當(dāng)前,新冠肺炎疫情防控取得階段性成果,復(fù)工復(fù)產(chǎn)有序開展,科學(xué)技術(shù)的“硬核力量”無處不在,而承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集任務(wù)的主要功能部件和信息化基礎(chǔ)產(chǎn)品——傳感器更是發(fā)揮了無可替代的作用。
不用直接觸碰,紅外測溫機器人就能感知你的體溫;在患者救治過程中,應(yīng)用了氣體質(zhì)量、流量、壓力、濕度、溫度和磁敏等傳感器的呼吸機,可以監(jiān)測和控制各項指標(biāo),實現(xiàn)對病人進行輔助呼吸治療的目的;在ICU病房或者隔離區(qū),醫(yī)護人員通過傳感器設(shè)備就可以監(jiān)測重癥患者動脈血液中的氧含量高低,分析生命體征……在疫情期間,搭載傳感器專利技術(shù)的先進設(shè)備可精準(zhǔn)采集與監(jiān)測各類生理、環(huán)境等數(shù)據(jù),不僅提升了應(yīng)對疫情的信心,也溫暖了人心。
紅外傳感實現(xiàn)體溫篩查
自疫情暴發(fā)后,國內(nèi)許多科技企業(yè)根據(jù)疫情防控需求,利用自身的專利技術(shù),紛紛推出紅外測溫設(shè)備。紅外測溫最核心的部件就是利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的傳感器。廈門某傳感器生產(chǎn)企業(yè)僅一天的傳感器出貨量便達到100多萬支,然后發(fā)往其他公司裝配成紅外體溫計,在全國防疫一線得到廣泛應(yīng)用。
在自然界中,凡是溫度高于絕對零度(-273℃)的物體均會從表面向外發(fā)出電磁波輻射,其中就包含紅外輻射。紅外輻射的強度與物體的溫度有關(guān),借助專用鏡頭便能將紅外輻射信號聚集在探測器上。根據(jù)紅外輻射所生成的電信號強度的大小,可計算出輻射源的物理溫度。
據(jù)介紹,從實現(xiàn)功能來看,紅外傳感器分成五類:輻射計,用于輻射和光譜測量;搜索和跟蹤系統(tǒng),用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo),確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤;熱成像系統(tǒng),可產(chǎn)生整個目標(biāo)紅外輻射的分布圖像;紅外測距和通信系統(tǒng);以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個組合而成的混合系統(tǒng)。
面對疫情,國內(nèi)企業(yè)加快創(chuàng)新推出了諸多紅外測溫產(chǎn)品。比如獵豹移動攜手獵戶星空在“豹小秘”機器人上搭載了4個智能傳感器,可在指定區(qū)域進行大人流量模式的測溫,并對異常體溫進行報警和抓拍記錄,通過后臺反饋給工作人員;華為云聯(lián)手浙江新再靈科技股份有限公司打造健康乘梯環(huán)境,通過在電梯內(nèi)安裝紅外測溫傳感器,對乘梯人體溫進行感知,在發(fā)現(xiàn)高溫乘坐人員后立即發(fā)出警報。
獵戶星空相關(guān)負責(zé)人告訴中國知識產(chǎn)權(quán)報記者,紅外測溫機器人支持單人測溫和連續(xù)測溫兩種模式,這是將成熟的紅外測溫技術(shù)與服務(wù)機器人技術(shù)相結(jié)合的一次創(chuàng)新。截至目前,獵戶星空共提交專利申請380件,其中包含部分傳感器相關(guān)技術(shù)。
多類傳感器輔助改善呼吸
患者感染新型冠狀病毒后,可能會出現(xiàn)呼吸困難的癥狀,救治過程中,呼吸機成為重癥患者最需要的醫(yī)療設(shè)備。“持續(xù)正壓通氣的呼吸機裝置,可強迫空氣進入肺部,在整個呼吸周期內(nèi)人為施加一定程度的氣道內(nèi)正壓,增加功能殘氣量,防止肺泡萎陷,從而改善通氣和換氣功能?!币晃粯I(yè)內(nèi)人士介紹,而呼吸機應(yīng)用了大量氣體質(zhì)量、流量、壓力、濕度、溫度和磁敏等傳感器,監(jiān)測和控制各項指標(biāo),保障穩(wěn)定的電機控制系統(tǒng)運行,從而實現(xiàn)對病人進行輔助呼吸治療的目的。
呼吸機的應(yīng)用關(guān)乎重癥患者的生命健康,是各大醫(yī)療企業(yè)和醫(yī)院研發(fā)的重點領(lǐng)域。北京中科微知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)有限公司總經(jīng)理商立偉表示,呼吸機要實現(xiàn)多重檢測功能,就需要在呼吸機中設(shè)計安裝多個傳感器,實時、持續(xù)、精確地控制氣流、壓力和濕度,維持患者持續(xù)呼吸功能。例如,在呼吸機中采用空氣流量傳感器用于測量進入系統(tǒng)的氧氣的流量,以確保充足的空氣供應(yīng);而在病人呼氣期間的二氧化碳水平,可通過差壓傳感器進行測量計算;溫度與濕度傳感器用于測量和調(diào)節(jié)通氣管中空氣的溫濕度,提供舒適的暖濕氣流,避免患者因吸入干燥和過高過低溫度空氣而導(dǎo)致嗓子疼,影響呼吸與睡眠質(zhì)量。
呼吸機上述功能的實現(xiàn)離不開技術(shù)研發(fā),同時也離不開專利技術(shù)支撐。經(jīng)過專利檢索后發(fā)現(xiàn),截至目前,國內(nèi)涉及呼吸機的相關(guān)專利申請超過1.5萬件,其中排名前5位的專利申請人分別是北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司(下稱誼安醫(yī)療)、北京怡和嘉業(yè)醫(yī)療科技有限公司、湖南明康中錦醫(yī)療科技發(fā)展有限公司、皇家飛利浦電子股份有限公司、中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué),其專利申請均超過100件。以誼安醫(yī)療為例,其在該領(lǐng)域提交相關(guān)專利申請近300件,其中專利申請“一種等流量PID控制的流量傳感器校驗方法”(公開號:CN109945953A)提出了一種等流量PID控制的流量傳感器校驗方法,可改善以往呼吸機傳感器方面的不足,不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型,就能精準(zhǔn)地描繪電壓-流量曲線。
氣體傳感器護航監(jiān)測
在疫情防控中,傳感器不僅在紅外測溫、呼吸機中作用顯著,還在救護氧艙、麻醉劑、嬰兒培養(yǎng)箱、ICU病房以及住院隔離區(qū)環(huán)境監(jiān)測方面發(fā)揮了重要的支撐作用。
以救護氧艙為例,重癥患者動脈血液中的氧含量高低是醫(yī)生用于檢測和評價生命體特征的重要指標(biāo)。目前,最常用的醫(yī)用氧傳感器是電化學(xué)式,俗稱氧電池。氧氣進入傳感器后,內(nèi)部所含的鉛(Pb)逐漸被氧化成PbO2。
基于此,許多醫(yī)療機構(gòu)和傳感器研發(fā)企業(yè)就相關(guān)技術(shù)進行攻關(guān),并提交專利申請。例如,艾邁斯半導(dǎo)體提供高精度傳感器解決方案,通過提供人與技術(shù)之間的無縫接口,將感應(yīng)提升到新的水平。
鄭州煒盛電子科技有限公司(下稱煒盛科技)多年來深耕氣體傳感器領(lǐng)域,已從過去的研發(fā)生產(chǎn)單一品種發(fā)展到現(xiàn)在的包括紅外氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、平面半導(dǎo)體氣體傳感器等十二大系列,200多個品種,共可用于檢測氣體300余種,服務(wù)于全球各地的安全、環(huán)保、健康領(lǐng)域。截至目前,煒盛科技在傳感器方面的專利申請已經(jīng)超過100余件,其中“氣體傳感器芯片、傳感器及傳感器芯片制備方法”(專利號:ZL200710054450.9)是其核心專利,該發(fā)明涉及一種氣體傳感器芯片,包括片狀的陶瓷基板、電極導(dǎo)電帶、電阻加熱器以及氣敏涂料,由于其采用絲網(wǎng)印刷的方法,因而可以顯著提高該氣體傳感器的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能的一致性。
傳感器產(chǎn)業(yè)層次待提升
得益于國內(nèi)應(yīng)用需求的快速發(fā)展,我國傳感器產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展,在此次疫情防控和整個醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用中也發(fā)揮了重要作用。數(shù)據(jù)顯示,2018年我國傳感器市場規(guī)模突破2000億元。2019年,傳感器擴大應(yīng)用范圍,市場規(guī)模進一步擴大至2310億元。中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測, 2020年中國傳感器產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將進一步突破2500億元。
然而,我國傳感器在信息感知以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面還比較落后,目前存在產(chǎn)業(yè)檔次偏低、企業(yè)規(guī)模較小、技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)較弱等問題。從整個傳感器行業(yè)的專利申請來看,目前在傳感器領(lǐng)域?qū)@麢?quán)人的全球TOP排名中,專利申請數(shù)量最多的前20個專利權(quán)人中來自日本的專利權(quán)人有15個,來自韓國的有3個,德國的有2個。不過,除在本國申請專利保護外,中國和美國是這些專利權(quán)人最為重視開展專利保護的國家。
值得慶幸的是,在過去幾年中,我國一直在不斷加大對傳感器尤其是智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持力度。商立偉建議相關(guān)企業(yè)在知識產(chǎn)權(quán)工作方面,一是加大企業(yè)技術(shù)研發(fā)力度,積極申請自主的高價值知識產(chǎn)權(quán);二是與行業(yè)合作伙伴共同構(gòu)建具備有效攻防能力的專利池;三是重視知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險預(yù)警與防控,加強與專利代理機構(gòu)的溝通交流,展開專利分析評議,避免專利風(fēng)險;四是對于較大的企業(yè)來說,要在持續(xù)保持產(chǎn)學(xué)研用優(yōu)勢的同時,提高專利布局質(zhì)量,對于較小的科技企業(yè)來說,加強與專利培育機構(gòu)合作,提升自身競爭能力,為產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展夯實基礎(chǔ)。
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