在环境监测传感器领域，与国外产品同台竞争 @启明星梁丽娟
随着“绿水青山就是金山银山”的
环保理念深入人心，
环境监测的技术手段
也正迎来新一轮的蓬勃发展。
传统的人工和现场定时自动采样
分析检测
已不再满足日益精细化管理需求，
对于动态过程持续变化进行自动检测的
环境监测传感器成为了大势所趋。
而在环境监测传感器领域，
市场长期被国外品牌所占有，
如何破局？
近日，上海科技专访2021级上海科技启明星星友、中国科学院上海微系统与信息技术研究所副研究员梁丽娟，她谈道，“希望自己能做出一些能够比肩于国外产品技术，有技术含量、有应用价值、有竞争力的技术产品。”
01
目标是实现环境监测传感器领域
与国外产品同台竞争，
实现国产环境监测传感器技术能力
提升与超越
2014年，APEC会议期间，当时常年被雾霾笼罩着的北京出现了蓝天白云。
此时，梁丽娟正在北京、天津做实验，雾霾消散后的蓝天白云给她留下了深刻的印象，而这也成为了她走向环境保护领域的初心：“以后是否能在环境治理领域，做出一点自己的贡献，让环境有所改善？”
毕业后，她来到了中国科学院上海微系统与信息技术研究所，开始从事水环境检测传感器的研发。在她看来，这一领域的传感器前景广阔——如果能直接将集成了传感器并带有远程通讯功能的装置投放到需要监测的水体中，那么就能对水体的一些质量指标进行动态过程变化性自动化高频度监测，及时发现水体异常变化，以免引起事件反应滞后情况和问题。相比较现有传统的人工和现场定时自动采样分析检测，更能满足日益精细化管理需求，并且能够省时/省力/省钱。
“目前国内的环境监测传感器主要是梅特勒、哈希等国外品牌。”梁丽娟谈道现有的环境监测产品的市场状况，这些传感器尽管稳定性高，但价格往往相对昂贵。
“举个例子来讲，
二次供水水质监测系统，
包括监测仪表、传感器探头及集成系统，
订购一套国外知名品牌需要十几万，
而自研产品成本会降低60-70%，
并且性能追平甚至优于国外品牌。”
梁丽娟对此感触颇深，“我希望我们自己做的产品能在保证稳定性的基础上，逐步去提高基于自主技术的产品市场竞争力，给中国的用户多一种市场产品选择。”
水中浊度在线检测数字化传感器
“如何让科研真正服务于社会”，是从事科研工作以来，梁丽娟一直思考的问题，在她看来，回答这一问题的关键在于产学研用合作——将自己所学的知识真正投入于产业和用户市场，创造更大的社会效益，而她之所以选择环境传感器方向，也是因为“传感器对于环境保护来说是必不可少的一个环节。”
02
从对集成电路一窍不通，
到带领团队进行电路的独特处理
相较于许多特定领域需要的“专而精”，传感器的开发则既需要考虑传感器面对应用对象，又需要了解与之相关的集成电路技术，要求复合型人才。
“在研发传感器的过程中，不仅涉及材料研究，还有后端的信号处理电路研发，这是一个整体，其中任何一个环节出现问题，都会影响到整体的性能。”梁丽娟说道。
对于传感器的后端信号处理电路研发与设计领域，梁丽娟一开始完全是个门外汉。她向记者谈道，在一开始，自己连最基础的PCB板是什么都不清楚，完全是从头摸索，向周围的朋友与同事请教、自学。
目前，水环境传感器正在从模拟信号传感器向数字信号传感器技术演进，传统的模拟信号传感器需要将采集到的模拟信号传送到数字终端进行数模转换，而最新的数字信号传感器则可以直接输出数字信号并展示在仪表上，具有小型化、自适应的特点。
信号调理电路板
要将采集到的模拟信号进行数字化处理与结果解析功能在一块电路板上全功能实现，而且受到传感器小型化外观尺寸限制，还有要考虑组装调试维修等因素，最为重要的是微小信号抗干扰处理，这将直接影响传感器的技术性能，困难不少。梁丽娟谈道，为此团队所研发的传感器在电路上做了一些独特的处理，以保证稳定性。据梁丽娟介绍，这是其团队所研发传感器的主要优势，“国内的一些替代产品，尽管成本较低，但稳定性不够，传感器钝化快，增加后期维护成本。”而梁丽娟团队所研发的传感器，产品本身稳定性和耐用性过硬，更能够得到市场的青睐。
据梁丽娟透露，目前团队所研发的传感器已在上海多个区河道以及工业园区进行了水质监测应用，包括奉贤，金山，杨浦，普陀等区域；在工业循环水水质管理场景也将得到应用；同时，与广东省科学院化工研究所合作“智能水处理项目”，研发与工业循环冷却水智能精细化平台配套使用的氯离子传感器，有效预警氯离子浓度对循环冷却水系统带来的危害，在广东某化工厂进行了测试和应用。
SEN E012系列水环境在线监测智能终端，可解析各种水质传感器数据，可实时监测温度、pH、电导率、溶解氧、浊度。集成多种传感器数据采集模式，可以应用于水环境监测的不同场景。
03
在启明星的无垠星空中，
寻找学科交叉的可能
“每一个选择都是前一个选择来决定的，真正走向这个方向，既是必然，也是机遇。”从本科阶段的材料专业，到博士阶段的化学，再到如今研发传感器，梁丽娟不断尝试着自己新的科研可能。
谈道交叉学科对于自己科研的影响，梁丽娟分享道，她目前研究的膜材料，就需要通过化学方法来合成有机物小分子，而如何使材料制备成型膜，就需要前期材料专业的知识，在研发过程中，这样的例子不胜枚举，她谈道这些经历时说：“每走一步，你都会觉得自己做的这些实验内容，其相关理论可能都学过，但又都不够深入，50%以上都需要重新再去钻研。”
对于梁丽娟来说，
扬帆计划与启明星
既是她科研工作起步的“第一桶金”，
同时也是一个跨学科交流的平台，
来自各个领域的学者们济济一堂，
在知识的碰撞中诞生出新的思维火花。
此前在水中细菌监测、水中重金属检测以及抗生素监测等相关细分方向的研究中，梁丽娟曾就遇到的问题以及科研设备需求等方面多次请教启明星星友们。
“大家有问题或设备需求的话都会在启明星的群里问，了解这方面问题的，以及有这些设备的老师就会回复，大家都很热情。”梁丽娟说道，启明星的“星友群”，是她在遇到一些不懂的专业知识时脑海中第一反应询问的对象。
梁丽娟还在“星友群”中遇到了一些研究生期间的同学，“以前没有联系方式的同学，在群里一看，发现原来他们也申请了扬帆计划、启明星，这是科研上的缘分。”
在采访的最后，梁丽娟说道：
作为一个科研人员，
我们见证了很多“卡脖子”技术
被我国科研人员攻克，
最终实现国产化的替代。
这是我们的动力，
相信在这个领域我们也能够实现。
企业及专家观点不代表官方立场
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