据相关统计数据,我国水产养殖面积为1.2亿亩,按70%需要使用溶解氧监测探头计算为8000万亩,其中每10亩需要一个溶解氧监测探头,即800万个传感器,即需要800万套溶解氧测控仪器,按每套3500元计算,市场规模为280亿元。然而,这一领域的企业一直不敢“盲目做大”。
据了解,这是因为如果用电解法的传感器监测溶解氧,规模越大,风险越大。一方面后期维护成本很高;另一方面,如果监测不准确,用户很难准确判断当前值是否准确。一旦出现差错,将给农民造成巨大损失。但是如果用荧光法作为传感器,成本高,农民是无法接受的。
康宇的核心技术荧光膜
2017年8月26日,在广州国际渔业博览会上,广东新会康宇测控仪器工程有限公司(以下简称康宇)推出了荧光溶解氧测控仪器,其核心技术是自主研发的荧光膜,解决了行业痛点,成为本次展会的焦点。为此,我们专程来到广东省江门市康宇公司,采访了康宇公司董事长李先生,进一步了解了康宇公司的核心技术及荧光膜的生产情况。
康宇公司董事长李
从电解到荧光探索了10年
据董事长李介绍,康宇是一家以传感器生产为主的企业,目前主营业务分为四大板块。其中溶解氧传感器事业部:在自主研发的荧光溶解氧传感器的基础上,主要从事水产养殖配套溶解氧传感器和溶解氧仪。主要发展目标是实现可持续的大型传感器制造企业。
水产养殖溶解氧的测量是康宇十年前关注的一个应用领域。在这个领域,它的需求是刚性的,规模是非常大的。
十年前,康玉做了一个电解测量溶解氧的传感器。通过测量溶解氧,可以打开和关闭曝气器。在这个过程中,康宇发现电解在使用过程中消耗能量,传感器末端的电解液和透析膜需要每3-6个月更换一次,导致使用过程中出现以下两个问题:使用寿命短,稳定性逐渐下降,测量不准确;另一方面,后期维护成本很高,因为农民不能自己更换电解质和透析膜,操作复杂。这两个原因促使康宇在10年内研究了荧光传感器。
然而,荧光方法的研究和应用非常困难。当时只有美国Hash公司的溶解氧分析仪等少数公司有成熟的产品,其产品主要用于污水处理、生化制药等。产品价格很贵,Hash产品的市场售价在3万元左右。
康宇荧光法生产的成套溶解氧测控仪
从2016年开始,康宇解决了荧光溶解氧测量传感器的稳定性问题。经过一年的测试,我们不断模拟各种环境来测试产品的稳定性。到2017年上半年,康宇将产品提供给部分农民试用。从试用结果来看,很不错。因此,康宇现在正在逐步将拥有自主知识产权的荧光溶解氧测控仪器核心技术推向市场,但康宇主要与做水产品领域系统集成的客户合作,而不是直接做终端客户。
目前,康宇的荧光溶解氧测量传感器已经能够在线检测溶解氧含量、水温、气压等常规参数,并将继续发展比溶解氧检测困难得多的氨氮在线检测。目前,水中氨氮值只能通过定期采样、分析和监测的间接方法进行。
康宇掌握了荧光溶解氧测量的核心技术。这包括荧光粉的配方,荧光膜的配方,光路的设计,信号的提取,信号的放大等等,形成了比较完整的技术链。康宇长期测试产品的可靠性,分析各种模式,针对不同的养殖模式进行相关的产品设计。接下来,如果康宇的业务规模进一步扩大,将会拥有一些智能化、自动化的生产线,进一步提高生产效率和质量。
对于康宇来说,这方面的产品开发是建立在拥有自主知识产权的平台之上的。在未来,基于康宇的光化学传感器的应用将不再局限于溶解氧的测量,而是有许多领域可以发展。虽然康宇在荧光法溶解氧测控仪器的研发上花了很长时间,投入了大量的人力、物力和财力,但康宇只是在既定的方向上长期不懈、不屈不挠的前进,既定的目标基本实现了。
从车辆和船只到水产养殖,工业为国家服务无处不在
至于为什么康宇坚持做水产养殖领域溶解氧测量仪10年,李董事长表示,新会一直是水产养殖大县,康宇知道很多农民、各级政府部门、渔业局水产站都非常关心溶解氧的测量。
康宇接触过很多做水产养殖领域水质监测的企业。这些企业表示,他们不敢盲目扩张,因为在感知方面,如果用电解法的溶解氧传感器进行溶解氧监测,市场规模越大,风险越大。这种风险一方面是后期维护成本非常高,另一方面是监控不准确。因为电解法的溶解氧监测探头三个月后会衰减,所以数值会不准确,用户很难准确判断电流值是否正确。
现在通过物联网设备将溶解氧数据实时传输到手机是一件非常好的事情,方便农民实时查看。但阻碍相关企业推广系统产品的主要原因是核心溶解氧测量没有很好的解决方案。从国外进口的产品,比如Hash,太贵了,国内的产品还没有出来。康宇可能是国内第一家能够工业化大规模为相关企业和领域提供系统解决方案的企业。
用荧光法监测溶解氧是否存在衰减?李回答说,荧光溶解氧测量仪和控制仪也会有衰减。康宇现在将其产品的寿命标记为2-3年。建议用户使用2年以上后更换荧光膜。
与Hash等企业相比,同类型产品价格大幅降低,西方企业的核心技术对于中国来说还是被封杀的。掌握溶解氧测控仪器核心技术的西方企业的产品,价格肯定会更高。比如康宇自主开发的产品推出之前,在中国市场的售价高达3万元,15米的磁尺售价高达18万元。现在康宇的3米位移传感器市价1000多元。康宇掌握了核心技术,实现了国产化,打破了国外企业产品的垄断格局。
对于溶解氧测控仪器相关的中国厂商来说,如果购买国外荧光膜进行加工组装,在成品市场上仍然会与国外企业存在竞争关系。如果Hash在未来整个应用领域的市场规模发展到一定规模时停止相关核心组件的供应,那么中国企业收到多少订单都会造成很大的损失,相当于把自己的喉咙暴露在别人的铁爪之下。
由于发展战略的需要,康宇作为传感器领域的专业平台,认为有必要在整个产业链中形成自己的核心技术。从康宇决定研发水产养殖溶解氧监测设备开始,他就决定一定要掌握核心技术,这真的很难,也很痛苦。10年,其实是一个不断失败,不断调整的过程。例如,一个小的温度参数调整至少需要2个月来验证。康宇的三代溶解氧监测仪经历了一个非常痛苦的过程,从强度法到相位法,再到傅里叶变换,最后到荧光法。
现在经过一年的实际应用测试,感觉产品使用时间越长越稳定,这是荧光膜的一个特点。康宇希望用户能在2-3年内更换,因为这将使设备的性能保持在最稳定的状态。
在日常维护方面,康玉也做了充分的考虑。如果水体浑浊,可以在前面接一个清洗泵,费用20元左右。它会不断清洗荧光膜表面,保持清洁。另一方面,虽然康宇的产品性能非常稳定,但仍然建议用户在使用过程中定期校准。标定方法很简单,可以用空气体中的饱和氧气进行标定。由于空气体中的氧含量基本上可以视为常数,康宇荧光溶解氧测控仪通过测量当时的温度和空气温度,可以避免阳光直射,只需按下主机上的一个按钮,等待10分钟以上,即可再次投入使用。目前康宇产品能检测的数据主要是溶解氧、温度、气压。
从理论到实践,经得起市场的检验
谈到康宇的荧光溶解氧监测仪的缺点,李承认康宇的荧光溶解氧监测仪的反应速度和杂凑比还有一定的距离,这需要从荧光测量的原理入手。当荧光粉受到特定光源照射时,反射光与进入荧光膜的氧分子发生反应,这是荧光溶解氧监测仪的基本工作原理。对于传感器来说,它需要精确测量水中的溶解氧含量。首先,水中的氧分子需要进入荧光膜,然后才能释放出来,不断流动,达到两侧氧分子最平衡的状态,从而准确测量出当前水中的溶解氧含量。目前康宇和Hash的反应速度在这方面。氧分子进入荧光膜到90%的完全平衡过程大约需要3分钟。这个速度和Hash基本是一对一的,但是最后10%的康宇没有Hash快,康宇的产品用了将近10分钟。例如空气体中的氧含量为8,水中的氧含量为康宇,Hash的溶解氧监测仪同时投入水中,监测时间达到4.3时也是一样,但差距会从4.3反映到4,这个0.3 Hash的监测仪比康宇的快。虽然这10%在水产养殖领域可以忽略不计,但由于水产养殖工艺不同于生物制药,不可能在短短几分钟内做出很大的改变,这仍然是康宇未来进一步优化产品的方向,只有这样康宇的产品才能进入更多的应用领域。
康宇溶解氧测定仪与哈希产品的比较
李多次表示,虽然康宇直到广州国际渔业博览会才拿核心技术荧光膜参展,但实际上康宇已经和很多系统集成商合作过,这些合作伙伴也为康宇提出了很多宝贵的意见和建议。他们反馈的数据为康宇进一步完善产品设计奠定了坚实的基础。感谢众多系统集成商的支持,康宇将继续为所有系统集成商提供最优质的产品和服务。
同时,李也感叹,目前我国水产养殖领域的系统集成商比较成熟,但是他们的发展受到以荧光膜为核心组件的制约。
农民最关心的是溶解氧监测的数据是否准确。如果数据不准确,根本就没有科学种田,反而会给农民带来更多的麻烦。在康宇生产的各种传感器中,应用于水产养殖的传感器最为复杂和困难。难点在于没有办法测量当前水体中溶解氧的真实含量。干扰因素多,而且是动态的。这一秒测得的数据只能是这一秒。没有办法确认这一秒的内容是否准确。没有参考依据。要想真正了解含量,只用碘当量法,但碘当量法也有取样的难度。从采样到测量数据准确至少需要半个小时,而且必须保证,我们现在采取的方法是假设hash的测量数据真实准确,作为康宇测量的参考。散列传感器被放置在邻近的地方。虽然康宇知道hash的传感器测得的数据也有偏差,但目前只能采用。这就是溶解氧测控传感器与其他传感器的区别。比如压力传感器可以用十分之一的压力作为参考,可以用比产品精度更高的测量仪器。因此,康宇只能将实测数据和哈希数据作为重叠或无限接近的参考标准。
至于未来,康宇在荧光膜上的核心技术是否会被其他企业突破和超越,李表示,对此从不担心,因为康宇知道,只有在不断的竞争中,企业才能获得可持续发展的活力,康宇希望成为技术依赖者,但不追求成为技术垄断者。同时,康宇在溶解氧监测仪方面还是核心部件供应商,不愿意直接做终端客户,希望与更多的系统集成商合作,为农民提供最优质的设备和服务,而不是与系统集成商竞争,康宇其实是在做最基础的产品。因此,除了荧光膜溶解氧的核心技术外,康宇还针对水产养殖领域的应用做了相关的配套设计,可以根据不同的应用提供商做不同的搭配。
从现在到未来,创新永远不会停止
还有为什么康宇这么多年不做其他厂家而做荧光膜?李说,当然还有其他厂家在做,但是荧光膜的开发比较困难,这需要结合很多因素。第一,康宇有几十年的传感器研发和生产经验,最重要的是不怕失败,能否在不断的失败中坚持下来。康玉花了10年时间,用最“笨”的方式积累,坚持试错,在试错过程中掌握规律,终于在这个领域游刃有余。没有这种精神,很难成功。实现成功的捷径有很多,但这些所谓的捷径还是不能让企业掌握产品的核心技术,也不能形成完整的技术链,所以不能称之为捷径。
正如李所说,康宇最终想建立一个光化学组件传感器的平台,而不仅仅是做一个产品。有了平台之后,会根据不同的领域需求继续开发具体的产品。康宇希望中国更多的企业专注于最基础的领域进行竞争和超越。康宇虽然是国内和现有领域的先行者,但在全球市场更多领域,如压力传感器,仍然是后来者和挑战者,受到挑战的是国外各大跨国集团。
位于广东新会康宇公司厂房一角
【台风卡帕刚从这里经过,康宇厂区很多树都被吹倒了,但是我们到的时候没有台风的痕迹,整洁有序,树木繁茂,景色宜人。完全和正在建设国家森林城市的江门融为一体,感受不到任何商业气息。康宇自1993年成立以来,确立了“三个坚持”,即坚持可持续发展的发展目标,坚持在装备制造业建立核心业务的发展战略,坚持创新驱动的发展道路。目前技术研发能力方面,专业技术相关岗位89人,其中博士2人,硕士3人,本科生56人,大专毕业生20人;其中高级职称7人,中级职称22人,初级职称32人,形成了一支文化水平高、创新研发能力强的技术团队。拥有众多自主知识产权的康裕人,显得那么悠闲。经过10年的积累,我们已经确立了荧光溶解氧监测仪在水产养殖领域的领先地位。我们不禁感叹,在讲求效率、降低成本、尽力实现效益最大化的时代,我们需要这样的一致性。这种对心灵手巧的坚持,是一种古老的传承,是一种温柔敦厚的基础。】
[作者:中国水产养殖网陈伟容]
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