Development of a new generation of diamond-coated thermometers to extend small-scale oceanic measurements of temperature

开发新一代金刚石涂层温度计以扩展小规模海洋温度测量

基本信息

  • 批准号:
    0619353
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-09-15 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The PIs are proposing the development of a diamond-coated polysilicon thermistor with a spatial resolution of 0.1 mm, temporal resolution of 0.1 ms, and the strength required for deployment at full ocean depths. The sensor will be constructed using a semiconductor fabrication process, using a 0.5 micrometer layer of polysilicon as the sensor, and a thin layer of diamond coating to insulate the polysilicon from seawater. Measurement of ocean temperature to very small space and time scales is necessary to determine mixing rates, and to understand turbulence and air-sea exchange processes. However, current thermometer technology possesses neither the spatial nor the temporal resolution to make the necessary measurements from existing platforms, nor is it sufficiently robust. The combination of these properties will provide a robust thermometer that has unprecedented resolution and will allow ocean studies at scales that have been heretofore unachievable. Two areas of application provide motivation: studies of the boundary layer at the air-sea interface, and studies of turbulence and mixing in the ocean interior. Quantification of ocean mixing is carried out by direct measurements of, the rate of diffusive smoothing of temperature fluctuations. Implementation of the proposed sensor on the Air-Sea Interaction Profiler and the High Resolution Profiler will respectively allow routine detection of the interfacial boundary layer, and enhance measurement abilities for oceanic dissipation at all depths. In addition, the PIs anticipate other applications in higher speed towed and autonomous instruments that will enable expanded measurement capabilities for a variety of mixing and air-sea exchange studies. Broader ImpactsIf successful, a fast, robust, quite and relatively inexpensive sensor would be a significant advancement over currently-available sensors, and could see broad usage in studies of ocean mixing, air-sea interaction, climate. Many investigators want to measure and understand the ocean temperature profile near the sea surface. The PI's express a commitment to finding a company that will make the sensor commercially available to the community.
PI 提议开发一种金刚石涂层多晶硅热敏电阻,其空间分辨率为 0.1 毫米,时间分辨率为 0.1 毫秒,并且具有在整个海洋深度部署所需的强度。该传感器将采用半导体制造工艺构建,使用 0.5 微米的多晶硅层作为传感器,并使用一层薄薄的金刚石涂层将多晶硅与海水隔离。在非常小的空间和时间尺度上测量海洋温度对于确定混合率以及了解湍流和海气交换过程是必要的。然而,当前的温度计技术既不具备空间分辨率,也不具备时间分辨率,无法从现有平台进行必要的测量,而且也不够稳健。这些特性的结合将提供一种坚固的温度计,具有前所未有的分辨率,并将允许在迄今为止无法实现的规模上进行海洋研究。两个应用领域提供了动力:海气界面边界层的研究,以及海洋内部湍流和混合的研究。海洋混合的量化是通过直接测量温度波动的扩散平滑率来进行的。在海空相互作用剖面仪和高分辨率剖面仪上安装所提出的传感器将分别允许对界面边界层进行常规检测,并增强所有深度的海洋耗散测量能力。此外,PI 预计高速拖曳和自主仪器中的其他应用将为各种混合和海气交换研究提供扩展的测量能力。更广泛的影响如果成功,一种快速、稳健、安静且相对便宜的传感器将是对现有传感器的重大进步,并且可以在海洋混合、海气相互作用、气候研究中得到广泛应用。许多研究人员希望测量和了解海面附近的海洋温度剖面。 PI 承诺寻找一家能够向社区提供商业化传感器的公司。

项目成果

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