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我國擁有廣闊的海洋領土，發(fā)展海洋經(jīng)濟對我國具有重要戰(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、科學儀器探測海洋環(huán)境。
長期以來，我國傳感器及儀器設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口，而在海洋傳感器這個領域，2021年前是100%靠進口，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，實現(xiàn)海洋傳感器“零”的突破。
近日，我國海洋領域又一重要的傳感器儀器獲得突破，成功填補了我國海洋感知領域的一個重要空白！
國內(nèi)首臺！填補我國空白！中國科學院合肥物質(zhì)院智能所團隊做出重大突破！
近日，據(jù)中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院智能機械研究所中科院合肥研究院智能所官方公眾號公布，該所研制出了國內(nèi)首臺深海質(zhì)譜儀，并在南海某海域成功完成多次海試，該工作填補了國內(nèi)在深海質(zhì)譜儀研制領域的空白：
中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院智能機械研究所研制出了國內(nèi)首臺深海質(zhì)譜儀并在南海某海域成功完成多次海試。該工作填補了國內(nèi)在深海質(zhì)譜儀研制領域的空白，為我國深海、深淵探測戰(zhàn)略提供更多技術支持和保障，同時為后續(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)譜探測基礎。
質(zhì)譜儀是一種分離和檢測不同同位素的儀器。利用質(zhì)譜儀，可以對相關物質(zhì)進行化學分析，為確定化合物的分子式和分子結(jié)構等提供可靠的依據(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)譜探測基礎。
▲國內(nèi)首臺深海質(zhì)譜儀（來源：中科院合肥研究院智能所）
中科院合肥物質(zhì)院智能所陳池來研究團隊，長期致力于新型MEMS質(zhì)譜關鍵技術及應用研究。作為深海智能感知技術聯(lián)合實驗室共建單位成員，團隊先后突破質(zhì)譜小型化設計集成、質(zhì)譜關鍵器件MEMS制造、水下膜進樣快速定量標定等關鍵技術。
經(jīng)過多年攻關，該團隊成功研制出國內(nèi)首套深海質(zhì)譜儀，可在原位實現(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)性有機物溶解氣的定性及定量檢測。
深海極端環(huán)境塑造了特殊的生命過程，蘊藏著極大的礦產(chǎn)資源，對其探測是國際地球科學研究的前沿問題。深海原位探測技術可以在時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用于深海極端環(huán)境的研究工作中。
▲深海質(zhì)譜儀搭乘原位實驗室完成深海探測任務后出水瞬時（來源：中科院合肥研究院智能所）
2022年至今，該團隊成員王晗、邵磊等攜帶深海質(zhì)譜儀參加了多次專項海試，驗證了其工作原理及工程應用的可行性，完成了設備功能性驗證實驗、海底定點在線檢測實驗及深度掃描試驗。
不僅如此，通過海試，該儀器還實現(xiàn)了深海冷泉區(qū)域溶解氣的長時間（25.8h）原位檢測及海平面至海底（-1388m-0m）溶解氣的在線檢測，獲取了深海海底小分子溶解氣濃度隨時間的變化曲線及縱向濃度分布輪廓線等關鍵科學數(shù)據(jù)。
相關研究成果以《用于深海氣體原位檢測的水下質(zhì)譜儀的研制與應用》為題發(fā)表在《中國分析化學》上。（相關論文，可點擊文末【閱讀原文】查看。）
▲深海溶解氣在線檢測深度-峰高關系曲線（來源：中科院合肥研究院智能所）
海洋探測中常用的各種傳感器儀器及分類
海洋儀器設備的一個最大特點是，生產(chǎn)批量小、應用范圍窄、使用壽命短，而穩(wěn)定、可靠性和一致性，以及測量分辨率和精度等要求又特別高，需要在不斷應用中改進制造工藝和提高技術性能。
傳感器技術是海洋儀器設備的基礎，其各方面性能是衡量儀器設備好壞的關鍵，同時也是調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證，各種數(shù)據(jù)訂正方案應運而生，但是在長期的觀測中，傳感器的穩(wěn)定性、漂移、準確度等指標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，包括聲學多普勒電流剖面儀，底流流量計，底部壓力和傾斜儀，電導率-溫度深度（CTD），溶解氧傳感器，數(shù)碼相機，高清攝像機，水聽器，質(zhì)譜儀，光學衰減傳感器，pH和二氧化碳傳感器，壓力傳感器，遠程訪問液體和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等等。
海洋傳感器根據(jù)檢測參數(shù)類別可大致劃分為水質(zhì)類、水文類、地質(zhì)地震類、聲學探測類、光學探測類等，每一類檢測參數(shù)大則包含上百項檢測目標，少則數(shù)十項檢測目標，且根據(jù)應用領域和應用環(huán)境的不同，每一項檢測參數(shù)的工作原理和技術實現(xiàn)手段各有不同。
▲海洋傳感器機器分類（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備等相關海洋科學技術的研究。
在2013年，科技部正式批復，組建青島海洋科學與技術試點國家實驗室；2015年6月，實驗室正式投入運行，成為所有試點國家實驗室中唯一轉(zhuǎn)為正式國家實驗室的研究機構。
此外，國內(nèi)有多所大學和科研機構從事海洋傳感器方面的研究：
山東省科學院海洋儀器儀表研究所側(cè)重在化學/物理測量、溫度/熱量測量、非特定變量測量、力的測量以及控制系統(tǒng)方面進行技術布局；
中國海洋大學側(cè)重在非特定變量、距離/攝影測量、化學/物理測量、重力測量和控制系統(tǒng)方面進行技術布局；
國家海洋技術中心側(cè)重在距離測量、化學/物理測量、溫度測量、流量測量和船用設備方面進行技術布局；
天津大學的專利技術主要布局在化學/物理測量、平衡測量、距離測量、船用設備和非特定變量測量等領域；
浙江大學的專利技術主要布局在化學/物理測量、平衡測量、信號控制傳輸、液力機械和船用設備等領域；
浙江海洋大學的專利技術主要布局在船用設備、化學/物理測量、控制系統(tǒng)、平衡測量、電場分離等領域；
大連科技學院的專利技術主要布局在非特定變量測量、化學/物理測量、長度/角度等測量、液力機械和距離/攝影測量等領域。
在產(chǎn)業(yè)化方面，我國90%的傳感器依賴進口，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、信息技術、集成電路技術等都取得了很大的進步，當這些新技術滲透到海洋傳感器領域的時候，就會有大的突破，也是國內(nèi)海洋傳感器領域的機遇所在。
海洋化學傳感器、海洋微生物傳感器也都存在不能與時俱進的問題，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)測的便攜、低功耗、原位、實時、快速、精確的海洋微生物傳感器也未有相關產(chǎn)品。
目前，進口CTD溫鹽深剖面儀、ADCP等海洋儀器設備在我國還有占有很大的市場份額。但令人欣喜的看到，通過近些年來國內(nèi)相關科技企業(yè)的共同努力，在部分海洋傳感器領域已經(jīng)做到了國產(chǎn)代替，其實驗室測量精度已與國外同類產(chǎn)品不相上下，與世界先進水平也已相差無幾，只是其穩(wěn)定、可靠性還需要進一步提升。
在CTD領域，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)品進入市場，核心器件全部自主研發(fā)生產(chǎn)或國內(nèi)采購，整機國產(chǎn)化率達99%，技術上實現(xiàn)自主可控；
在ADCP市場，無錫海鷹加科海洋技術有限公司和江蘇中海達海洋信息技術有限公司推出了完全國產(chǎn)化的用于淺水ADCP測量的系列產(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)廣泛應用于國產(chǎn)裝備的海洋探測、海洋通訊和水下定位等領域，而且在深海領域也實現(xiàn)了突破。
結(jié)語
要解決海洋領域核心關鍵技術受制于人的問題，關鍵是增強科技攻關能力，強化自主創(chuàng)新成果的源頭供給。
在全球范圍內(nèi)傳感器有超過2萬億的市場規(guī)模，我國傳感器相關企業(yè)應抓住機遇，加強技術團隊的學科交叉與協(xié)同攻關，強化新原理、新方法創(chuàng)新與已有技術的完善，多項并舉才能掌握海洋科技發(fā)展主動權，合力解決海洋傳感器領域的“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傳感原理，基于光電集成芯片技術，依靠發(fā)展成熟的集成電路的制造設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)具有自主知識產(chǎn)權的芯片級海洋物理、化學和微生物傳感器，并且實現(xiàn)微型化與國產(chǎn)化，應用到高端智能裝備的制造領域。
