电信号测量领域检测对象相近时创造性评价的考量

祝丹晴蔡文亮

国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心湖北武汉

一、引言

现有技术中许多物理量的检测和测量，最终均会转化为电信号进行处理和分析。正因如此，电信号测量领域所涉及的技术内容十分广泛，而且与其他学科交叉严重，专利申请往往跨越不同的领域。

在对此类案件进行审查时，经常会遇到对比文件与本申请的检测原理或方法相同而被测对象较为相近的情形，即两者既存在“共性”也存在“个性”。比如，基于法拉第电磁感应定律的罗氏线圈测量法既可以用于雷电流的测量，又可用于气体放电电流测量，这两者实质上是依据相同测量原理的脉冲电流测量；又如电磁故障的检测方法，可以用于诊断变压器的故障，也可诊断GIS设备的故障，变压器与GIS设备均属于常用的输配电设备，但两者结构与功能存在差异。

这种情况下，如何考察相似检测对象的“个性”对创造性评判的影响是一个难点，下面本文将结合两个案例对此进行初步的探讨。

二、案例分析

【案例1】用于GIS设备的局部放电故障综合诊断方法

权利要求1：一种用于GIS设备的局部放电故障综合诊断方法，其特征在于实施步骤如下：

1）分别输入由超高频检测法、超声波检测法、SF6成分分析法三种GIS设备的局部放电故障诊断方法输出的三组诊断结果，每一组诊断结果包括尖端放电、悬浮放电、颗粒放电3种放电类型的概率值；

2）根据所述三组诊断结果构建如式（1）所示的概率矩阵；

式（1）中，M表示构建得到的概率矩阵，m11——超高频检测法输出的诊断结果中尖端放电的概率值，m12——超高频检测法输出的诊断结果中悬浮放电的概率值，m13——超高频检测法输出的诊断结果中颗粒放电的概率值；m21——超声波检测法输出的诊断结果中尖端放电的概率值，m22——超声波检测法输出的诊断结果中悬浮放电的概率值，m23——超声波检测法输出的诊断结果中颗粒放电的概率值；m31——SF6成分分析法输出的诊断结果中尖端放电的概率值，m32——SF6成分分析法输出的诊断结果中悬浮放电的概率值，m33——SF6成分分析法输出的诊断结果中颗粒放电的概率值；

3）将所述概率矩阵乘以最优权重向量得到如式（2）所示的综合诊断概率向量；

U=[M1,M2,M3]Wopt=[U1,U2,U3]T（2）

式（2）中，U表示最终计算得到的综合诊断概率向量，U1、U2、U3分别表示所述综合诊断概率向量中尖端放电、悬浮放电、颗粒放电的概率值；Wopt表示在最小二乘准则下对误差平方和求得的最优权重向量，其表达式如式（3）所示；

式（3）中，E表示预测误差信息矩阵，E的表达式为E=[(eit)m×n][(eit)m×n]T，其中eit表示第i个预测模型在时刻t的预测误差，RT的表达式为RT=(1,1,…,1)1×m；

4）找出所述综合诊断概率向量中尖端放电的概率值、悬浮放电的概率值、颗粒放电的概率值三者中的最大值，将所述最大值对应的放电类型作为局部放电故障综合诊断结果输出。

案情分析：

对比文件1公开了一种基于组合诊断模型的大型变压器故障诊断方法，属于变压器故障诊断领域。该方法采用模糊C均值聚类诊断法、BP神经网络诊断法、粗糙集理论故障诊断法和三比值法这4种诊断方法作为独立的单项诊断方法，根据各自诊断的误判率，按照诊断误差平方和最小的原则计算出各个诊断方法的最优权重，形成最优投票组合模型，再求出最大发生概率的故障类型。

可见，对比文件1利用的故障诊断的原理和方法与本申请相同，都是首先构建不同故障诊断法对应不同故障类型的概率矩阵，接着计算最优权重向量，最后由概率矩阵与最优权重的乘积计算得到各种故障类型的概率，其中概率的最大值即为组合诊断的最终结果。区别特征仅在于：权利要求1的检测对象是GIS设备，而对比文件的诊断对象是大型变压器，以及由该检测对象不同所带来的相应的单项故障诊断法和故障类型的差异。看起来诊断对象的不同决定了对比文件与本申请分属不同的技术领域，那么对比文件1是否能够用于评价权利要求1的创造性呢？

首先，考察本领域技术人员是否有动机将对比文件1中的方法用于本申请。虽然“大型变压器”与“GIS设备”确是不同的设备，但是两者均属于用作输配电的常见电气设备，且本申请与对比文件所抽象出的技术问题均是为了克服单种诊断方法各自特有的缺陷从而无法适应复杂故障情形诊断中的问题，当本领域技术人员面对GIS设备故障诊断准确性不高的技术问题时，容易从相同领域的大型变压器故障诊断的方法获得借鉴。实际上，本申请中的故障综合诊断方法是一种普适的数学模型，属于组合预测理论，该理论的核心思想是将不同方法的预测结果进行加权组合、组成一个新的组合模型，再由该模型求出最终结果，克服单个方法的偏好对最终结果产生的影响——而本申请正是将对比文件1中的组合预测理论具体地应用到GIS设备的局部放电故障诊断领域。因此对比文件1给出了启示，教导本领域技术人员运用这种普适的数学模型以解决GIS设备局部放电故障诊断准确性不高的问题。

其次，判断将对比文件1中大型变压器故障诊断方法用于GIS设备故障诊断的难度。不可否认，由于诊断对象的不同，将对比文件1中的方法用于本申请必然要经过一定的改进。那么现在需要考虑的是，这种改进对于本领域技术人员来说，是否是显而易见的？具体到本案：对比文件1采用的是模糊C均值聚类诊断法、BP神经网络诊断法、粗糙集理论故障诊断法和三比值法这4种诊断方法作为独立的单项诊断方法，每种方法的诊断结果为6种故障类型：局部放电故障、低能量放电故障、高能量放电故障、热故障（t<300℃）、热故障（300℃≤t≤700℃）、热故障（t>700℃）；本申请采用的是超高频检测法、超声波检测法、SF6成分分析法这三种单项诊断方法，每种方法的诊断结果包括尖端放电、悬浮放电、颗粒放电三种类型，与此相应的，概率矩阵、最优权重向量以及最终的组合诊断结果的表达式也有所不同，而上述超高频检测法、超声波检测法、SF6成分分析法以及各自所诊断出的放电类型均是本领域公知的。此时，可试着站在申请人的角度还原发明过程，来分析导致上述区别的原因何在。可以看出，由于诊断对象的不同，其诊断方法和故障类型必然不同，本领域技术人员在应用该诊断方法时，显然不能直接沿用对比文件1中的“模糊C均值聚类诊断法、BP神经网络诊断法、粗糙集理论故障诊断法和三比值法”用于变压器诊断的方法，很容易想到要根据实际检测对象的不同来更换相应的诊断方法和故障类型，因而所作出的改进是一种自然而然的适应性替换，也就是说，由于技术方案中并没有特定的技术手段与GIS设备的特殊性对应，可见这种改进仅仅是由检测对象的差异本身所带来的自适应变化，而不是为了实施该检测原理针对GIS设备的“个性”而进行的专门改进。

综合以上分析可以得出，由于对比文件中组合诊断方法的实施不依赖于特定的对象，使得本领域技术人员有动机跨越领域上的隔阂去借鉴该方法；同时应用到本申请的检测对象上时，并未由于这种领域上的改变而导致诊断方法的步骤发生变化，不需要克服技术上的困难，因此对比文件能够用于评价权利要求1的创造性。

【案例2】一种气体放电电流测量装置

权利要求1：一种气体放电电流测量装置，其特征在于：包括放电电极(1)、罗科夫斯基线圈组件(3)、基座(2)、回流块(6)和绝缘片(4)，所述的放电电极(1)固定在基座(2)的侧面，所述基座(2)的上端开有长条槽，回流块(6)通过固定螺钉(5)固定在长条槽上盖处，并使得基座(2)和回流块(6)构成闭合空腔(8)，所述的罗科夫斯基线圈组件(3)设置在闭合空腔(8)内，且线圈芯轴方向与长条槽的长度方向一致，所述的绝缘片(4)设置在长条槽和回流块(6)之间，并使得放电电极(1)处的电流依次通过基座(2)的表面和固定螺钉(5)后，流入回流块(6)；所述的放电电极(1)和基座(2)采用同一块材料一体化加工而得。

本申请是一种利用罗氏线圈实现气体放电电流测量的装置，属于气体激光器的气体放电电流测量领域，其为了解决测量装置抗电磁干扰能力差、导致获得的波形严重失真的技术问题，将罗氏线圈嵌入与放电电极联接的金属基座内，并用金属回流块封装，如此线圈整体封装在金属腔体内部，具有很强的抗电磁干扰能力。

对比文件1公开了一种测量任意随时间变化非常迅速的电流测量装置，用于例如高压电路断路器、整流器、避雷针一类的大功率电力设备中，属于脉冲电流测量领域。该装置包括终端连接器5和9、罗科夫斯基线圈37、第一导电元件3、第二导电元件7、间隙33，第一导电元件3和第二导电元件7之间形成容纳罗氏线圈37环形槽35，并使得电流从终端连接器5处依次通过第一导电元件3，流入第二导电元件7，最终从终端连接器9流出。对比文件1的检测原理与本申请相同，也是利用电流围绕罗氏线圈流动时在线圈两端产生感应电动势进而计算得到电流，而且大体上公开了权利要求1的结构，其区别特征主要在于：检测对象不同，本申请测量的是气体放电电流，以及权利要求1的装置包括放电电极，放电电极固定在基座的侧面。

从检测对象来看，权利要求1测量的是气体激光器中的气体放电电流，对比文件1测量的是大功率电力设备中的脉冲电流。由于气体放电电流同样具有短时间内快速变化的特点，属于脉冲电流的一种，因此二者属于相近的技术领域。从发明所要解决的技术问题来看，对比文件1也明确记载了：通过将罗氏线圈封装在第一导电元件3与第二导电元件7形成的环形槽35内，可排除外界干扰、实现电磁屏蔽。可见，从技术启示的角度来分析，本领域技术人员是有动机将对比文件1作为发明的起点来进行改进的。

那么，下一步要做的就是从区别特征入手，分析上述改进是否需要付出创造性，也就是说，需要思考造成上述区别的原因是什么，这直接决定了这种改进是一种适应性改变，还是针对“气体放电电流”的特殊性而做出的技术性改进。结合气体激光器的气体放电机理可知，气体放电电流脉冲的上升沿十分陡峭，通常为几纳秒甚至更快，因此，对相应的测量系统提出了较高的要求。本申请之所以要将放电电极固定在基座的侧面（形成“内嵌式”结构），而不是如同对比文件1中采用导线将电流通过终端连接器引入测量装置（即“外引式”结构），是因为通过导线将测量装置串入放电回路中时，会对电极和电流造成影响；普通的脉冲电流，如对比文件1中的雷电流等上升沿为微秒级，上述影响并不明显，但是一旦电流变得更为陡峭，例如本申请中的纳秒级脉冲电流，则这种影响无法忽略不计。这时，同样可以从还原发明过程的角度思考，若将对比文件1作为改进的起点，所能自然而然想到的是类似于对比文件1一样的“外引式”结构，而将放电电极固定在基座的侧面，将结构改为“内嵌式”，则是因为虑及气体放电电流的特殊性而进行的针对性改进。

综合以上分析可以看出，从对比文件1的测量装置应用于本申请这样一种检测对象时，所进行的改进考虑到了测量对象的“个性”，对比文件1对于这种技术性的改进并没有给出启示，因此本申请相对于对比文件1并不是显而易见的。

三、小结

本文对电信号测量领域的创造性评判中如何考量检测对象进行了探讨，结合两个案例分析得出，当对比文件和本申请的检测对象不同时，首先考察本领域技术人员是否有动机从对比文件获得借鉴，在对比文件给出一定启示的基础上，再判断所做出的改进是一种“自适应”的改变，还是考虑了本申请测量对象特殊性而进行的技术性改进，这时通常从区别特征入手，尝试还原发明的过程，思考做出这些改进的原因，进而判别出这些改进是否是显而易见的。

参考文献：

中华人民共和国国家知识产权局.专利审查指南[M].北京：知识产权出版社，2010