“海洋科技成果巡禮”專欄—溫鹽深傳感器

一、背景介紹

海水溫度、鹽度、深度是最基礎(chǔ)的海洋環(huán)境信息，不僅在海洋科學(xué)研究中占據(jù)重要地位，還是業(yè)務(wù)化海洋觀測(cè)預(yù)報(bào)和海洋安全保障等領(lǐng)域不可或缺的數(shù)據(jù)源，在海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在海洋技術(shù)中，傳感器是感知部分，在海洋觀測(cè)監(jiān)測(cè)和調(diào)查領(lǐng)域居于關(guān)鍵地位，是自主設(shè)備研發(fā)的關(guān)鍵突破口之一。因此，海洋溫鹽深傳感器是海洋觀測(cè)網(wǎng)中多種觀測(cè)設(shè)備必備的“關(guān)鍵共性部件”，自主研發(fā)和應(yīng)用溫鹽深傳感器，對(duì)實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、加快國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)具有重要意義。

海洋溫鹽深測(cè)量的主要應(yīng)用領(lǐng)域

海洋溫鹽深傳感器在海洋觀測(cè)網(wǎng)中應(yīng)用分布

二、技術(shù)發(fā)展歷程

國(guó)家海洋技術(shù)中心是國(guó)內(nèi)最早開展溫鹽深測(cè)量技術(shù)研究的單位，是該技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)家隊(duì)和主力軍。上世紀(jì)70年代自行研制的1000米自容式溫鹽深自記儀應(yīng)用于國(guó)家718工程，獲取了海上試驗(yàn)場(chǎng)的溫鹽深水文數(shù)據(jù)資料，為洲際導(dǎo)彈發(fā)射試驗(yàn)成功做出貢獻(xiàn)。1984年，我們的溫鹽深剖面儀隨我國(guó)南極考察隊(duì)進(jìn)行了首次南大洋考察，在南回歸線海域獲得3080米溫鹽深剖面數(shù)據(jù)，被考察隊(duì)列為首次南大洋考察突出成就之一，儀器被永久保留在南極長(zhǎng)城站。科研人員經(jīng)過多年潛心鉆研，出版了國(guó)內(nèi)第一本溫鹽深測(cè)量專著《海水鹽度測(cè)量技術(shù)》。

上世紀(jì)70年代科研人員布放1000米自容式溫鹽深自記儀

1984年3000米溫鹽深剖面儀與南極長(zhǎng)城站合影

國(guó)內(nèi)溫鹽深測(cè)量領(lǐng)域第一本專著《鹽度測(cè)量技術(shù)》

90年代，世界環(huán)流試驗(yàn)計(jì)劃（WOCE）對(duì)溫鹽深測(cè)量技術(shù)與設(shè)備提出了具體的先進(jìn)指標(biāo)要求，國(guó)際上有實(shí)力的海洋儀器公司紛紛響應(yīng)，眾多高技術(shù)性能產(chǎn)品出現(xiàn)并開始大舉進(jìn)入國(guó)內(nèi)，國(guó)內(nèi)外傳感器技術(shù)水平差距慢慢拉大，我國(guó)自主海洋傳感器技術(shù)遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。到本世紀(jì)初期，我國(guó)動(dòng)力要素海洋儀器水平大幅度落后，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)95%以上被進(jìn)口儀器所占據(jù)，高精度傳感器更是被進(jìn)口產(chǎn)品100%壟斷。

三、突破核心關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新

在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“海洋環(huán)境安全保障”重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，國(guó)家海洋技術(shù)中心溫鹽深傳感器科研團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“基于水下平臺(tái)的系列化溫鹽深測(cè)量?jī)x產(chǎn)品化”“船載系列溫鹽深測(cè)量?jī)x產(chǎn)品化技術(shù)研究”“大深度溫鹽深流同步觀測(cè)與感應(yīng)傳輸技術(shù)研究”“多層溫鹽深準(zhǔn)實(shí)時(shí)觀測(cè)技術(shù)研究”等多個(gè)項(xiàng)目任務(wù)。

經(jīng)過持續(xù)研發(fā)，固化傳感器工藝，不斷提高傳感器性能，解決了困擾科研人員多年的批量制作一致性、成品率、穩(wěn)定性、可靠性不高等難題。實(shí)現(xiàn)20余型高精度溫鹽深傳感器的系列化、產(chǎn)品化，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋儀器設(shè)備品牌“OST”，部件國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到100%，器件國(guó)產(chǎn)化率90%以上，主要指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類先進(jìn)儀器水平，可形成貨架產(chǎn)品替代進(jìn)口，滿足全球海洋立體觀測(cè)網(wǎng)等國(guó)家重大工程建設(shè)對(duì)自主傳感器的需求。

系列化溫鹽深傳感器

系列化溫鹽深傳感器亮相國(guó)家“十三五”科技創(chuàng)新成就展

系列化溫鹽深傳感器先后應(yīng)用在極區(qū)感應(yīng)耦合漂流浮標(biāo)、西風(fēng)帶浮標(biāo)、西太平洋全國(guó)產(chǎn)化浮標(biāo)和實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)上，累計(jì)海上運(yùn)行時(shí)間超20萬小時(shí)，打破了國(guó)外對(duì)我的進(jìn)口限制，真正實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)完全自主可控，完成了我國(guó)海洋傳感器技術(shù)從“跟跑”向“并跑”的跨越。

2020年央視網(wǎng)報(bào)道國(guó)產(chǎn)傳感器西風(fēng)帶布放試驗(yàn)

2020年8月至9月，OST15M船載高精度自容式溫鹽深傳感器搭載“向陽紅03號(hào)”科學(xué)考察船，完成西太平洋海域夏季調(diào)查航次海上試驗(yàn)任務(wù)，最大布放深度為5915米，突破國(guó)產(chǎn)高精度溫鹽深傳感器最大試驗(yàn)水深記錄。完成了與美國(guó)進(jìn)口SBE911 plus、SBE19的多剖面同步比測(cè)試驗(yàn)，經(jīng)與進(jìn)口儀器數(shù)據(jù)對(duì)比，國(guó)產(chǎn)儀器在總有效數(shù)據(jù)量占比、剖面數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)跟蹤、數(shù)據(jù)一致相關(guān)性等方面均達(dá)到國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品水平。

進(jìn)入 “十四五”， 國(guó)家海洋技術(shù)中心溫鹽深傳感器科研團(tuán)隊(duì)聚焦深海和極地探測(cè)等國(guó)際前沿，加強(qiáng)海洋傳感器基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新，開展全海深傳感器和基于MEMS技術(shù)的低成本“物聯(lián)網(wǎng)”傳感器研發(fā)。這兩項(xiàng)技術(shù)國(guó)外也尚未完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，國(guó)家海洋技術(shù)中心溫鹽深傳感器科研團(tuán)隊(duì)基于完全自主的目標(biāo)正在向國(guó)際“領(lǐng)跑”進(jìn)軍，不斷為國(guó)產(chǎn)海洋核心傳感器自主創(chuàng)新貢獻(xiàn)技術(shù)力量。