2020 年, 世界上最大的CTD 傳感器生產(chǎn)商——美國 Seabird 公司對(duì)我國用戶限制采購, 其產(chǎn)品不得用于“軍事最終用途”或“軍事最終用戶”，導(dǎo)致我國幾乎所有的水下移動(dòng)平臺(tái)均無法采購到該公司 CTD 傳感器產(chǎn)品, 短期內(nèi)又無法獲得相應(yīng)的替代儀器, 嚴(yán)重影響了產(chǎn)品應(yīng)用, “卡脖子”之痛油然而生。
據(jù)2020年由傳感器國家工程研究中心等四個(gè)行業(yè)核心機(jī)構(gòu)，聯(lián)合發(fā)布的權(quán)威報(bào)告《中國傳感器發(fā)展藍(lán)皮書》，特別寫到中國高端傳感器的應(yīng)用市場(chǎng)幾乎被國外壟斷，其中列舉了汽車傳感器、智能氣體傳感器、光纖傳感器等多個(gè)高端傳感器市場(chǎng)領(lǐng)域，國產(chǎn)傳感器品牌市場(chǎng)占比最高不超過10%，即90%以上高端傳感器需要靠進(jìn)口。特別的，有一個(gè)傳感器領(lǐng)域國產(chǎn)占比為0%！就是說該傳感器領(lǐng)域100%靠進(jìn)口。
藍(lán)皮書特別提到的這個(gè)國產(chǎn)0%市占率的傳感器領(lǐng)域，就是海洋傳感器，主要是CTD儀、ADCP儀用傳感器，尤其是CTD儀，溫鹽深(CTD)是海洋動(dòng)力環(huán)境要素中最基礎(chǔ)的環(huán)境信息, 海洋調(diào)查首先是對(duì)海水的溫度、鹽度隨深度分布及變化的調(diào)查。所有的海洋觀測(cè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)都要集成和應(yīng)用溫鹽深（CTD）傳感器，相關(guān)測(cè)量?jī)x器已普遍應(yīng)用于臺(tái)站, 船舶, 浮標(biāo), 潛標(biāo), 座底式、拖曳式和水下運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等。
0%的國產(chǎn)市占率，讓我國在該項(xiàng)傳感器技術(shù)一直依賴于進(jìn)口、受制于人。本文來自國家海洋技術(shù)中心，全面闡述了我國溫鹽深(CTD)傳感器的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)情況，能夠全面了解我國這個(gè)卡脖子最嚴(yán)重的傳感器領(lǐng)域！
文中所提出“鮮有人或單位愿意沉下心來對(duì)海洋傳感器的高性能敏感材料、封裝材料等進(jìn)行研究。”“在傳感器的測(cè)量機(jī)理等基礎(chǔ)研究方面主要照抄國外, 缺乏系統(tǒng)深入地研究。為完成科研項(xiàng)目驗(yàn)收, 片面追求見效快，很多是知其然不知其所以然。”“現(xiàn)階段傳感器批量制作, 不是靠工藝保證，而是靠后期篩選分檔”……等觀點(diǎn)，同樣適用于我國其他傳感器領(lǐng)域困境。
海洋動(dòng)力環(huán)境要素中, 海水溫度、鹽度、深度是最基礎(chǔ)的海洋環(huán)境信息, 海洋調(diào)查首先是進(jìn)行海水的溫度、鹽度隨深度分布及變化的水文調(diào)查，因此溫鹽深(conductivity temperature depth,CTD)是海洋調(diào)查和監(jiān)測(cè)中最重要的常規(guī)觀測(cè)項(xiàng)目。
而在海洋技術(shù)中, 傳感器作為感知部分, 在海洋監(jiān)測(cè)/探測(cè)領(lǐng)域居于核心和關(guān)鍵地位, 因此所有的海洋觀測(cè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)都要集成和應(yīng)用 CTD傳感器, 其測(cè)量技術(shù)受到普遍重視。相關(guān)測(cè)量?jī)x器已普遍應(yīng)用于臺(tái)站, 船舶, 浮標(biāo), 潛標(biāo), 座底式、拖曳式和水下運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等, 如圖 1 所示。
目前, 國外在海洋 CTD 傳感器的產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)相當(dāng)成熟, 產(chǎn)品性能也居于世界領(lǐng)先地位。
在眾多國家級(jí)項(xiàng)目的支持下, 國內(nèi)傳感器科研樣機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)已基本接近國際先進(jìn)水平, 但存在著產(chǎn)品化程度不高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性差等缺陷, 業(yè)務(wù)應(yīng)用中對(duì)進(jìn)口傳感器的依賴程度達(dá)到 90%以上。
1、國內(nèi)外 CTD 傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 國外現(xiàn)狀
國外對(duì) CTD 測(cè)量技術(shù)的研究始于 20 世紀(jì) 60年代, 美國、德國和日本等國先后開展了 CTD 傳感器的研制, 研發(fā)出各具特色的產(chǎn)品, 并在海洋調(diào)查觀測(cè)中獲得了廣泛應(yīng)用。
目前, 世界上主要海洋科技強(qiáng)國都擁有自己的 CTD 知名企業(yè), 包括美國 Seabird 和 RDI, 加拿大 AML 和 RBR、德國 Sea & Sun Technology、意大利 IDRONAUT、日本 ALEC 以及英國 VALPORT 等。其中,Seabird 公司的 CTD 傳感器產(chǎn)品在精度、可靠性等方面尤為突出, 占據(jù)了國內(nèi)外大多數(shù)市場(chǎng)份額。一般按照船載、水面和水下、機(jī)載 3 類搭載平臺(tái)對(duì) CTD 傳感器進(jìn)行系列化分類, 具體如圖 2所示。
船載平臺(tái)的 CTD 傳感器是調(diào)查船必備的裝備, 代表著 CTD 測(cè)量技術(shù)的最高水平。其在船舶處于走航或漂泊狀態(tài)時(shí)進(jìn)行投放和回收, 測(cè)定海洋表面至水下一定深度范圍內(nèi)的海水溫度、電導(dǎo)率和壓力數(shù)據(jù)。這類 CTD 傳感器的典型特點(diǎn)一般表現(xiàn)為高精度和高采樣率, 以對(duì)海水溫鹽隨深度變化的規(guī)律進(jìn)行精細(xì)刻畫。
水面和水下固定平臺(tái) CTD 傳感器主要應(yīng)用于海洋臺(tái)站、浮標(biāo)、潛標(biāo)和海底平臺(tái)等, 突出特點(diǎn)表現(xiàn)為長(zhǎng)期穩(wěn)定性優(yōu)異, 尤其是在淺表層應(yīng)用, 具備相應(yīng)的抗生物附著措施, 滿足其在水中長(zhǎng)期連續(xù)工作的需求。
水下移動(dòng)平臺(tái) CTD 傳感器主要應(yīng)用于潛水器、自主遙控水下機(jī)器人(automatic remote vehicle, ARV)、遙控水下航行器(remote operated vehicle, ROV)、無人水下航行器 (unmanned undersea vehicle,UUV)、自主水下航行器(automatic undersea vehicle, AUV)、水下滑翔機(jī)和 Argo 浮標(biāo)等, 需要盡可能不影響平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性, 其突出特點(diǎn)為高精度、體積小、低功耗及低流阻等。
1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀
國內(nèi)海洋 CTD測(cè)量技術(shù)始于 20世紀(jì) 70年代, 國家海洋技術(shù)中心先后研制了千米和 3000 m 自容式 CTD 自記儀, 并成功參與了我國首次南大洋考察。
90 年代后期, 隨著國際海洋科學(xué)研究的興起, 世界環(huán)流試驗(yàn)計(jì)劃(world ocean circulationexperiment, WOCE)對(duì) CTD 測(cè)量技術(shù)與設(shè)備提出了更為先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)要求。
“九五”開始, 海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)正式列入了國家科技部“863”計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)了技術(shù)跨越性的發(fā)展。國家海洋技術(shù)中心、山東省科學(xué)院海洋儀器研究所、中科院聲學(xué)所等國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)先后研發(fā)了各種新型 CTD 傳感器，傳感器精度、響應(yīng)時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)上, 居于國內(nèi)領(lǐng)先并接近國際先進(jìn)水平, 大大縮小了與先進(jìn)國家的技術(shù)差距。
1.3 國內(nèi) CTD 傳感器應(yīng)用的“卡脖子”之痛
盡管國產(chǎn) CTD 傳感器技術(shù)研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步, 與國際先進(jìn)水平的差距正在縮小，部分指標(biāo)甚至已達(dá)到國際先進(jìn)水平, 但其產(chǎn)品的批量生產(chǎn)幾乎空白, 業(yè)務(wù)應(yīng)用方面更是嚴(yán)重依賴于進(jìn)口，進(jìn)口 CTD 傳感器幾乎占據(jù)了我國海洋調(diào)查的“整壁江山”。
國家通過各類專項(xiàng)計(jì)劃在 CTD傳感器研制方面投入數(shù)千萬的研發(fā)經(jīng)費(fèi), 而真正可得到用戶信任的產(chǎn)品卻少之又少。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 截至 2019 年, 中國市場(chǎng)的各類型 CTD 傳感器市場(chǎng)規(guī)模約 1.5 億元，其中 95%由國外 CTD 傳感器占據(jù), 指標(biāo)超過 7000 m 的高端 CTD 傳感器更是 100%由國外壟斷。
2020 年, 世界上最大的CTD 傳感器生產(chǎn)商——美國 Seabird 公司對(duì)我國用戶限制采購，其產(chǎn)品不得用于“軍事最終用途”或“軍事最終用戶”, 深度 1 000m 以上的載人、無人潛水器和水下滑翔機(jī)等均被列為禁止使用范圍。隨后, 幾乎所有的國內(nèi)水下移動(dòng)平臺(tái)均無法采購到該公司 CTD 產(chǎn)品, 短期內(nèi)又無法獲得相應(yīng)的替代儀器, 嚴(yán)重影響了產(chǎn)品應(yīng)用, “卡脖子”之痛油然而生。
