2020 年, 世界上最大的CTD 傳感器生產(chǎn)商——美國 Seabird 公司對我國用戶限制采購, 其產(chǎn)品不得用于“軍事最終用途”或“軍事最終用戶”，導致我國幾乎所有的水下移動平臺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行業(yè)核心機構(gòu)，聯(lián)合發(fā)布的權(quán)威報告《中國傳感器發(fā)展藍皮書》，特別寫到中國高端傳感器的應(yīng)用市場幾乎被國外壟斷，其中列舉了汽車傳感器、智能氣體傳感器、光纖傳感器等多個高端傳感器市場領(lǐng)域，國產(chǎn)傳感器品牌市場占比最高不超過10%，即90%以上高端傳感器需要靠進口。特別的，有一個傳感器領(lǐng)域國產(chǎn)占比為0%！就是說該傳感器領(lǐng)域100%靠進口。
藍皮書特別提到的這個國產(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。所有的海洋觀測監(jiān)測平臺都要集成和應(yīng)用溫鹽深（CTD）傳感器，相關(guān)測量儀器已普遍應(yīng)用于臺站, 船舶, 浮標, 潛標, 座底式、拖曳式和水下運動平臺等。
0%的國產(chǎn)市占率，讓我國在該項傳感器技術(shù)一直依賴于進口、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卡脖子最嚴重的傳感器領(lǐng)域！
文中所提出“鮮有人或單位愿意沉下心來對海洋傳感器的高性能敏感材料、封裝材料等進行研究。”“在傳感器的測量機理等基礎(chǔ)研究方面主要照抄國外, 缺乏系統(tǒng)深入地研究。為完成科研項目驗收, 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，同樣適用于我國其他傳感器領(lǐng)域困境。
海洋動力環(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)測中最重要的常規(guī)觀測項目。
而在海洋技術(shù)中, 傳感器作為感知部分, 在海洋監(jiān)測/探測領(lǐng)域居于核心和關(guān)鍵地位, 因此所有的海洋觀測監(jiān)測平臺都要集成和應(yīng)用 CTD傳感器, 其測量技術(shù)受到普遍重視。相關(guān)測量儀器已普遍應(yīng)用于臺站, 船舶, 浮標, 潛標, 座底式、拖曳式和水下運動平臺等, 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)相當成熟, 產(chǎn)品性能也居于世界領(lǐng)先地位。
在眾多國家級項目的支持下, 國內(nèi)傳感器科研樣機主要技術(shù)指標已基本接近國際先進水平, 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)用中對進口傳感器的依賴程度達到 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 CTD 測量技術(shù)的研究始于 20 世紀 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)查觀測中獲得了廣泛應(yīng)用。
目前, 世界上主要海洋科技強國都擁有自己的 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)市場份額。一般按照船載、水面和水下、機載 3 類搭載平臺對 CTD 傳感器進行系列化分類, 具體如圖 2所示。
船載平臺的 CTD 傳感器是調(diào)查船必備的裝備, 代表著 CTD 測量技術(shù)的最高水平。其在船舶處于走航或漂泊狀態(tài)時進行投放和回收, 測定海洋表面至水下一定深度范圍內(nèi)的海水溫度、電導率和壓力數(shù)據(jù)。這類 CTD 傳感器的典型特點一般表現(xiàn)為高精度和高采樣率, 以對海水溫鹽隨深度變化的規(guī)律進行精細刻畫。
水面和水下固定平臺 CTD 傳感器主要應(yīng)用于海洋臺站、浮標、潛標和海底平臺等, 突出特點表現(xiàn)為長期穩(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, 滿足其在水中長期連續(xù)工作的需求。
水下移動平臺 CTD 傳感器主要應(yīng)用于潛水器、自主遙控水下機器人(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)、水下滑翔機和 Argo 浮標等, 需要盡可能不影響平臺的運動特性, 其突出特點為高精度、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測量技術(shù)始于 20世紀 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, 隨著國際海洋科學研究的興起, 世界環(huán)流試驗計劃(world ocean circulationexperiment, WOCE)對 CTD 測量技術(shù)與設(shè)備提出了更為先進的技術(shù)指標要求。
“九五”開始, 海洋監(jiān)測技術(shù)正式列入了國家科技部“863”計劃,實現(xiàn)了技術(shù)跨越性的發(fā)展。國家海洋技術(shù)中心、山東省科學院海洋儀器研究所、中科院聲學所等國內(nèi)科研機構(gòu)先后研發(fā)了各種新型 CTD 傳感器，傳感器精度、響應(yīng)時間等技術(shù)指標上, 居于國內(nèi)領(lǐng)先并接近國際先進水平, 大大縮小了與先進國家的技術(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)取得了長足進步, 與國際先進水平的差距正在縮小，部分指標甚至已達到國際先進水平, 但其產(chǎn)品的批量生產(chǎn)幾乎空白, 業(yè)務(wù)應(yīng)用方面更是嚴重依賴于進口，進口 CTD 傳感器幾乎占據(jù)了我國海洋調(diào)查的“整壁江山”。
國家通過各類專項計劃在 CTD傳感器研制方面投入數(shù)千萬的研發(fā)經(jīng)費, 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, 截至 2019 年, 中國市場的各類型 CTD 傳感器市場規(guī)模約 1.5 億元，其中 95%由國外 CTD 傳感器占據(jù), 指標超過 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)水下移動平臺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, 嚴重影響了產(chǎn)品應(yīng)用, “卡脖子”之痛油然而生。
