2 CTD 傳感器“卡脖子”的原因所在
盡管 CTD 傳感器國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有旺盛的需求，在過(guò)去的 20 年里，國(guó)家通過(guò)各類(lèi)專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃已取得了多種科研成果, 但其成果未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，現(xiàn)有國(guó)產(chǎn) CTD 產(chǎn)品性能落后于國(guó)際水平，絕大部分市場(chǎng)被國(guó)外儀器占領(lǐng)。
國(guó)產(chǎn)海洋儀器生產(chǎn)的模式和能力距離產(chǎn)業(yè)化有很大的差距，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低、成本高, 產(chǎn)品一致性、可靠性差, 競(jìng)爭(zhēng)力低, 無(wú)法滿足市場(chǎng)快速發(fā)展, 特別是海洋安全對(duì)國(guó)產(chǎn)儀器的迫切需求, 這主要由以下幾點(diǎn)原因造成。
1) 長(zhǎng)期以跟蹤仿制國(guó)外產(chǎn)品為主, 原始創(chuàng)新能力不足
習(xí)總書(shū)記指出要“持之以恒加強(qiáng)基礎(chǔ)研究”,“基礎(chǔ)研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭, 是所有技術(shù)問(wèn)題的總開(kāi)關(guān)”。海洋傳感器技術(shù)是海洋基礎(chǔ)研究的主要組成部分, 但一直以來(lái)我國(guó)對(duì)海洋傳感器測(cè)量的基礎(chǔ)研究不夠深入。
在 CTD傳感器技術(shù)中，傳感器研究和制造長(zhǎng)期以國(guó)外技術(shù)、產(chǎn)品指標(biāo)為跟蹤目標(biāo), 在傳感器的測(cè)量機(jī)理等基礎(chǔ)研究方面主要照抄國(guó)外, 缺乏系統(tǒng)深入地研究。
有些為完成科研項(xiàng)目驗(yàn)收, 片面追求見(jiàn)效快,，特別是在對(duì)很多進(jìn)口傳感器的測(cè)量原理、敏感探頭與電路的參數(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理方法等方面, 很多是知其然不知其所以然。
CTD 傳感器面臨的很多“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，其根源是基礎(chǔ)理論研究跟不上, 源頭和底層的東西沒(méi)有搞清楚, 這些都制約著國(guó)產(chǎn)CTD 傳感器很難達(dá)到國(guó)外 CTD 傳感器的水平。
2) 傳感器關(guān)鍵材料、器件支撐配套能力欠缺
CTD 傳感器等典型海洋傳感器相對(duì)于工業(yè)傳感器而言, 生產(chǎn)批量小、應(yīng)用范圍窄, 而對(duì)其穩(wěn)定性、可靠性要求又特別高，研制見(jiàn)效周期長(zhǎng)。
由于前期科研項(xiàng)目支持海洋傳感器基本都是對(duì)標(biāo)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行短平快研究, 小批量的科研樣機(jī)研制難以創(chuàng)造出上下左右協(xié)同的創(chuàng)新生態(tài)。鮮有人或單位愿意沉下心來(lái)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。從而導(dǎo)致現(xiàn)階段我國(guó) CTD 傳感器關(guān)鍵材料、器件的配套能力不足,關(guān)鍵部件配套產(chǎn)品嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口, 傳感器并未實(shí)現(xiàn) 100%的國(guó)產(chǎn)化。
例如在 CTD 傳感器的壓力測(cè)量方面, 高精度壓力傳感器的壓電晶體、萬(wàn)分之一精度石英諧振傳感器在國(guó)內(nèi)仍未能實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn), 一旦進(jìn)口受限, 就會(huì)“卡”住我國(guó)海洋傳感器研制生產(chǎn)的“脖子”。
3) 對(duì)傳感器探頭制作工藝研究不夠重視
對(duì)國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)來(lái)說(shuō), CTD 傳感器結(jié)構(gòu)和電路不難, 難的是傳感器部分尤其是敏感探頭的制備工藝。目前, 國(guó)內(nèi)傳感器的生產(chǎn)工藝與專(zhuān)用工裝設(shè)備研制相對(duì)落后, 微機(jī)械加工技術(shù)和封裝技術(shù)不夠先進(jìn), 監(jiān)測(cè)手段也尚待規(guī)范。這些工藝上的不穩(wěn)定因素造成傳感器性能分散、穩(wěn)定性差。
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，由此造成生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成品率低, 成本急劇上升, 企業(yè)不敢投資。由于批產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性和可靠性沒(méi)有得到根本解決, 限制了國(guó)產(chǎn)傳感器應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
4) 尚未構(gòu)建國(guó)際一流的海洋傳感器測(cè)試體系
我國(guó)海洋傳感器研發(fā)投入上一直存在“重研究、輕測(cè)試”的情況, 這并不符合海洋儀器海試投入大、風(fēng)險(xiǎn)高、實(shí)施困難的特點(diǎn), 因此, 僅靠研發(fā)單位自主投入, 難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大批量、多批次的國(guó)產(chǎn)傳感器進(jìn)行反復(fù)測(cè)試驗(yàn)證, 有效評(píng)測(cè)生產(chǎn)定型狀態(tài), 產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和持續(xù)改善, 導(dǎo)致始終無(wú)法跳出一個(gè)怪圈: 由于缺少支撐國(guó)產(chǎn)傳感器研發(fā)、產(chǎn)品化和產(chǎn)品定型的公益性試驗(yàn)平臺(tái), 致使國(guó)產(chǎn)傳感器缺少實(shí)戰(zhàn)機(jī)會(huì)，導(dǎo)致用戶在產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性信心不足, 而應(yīng)用不足又無(wú)法有效提升質(zhì)量和可靠性。
在水下無(wú)人系統(tǒng)中, 以 CTD 傳感器為例, 我國(guó)的典型產(chǎn)品如可用于 Argo 浮標(biāo)、AUV、UUV、潛水器、ROV、ARV 及水下滑翔機(jī)等水下無(wú)人自主移動(dòng)平臺(tái)連續(xù)剖面觀測(cè)的 OST4X 系列 CTD 剖面測(cè)量?jī)x的技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平, 如表 1 所示。但由于缺乏長(zhǎng)期、嚴(yán)格的與國(guó)際接軌的檢定、測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證體系看，其穩(wěn)定性和可靠性與國(guó)外產(chǎn)品還有相當(dāng)?shù)牟罹? 用戶信任度不夠, 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)長(zhǎng)期處于劣勢(shì)。
5) 未能形成研產(chǎn)用有機(jī)結(jié)合相互促進(jìn)的循環(huán)機(jī)制
海洋傳感器技術(shù)研究終要走向產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化才能擺脫對(duì)國(guó)外的依賴(lài), 真正實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控。但是由于科技體制和成果轉(zhuǎn)化機(jī)制的原因, 造成了海洋傳感器研、產(chǎn)、用相脫節(jié)。
早期的海洋傳感器研究單位主要集中在大學(xué)和研究所, 這些研究單位更關(guān)注于科研項(xiàng)目的完成，做到正樣機(jī)研制階段的并不多, 利用自身?xiàng)l件進(jìn)行批量化生產(chǎn)和應(yīng)用的更是少之又少, 無(wú)法形成批量生產(chǎn)能力, 即使少數(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)后, 其儀器質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性、生產(chǎn)周期和服務(wù)等也都無(wú)法得到保證。
而近年來(lái)新興的海洋傳感器小微企業(yè), 因?yàn)槠涞玫秸?、資金、項(xiàng)目的支持有限, 加上前期投資大、市場(chǎng)容量小、收益周期長(zhǎng)等特點(diǎn), 導(dǎo)致其研發(fā)能力偏弱, 只能進(jìn)行機(jī)械仿制, 企業(yè)生存較為困難。
再加上業(yè)務(wù)單位對(duì)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品缺乏全面客觀的認(rèn)識(shí)，無(wú)法對(duì)其性能樹(shù)立足夠信心, 從而形成優(yōu)先采購(gòu)進(jìn)口裝備的行業(yè)慣性。
3 國(guó)產(chǎn) CTD 傳感器自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路
冰凍三尺非一日之寒, 對(duì)于長(zhǎng)期未解決的CTD 傳感器“卡脖子”的狀況, 需用猛力去破解。
3.1 面向需求, 立足自主創(chuàng)新
一直以來(lái), 在 CTD 傳感器研究方面我國(guó)長(zhǎng)期以跟蹤仿制為主, 鮮有原理、技術(shù)、材料和工藝方面的創(chuàng)新。而實(shí)際上由于我國(guó)在工業(yè)制造、微加工、敏感材料等基礎(chǔ)領(lǐng)域方面與歐美國(guó)家存在的差距, 導(dǎo)致機(jī)械地仿制進(jìn)口傳感器方案, 無(wú)法獲取其高水平的真正精髓之所在, 也致使國(guó)內(nèi)傳感器研究的技術(shù)水平和產(chǎn)品的性能和可靠性長(zhǎng)期落后于先進(jìn)國(guó)家, 在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。
未來(lái)的海洋監(jiān)測(cè)需要 CTD 傳感器具備用得住、測(cè)得準(zhǔn)、易集成的特點(diǎn), 這就對(duì)傳感器的能耗、體積、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、免維護(hù)、自校準(zhǔn)和平臺(tái)適應(yīng)性等方面提出了更高的要求。
從這個(gè)角度而言, 進(jìn)口傳感器也不是萬(wàn)能的, 其中很多也不適用于國(guó)內(nèi)的實(shí)際需求, 尤其是未來(lái)海洋監(jiān)測(cè)的需求, 很多“西洋貨”在中國(guó)的海洋環(huán)境中也會(huì)“水土不服”。
特別是在當(dāng)今國(guó)際復(fù)雜局勢(shì)的大背景下，更應(yīng)當(dāng)緊密?chē)@我國(guó)在海洋經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、海洋生態(tài)文明建設(shè)、海洋科學(xué)研究和海洋國(guó)防建設(shè)等方面的實(shí)際需求，真正立足于自主創(chuàng)新, 樹(shù)立自立自強(qiáng)的國(guó)產(chǎn)傳感器品牌, 讓進(jìn)口儀器“走下神壇”。
