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传感器:专利来护航,防治守平安

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  当前,新冠肺炎疫情防控取得阶段性成果,复工复产有序开展,科学技术的“硬核力量”无处不在,而承担着数据采集任务的主要功能部件和信息化基础产品——传感器更是发挥了无可替代的作用。

  不用直接触碰,红外测温机器人就能感知你的体温;在患者救治过程中,应用了气体质量、流量、压力、湿度、温度和磁敏等传感器的呼吸机,可以监测和控制各项指标,实现对病人进行辅助呼吸治疗的目的;在ICU病房或者隔离区,医护人员通过传感器设备就可以监测重症患者动脉血液中的氧含量高低,分析生命体征……在疫情期间,搭载传感器专利技术的先进设备可精准采集与监测各类生理、环境等数据,不仅提升了应对疫情的信心,也温暖了人心。
  红外传感实现体温筛查
  自疫情暴发后,国内许多科技企业根据疫情防控需求,利用自身的专利技术,纷纷推出红外测温设备。红外测温最核心的部件就是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。厦门某传感器生产企业仅一天的传感器出货量便达到100多万支,然后发往其他公司装配成红外体温计,在全国防疫一线得到广泛应用。
  在自然界中,凡是温度高于绝对零度(-273℃)的物体均会从表面向外发出电磁波辐射,其中就包含红外辐射。红外辐射的强度与物体的温度有关,借助专用镜头便能将红外辐射信号聚集在探测器上。根据红外辐射所生成的电信号强度的大小,可计算出辐射源的物理温度。
  据介绍,从实现功能来看,红外传感器分成五类:辐射计,用于辐射和光谱测量;搜索和跟踪系统,用于搜索和跟踪红外目标,确定其空间位置并对它的运动进行跟踪;热成像系统,可产生整个目标红外辐射的分布图像;红外测距和通信系统;以上各类系统中的两个或者多个组合而成的混合系统。
  面对疫情,国内企业加快创新推出了诸多红外测温产品。比如猎豹移动携手猎户星空在“豹小秘”机器人上搭载了4个智能传感器,可在指定区域进行大人流量模式的测温,并对异常体温进行报警和抓拍记录,通过后台反馈给工作人员;华为云联手浙江新再灵科技股份有限公司打造健康乘梯环境,通过在电梯内安装红外测温传感器,对乘梯人体温进行感知,在发现高温乘坐人员后立即发出警报。
  猎户星空相关负责人告诉中国亚搏平台贵宾厅报记者,红外测温机器人支持单人测温和连续测温两种模式,这是将成熟的红外测温技术与服务机器人技术相结合的一次创新。截至目前,猎户星空共提交专利申请380件,其中包含部分传感器相关技术。
  多类传感器辅助改善呼吸
  患者感染新型冠状病毒后,可能会出现呼吸困难的症状,救治过程中,呼吸机成为重症患者最需要的医疗设备。“持续正压通气的呼吸机装置,可强迫空气进入肺部,在整个呼吸周期内人为施加一定程度的气道内正压,增加功能残气量,防止肺泡萎陷,从而改善通气和换气功能。”一位业内人士介绍,而呼吸机应用了大量气体质量、流量、压力、湿度、温度和磁敏等传感器,监测和控制各项指标,保障稳定的电机控制系统运行,从而实现对病人进行辅助呼吸治疗的目的。
  呼吸机的应用关乎重症患者的生命健康,是各大医疗企业和医院研发的重点领域。北京中科微亚搏平台贵宾厅服务有限公司总经理商立伟表示,呼吸机要实现多重检测功能,就需要在呼吸机中设计安装多个传感器,实时、持续、精确地控制气流、压力和湿度,维持患者持续呼吸功能。例如,在呼吸机中采用空气流量传感器用于测量进入系统的氧气的流量,以确保充足的空气供应;而在病人呼气期间的二氧化碳水平,可通过差压传感器进行测量计算;温度与湿度传感器用于测量和调节通气管中空气的温湿度,提供舒适的暖湿气流,避免患者因吸入干燥和过高过低温度空气而导致嗓子疼,影响呼吸与睡眠质量。
  呼吸机上述功能的实现离不开技术研发,同时也离不开专利技术支撑。经过专利检索后发现,截至目前,国内涉及呼吸机的相关专利申请超过1.5万件,其中排名前5位的专利申请人分别是北京谊安医疗系统股份有限公司(下称谊安医疗)、北京怡和嘉业医疗科技有限公司、湖南明康中锦医疗科技发展有限公司、皇家飞利浦电子股份有限公司、中国人民解放军第三军医大学,其专利申请均超过100件。以谊安医疗为例,其在该领域提交相关专利申请近300件,其中专利申请“一种等流量PID控制的流量传感器校验方法”(公开号:CN109945953A)提出了一种等流量PID控制的流量传感器校验方法,可改善以往呼吸机传感器方面的不足,不需要复杂的数学模型,就能精准地描绘电压-流量曲线。
  气体传感器护航监测
  在疫情防控中,传感器不仅在红外测温、呼吸机中作用显著,还在救护氧舱、麻醉剂、婴儿培养箱、ICU病房以及住院隔离区环境监测方面发挥了重要的支撑作用。
  以救护氧舱为例,重症患者动脉血液中的氧含量高低是医生用于检测和评价生命体特征的重要指标。目前,最常用的医用氧传感器是电化学式,俗称氧电池。氧气进入传感器后,内部所含的铅(Pb)逐渐被氧化成PbO2。
  基于此,许多医疗机构和传感器研发企业就相关技术进行攻关,并提交专利申请。例如,艾迈斯半导体提供高精度传感器解决方案,通过提供人与技术之间的无缝接口,将感应提升到新的水平。
  郑州炜盛电子科技有限公司(下称炜盛科技)多年来深耕气体传感器领域,已从过去的研发生产单一品种发展到现在的包括红外气体传感器、电化学气体传感器、平面半导体气体传感器等十二大系列,200多个品种,共可用于检测气体300余种,服务于全球各地的安全、环保、健康领域。截至目前,炜盛科技在传感器方面的专利申请已经超过100余件,其中“气体传感器芯片、传感器及传感器芯片制备方法”(专利号:ZL200710054450.9)是其核心专利,该发明涉及一种气体传感器芯片,包括片状的陶瓷基板、电极导电带、电阻加热器以及气敏涂料,由于其采用丝网印刷的方法,因而可以显著提高该气体传感器的生产效率和产品性能的一致性。
  传感器产业层次待提升
  得益于国内应用需求的快速发展,我国传感器产业得到快速发展,在此次疫情防控和整个医疗行业的应用中也发挥了重要作用。数据显示,2018年我国传感器市场规模突破2000亿元。2019年,传感器扩大应用范围,市场规模进一步扩大至2310亿元。中商产业研究院预测, 2020年中国传感器产业市场规模将进一步突破2500亿元。
  然而,我国传感器在信息感知以及智能化、网络化方面还比较落后,目前存在产业档次偏低、企业规模较小、技术创新基础较弱等问题。从整个传感器行业的专利申请来看,目前在传感器领域专利权人的全球TOP排名中,专利申请数量最多的前20个专利权人中来自日本的专利权人有15个,来自韩国的有3个,德国的有2个。不过,除在本国申请专利保护外,中国和美国是这些专利权人最为重视开展专利保护的国家。
  值得庆幸的是,在过去几年中,我国一直在不断加大对传感器尤其是智能传感器产业发展的支持力度。商立伟建议相关企业在亚搏平台贵宾厅工作方面,一是加大企业技术研发力度,积极申请自主的高价值亚搏平台贵宾厅;二是与行业合作伙伴共同构建具备有效攻防能力的专利池;三是重视亚搏平台贵宾厅风险预警与防控,加强与专利代理机构的沟通交流,展开专利分析评议,避免专利风险;四是对于较大的企业来说,要在持续保持产学研用优势的同时,提高专利布局质量,对于较小的科技企业来说,加强与专利培育机构合作,提升自身竞争能力,为产业升级发展夯实基础。


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