我國擁有廣闊的海洋領土，發展海洋經濟對我國具有重要戰略意義。而要發展海洋、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）獲突破才一舉扭轉這一局面，實現海洋傳感器“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！

國內首臺！填補我國空白！中國科學院合肥物質院智能所團隊做出重大突破！ 近日，據中國科學院合肥物質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，該所研制出了國內首臺深海質譜儀，并在南海某海域成功完成多次海試，該工作填補了國內在深海質譜儀研制領域的空白：

中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研制出了國內首臺深海質譜儀并在南海某海域成功完成多次海試。該工作填補了國內在深海質譜儀研制領域的空白，為我國深海、深淵探測戰略提供更多技術支持和保障，同時為后續尋找海底油氣及礦產資源，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譜探測基礎。

質譜儀是一種分離和檢測不同同位素的儀器。利用質譜儀，可以對相關物質進行化學分析，為確定化合物的分子式和分子結構等提供可靠的依據。 深海質譜儀的研制，可以為尋找海底油氣及礦產資源，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譜探測基礎。

中科院合肥物質院智能所陳池來研究團隊，長期致力于新型MEMS質譜關鍵技術及應用研究。作為深海智能感知技術聯合實驗室共建單位成員，團隊先后突破質譜小型化設計集成、質譜關鍵器件MEMS制造、水下膜進樣快速定量標定等關鍵技術。 經過多年攻關，該團隊成功研制出國內首套深海質譜儀，可在原位實現深海中N2、O2、Ar、CO2、CH4等小分子溶解氣以及烷烴、芳香烴等揮發性有機物溶解氣的定性及定量檢測。 深海極端環境塑造了特殊的生命過程，蘊藏著極大的礦產資源，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境的研究工作中。

2022年至今，該團隊成員王晗、邵磊等攜帶深海質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，該儀器還實現了深海冷泉區域溶解氣的長時間（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據。 相關研究成果以《用于深海氣體原位檢測的水下質譜儀的研制與應用》為題發表在《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，生產批量小、應用范圍窄、使用壽命短，而穩定、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，同時也是調查數據質量的保證，各種數據訂正方案應運而生，但是在長期的觀測中，傳感器的穩定性、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，數碼相機，高清攝像機，水聽器，質譜儀，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。 海洋傳感器根據檢測參數類別可大致劃分為水質類、水文類、地質地震類、聲學探測類、光學探測類等，每一類檢測參數大則包含上百項檢測目標，少則數十項檢測目標，且根據應用領域和應用環境的不同，每一項檢測參數的工作原理和技術實現手段各有不同。

▲海洋傳感器機器分類（來源：高科技與產業化） 日益重視，近年我國海洋傳感器儀器的研究現狀，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為正式國家實驗室的研究機構。 此外，國內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方面進行技術布局；中國海洋大學側重在非特定變量、距離/攝影測量、化學/物理測量、重力測量和控制系統方面進行技術布局；國家海洋技術中心側重在距離測量、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、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。

在產業化方面，我國90%的傳感器依賴進口，只有通過國產化來降低成本，國內海工裝備才用得起傳感器。國外的海洋傳感器已經近二十年沒有更新換代了，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、完整的微生物數據庫，適合長期海洋監測的便攜、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，通過近些年來國內相關科技企業的共同努力，在部分海洋傳感器領域已經做到了國產代替，其實驗室測量精度已與國外同類產品不相上下，與世界先進水平也已相差無幾，只是其穩定、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有系列化的國產替代產品進入市場，核心器件全部自主研發生產或國內采購，整機國產化率達99%，技術上實現自主可控；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化的用于淺水ADCP測量的系列產品，成為現在水利部門政府采購的主流產品； 蘇州聲之源電子科技有限公司推出了國產自主可控的聲吶系列產品，已經廣泛應用于國產裝備的海洋探測、海洋通訊和水下定位等領域，而且在深海領域也實現了突破。 結語 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，強化自主創新成果的源頭供給。 在全球范圍內傳感器有超過2萬億的市場規模，我國傳感器相關企業應抓住機遇，加強技術團隊的學科交叉與協同攻關，強化新原理、新方法創新與已有技術的完善，多項并舉才能掌握海洋科技發展主動權，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，依靠發展成熟的集成電路的制造設備與工藝水平和在中國國產化的集成電路芯片制造水平，結合我國已搭建起的芯片產業鏈，通過國內外的密切合作，開發具有自主知識產權的芯片級海洋物理、化學和微生物傳感器，并且實現微型化與國產化，應用到高端智能裝備的制造領域。 本文部分資料來自：

中科院合肥研究院智能所《科學島團隊研制出國內首套深海質譜儀并成功海試》

高科技與產業化《海洋傳感器產業分析報告》

溪流之海洋人生《溪流筆談▏海洋傳感器的分類和我國產業現狀與突破》

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審核編輯 黃宇