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微型热式流量传感器专利技术综述

来源:微型电脑应用 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-05-23
作者:网站采编
关键词:
摘要:1 引言 流量是工业中三大检测参数之一,早在古代,流量测量就应用于水利和农业灌溉,19世纪中叶到20世纪中叶,化工、冶金和石油工业的发展促进了流量传感器的发展,相继出现了差

1 引言

流量是工业中三大检测参数之一,早在古代,流量测量就应用于水利和农业灌溉,19世纪中叶到20世纪中叶,化工、冶金和石油工业的发展促进了流量传感器的发展,相继出现了差压式、热线式和容积式流量传感器,20世纪50至80年代,随着电子技术的进步,又相继发展出超声波、涡轮式、科里奥利和流体振动等新型流量传感器。20世纪50年代末的微电子机械系统(MEMS)设想的提出使流量传感器的发展发生重大转变:一方面,发展微型化、无干扰、集成化流量传感器是提高传统接触式流量测量精度的重要发展方向;另一方面,MEMS技术的发展更提出了如何在微小尺度下进行流量精确测量的问题。强大的市场需求和迅速的技术进步使微型流量传感器得到长足的发展[1]。

微型流量传感器根据测量原理分为:热线式(hotwire)或传热式(heat transfer)、差压式(differentialpressure)、升力式(lift force)、流体振动型(fluid oscillatory)、科里奥利(Coriolis)及仿生(bionic)微型流量传感器等。

本文主要针对微型热式流量传感器进行相关分析。

2 专利技术状况分析

根据对专利分析的统计和分析,结合非专利文献,如表1所示,对微型热式流量传感器专利技术进行技术分解。

表1 微型热式流量传感器专利技术分解表一级分类 二级分类热损失式结构 热分布式三级分类热线风速计(热线结构)热膜探头二元式(两个温敏元件)三元式(一个加热元件和两个温敏元件)热脉冲式(施加热脉冲)衬底和绝缘薄膜热敏感元件材料加热元件单晶硅多晶硅二极管多晶硅热电偶/热电堆金属薄膜电阻多晶硅掺杂

针对去噪后的专利数据样本,结合数据库中申请日、申请人、公司代码、摘要、权利要求、被引证次数和同族情况等信息,对微型热式流量传感器的专利申请量、申请区域、重要专利和技术分支发展演进情况等进行了重点分析。

2.1 申请量年度分布分析

微型热式流量传感器专利申请的年度分布如图1所示。

由图中可以看出,全球范围内有关微型热式流量传感器的专利申请始于20世纪80年代,由于微加工和微电子工艺技术还未完全成熟,微型热式流量传感器处于探索阶段,专利申请量较少;进入20世纪90年代后,由于微加工工艺和微电子工艺的逐步成熟,微型热式流量传感器的结构、材料和工艺等方面均有相关研究和改进[2-3],这一时期有关微型热式流量传感器的申请量开始逐渐上升,并在随后的十年期间进入相对稳定的发展阶段,其中1993、1996年由于金融危机的爆发,日本、美国等发达工业国家的汽车行业受到影响,因此微型热式流量传感器的申请量有所下降。进入21世纪以来,这一阶段的专利申请量保持在年均30件以上,之后,随着微型热式流量传感器技术趋于成熟,全球申请量开始回落。

我国对基于MEMS技术的微型热式流量传感器的研究较国外晚十多年,但研究的起点较高。1995年清华大学邓岳等人[4]研究出半导体微型流速/流量传感器,此后对于微型热式流量传感器的研究开始增加,国内专利申请量也随之逐渐增加,并在21世纪之后进入快速发展阶段,其中由于1997、2008年金融危机的影响有所下降。近十年来则随着微型热式流量传感器技术开始趋于成熟与稳定,国内专利申请量趋于回落。

2.2 专利申请区域分布分析

为了比较各国在微型热式流量传感器技术领域的研发能力与水平,对专利申请所在国家和地区产权组织分布进行统计,如图2所示,可以看出,日本、美国、德国和中国申请量较高,共同占据了所有专利申请的86%,其中日本占37%,美国占21%,德国占16%,中国占12%。这主要是因为日本、美国、德国和中国均属于汽车制造大国,而热式流量传感器的最广泛的应用之一即为内燃机进气流量的测量,对于微型热式流量传感器的需求较高,因此这些国家也成为微型热式流量传感器最主要的技术市场。

图2 申请量区域分布

图3 为专利申请原创国和地区/目标国和地区,由图中可以看出,在原创国和地区中,日本专利申请量居于首位,美国技术产出比重仅次于日本,居于第二位,其次是德国和中国,分别位居第三位和第四位。以上排名基本体现了目前国际上微型热式流量传感器在各个国家的技术能力。根据专利申请的公开号进行分析,全球专利申请的主要目的地是美、日、中、德、欧、韩,如图3所示。

文章来源:《微型电脑应用》 网址: http://www.wxdnyyzz.cn/qikandaodu/2021/0523/605.html



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