光学电流传感器技术综述

光学电流传感器技术综述

姜浩

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心

摘要：本文通过采用关键词和IPC、CPC分类号相结合的方式对CNABS、SIPOABS数据库进行检索，并对检索出的专利数据进行筛选和统计。通过对光学电流传感器的专利申请趋势、申请人以及技术分类主题等进行分析，从全球核心专利申请的角度看光学电流传感器技术的发展脉络。

关键词：专利检索；光学；电流传感器

一、概述

在电力系统中，电流等参数的测量在系统维护、故障诊断等方而起着非常重要的作用。随着电力系统的快速发展，传统电流互感器（currenttransformerCT）已逐步被有着体积小、抗电磁干扰、无磁饱和、测量范围大以及非接触式测量等优点的光学电流传感器（opticalcurrentsensorOCS）所取代，其更适于高压大电流的测量，也更能够适应电力系统智能化的发展趋势。

根据测量原理的不同，光学电流传感器可以分为光电混合型电流传感器、法拉第效应电流传感器、Sagnac干涉仪电流传感器和光纤光栅电流传感器等4种类型：（1）光电混合型电流传感器（2）法拉第效应电流传感器（3）Sagnac干涉仪电流传感器（4）光纤布拉格光栅（fiberBragggrating）。

二、专利分析

1、检索范围

本文对相关内容的国内外专利进行了检索，即在中国专利文摘数据库（CNABS）和世界专利文摘库（SIPOABS）中，以IPC、CPC分类号为G01R/1、G01R15、G01R33及其下位组、以关键词“光学”、“电流传感器”“电流互感器”为检索入口，筛选从1981年1月1日以来的国内外专利申请。

2、专利申请年度分析状况

Altshuler等人通过对全球250万件专利进行整理研究的基础上，构建出一整套系统化的实用的发明问题解决理论（TRIZ），他将技术的发展进化分为四个周期：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，每个时期的专利数量、获利能力、专利等级、专利性能都符合一定的规律。

图2.1光学电流互感器世界国内申请量年代分布图

经过检索发现，全球范围内光学电流传感器相关的专利申请共计1825项，其中向中国专利局提交的国内申请为393项。由图1可以看出，国内光学电流互感器技术的发展和国外有一定差距。国外从1976年开始，就在不断持续研究该领域，每年均有一定数量的相关专利申请每年的申请量稳步增长，但增长速度较为缓慢。截止到1989年，从专利数量上分析，应当属于光学电流传感器技术发展的婴儿期。

到1990年，申请量到了一个小高峰，为57件，从1991年开始，申请量下降为33件，1999年和2001年产生了两个小高峰，其中2001年申请量达到了68件，最终到2004年降到了31件，总体来看，1990年到2004年申请数量较为平稳，因此从专利数量上可判断此时期应当属于光学电流传感器技术发展的成长期。

从2005年开始，光学电流传感器领域专利迎来了爆发式的增长，在这个阶段，专利申请量由1990年开始的40件左右，增长到了2010年的119件，这一时期，专利数量大涨是由于随着光学电流传感器研究的进一步深入，光学电流互感器的应用领域不断被推广，从单纯的应用于电力系统电流检测到应用于电解冶金、高铁轻轨等行业。而且随着研究的深入，在大电流检测领域其精确度和长期稳定性优势凸显，另一方面微小电流灵敏度也在逐渐升高，使之能够精确测量微小电流，这激起了大量企业单位去申请相关专利。

从2010年开始，光学电流传感器领域专利开始下降，虽然有过2014年小高峰，但是下降趋势明显，从最高峰值119件下降到年申请量不到50件，这一时期从申请量来看，可以定义为光学电流传感器技术进入了衰退期。

3、专利申请原创国分析状况

中国、日本、美国、欧洲、世界知识产权组织、韩国和德国是专利申请的主要原创国，上述七个国家和组织的申请量占到了全球申请总量的九成，其中，中国占全球申请总量的约三分之一，日本也占到了世界申请量的约四分之一。

4、主要专利技术领域统计分析

为了展现光学电流互感器领域整体专利技术的分布情况，本文以IPC作为分类标准进行分析，借此可以对该领域各公司技术研发重点和研发热点进行发掘。对于检索到的专利文献按照IPC分类进行整理，统计得出了出现频次前6位的IPC小类，其中为别为G01R、G02B、G02F、H01F、H02B、G01C，从图2.5中可以看出，G01R小类，也就是测量电变量、测量磁变量类别占了整个申请量的77%，其他的分布在了磁光装置、光调制装置（G02B、G02F）、适用于特殊用途或功能的变压器或者电感器（H01F）、以及陀螺仪（G01C）等类别下。

图2.2光学电流互感器专利申请领域分析（小类）

为了进一步了解技术分布，对IPC小组按照出现频次提取前10个主要的技术领域进行分析，得到图2.2中的数据。从图中可以看出，本领域主要的专利都集中在G01R15，G01R19，G01R33，即光调制装置和采用磁光设备。其次为G02B6和G02F1，即光学元件、系统或仪器和用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置。G01R31、G01F38、G01C19分别对应测量磁变量、适用于特殊用途或功能的变压器或电感器以及陀螺仪。G01D5，G01J4分别对应将传感构件的输出变换成不同变量的装置和测量光的偏振。

三、核心专利技术分析

核心专利的研究分析能够快速掌握行业研究的重点方向，能够为企业规划发展方向提供帮助。核心专利的判定方法通常有两种：一种是利用被引证的频次来判定，被引频次越高说明该专利的技术含量越高；另外一种是利用同族专利数量来判定，同族专利是申请人为了扩大技术的保护范围，就同一专利技术在不同的国家和地区产权组织重复申请，从而形成一个专利族群，同族专利数量越大说明专利技术的市场经济价值越高。

四、结论与建议

综上所述，在过去的几十年里，随着电力行业复杂程度的增高，并且各国对电力行业重视程度的增加，涉及光学电流传感器的专利技术经历了婴儿期、成长期、成熟期，申请量迅速增多，并在近几年保持稳定。光学电流互感器的热点问题也在逐渐扩散，技术手段上，正在由传统的电磁型电流传感器向光电混合型、法拉第效应型、Sagnac干涉仪型和光纤布拉格光栅扩散，并且在改变灵敏度、增加抗干扰性和减少温度等外围因素影响方面都有研究，技术手段不断丰富，效果正在不断提高。

同时，通过从专利申请人角度分析表明，光学电流传感器的国内外研究正在逐渐得到重视，但是目前的研究应用于实际中的比较少，多数还处于研究型公司和高校的一些研究，可以预见，随着未来电力行业的持续发展，以及相关性能需求的不断提升，会有更多的公司投入精力在光学电流互感器领域进行应用层面的研究，光学电流互感器领域仍具有继续优化发展的巨大潜力。

参考文献：

[1]李海涛.电流互感器饱和对差动保护的影响及解决方案[D].北京：华北电力大学，2003.