我國擁有廣闊的海洋領(lǐng)土，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)對(duì)我國具有重要戰(zhàn)略意義。而要發(fā)展海洋、利用海洋，首先要了解海洋，使用各種傳感器、科學(xué)儀器探測(cè)海洋環(huán)境。

長期以來，我國傳感器及儀器設(shè)備與國外存在巨大差距，我國80%以上中高端傳感器需要靠進(jìn)口，而在海洋傳感器這個(gè)領(lǐng)域，2021年前是100%靠進(jìn)口，此后我國CTD 傳感器（鹽溫深儀）獲突破才一舉扭轉(zhuǎn)這一局面，實(shí)現(xiàn)海洋傳感器“零”的突破。

近日，我國海洋領(lǐng)域又一重要的傳感器儀器獲得突破，成功填補(bǔ)了我國海洋感知領(lǐng)域的一個(gè)重要空白！

國內(nèi)首臺(tái)！填補(bǔ)我國空白！中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院智能所團(tuán)隊(duì)做出重大突破！ 近日，據(jù)中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所中科院合肥研究院智能所官方公眾號(hào)公布，該所研制出了國內(nèi)首臺(tái)深海質(zhì)譜儀，并在南海某海域成功完成多次海試，該工作填補(bǔ)了國內(nèi)在深海質(zhì)譜儀研制領(lǐng)域的空白：

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所研制出了國內(nèi)首臺(tái)深海質(zhì)譜儀并在南海某海域成功完成多次海試。該工作填補(bǔ)了國內(nèi)在深海質(zhì)譜儀研制領(lǐng)域的空白，為我國深海、深淵探測(cè)戰(zhàn)略提供更多技術(shù)支持和保障，同時(shí)為后續(xù)尋找海底油氣及礦產(chǎn)資源，探究生命起源和早期演化以及研究全球氣候變化等奠定了原位質(zhì)譜探測(cè)基礎(chǔ)。

質(zhì)譜儀是一種分離和檢測(cè)不同同位素的儀器。利用質(zhì)譜儀，可以對(duì)相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析，為確定化合物的分子式和分子結(jié)構(gòu)等提供可靠的依據(jù)。 深海質(zhì)譜儀的研制，可以為尋找海底油氣及礦產(chǎn)資源，探究生命起源和早期演化以及研究全球氣候變化等奠定了原位質(zhì)譜探測(cè)基礎(chǔ)。

中科院合肥物質(zhì)院智能所陳池來研究團(tuán)隊(duì)，長期致力于新型MEMS質(zhì)譜關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究。作為深海智能感知技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室共建單位成員，團(tuán)隊(duì)先后突破質(zhì)譜小型化設(shè)計(jì)集成、質(zhì)譜關(guān)鍵器件MEMS制造、水下膜進(jìn)樣快速定量標(biāo)定等關(guān)鍵技術(shù)。 經(jīng)過多年攻關(guān)，該團(tuán)隊(duì)成功研制出國內(nèi)首套深海質(zhì)譜儀，可在原位實(shí)現(xiàn)深海中N2、O2、Ar、CO2、CH4等小分子溶解氣以及烷烴、芳香烴等揮發(fā)性有機(jī)物溶解氣的定性及定量檢測(cè)。 深海極端環(huán)境塑造了特殊的生命過程，蘊(yùn)藏著極大的礦產(chǎn)資源，對(duì)其探測(cè)是國際地球科學(xué)研究的前沿問題。深海原位探測(cè)技術(shù)可以在時(shí)間和空間維度上連續(xù)獲取深海樣品的組分、含量及其變化信息，因此被越來越廣泛地應(yīng)用于深海極端環(huán)境的研究工作中。

2022年至今，該團(tuán)隊(duì)成員王晗、邵磊等攜帶深海質(zhì)譜儀參加了多次專項(xiàng)海試，驗(yàn)證了其工作原理及工程應(yīng)用的可行性，完成了設(shè)備功能性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、海底定點(diǎn)在線檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及深度掃描試驗(yàn)。 不僅如此，通過海試，該儀器還實(shí)現(xiàn)了深海冷泉區(qū)域溶解氣的長時(shí)間（25.8h）原位檢測(cè)及海平面至海底（-1388m-0m）溶解氣的在線檢測(cè)，獲取了深海海底小分子溶解氣濃度隨時(shí)間的變化曲線及縱向濃度分布輪廓線等關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)。 相關(guān)研究成果以《用于深海氣體原位檢測(cè)的水下質(zhì)譜儀的研制與應(yīng)用》為題發(fā)表在《中國分析化學(xué)》上。（相關(guān)論文，可點(diǎn)擊文末【閱讀原文】查看。）

▲深海溶解氣在線檢測(cè)深度-峰高關(guān)系曲線（來源：中科院合肥研究院智能所） 海洋探測(cè)中常用的各種傳感器儀器及分類 海洋儀器設(shè)備的一個(gè)最大特點(diǎn)是，生產(chǎn)批量小、應(yīng)用范圍窄、使用壽命短，而穩(wěn)定、可靠性和一致性，以及測(cè)量分辨率和精度等要求又特別高，需要在不斷應(yīng)用中改進(jìn)制造工藝和提高技術(shù)性能。 傳感器技術(shù)是海洋儀器設(shè)備的基礎(chǔ)，其各方面性能是衡量儀器設(shè)備好壞的關(guān)鍵，同時(shí)也是調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證，各種數(shù)據(jù)訂正方案應(yīng)運(yùn)而生，但是在長期的觀測(cè)中，傳感器的穩(wěn)定性、漂移、準(zhǔn)確度等指標(biāo)依然是最重要的部分。

海洋中使用了各種各樣的傳感器儀器，包括聲學(xué)多普勒電流剖面儀，底流流量計(jì)，底部壓力和傾斜儀，電導(dǎo)率-溫度深度（CTD），溶解氧傳感器，數(shù)碼相機(jī)，高清攝像機(jī)，水聽器，質(zhì)譜儀，光學(xué)衰減傳感器，pH和二氧化碳傳感器，壓力傳感器，遠(yuǎn)程訪問液體和DNA采樣器，電阻率探頭，地震儀，聲納，熱敏電阻陣列和湍流電流計(jì)等等。 海洋傳感器根據(jù)檢測(cè)參數(shù)類別可大致劃分為水質(zhì)類、水文類、地質(zhì)地震類、聲學(xué)探測(cè)類、光學(xué)探測(cè)類等，每一類檢測(cè)參數(shù)大則包含上百項(xiàng)檢測(cè)目標(biāo)，少則數(shù)十項(xiàng)檢測(cè)目標(biāo)，且根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境的不同，每一項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)的工作原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段各有不同。

▲海洋傳感器機(jī)器分類（來源：高科技與產(chǎn)業(yè)化） 日益重視，近年我國海洋傳感器儀器的研究現(xiàn)狀，與取得的突破 近年來，我國日益重視海洋傳感器及儀器設(shè)備等相關(guān)海洋科學(xué)技術(shù)的研究。 在2013年，科技部正式批復(fù)，組建青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室；2015年6月，實(shí)驗(yàn)室正式投入運(yùn)行，成為所有試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室中唯一轉(zhuǎn)為正式國家實(shí)驗(yàn)室的研究機(jī)構(gòu)。 此外，國內(nèi)有多所大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)從事海洋傳感器方面的研究： 山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所側(cè)重在化學(xué)/物理測(cè)量、溫度/熱量測(cè)量、非特定變量測(cè)量、力的測(cè)量以及控制系統(tǒng)方面進(jìn)行技術(shù)布局；中國海洋大學(xué)側(cè)重在非特定變量、距離/攝影測(cè)量、化學(xué)/物理測(cè)量、重力測(cè)量和控制系統(tǒng)方面進(jìn)行技術(shù)布局；國家海洋技術(shù)中心側(cè)重在距離測(cè)量、化學(xué)/物理測(cè)量、溫度測(cè)量、流量測(cè)量和船用設(shè)備方面進(jìn)行技術(shù)布局；天津大學(xué)的專利技術(shù)主要布局在化學(xué)/物理測(cè)量、平衡測(cè)量、距離測(cè)量、船用設(shè)備和非特定變量測(cè)量等領(lǐng)域；浙江大學(xué)的專利技術(shù)主要布局在化學(xué)/物理測(cè)量、平衡測(cè)量、信號(hào)控制傳輸、液力機(jī)械和船用設(shè)備等領(lǐng)域；浙江海洋大學(xué)的專利技術(shù)主要布局在船用設(shè)備、化學(xué)/物理測(cè)量、控制系統(tǒng)、平衡測(cè)量、電場(chǎng)分離等領(lǐng)域；大連科技學(xué)院的專利技術(shù)主要布局在非特定變量測(cè)量、化學(xué)/物理測(cè)量、長度/角度等測(cè)量、液力機(jī)械和距離/攝影測(cè)量等領(lǐng)域。

在產(chǎn)業(yè)化方面，我國90%的傳感器依賴進(jìn)口，只有通過國產(chǎn)化來降低成本，國內(nèi)海工裝備才用得起傳感器。國外的海洋傳感器已經(jīng)近二十年沒有更新?lián)Q代了，但是在過去二十年，材料技術(shù)、信息技術(shù)、集成電路技術(shù)等都取得了很大的進(jìn)步，當(dāng)這些新技術(shù)滲透到海洋傳感器領(lǐng)域的時(shí)候，就會(huì)有大的突破，也是國內(nèi)海洋傳感器領(lǐng)域的機(jī)遇所在。 海洋化學(xué)傳感器、海洋微生物傳感器也都存在不能與時(shí)俱進(jìn)的問題，我國目前尚不具備全面、完整的微生物數(shù)據(jù)庫，適合長期海洋監(jiān)測(cè)的便攜、低功耗、原位、實(shí)時(shí)、快速、精確的海洋微生物傳感器也未有相關(guān)產(chǎn)品。 目前，進(jìn)口CTD溫鹽深剖面儀、ADCP等海洋儀器設(shè)備在我國還有占有很大的市場(chǎng)份額。但令人欣喜的看到，通過近些年來國內(nèi)相關(guān)科技企業(yè)的共同努力，在部分海洋傳感器領(lǐng)域已經(jīng)做到了國產(chǎn)代替，其實(shí)驗(yàn)室測(cè)量精度已與國外同類產(chǎn)品不相上下，與世界先進(jìn)水平也已相差無幾，只是其穩(wěn)定、可靠性還需要進(jìn)一步提升。

在CTD領(lǐng)域，青島道萬科技有限公司已經(jīng)有系列化的國產(chǎn)替代產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，核心器件全部自主研發(fā)生產(chǎn)或國內(nèi)采購，整機(jī)國產(chǎn)化率達(dá)99%，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)自主可控；在ADCP市場(chǎng)，無錫海鷹加科海洋技術(shù)有限公司和江蘇中海達(dá)海洋信息技術(shù)有限公司推出了完全國產(chǎn)化的用于淺水ADCP測(cè)量的系列產(chǎn)品，成為現(xiàn)在水利部門政府采購的主流產(chǎn)品； 蘇州聲之源電子科技有限公司推出了國產(chǎn)自主可控的聲吶系列產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國產(chǎn)裝備的海洋探測(cè)、海洋通訊和水下定位等領(lǐng)域，而且在深海領(lǐng)域也實(shí)現(xiàn)了突破。 結(jié)語 要解決海洋領(lǐng)域核心關(guān)鍵技術(shù)受制于人的問題，關(guān)鍵是增強(qiáng)科技攻關(guān)能力，強(qiáng)化自主創(chuàng)新成果的源頭供給。 在全球范圍內(nèi)傳感器有超過2萬億的市場(chǎng)規(guī)模，我國傳感器相關(guān)企業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇，加強(qiáng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的學(xué)科交叉與協(xié)同攻關(guān)，強(qiáng)化新原理、新方法創(chuàng)新與已有技術(shù)的完善，多項(xiàng)并舉才能掌握海洋科技發(fā)展主動(dòng)權(quán)，合力解決海洋傳感器領(lǐng)域的“卡脖子”問題。 未來，我國將基于創(chuàng)新的光電集成芯片和光學(xué)傳感原理，基于光電集成芯片技術(shù)，依靠發(fā)展成熟的集成電路的制造設(shè)備與工藝水平和在中國國產(chǎn)化的集成電路芯片制造水平，結(jié)合我國已搭建起的芯片產(chǎn)業(yè)鏈，通過國內(nèi)外的密切合作，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片級(jí)海洋物理、化學(xué)和微生物傳感器，并且實(shí)現(xiàn)微型化與國產(chǎn)化，應(yīng)用到高端智能裝備的制造領(lǐng)域。 本文部分資料來自：

中科院合肥研究院智能所《科學(xué)島團(tuán)隊(duì)研制出國內(nèi)首套深海質(zhì)譜儀并成功海試》

高科技與產(chǎn)業(yè)化《海洋傳感器產(chǎn)業(yè)分析報(bào)告》

溪流之海洋人生《溪流筆談▏海洋傳感器的分類和我國產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與突破》

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審核編輯 黃宇