电子技术有限公司，专利申请量分别为18件和12件。国家电网公司多为与电力科学研究院、华北电力大学及国网各地方电力公司联合申请的专利，专利内容主要是露点仪设备进行SF6气体的水含量检测的应用，与露点仪本身的技术相关性不大。上海莫克电子技术有限公司申请专利主要分为两类，一类是设置信号隔离单元或补偿单元或去耦方式提高检测的精确度，另一类是通过外壳防护技术、污染物去除装置对采集探头进行清洁、去污，有效保证检测结果的准确性，同时提高露点仪的使用寿命。其次是苏州热工研究院有限公司、中国广核集团有限公司、中国广核电力股份有限公司，他们联合申请了7件专利，其中4件为核电站高温气冷堆冷却气的湿度检测，3件为核电站发电机氢气供应系统湿度探头的校准装置及方法。国网安徽省电力公司电力科学研究院共申请了6件露点仪相关专利，专利内容主要也是露点仪设备进行SF6气体的水含量检测的应用。上海电控研究所申请的露点仪均为冷镜式露点仪，专利中多数是提高控制精度的技术，其中包括通过电阻加热片和制冷机对镜面温度进行控制而提高精度;也有采用补偿电桥法消除器件的温度漂移误差，再借助高增益低功耗的运算放大器提高温度采集的速度和精度，使温度精度达到±0.1 ℃。排名第八至第十二名的申请人发明专利申请量均为5件。其中排名前十二的申请人中个人仅有丁五行一人，他申请有4篇专利，均是改善散热结构，使得露点仪基体的热量快速带走，保证露点仪在制冷单元连续或频繁大功率制冷的工作状况下，基体的温度始终可以保持与环境温度一样，从而保证了仪器的稳定性能，增强露点仪的耐高温性。综上所述，我国露点仪相关专利申请者中排名前十二的仍以生产企业为主，且以如何提高检测精度、提高环境适应度为多，科研单位则以应用为主。

1.2.2  优势专利发明人分析

如图3所示，为露点仪专利发明（设计）人排名前十者。

其中排名第一、第二、第三的吴伟、杨文举、王志兰来自上海莫克电子技术有限公司，排名第四的共有三位发明人，其中刘智刚、高之斌来自天津市泓诚泰科技发展有限公司，张宾来自广州奥松电子股份有限公司，排名第五的共有四位发明人，其中丁五行来自国网青海省电力公司电力科学研究院，何伟生、刘光亮、刘新雅均来自广州奥松电子股份有限公司。由此可见，以上专利发明人基本都在优势申请人范围内，即这些人为专利优势申请人的核心研发力。

再将发明（设计）人的分析范围扩大至1～40名，其中第一、第二、第三、第四、第五的发明（设计）人分别申请专利10件、7件、7件、6件和6件，从排名第六一直到第十七的发明（设计）人，申请量均为5件，从排名第十八一直到第四十的发明（设计）人，申请量均为4件，查看具体申请人其中绝大多数以南方电网相关科研单位为主，还有约1/3的为企业，再次证实露点仪专利仍是以企业研发和电网公司应用两个部分为主。

1.3  法律状态分析

图4和图5为国内露点仪相关专利的法律状态统计图以及专利公开类型图。

由图4可以看出，国内露点仪相关专利总的授权量为178件，授权率达到57.79%，其中发明授权率仅为9.74%（图5），绝大多数授权专利均为实用新型专利，与申请文件中多数以结构调整以提升产品检测精度、速度的特点相符。授权的专利中约有53%为2018年之后申请的专利。实质审查37件，所占比例为12.01%，虽然数量上不多，但申请日期基本都在2020年，且申请人集中在制造业企业和科研单位，考虑到专利的滞后性，说明该领域技术较新，近几年整体研发情况较为活跃。

如图6，露点仪相关专利有效专利178件，有效率为57.79%，失效专利89件，失效率为28.90%，失效的主要理由是未交年费或撤回，分别约占失效专利的48.28%和32.18%，其中前者专利申请年限基本在2017年之前，相对技术方案较为简单，后者主要是申请者公布后自行撤回。

1.4  专利技术功效及技术热点分析

技术功效矩阵是专利分析中采用的一种分析手段，将分析的专利数据逐篇标引技术类型和功效，然后进行统计，以气泡图的形式来体现各功效的发展趋势。2005年至2020年的技术功效矩阵图如图7所示。

国内露点仪单篇专利通常包含有两个或多个功效，随着露点仪技术的日渐成熟，降低成本、提高可靠性的功效专利申请量逐年下降，更偏向于提高使用的便利性、提高检测精度和速度、提高稳定性功效的专利申请。从专利的技术功效申请趋势来看，2005年至2014年相对各功效专利申请量较少，每年各功效专利申请量均小于5件，至2015年露点仪研究技术快速发展，年专利申请逐步增多，尤其是便利性提高功效，由2015年的10件增长至2020年25件，年均增长率约为30%。其次是精度提高和复杂性降低，2005至2020年的专利申请量分别为76件和75件，2017年之后年申请量最多，年均10件。再次针对露点仪提高检测速度、提高稳定性方面也做了一定研究，2005年至2020年的专利申请量达到60件以上。

针对提高便利性功效，专利热点主要集中在三个方面：（1）设置支撑组件;（2）增加升降调节架;（3）对露点仪套筒进行便捷式组装，使得检测探头可以固定，或者通过套筒卡住检测探头，并随意调整高度，避免了检测人员长时间手持，提高了检测的灵活性、便捷性;针对提高检测精度而言，最多的是采用误差检测，通过不同的补偿或修正方式进行温度目标值调整，找到汽露的相平衡点。其次专利中还有提及通过设置区间，通过不断调节的区间中点温度迭代更替区间的上限或者下限，以等比调节取代等差调节，使得检测结果能够更加快速的逼近露点值，并通过以比较两次光电检测结果的变化率，并以预设值判定结果，使得露点检测精度提高，该方式还可缩短温度调节次数，提高检测效率。奥松电子的专利中首次提出舍弃常规铜加镀层的镜面，采用表面平整光亮且导热效率高的硅片，镜面的外表面设有铂层或金层或铑层和疏水性材料涂层，能够提高镜面的抗污能力，且使得镜面不易被划损，极大提高了结露系统的检测精度;针对降低复杂性功效，多数专利是通过一体化设计，将多个连接件集成使露点仪拥有正常稳定工作的必要气路，使客户能便捷安装、可靠调节。通过在制冷器内设置4层制冷片，4层制冷片使得制冷器的制冷效果更好，速度更快、效率更高，另外将述管道呈折叠状，并且折叠状的管道的一段或多段穿过基座内，利用基座内的低温环境对管道内的气体进行预制冷，进一步提高制冷效果。该结构简单，操作方便，且能保证露点仪运行的稳定性。

2  结  论

本文在检索中国露点仪技术相关专利的基础上，利用专利挖掘和专利分析的方法对其进行研究，得出以下结论及建议。

中国露点仪技术发展时间较晚，在2005年以前没有一个相关专利申请。2005年至2012年因国内市场需求不断提升，开始了露点仪技术的研究，在2016年及以后国家大力推进传感器研究及生产政策的发布，露点仪技术进入了快速发展阶段，在2015年之后专利申请量年均达到35件。露点仪专利的地域分布来看，江苏省、北京和广东省为该领域的核心技术力量，其中江苏省和广东省传感器企业数量较多，专利人以企业为主，北京地区则以高校和科研单位为主，所占比例已超过50%。我国露点仪技术专利申请人中，企业所占比例最大约占69.97%，其次是科研单位约占11.46%。

依据专利申请量进行排名，前十二名的优势专利申请人中有8家企业、4家科研单位和1个个人。其中排名前两位的是国家电网公司和上海莫克电子技术有限公司，国家电网公司多为与电力科学研究院、华北电力大学及国网各地方电力公司联合申请的专利，专利内容主要是露点仪设备进行SF6气体的水含量检测的应用。上海莫克电子技术有限公司申请专利主要分为两类，一类是提高露点仪的检测精度，另一类是对采集进行清洁、去污的方法，即可有效保证检测结果的准确性，同时提高露点仪的使用寿命。排名三至五的是联合专利申请的三家公司，主要是核电站的应用及探头校准。从优势专利发明人来分析，其排名前十的基本也都包含在优势申请人中，因此可见相關专利主要技术都掌握在优势申请人手中。

从专利的法律状态来看，国内露点仪相关专利总的授权量为178件，授权率达到57.79%，绝大多数授权专利均为实用新型专利，从待审专利来看，申请日期基本都在2020年，且申请人集中在制造业企业和科研单位，证实了该领域技术较新，近几年整体研发情况较为活跃。从专利的失效数据分析，失效的专利基本都是在2017年之前，也证实了该领域近几年的发展迅速，已更新淘汰了五年之前的技术。

从专利的技术功效来进行分析，企业露点仪专利申请的重点在于便利性提高、复杂性降低、精度提高、速度提高。针对部分功效而言，其专利热点技术也较为集中，如针对提高露点仪检测精度而言，约有80%的是采用误差检测，通过补偿或修正方式进行温度目标值调整，找到汽露的相平衡点。对于提高使用便利性而言，专利应用技术集中在设置支撑组件、增加升降调节架、对露点仪套筒进行便捷式组装三个主要方面，只是具体的实施形式略有不同。对于提高检测精度和响应速度而言，奥松电子露点仪专利中首次淘汰常规的铜镀金镜面，提出采用表面平整光亮且导热效率高的硅片做镜面，可有效减少结露系统的体积，提高响应速度，避免制冷性能损耗，大幅提升了产品性能。同时镜面的外表面设有铂层或金层或铑层和疏水性材料涂层，也可提高镜面的抗污能力，且使得镜面不易被划损，避免检测精度受到不利影响，由此生产的产品性能已赶超国外同类产品，该专利是本领域的核心领先技术。

随着工业、医疗、环保、食品等行业技术的快速发展，人们对露点仪的测量精密性、稳定时间、响应速度等提出了更高的要求，高端露点仪未来市场发展前景巨大。而当前国内技术相对国外仍处于落后水平，生产的产品性能指标还需进一步提高，科研单位的理论研究成果无法实现产品化。面对这种严峻的形势，建议科研单位、高校等加强与企业的合作，促进成果的转化。同时国家大力扶持企业的生产工艺改造升级，在提升产品量产能力的基础上，能够生产出更加高性能的露点仪产品，提高产品的市场竞争力。

参考文献：

[1] 范秋凤，巩银苗，李琪.基于冷镜式原理的高精度露点温度检测系统设计 [J].仪表技术与传感器，2018（8）：36-38.

[2] 苏小勇，赵世军，高太长，等.冷镜式露点仪现状及关键技术分析 [J].大气与环境光学学报，2011，6（5）：323-328.

[3] 潘勇，曹丙庆，穆宁.有机场效应晶体管气体传感器技术检测有害气体的研究进展[J].化学分析计量，2019，28（S1）：112-119.

[4] 郭鑫.五氧化二磷电解法在线露点仪在二氧化碳生产过程中的应用 [J].科技传播，2011（7）：180-181.

[5] 聂晶，孟晓风，汪烁，等.一种敏感电路式露点测量方法 [J].北京航空航天大学学报，2013，39（2）：206-209.

[6] 崔体运，张文东，沈淘淘.进气管道加热温度对精密露点仪测量的影响 [J].中国计量，2020（10）：103-104.

[7] 邹伟.冷却镜面凝析湿度计法检测天然气水露点的不确定度评定 [J].计量学报，2019，40（S1）：150-153.

[8] 张文东，易洪，崔体运，等.精密露点仪全国量值比对及结果分析 [J].工业计量，2019，29（6）：72-75.

[9] 范秋凤，巩银苗，李琪.基于冷镜式原理的高精度露点温度检测系统设计 [J].仪表技术与传感器，2018（8）：36-38.

[10] 石良喜.露点仪热效应对湿度传感器测量准确度的影响 [J].计量与测试技术，2017，44（7）：75-76.

[11] 汪婷，王海峰，黄星亮，等.天然气水露点测量技术研究进展 [J].计量技术，2017（5）：24-27.

作者简介：陈新准（1984—），男，汉族，广东潮州人，专利助理研究员（自然科学），本科，副总经理，研究方向：测量控制技术、知识产权保护;李娜（1984—），女，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，知识产权和标准化部经理，研究方向：知识产权保护;张宾（1980—），男，汉族，河南周口人，董事长，研究方向：MEMS智能传感技术;何伟生（1985—），男，壮族，广西南宁人，本科，仪器仪表事业部经理，研究方向：测量控制与仪器仪表技术。