编者按：传感器作为“信息时代的神经末梢”，已渗透到社会经济的每一个关键领域。本报日前刊登《砥砺奋进 “十四五”｜传感器行业创新之路》一文，作者九三中央科技委副主任、中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长郭源生指出，“站在‘十五五’的新起点，我国传感器行业面临着巨大的机遇与挑战”，并建议未来聚焦电力、重大装备、智能制造、智慧农业、智慧医疗与大健康、智能家电及消费电子、城市安防、低空经济八大领域与场景，建强传感器产业。本报特邀郭源生副理事长就上述领域传感器应用前景、产业现状、未来建议等进行展开阐述，以形成产业共识，促进产业发展。
在现代船舶工业体系中，传感器技术的先进程度不仅直接决定船舶的航行安全性、运营经济性与海洋环境适应性，更成为衡量一个国家船舶工业核心竞争力与海洋战略话语权的关键标志。
当今，全球商船队总运力已突破20亿吨，年航运量120亿吨，3万余艘各类船舶在全球海洋航线日夜穿梭。我国作为世界第一造船大国，船舶保有量、新船订单量连续13年位居全球首位，海洋工程装备市场份额占比超35%，年航运收入突破万亿元，是全球船舶与航运业发展最快的市场之一。然而，当人们惊叹于30万吨级油轮在远洋航线的高效运输、深海钻井平台在千米海底的资源开发，或是智能船舶在复杂海况下的自主避障时，往往忽略了遍布船舶动力、导航、结构安全等8大核心系统的数千个传感器，正以毫秒级频率采集着数百万组关键数据。从主机缸体的120℃-350℃高温区间到深海探测的6000米高压，从船舶姿态的0.1°偏转到底部海流的0.5节流速，这些数据通过船载总线实时传输至中央控制系统，构建起海洋航行安全的 “第一道感知防线”。
船舶传感器技术：构建全维度海洋感知体系的核心支撑
目前，一艘10万吨级散货船需搭载超2500个独立传感器，30万吨级油轮突破4000个，而深海科考船、军用舰艇的传感器数量可达5000个以上，广泛分布于动力系统、导航定位、航行环境、结构安全、货物监测等关键领域。以 “雪龙2”号科考船为例，其传感器年均采集数据量高达8TB，相当于4000部高清电影的存储容量，可提前识别破冰艏的结构应力、全回转推进器的轴承磨损等潜在隐患，为极地复杂海况下的安全航行提供核心数据支撑。
功能导向：按核心作用划分，覆盖船舶全生命周期需求
船舶传感器按功能可分为五大类。其中，船体动力系统监测类占比30%，是船舶健康监护核心；导航定位类占比25%，为航行方向与位置提供精准指引；航行环境类占比20%，感知海洋气象与水文变化；结构安全类占比15%，守护船体与设备的物理完整性；船载特种监测类占比10%，满足科考、军用、危化品运输等特殊需求。
1.动力系统监测类传感器：船舶的“心脏监护仪”
船舶发动机动力系统是复杂的高温高压机械系统，活塞需在300℃下以500转/分钟往复运动，任何故障都可能导致“海上抛锚”。通过监测振动、温度、压力、流量等参数，提前预警故障。
主机振动传感器：安装于柴油机缸体、曲轴箱等关键部位，捕捉转子不平衡、轴承磨损等异常振动。其核心元件为PZT-8压电陶瓷，可将机械振动转化为电荷信号，频响范围0.1~8000Hz，量程±30g。以MAN B&W 6S70MC-C主机为例，其振动传感器在缸体部位监测到200Hz左右的异常峰值时，可判断为活塞磨损；500Hz峰值则对应曲轴轴承损伤。
燃油压力传感器：安装于燃油喷射系统，监测燃油喷射压力，确保燃烧效率与排放合规。采用压阻式技术，量程0~200MPa，精度±0.5% FS，响应时间＜1ms。在- 40℃~120℃、0~200MPa工况下误差变化＜0.3%，可精准控制燃油喷射压力在±0.5MPa范围内，使柴油机燃烧效率提升1.2%，氮氧化物排放降低8%。
排气温度传感器：安装于主机排气总管，通过排气温度间接反映燃烧室与涡轮状态。采用热电偶技术，量程0~800℃，精度±3℃，响应时间＜0.3秒。当EGT超750℃时，系统自动限制油门；达800℃时触发紧急停车指令，避免主机烧毁。
2.导航定位类传感器：船舶的 “航向指南针”
在浩瀚海洋中，导航定位传感器是船舶“眼睛”。其精度直接决定船舶能否在狭窄航道安全会船、在深海区域精准作业。
卫星导航接收机：接收北斗、GPS、GLONASS等多星座信号，为船舶提供全球定位。我国自主研发的北斗三号接收机，采用 “三频点多模” 设计，定位精度达1米，速度测量精度±0.1米/秒，航向精度±0.1°。
惯性导航系统：在卫星信号丢失时，如穿越峡谷、极地地区，通过惯性元件持续输出位置、速度和姿态数据。基于光纤陀螺技术重量＜20kg。其加速度计量程±10g，精度±0.001g；陀螺仪量程±300°/秒，精度±0.01°/小时，即便在无卫星信号的北极航道，位置误差每小时不超过0.5海里。
船用回声测深仪：通过声波反射测量水深，保障船舶在浅水区的航行安全。采用双频技术，量程0~1000米，精度±0.1% FS，最小探测深度0.5米，避免船舶搁浅。
3.航行环境监测类传感器：船舶的“海洋环境眼”
海洋环境复杂多变，航行环境监测传感器让船舶能够感知风浪、海流、水质等环境变化。
风速风向传感器：安装于船桅顶端，为船舶航行提供气象参考。采用三杯式风速计与风向标组合，风速量程0~60米/秒，精度±0.5米/秒；风向量程0~360°，精度±1°。
海浪传感器：通过测量波浪的高度、周期与方向，为船舶稳性分析提供数据。采用声学式技术，量程0~20米，精度±0.1米，数据更新率10Hz。
水质传感器：检测海水的盐度、酸碱度、溶解氧等指标，为海洋生态研究与船舶防腐蚀提供依据。采用电极式技术，盐度量程0~40‰，精度±0.1‰；pH量程0~14，精度±0.1。
4.结构安全监测类传感器：船舶的 “安全防护盾”
船舶结构安全至关重要，结构安全传感器构成了船舶的 “安全防护盾”，在故障萌芽阶段发出预警。
船体应力传感器：安装于船体关键部位，如船艏、船舯、船艉的纵骨与横梁，监测结构应力变化。采用光纤光栅技术，量程- 2000με~+2000με，精度±1με。当应力超设计值的90%时，自动预警，避免结构疲劳损坏。
火灾传感器：部署于机舱、货舱，采用“光电烟雾探测+温度监测”双重机制。货舱传感器烟雾阈值0.01% obs/m（每米光衰减率），温度超70℃时触发灭火。
船舶姿态传感器：采用MEMS技术，横摇/纵摇量程±90°，精度 ±0.1°；艏摇量程0~360°，精度±0.1°。可将平台姿态控制在±0.5°范围内，监测船舶的横摇、纵摇、艏摇等姿态参数，保障船舶在恶劣海况下的航行安全。
5.船载特种监测类传感器：满足科考、军用、危化品运输等特殊需求。
技术原理：适配海洋极端工况的核心路径
海洋特殊环境具有高温、高湿、高盐雾、强腐蚀、强振动等极端特点，船舶传感器技术原理必须适配这些特殊环境和相应参数指标要求。目前。按原理可分为：
1.采用 “双压电晶体对称设计”的压电陶瓷技术：将机械振动转化为电信号，频响0.1~8000Hz，耐温-50℃~200℃，误差±0.5%/100℃以内。
2.利用不同金属导体的热电效应测量温度的热电偶技术：测量范围0~800℃，热电势率约41μV/℃，精度±3℃。
3.通过电磁感应计算转速的磁电式转速传感技术：测量范围0~10000转/分钟，精度±0.1%，耐温范围- 50℃~200℃，寿命超20000小时，几乎无需维护。
4.利用声波的反射、折射特性声学传感技术：量程0~5米/秒，精度±0.01米/秒，可分辨0.1米的波高变化。
5.基于光学原理的红外传感技术：量程0~5000米，精度±50米，在雾天预警船舶避碰。
6.基于电极与电解液的化学反应电化学传感技术：量程0~40‰，精度 ±0.1‰，响应时间＜1秒。
7.利用光纤材料特性的光纤光栅传感技术：应变测量精度达±1με，温度测量精度达±0.1℃，可在- 50℃~120℃环境下长期工作。
8.基于金属电阻应变效应应变片技术：常用的金属应变片灵敏系数约2.1，电阻值通常为120Ω或350Ω，应变测量范围- 2000με~+2000με，精度±0.1% FS。
除此之外，船舶各个系统中还有射频识别（RFID）、超声波探伤等辅助感知技术，与核心传感器形成协同。
安装场景：按部署位置划分，适配船舶复杂环境要求
船舶的不同区域环境差异显著，从-20-60℃的极地冰区到120℃的主机舱，从6000米的深海到腐蚀严重的沿海区域，船舶传感器的安装场景需根据部署位置进行特殊设计。按部署位置可分为船体外部、机舱内部、船舶舱室、特种区域四类，每类场景都有针对性的技术方案，确保传感器在极端环境下可靠工作。
1.船体外部传感器：抗腐蚀、抗水流冲击、耐高低温
安装于船艏、船艉、船桅、船底等部位，需承受海水腐蚀、水流冲击、高低温变化等极端环境，防护设计是核心。
2.机舱内部传感器：耐高温、高振动、防油气腐蚀
机舱是船舶动力系统的核心区域，温度高、振动大、油气浓度高，是船舶传感器最恶劣的安装环境，主要包括主机振动传感器、燃油压力传感器、EGT传感器等。
3.船舶舱室传感器：低功耗、小体积、易维护
船舶舱室包括驾驶室、货舱、客舱等，环境相对稳定，对传感器的体积、功耗、维护性要求较高，主要包括导航设备传感器、货物状态传感器、客舱环境传感器等。
4.特种区域传感器：防爆、防水、防电磁干扰
危险化学品舱、高压电力舱、军用电子舱等特种区域对传感器的防爆、防水、防电磁干扰要求极高，主要包括LNG
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