[发明专利]深海pH传感器

说明书

政府许可权

美国政府可以具有如根据由Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) & US Navy授予的Government Contract # N00014-10-1-0206的条款而提供的本发明中的特定权利。

背景技术

在进行海洋研究并预测气候改变时，科学家力求理解海洋CO₂水平随时间的相对改变。用于感测海洋CO₂水平的最有效方法之一是通过精确地测量海洋中的pH水平。此外，为了准确地确定海洋中的pH水平，期望知道最大海洋深度与以递增水平向上至海洋表面之间的CO₂水平。由于海洋具有近7英里深的区域，因此为了测量最大海洋深度处的pH，pH传感器必须能够承受在最大海洋深度与海洋表面之间存在的不同压力水平。

发明内容

本公开的实施例提供了针对深海pH传感器的系统和方法，并将通过阅读和研究以下说明书而理解。

针对深海pH传感器提供了系统和方法。在一个实施例中，一种用于制造pH传感器的方法包括：在管芯的工作表面中形成传感器电极，其中，所述传感器电极能够感测液体的pH；以及在所述管芯的工作表面上的传感器电极周围形成至少一个隔离槽，其中，所述管芯在所述传感器电极和所述至少一个隔离槽周围具有宽通路。所述方法还包括：将所述管芯安装至基底上；以及将密封物紧固在所述宽通路中所述工作表面上，其中，所述密封物围绕所述隔离槽，当所述pH传感器受到高压时，所述密封物将所述液体密封在所述管芯的工作表面的包含所述传感器电极和所述隔离槽的部分内。

附图说明

在理解了附图仅示出了示例性实施例并因此不应被视为在范围上进行限制的情况下，将通过使用附图来更具体和详细地描述示例性实施例，在附图中：

图1是根据一个实施例的传感器管芯的俯视图的框图。

图2是根据一个实施例的具有所附着的O形圈的传感器管芯的横截面视图的框图。

图3是根据一个实施例的具有所附着的密封封装的传感器管芯的横截面视图的框图。

图4是根据一个实施例的具有迫使液体在pH传感器管芯的感测表面上连续流动的流动机构的pH传感器管芯的框图。

图5是示意了根据一个实施例的收集水体中的pH测量的浮标的图。

图6是示意了根据一个实施例的用于制造pH传感器的方法的流程图。

根据惯例，各种所描述的特征不是按比例绘制的，而是被绘制为强调与示例性实施例相关的具体特征。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参照了附图，这些附图形成以下具体实施方式的一部分并且在这些附图中是通过示意具体示意性实施例而示出的。然而，应理解，可以利用其他实施例并且可以进行逻辑、机械和电气改变。此外，附图和说明书中提出的方法不应解释为限制可执行各个步骤的顺序。因此，以下具体实施方式不应在限制的意义上采用。

本文描述的实施例提供了一种能够感测不同海洋深度处的pH的传感器。这些深海pH传感器是在可承受海洋的不同且大压力的健壮封装中制造的。为了承受不同压力，pH传感器被配置为减少由在极大海洋深度处发现的压力导致的传感器电极上的任何迟滞应力。此外，本文描述的pH传感器被配置为减少可导致腐蚀和微生物生长的传感器电极上的停滞海水。这是通过针对海水可在其上冲刷的传感器电极在传感器管芯上提供大区域来实现的。

图1是示意了在基底102上安装的传感器管芯108的俯视图的框图。传感器管芯108被配置为感测与传感器管芯108相接触的液体的pH。为了感测液体的pH，传感器管芯108包括在传感器管芯108的顶工作表面中形成的传感器电极106。在至少一个实施例中，传感器电极106是专用MOSFET晶体管。MOSFET晶体管的栅极对由接触MOSFET栅极上的特殊陶瓷涂层的液体的pH的改变引起的带电离子的数目改变作出响应。如本申请中所述，传感器管芯108可以被实现为能够在地球的海洋的底部处发现的极限压力下感测pH的pH传感器。

在极限压力下操作pH传感器的一个困难在于：pH传感器的MOSFET晶体管栅极对其管芯上的应变的改变敏感。从大气压至极限压力（比如，在地球的海洋的底部处发现的压力）循环运转传统pH传感器将导致MOSFET晶体管栅极上的迟滞应变，从而导致不准确的pH读数。该迟滞应变可以由来自压至包括MOSFET晶体管栅极的管芯上的封装的力导致。