发明创造名称：一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统
外观设计名称：
决定号：200293
决定日：2020-01-13
委内编号：1F268690
优先权日：
申请（专利）号：201710499026.9
申请日：2017-06-27
复审请求人：山东星盾安防科技有限公司 山东大学 中国科学院武汉岩土力学研究所
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：吴艳苹
合议组组长：王艳妮
参审员：冉小燕
国际分类号：G01L1/24
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果权利要求请求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，而该区别技术特征是在其他对比文件的基础上结合本领域的公知常识所容易想到的，则该权利要求所要求保护的技术方案对于本领域技术人员来说是显而易见的，该权利要求不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201710499026.9，名称为“一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为山东星盾安防科技有限公司、山东大学、中国科学院武汉岩土力学研究所。本申请的申请日为2017年06月27日，公开日为2017年11月28日。
经实质审查，国家知识产权局专利实质审查部门于2018年09月21日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-10不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为：申请日2017年06月27日提交的说明书第1-16页、说明书附图第1-5页、说明书摘要和摘要附图；2018年05月09日提交的权利要求第1-10项。驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件1：CN104280167A，公开日为2015年01月14日；
对比文件2：“深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例”，白金朋 等，岩石力学与工程学报，第32卷第5期，第902-908页，公开日为2013年05月31日；
对比文件3：“微型FBG土压力传感器的优化设计及其模型试验应用研究”，王正方 等，工程地质学报，第6期，第1085-1092页，公开日为2015年12月31日。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于，包括：
壳体，呈筒体结构，所述壳体为内外双层结构，内层和外层材料的弹性模量为8-15GPa、抗拉强度不小于60MPa；
至少六个方向互不相同的光纤光栅，其布设在所述壳体的内层和外层之间，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm；
所述壳体的直径为36mm；所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅。
2. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述壳体材料采用有机玻璃。
3. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述光纤光栅沿同一圆周分为三组等间距布设，每组所述光栅传感器至少设有三个，分别沿周向、轴向、以及与轴向间隔45°的方向布设。
4. 根据权利要求1-3任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述光纤光栅为同一种基体材料。
5. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述壳体的内部具有用以容纳胶体粘结剂的壳体储胶腔，所述胶体粘结剂用以实现所述壳体外侧与钻孔孔壁的粘结。
6. 根据权利要求5所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述胶体粘结剂的初凝时间为30-45分钟，终凝时间为15-17小时，弹性模量为9-12GPa，抗拉强度不小于60MPa。
7. 根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：在所述壳体的前端开口处设有塞体结构，所述塞体结构通过临时固定件与所述壳体固定连接，当所述壳体和所述塞体结构之间的受力强度大于所述临时固定件的强度时，所述临时固定件失效，所述塞体结构的至少部分塞体可被容纳于所述壳体内，所述塞体结构与所述壳体之间具有可将所述胶体粘结剂挤压至所述壳体的外侧与孔壁之间的出胶通道。
8. 根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述壳体储胶腔的后端设有一独立光栅传感器，当塞体到达壳体储胶腔底部，所述独立光栅传感器挤断，该通道传输数据缺失。
9. 根据权利要求1-8任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；
所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；
所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。
10. 根据权利要求14所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅传感器，所述温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的参数一致，所述终端设备与所述温度补偿光栅传感器连接。”
驳回决定中具体指出：①权利要求1相对于对比文件1的区别在于：（1）内层和外层材料的弹性模量为8-15GPa，抗拉强度不小于60MPa，壳体直径为36mm；（2）包括至少六个方向互不相同的光纤光栅；（3）光纤光栅的栅区长度为2-4mm，光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅。然而，对于上述区别（1），其是在对比文件1公开内容基础上的常规选择；对于上述区别（2），对比文件2公开了相同方式布置的应变片，起到了相同的作用，本领域技术人员有动机将对比文件1与对比文件2相结合；对于上述区别（3），对比文件3公开了具有相同栅区长度的光纤光栅，且作用相同，本领域技术人员有动机将对比文件1与对比文件3相结合。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。②从属权利要求2-10的附加技术特征或被对比文件1-2公开，或属于本领域的常用技术手段。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，从属权利要求2-10也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年12月14日向国家知识产权局提出了复审请求，同时提交了复审证据和权利要求书全文修改替换页。修改之处在于：将权利要求1中的技术特征“弹性模量为8-15GPa”修改为“弹性模量为10GPa”；将权利要求2的附加技术特征“所述壳体材料采用有机玻璃”修改为“所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅，所述壳体材料采用有机玻璃”；将权利要求10修改为引用权利要求9。复审请求人认为：①对于区别特征A：内层和外层材料的弹性模量为10GPa，抗拉强度不小于60MPa，其实际要解决的技术问题为：目前的三维岩石应力测试传感器仅能实现一到两天的短期测量，当进行长期测量时测量数据会出现严重偏差，无法得到准确的测量结果，无法实现地应力的长期测量。对比文件1公开的岩体工程单孔多点光纤光栅空心包体三维应力测试装置，同样存在无法解决长期测量数据会出现严重偏差，无法得到准确的测量结果的技术问题，对比文件1中也并未给出通过调整壳体弹性模量就能解决该技术问题的技术启示。而本申请找到了影响光纤光栅监测装置长期测量结果准确性的关键因素为壳体的弹性模量，并且针对某个参数进行选择的过程也是具备创造性的，从本申请附图15可以看出，本申请采用的壳体材料为德国polytec TC 451型环氧树脂，其弹性模量为10GPa，抗拉强度60MPa，泊松比0.19，在20MPa应力水平下，在应力不变的情况下，应变几乎不变，说明该材料具有较好的长期稳定性。②对于区别特征B：光纤光栅的栅区长度为2-4mm，所述壳体的直径为36mm，光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅，其实际要解决的技术问题是：扰动应力的三维测量技术仅处于实验室水平的探索阶段，不能满足工业化生产的要求。对比文件1中光栅采用的是缠绕的方式，光栅栅区长度是8mm，并未公开上述区别。对比文件3公开了一种微型FBG土压力传感器，其只能测垂直膜面1个方向的压力，且测量范围在1MPa以内。由于土压力传感器采用上述原理，其结构的特点与对比文件1中的岩体工程单孔多点光纤光栅空心包体三维应力测试装置具有显著的不同，其采用的光栅栅区的长度也是为了适应其自身结构的方便而采用的，并没有公开采用2mm的光栅栅区长度能够起到怎样的技术效果，更没有公开光栅栅区长度在2mm时可以减少啁啾现象，并且可以提高光纤光栅的成活率。因此，对比文件3与本申请的监测装置的工作过程和原理完全不同，并且实现的技术效果也不同，对比文件3没有给出使用上述区别特征来解决提高监测装置成活率和工业化生产的技术启示。③复审证据证明本申请具有突出贡献。综上所述，权利要求1-10具备创造性。修改后的权利要求书如下：
“1. 一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于，包括：
壳体，呈筒体结构，所述壳体为内外双层结构，内层和外层材料的弹性模量为10GPa、抗拉强度不小于60MPa；
至少六个方向互不相同的光纤光栅，其布设在所述壳体的内层和外层之间，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm；
所述壳体的直径为36mm；所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅。
2. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅，所述壳体材料采用有机玻璃。
3. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述光纤光栅沿同一圆周分为三组等间距布设，每组所述光栅传感器至少设有三个，分别沿周向、轴向、以及与轴向间隔45°的方向布设。
4. 根据权利要求1-3任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述光纤光栅为同一种基体材料。
5. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述壳体的内部具有用以容纳胶体粘结剂的壳体储胶腔，所述胶体粘结剂用以实现所述壳体外侧与钻孔孔壁的粘结。
6. 根据权利要求5所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述胶体粘结剂的初凝时间为30-45分钟，终凝时间为15-17小时，弹性模量为9-12GPa，抗拉强度不小于60MPa。
7. 根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：在所述壳体的前端开口处设有塞体结构，所述塞体结构通过临时固定件与所述壳体固定连接，当所述壳体和所述塞体结构之间的受力强度大于所述临时固定件的强度时，所述临时固定件失效，所述塞体结构的至少部分塞体可被容纳于所述壳体内，所述塞体结构与所述壳体之间具有可将所述胶体粘结剂挤压至所述壳体的外侧与孔壁之间 的出胶通道。
8. 根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测装置，其特征在于：所述壳体储胶腔的后端设有一独立光栅传感器，当塞体到达壳体储胶腔底部，所述独立光栅传感器挤断，该通道传输数据缺失。
9. 根据权利要求1-8任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；
所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；
所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。
10. 根据权利要求9所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅传感器，所述温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的参数一致，所述终端设备与所述温度补偿光栅传感器连接。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年01月10日依法受理了该复审请求，并将其转送至原专利实质审查部门进行前置审查。
原专利实质审查部门在前置审查意见书中坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年08月23日向复审请求人发出复审通知书，指出：①权利要求1相对于对比文件1的区别在于：（1）内层和外层材料的弹性模量为10GPa，抗拉强度不小于60MPa，壳体直径为36mm；（2）包括至少六个方向互不相同的光纤光栅；（3）光纤光栅的栅区长度为2-4mm，光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅。然而，对于上述区别（1），其是在对比文件1公开内容基础上结合本领域的公知常识，在已知产品的合理范围内通过有限的试验容易获得的；对于上述区别（2），其是在对比文件2公开内容的启示下容易想到的；对于上述区别（3），其部分特征是基于本领域的公知常识，在对比文件3公开内容的启示下容易想到的，部分特征为本领域的常规设置。并在评述中引入如下公知常识性证据：公知常识1（“农用塑料制品与加工”，于红军 等，科学技术文献出版社，第12-18页，2003年03月）和公知常识2（“机械工程材料”，赵亚忠 等，西安电子科技大学出版社，第7-8页，2016年09月），用于说明在选择聚合物等工程材料时，为了保证各种材料安全合理地使用，在投入使用前，本领域技术人员都会对材料的力学特性进行试验，合理选择相应特性的材料以满足使用要求；公知常识3（“光纤布拉格光栅加速度传感技术”，刘钦朋，国防工业出版社，第30-34、54-55页，2015年08月），用于说明光纤光栅啁啾与FBG长度具有相关关系，光纤光栅越短越不容易啁啾。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。②从属权利要求2-10的附加技术特征或被对比文件1-2公开，或属于本领域的常用技术手段。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，从属权利要求2-10也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。 ③合议组对复审请求人的意见陈述和复审证据进行了针对性回应。
针对上述复审通知书，复审请求人于2019年09月20日提交了意见陈述书，同时提交了权利要求书的全文修改替换页，修改之处在于：删除独立权利要求1，将权利要求9引用权利要求1的部分作为新的独立权利要求1，将从属权利要求2-8的主题名称修改为“……一种围岩三维扰动应力场的监测系统”，将从属权利要求10修改成分别引用权利要求7、8的从属权利要求9、10，并适应性修改权利要求的序号和引用关系。修改后的权利要求书如下：
“1. 一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：
包括围岩三维扰动应力场的监测装置，所述监测装置包括：
壳体，呈筒体结构，所述壳体为内外双层结构，内层和外层材料的弹性模量为10GPa、抗拉强度不小于60MPa；
至少六个方向互不相同的光纤光栅，其布设在所述壳体的内层和外层之间，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm；
所述壳体的直径为36mm；所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅；
所述围岩三维扰动应力场的监测系统还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；
所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；
所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。
2. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅，所述壳体材料采用有机玻璃。
3. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述光纤光栅沿同一圆周分为三组等间距布设，每组所述光栅传感器至少设有三个，分别沿周向、轴向、以及与轴向间隔45°的方向布设。
4. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述光纤光栅为同一种基体材料。
5. 根据权利要求1所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述壳体的内部具有用以容纳胶体粘结剂的壳体储胶腔，所述胶体粘结剂用以实现所述壳体外侧与钻孔孔壁的粘结。
6. 根据权利要求5所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述胶体粘结剂的初凝时间为30-45分钟，终凝时间为15-17小时，弹性模量为9-12GPa，抗拉强度不小于60MPa。
7. 根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：在所述壳体的前端开口处设有塞体结构，所述塞体结构通过临时固定件与所述壳体固定连接，当所述壳体和所述塞体结构之间的受力强度大于所述临时固定件的强度时，所述临时固定件失效，所述塞体结构的至少部分塞体可被容纳于所述壳体内，所述塞体结构与所述壳体之间 具有可将所述胶体粘结剂挤压至所述壳体的外侧与孔壁之间的出胶通道。
8. 根据权利要求1-6任一所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述壳体储胶腔的后端设有一独立光栅传感器，当塞体到达壳体储胶腔底部，所述独立光栅传感器挤断，该通道传输数据缺失。
9. 根据权利要求7所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅传感器，所述温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的参数一致，所述终端设备与所述温度补偿光栅传感器连接。
10. 根据权利要求8所述的一种围岩三维扰动应力场的监测系统，其特征在于：所述监测装置上还设有可自由伸缩的温度补偿光栅传感器，所述温度补偿光栅传感器的参数与所述光栅传感器的参数一致，所述终端设备与所述温度补偿光栅传感器连接。”
复审请求人认为：相对于对比文件1，本申请权利要求1至少存在下述区别技术特征：A.壳体为内外双层结构，内层和外层材料的弹性模量为10GPa；监测系统还包括终端设备，所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据。对于区别技术特征A，其解决的技术问题为：目前的三维岩石应力测试传感器仅能实现一到两天的短期测量，当进行长期测量时测量数据会出现严重偏差，无法得到准确的测量结果，无法实现地应力的长期测量。首先，由对比文件1背景技术部分的记载可知，由于高强度金属材料或混凝土的弹性模量较高，导致光纤光栅的变形对岩体应变响应的灵敏度较低。为了解决上述问题，对比文件1采用的技术手段是，采用弹性模量较低的环氧树脂作为空心包体。值得注意的是，对比文件1的申请日是2014年10月13日，在2014年10月13日之前，环氧树脂的弹性模量均在1GPa左右；并且，由于空心包体承力越大，空心包体吸收的变性能越多，导致光纤光栅对岩体应变响应的灵敏度越低，本领域技术人员在针对对比文件1进行改进时，不会将空心包体视为承力的零件，而公知常识1和公知常识2均是针对承力零件的描述，因此本领域技术人员不会按照公知常识1和公知常识2所记载的方案对空心包体的弹性模量进行改进。其次，对比文件2采用的是套芯解除应力测量的方法，该方法的目的是利用钻孔确定围岩中的原位应力，即测量岩体中岩样在作用于其上的应力解除过程中的应变，通过岩石弹性属性利用所测得的应变计算出原岩应力。通过空心包体地应力测量仪的测量原理可以看出，一方面，空心包体的弹性模量应当尽量的小，因此采用环氧树脂；另一方面，其测量的是原岩应力，而不是扰动应力，并且测量原岩应力的方法是利用岩样应力解除过程中所发生的应变，结合岩石的弹性模量（测量应变×岩石弹性模量），得到原岩应力，对比文件2与权利要求中所要解决的技术问题及所起的作用并不相同。此外，区别技术特征A是作为一个整体的设计，而不应该割裂的来看。由于本申请采用的“利用光纤光栅测得的位移、结合传感器赋存体的弹性模量和泊松比计算得到的应力值作为围岩应力值（根据作用力与反作用力原理可知），而测得的也是围岩的扰动应力值”这一技术原理，即使壳体的弹性模量较高，使壳体吸收了一部分变形能，从而使光纤光栅测量的位移值与围岩的真实变形有差异，但由于光纤光栅测量的位移值与光纤光栅赋存体的弹性模量结合，计算得到的是围岩对光纤光栅赋存体所施加的力，再根据作用力与反作用力可知，该力即为准确的围岩的扰动应力，从而有效避免了壳体弹性模量的提高会导致灵敏度低的难题，可以提高壳体的弹性模量，使壳体成为可以承受力的零件而对内部起到一定的保护作用，从而可以实现地应力的长期测量。综上可知，对比文件1和对比文件2均给出了空心包体的弹性模量要小的这一反向教导，因此本领域技术人员没有将对比文件1、对比文件2和公知常识相结合的动机；对比文件1和/或对比文件2及其结合也没有给出区别技术特征A的技术启示，因此区别技术特征A是非显而易见的，具有突出的实质性特点。故权利要求1-10具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
（一）关于审查文本
复审请求人于2019年09月20日答复复审通知书时提交了权利要求书的全文修改替换页，经审查，上述修改符合专利法第33条的规定。本复审请求审查决定针对的文本是：申请日2017年06月27日提交的说明书第1-16页、说明书附图第1-5页、说明书摘要和摘要附图；2019年09月20日提交的权利要求第1-10项。
（二）关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果权利要求请求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，而该区别技术特征是在其他对比文件的基础上结合本领域的公知常识所容易想到的，则该权利要求所要求保护的技术方案对于本领域技术人员来说是显而易见的，该权利要求不具备创造性。
具体到本案：
1.权利要求1要求保护一种围岩三维扰动应力场的监测系统，对比文件1公开了一种岩体工程单孔多点光纤光栅空心包体三维应力测试装置，并具体公开了以下技术特征（参见权利要求1、说明书第[0005]，[0022]-[0041]段、附图1-9）：该测试装置用于地下隧洞和边坡岩体（即围岩）开挖和运行过程的三维扰动应力测试，包括两个以上单元光纤光栅圆柱空心包体应力计1（相当于测试装置）、波长解调仪5和计算机6（相当于终端设备），单元光纤光栅圆柱空心包体应力计1包括环氧树脂空心包体9（相当于内层），环氧树脂空心包体9外表面开有轴向凹槽、径向凹槽、顺时针螺旋凹槽和逆时针螺旋凹槽，光纤4缠绕固定在上述凹槽内，光纤4在上述凹槽的交叉点A、B、C分别刻有轴向光栅18、径向光栅19和斜向光栅20，环氧树脂空心包体9外表面设有环氧树脂保护层（相当于外层，参见说明书第[0022]段），光纤4的引出线分别接入波长解调仪5，波长解调仪5与计算机6通过信号线连接，计算机6用于读取各应力计1的数据，从而实现对三维扰动应力的测试，上述光栅必然通过波长解调仪5与计算机6连接，计算机6根据上述光栅的波长信号得到上述光栅对应测点处的应变数据，并将所述应变数据转换为地下隧洞和边坡岩体开挖和运行过程的三维扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。
权利要求1要求保护的技术方案与对比文件1公开的内容相比，区别在于：（1）内层和外层材料的弹性模量为10GPa，抗拉强度不小于60MPa，壳体直径为36mm；所述监测系统还包括与终端设备连接的定向仪，终端设备根据定向仪获得光纤光栅的方位信息；终端设备根据光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据；（2）包括至少六个方向互不相同的光纤光栅；（3）光纤光栅的栅区长度为2-4mm，光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅。基于上述区别可以确定该权利要求实际要解决的技术问题是：根据实际需要，设置具体壳体特性参数、尺寸，光栅布置方式、类型和栅区长度，以及监测系统功能部件和扰动应力数据获取方法，从而实现对围岩三维扰动应力的长期准确监测，以及避免啁啾现象的发生，提高光纤光栅的成活率。
对于区别特征（1），对比文件2还公开了（参见第4.3节）：根据应力解除曲线获得应变值、岩芯的弹性模量和泊松比得到地应力状态，且上述技术特征在对比文件2中所起的作用与其在该权利要求中为解决其技术问题所起的作用相同，都是用于获取待测应力值，即对比文件2给出了将上述技术特征用于对比文件1中以解决其技术问题的启示。进而，在对比文件1的基础上结合对比文件2的技术内容时，考虑光纤光栅不是直接粘接在孔壁上的，光纤光栅赋存环境会对测试产生一定影响，为了提高围岩三维扰动应力测量的准确性，设置所述监测系统还包括与终端设备连接的定向仪，并根据光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比，以及通过定向仪得到的光纤光栅的方位信息，将应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态是容易想到的，且定向仪为本领域常用的光纤光栅方位测量仪器。进一步地，对比文件1公开了空心包体9及其外表面的保护层均采用环氧树脂材料；对本领域技术人员而言，聚合物等工程材料使用时，不可避免地受到各种应力的作用，其力学性质常用强度、模量、硬度等指标度量，为了保证各种材料安全合理地使用，本领域技术人员在投入使用前，都会对材料的力学特性进行试验，从而合理选择相应特性的材料以满足使用要求，例如公知常识1（“农用塑料制品与加工”，于红军 等，科学技术文献出版社，第12-18页，2003年03月）中记载了：塑料基体的拉伸强度范围10-100MPa，杨氏模量范围1.5-10GPa；弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小，模量越大，材料越不容易变形，刚性越强，硬度越大；在一定条件下，材料所能承受的最大应力称为强度，当材料实际承受的外力大于其强度允许值时，材料的形变很快达到一个极限值，而后便发生破坏，因此高聚物材料在投入使用前，应首先测知强度的大小，以便安全合理地使用。公知常识2（“机械工程材料”，赵亚忠 等，西安电子科技大学出版社，第7-8页，2016年09月）中记载了：弹性模量越大，材料越不容易产生弹性变形；相同负荷的情况下，弹性模量高的材料产生的弹性变形量比较小，因此，弹性模量低的材料不适宜制作承力的零件；材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，零件工作应力一旦超过其抗拉强度，就会使零件断裂，因此抗拉强度是设计零件和选材的重要依据。考虑测试装置测量时，围岩发生变形会导致设有光纤光栅的壳体也发生变形，围岩的变形等于壳体的变形，而壳体发生的变形又等于光纤光栅检测到的变形，故为了能够对围岩三维扰动应力进行长期准确监测，本领域技术人员有动机对壳体材料特性进行测试和选择；进而，由于材料弹性模量越大，其越不容易变形，刚性越强，硬度越大，同时，为了使壳体材料具有较好的长期稳定性，避免流变，本领域技术人员能够在保障安全合理使用的条件下，在已知产品的合理范围内，通过有限的试验选择弹性模量和抗拉强度较大的材料，例如采用弹性模量为10GPa，抗拉强度不小于60MPa的材料作为壳体内层和外层的材料，上述材料选择所带来的技术效果也是本领域技术人员能够合理预期的；至于壳体的直径，则是本领域技术人员可以根据需要例如钻孔的大小进行选择的，例如本领域常用CSIR三轴孔壁应变计，其环氧树脂圆筒外径为36.5mm。
对于区别特征（2），对比文件2公开了一种深孔空心包体法地应力测量仪，并具体公开了以下技术特征（参见第902-908页）：空心包体探头由环氧树脂筒组成，环氧树脂筒上贴有3组应变片，沿圆周相隔120°排列，每个应变花包含4个应变片，相邻2个应变片互成45°；共12个应变片，每组应变片分别记录钻孔周向、轴向和与钻孔轴线成±45°方向的正应变，且上述技术特征在对比文件2中所起的作用与其在该权利要求中为解决其技术问题所起的作用相同，都是用于实现多个分量的测量，即对比文件2给出了将上述技术特征用于对比文件1中以解决其技术问题的启示，在对比文件2的启示下，本领域技术人员有动机结合对比文件2的技术内容对对比文件1中光纤光栅的布置方式进行改进。
对于区别特征（3），本领域技术人员公知，基底材料结构的敏感区域的应变分布不均匀，极易导致FBG的啁啾，使FBG的反射谱形变发生变化，导致布拉格波长检测失真，而光纤光栅啁啾与FBG长度具有相关关系，例如公知常识3（“光纤布拉格光栅加速度传感技术”，刘钦朋，国防工业出版社，第30-34、54-55页，2015年08月）中分别记载了光纤光栅啁啾谱的带宽、啁啾系数与光栅长度的关系，以及FBG啁啾谱的发射强度与啁啾系数和FBG长度的关系，并通过分析得出结论：光纤光栅越短越不容易啁啾，这对FBG传感器件的封装设计具有重要的意义。由此可见，为了避免光纤光栅出现啁啾现象，本领域技术人员有动机选择具有短长度栅区的光纤光栅作为应变检测的光纤光栅；进而，对比文件3公开一种微型FBG土压力传感器，并具体公开了以下技术特征（参见第1085-1092页）：该土压力传感器用于监测围岩应力的释放规律，其承压面采用不锈钢金属圆膜片，敏感元件采用短栅距光纤布拉格光栅，栅区长度2mm，且上述技术特征在对比文件3中所起的作用与其在该权利要求中为解决其技术问题所起的作用相同，都是具体设置应用于围岩应力测量的短栅距光纤光栅长度，即对比文件3给出了将上述技术特征用于对比文件1中以解决其技术问题的启示，在对比文件3的启示下，本领域技术人员有动机选择同样用于围岩应力测量的具有2mm栅区长度的短栅距FBG光纤光栅进行测试，并能够在合理范围内，通过有限的试验获得栅区长度的具体范围；而抗弯光纤Bragg光栅为本领域常用的光纤光栅。
由此可见，在对比文件1的基础上结合对比文件2和3以及本领域的公知常识以得到权利要求1要求保护的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的，权利要求1要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，因此，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.权利要求2引用权利要求1，而采用有机玻璃材料的壳体，是本领域技术人员在对比文件1公开的环氧树脂材料的基础上容易想到的；抗弯光纤Bragg光栅为本领域常用的光纤光栅。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，该权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3.权利要求3引用权利要求1，其附加技术特征已被对比文件2公开（参见同上）。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，该权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
4.权利要求4引用权利要求1，而设置温度补偿光栅是本领域为了消除环境温度影响的常用技术手段；进而，为了有效解决应变-温度交叉敏感问题，剔除由温度扰动引起的应变测量误差，本领域技术人员能够根据实际需要，对其布置形式和基体材料进行具体设置。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，该权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
5.权利要求5引用权利要求1，对比文件2还公开了（参见同上）：壳体内部具有用以容纳黏胶剂的储胶腔，测量仪在探头进入小孔后，冲断储胶腔体下部的固定销丝，挤出储胶腔内的黏胶剂到探头与小孔孔壁之间，约24h后黏胶剂固化（即胶体粘结剂用以实现壳体外侧与钻孔孔壁的粘结）。且上述技术特征在对比文件2中所起的作用与其在该权利要求中为解决其技术问题所起的作用相同，都是具体设置测试装置结构和安装方式，即对比文件2给出了将上述技术特征用于对比文件1中以解决其技术问题的启示。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，该权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22第3款规定的创造性。
6.权利要求6引用权利要求5，而本领域技术人员为了实现长期准确监测，能够对现有胶体粘结剂产品进行合理选择。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，该权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22第3款规定的创造性。
7.权利要求7引用权利要求1-6任一项，对比文件2还公开了（参见同上）：测量仪包括前端开口处的柱塞4和胶体通道（相当于出胶通道），壳体内部具有用以容纳黏胶剂的储胶腔，测量仪在探头进入小孔后，冲断储胶腔体下部的固定销丝（即塞体结构通过临时固定件与壳体固定连接，当壳体和塞体结构之间的受力强度大于临时固定件的强度时，临时固定件失效，塞体结构的至少部分塞体可被容纳于壳体内），挤出储胶腔内的黏胶剂到探头与小孔孔壁之间，约24h后黏胶剂固化。且上述技术特征在对比文件2中所起的作用与其在该权利要求中为解决其技术问题所起的作用相同，都是具体设置测试装置结构和安装方式，即对比文件2给出了将上述技术特征用于对比文件1中以解决其技术问题的启示。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，该权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22第3款规定的创造性。
8.权利要求8引用权利要求1-6任一项，而在对比文件1的基础上结合对比文件2的技术内容时，在储胶腔底部设置用于判断胶体粘结剂是否全部挤出的传感器对本领域技术人员来说是容易想到的，且该传感器的具体类型和连接关系的设置也为本领域的常规设置。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，该权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22第3款规定的创造性。
9.权利要求9引用权利要求7，权利要求10引用权利要求8，而设置温度补偿光栅是本领域为了消除环境温度影响的常用技术手段；进而，本领域技术人员能够根据实际需要，对其布设方式和连接关系进行具体设置。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，上述权利要求所要求保护的技术方案也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
（三）、关于复审请求人的意见陈述
对于复审请求人的意见陈述，合议组认为：首先，参见前述评述，对比文件1公开了：单元光纤光栅圆柱空心包体应力计1包括环氧树脂空心包体9（相当于内层）及其外表面设置的环氧树脂保护层（相当于外层），光纤4的引出线分别接入波长解调仪5，波长解调仪5与计算机6通过信号线连接，计算机6用于读取各应力计1的数据，从而实现对三维扰动应力的测试，必然上述光栅通过波长解调仪5与计算机6连接，计算机6根据上述光栅的波长信号得到上述光栅对应测点处的应变数据，并将所述应变数据转换为地下隧洞和边坡岩体开挖和运行过程的三维扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。即对比文件1公开了壳体为内外双层结构，监测系统还包括终端设备，所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据。权利要求1与对比文件1相比的区别技术特征参见前述区别（1）-（3）。其次，对于区别特征（1），对比文件2公开了（参见第4.3节）：根据应力解除曲线获得应变值、岩芯的弹性模量和泊松比得到地应力状态，且上述技术特征在对比文件2中所起的作用与其在该权利要求中为解决其技术问题所起的作用相同，都是用于获取待测应力值。进而，在对比文件1的基础上结合对比文件2的技术内容时，考虑光纤光栅不是直接粘接在孔壁上的，光纤光栅赋存环境会对测试产生一定影响，为了提高围岩三维扰动应力测量的准确性，设置所述监测系统还包括与终端设备连接的定向仪，并根据光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比，以及通过定向仪得到的光纤光栅的方位信息，将应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态是容易想到的，且对于本领域技术人员而言，考虑光纤光栅赋存环境的影响，对应力测试数据进行修正为本领域的公知常识，例如公知常识4（“岩石力学”，吴德伦 等，重庆大学出版社，第137-138页，2002年8月）中记载了：考虑到在空心包体应变计中，应变片不是直接粘贴在孔壁上面而是与孔壁有1.5mm左右的距离，因此需要在轴向应变，轴向应变和剪切应变计算中增加4个修正系数如下：；；，Duncan Fama和Pender给出了这4个系数的计算公式，进而通过修正后的应变值获得地应力值。上述修正公式与本申请说明书中记载的引入岩石物理力学性质、应力计自身及钻孔半径等因素影响的修正系数K，获得的修正后的计算公式一致。基于上述公知常识，本领域技术人员有动机并能够根据实际测量结构获得具体的修正系数以对应变值进行修正，从而根据光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比等，将应变数据转换为围岩的扰动应力数据。进一步地，对比文件1公开了空心包体9及其外表面的保护层均采用环氧树脂材料；对本领域公知的是，聚合物等工程材料使用时，不可避免地受到各种应力的作用，其力学性质常用强度、模量、硬度等指标度量，为了保证各种材料安全合理地使用，本领域技术人员在投入使用前，通常会对材料的力学特性进行试验，从而合理选择相应特性的材料以满足使用要求，例如公知常识1、2中均记载了在工程材料应用时需要考虑材料的弹性模量、抗拉强度等力学特性参数，且材料弹性模量越大，材料越不容易变形，刚性越强，硬度越大的特性；进而，在考虑光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比计算得到应力值，以提高围岩三维扰动应力值监测的准确性的情形下，为了同时实现应变计的长期稳定使用，防止流变，本领域技术人员能够在已知产品合理范围内选择弹性模量较大的壳体材料进行测试，并根据实际需要，通过有限试验获得具体的材料特性参数，例如采用弹性模量为10GPa，抗拉强度不小于60MPa材料作为壳体内、外层材料，且上述材料选择所带来的技术效果也是本领域技术人员能够合理预期的。根据光纤光栅应变计的测量原理以及受力分析可知，为了实现对围岩应力的有效监测，保证材料安全合理使用，本领域技术人员在投入使用前，都会对材料的力学特性进行试验，从而合理选择相应特性的材料以满足长期稳定的使用要求。参见前述评述，对比文件1公开了基于光纤光栅测量围岩三维扰动应力场，对比文件2中虽然采用的是套芯解除应力测量的方法来获得原岩应力，但对比文件2给出了根据弹性模量和泊松比得到地应力状态的启示，在对比文件2的启示下，本领域技术人员有动机对对比文件1进行改进，通过弹性模量和泊松比得到三维扰动应力场的应力数据。并且，本申请在进行扰动应力动态长期监测的具体方案中（参见说明书第[0140]-[0150]段）也是先通过套芯解除应力的方法来获得原岩应力，进而在获取原岩应力后，进行施工过程中扰动应力监测，只是无需套取岩心，并将测量计算的三维应力变化值与原岩地应力值相加获得动态三维应力状态参数，即两个测量过程的测量原理和求解过程相同。综上所述，复审请求人的上述理由不具有说服力，合议组不予支持。
基于以上事实和理由，合议组作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年09月21日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本复审请求审查决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。
