物理海洋學(xué)的研究離不開大量的實(shí)測海洋數(shù)據(jù)，集成了各種性能優(yōu)異的傳感器儀器設(shè)備是海洋調(diào)查的基礎(chǔ)。作為國之重器，海洋傳感器值得各方面的重視。比如一臺超大型智能鉆井平臺，便安裝有2萬多個探測傳感器和5萬多個感應(yīng)報檢點(diǎn)。

海洋儀器設(shè)備的一個最大特點(diǎn)是，生產(chǎn)批量小、應(yīng)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(yīng)用中改進(jìn)制造工藝和提高技術(shù)性能。傳感器技術(shù)是海洋儀器設(shè)備的基礎(chǔ)，其各方面性能是衡量儀器設(shè)備好壞的關(guān)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(yīng)運(yùn)而生，但是在長期的觀測中，傳感器的穩(wěn)定性、漂移、準(zhǔn)確度等指標(biāo)依然是最重要的部分。海洋傳感器在海洋監(jiān)測、觀測領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，可測量并提供各種海洋環(huán)境要素，如溫度、電導(dǎo)率/鹽度和壓力/深度等基本物理海洋學(xué)要素的原始數(shù)據(jù)，不僅用于海洋科學(xué)研究，還是海洋資源開發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用不可或缺的重要數(shù)據(jù)源。因此，開發(fā)、研制海洋傳感器，意義深遠(yuǎn)。

一、海洋傳感器及其分類

隨著海洋觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，作為各種觀測要素的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件，傳感器的作用日益突出。海洋傳感器是海洋觀測系統(tǒng)的神經(jīng)末梢，作為海洋觀測數(shù)據(jù)的設(shè)備基礎(chǔ)，可獲取海洋水質(zhì)、水文、生態(tài)、成像、地形地貌、地震波等信息，其觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、原位性、連續(xù)性等，與最終海洋觀測結(jié)果息息相關(guān)。

海洋傳感器種類繁多，常規(guī)監(jiān)測參數(shù)達(dá)上千種，常用傳感器達(dá)數(shù)百類。海洋傳感器根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域大致分為海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)應(yīng)用、海洋資源勘探開發(fā)應(yīng)用、國防安全應(yīng)用和科學(xué)研究應(yīng)用等。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，觀測目標(biāo)和參數(shù)各有不同，同一參數(shù)的觀測方法和原理也多種多樣。

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(xué)探測類、光學(xué)探測類等，每一類檢測參數(shù)大則包含上百項(xiàng)檢測目標(biāo)，少則數(shù)十項(xiàng)檢測目標(biāo)，且根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境的不同，每一項(xiàng)檢測參數(shù)的工作原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段各有不同。

表1 海洋傳感器及其分類

二、海洋傳感器市場需求

目前的海洋溫、鹽、深、流速等物理傳感器技術(shù)已經(jīng)近20年沒有更新?lián)Q代，其響應(yīng)時間慢、體積大、功耗大、重量大、成本高、非環(huán)保等缺點(diǎn)已經(jīng)阻礙了海洋觀測的需求和許多新的應(yīng)用開展。

海洋化學(xué)傳感器、海洋微生物傳感器也都存在不能與時俱進(jìn)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(shí)時、快速、精確的海洋微生物傳感器也未有相關(guān)產(chǎn)品。

中國90%的傳感器依賴進(jìn)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(shù)、信息技術(shù)、集成電路技術(shù)等都取得了很大的進(jìn)步，當(dāng)這些新技術(shù)滲透到海洋傳感器領(lǐng)域的時候，就會有大的突破。

預(yù)計今后2年~5年內(nèi)國產(chǎn)傳感器將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，基于這些新的技術(shù)未來將實(shí)現(xiàn)傳感器領(lǐng)域的彎道超車。傳感器的應(yīng)用普及，將會對多個領(lǐng)域帶來突破性的發(fā)展。未來國產(chǎn)傳感器將實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，云端傳送信息，由中心處理器來掌握實(shí)時信息，隨時進(jìn)行檢測校對。

據(jù)統(tǒng)計，2017年中國的傳感器市場為2070億元，預(yù)計到2021年可以達(dá)到5937億元。世界智能傳感器市場2015年已經(jīng)達(dá)到1萬億元，在2016~2020年間，可以達(dá)到20%的年復(fù)合增長率。因此，傳感器的需求量極大，在全球也具有廣闊的市場。

未來，我國將基于創(chuàng)新的光電集成芯片和光學(xué)傳感原理，基于光電集成芯片技術(shù)，依靠發(fā)展成熟的集成電路的制造設(shè)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(quán)的芯片級海洋物理、化學(xué)和微生物傳感器，并且實(shí)現(xiàn)微型化與國產(chǎn)化，推進(jìn)“兩用”研究，進(jìn)一步將海洋傳感器開發(fā)應(yīng)用到高端智能裝備的制造領(lǐng)域，加速實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”所依托的高端智能傳感器芯片的國產(chǎn)化。

三、檢索式策略

傳感器種類非常多，應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛，在工業(yè)領(lǐng)域有大量的應(yīng)用。本次檢索策略的構(gòu)建主要是聚焦海洋應(yīng)用領(lǐng)域，重點(diǎn)檢索專門應(yīng)用于該領(lǐng)域的傳感器研究論文和專利。論文數(shù)據(jù)來自科睿唯安WOS核心合集數(shù)據(jù)庫，專利數(shù)據(jù)來自DII數(shù)據(jù)庫。檢索式及檢索結(jié)果如下表，本報告根據(jù)檢索式6進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索及分析。

表2 海洋傳感器領(lǐng)域論文和專利檢索策略

四、海洋傳感器科技論文研究情況