更可靠的全新痕量和超痕量水分分析

Gen-7 播客成绩单

DB：我叫道格拉斯·巴特。我是 DF-700 的 USTC 产品经理，今天我和…

PR：我是 Phil Rogers，我是 USTC 仕富梅的高级应用工程师。

DB：我们将向您介绍第七代 NanoTrace DF-700 分析仪。这是一个现代分析仪。它最近被重新设计，重新设计……

PR：重新设计，更新。

DB：……适用于需要对水分、污染物和超高纯度电子级气体进行超痕量质量测量的现代 LCD 和 LED 制造工艺。在如此苛刻的应用中，用户需要能够在多种背景气体中提供高精度和低、超低检测限的分析。无论应用要求多么苛刻，您都需要一种能够降低预防性维护成本、最大限度延长正

PR：哦，当然。 DF-700 目前的迭代已经存在了大约 20 年。使用相同的基本架构，这是相当长的时间。电路板设计都是老式的，布线非常复杂。它本质上是一个模拟分析仪，因为，你知道，信号在最后被数字化，并且……许多这些旧组件的供应商已经用完了，所以我们不得不将电子设备和分析仪的处理能力更新到最新的水平，这将在未来几年内使用，并让我们为接下来的 20 年做好准备。

DB：所以这是一个完全数字化的分析仪？

PR：是的，事实上，它是完全数字化的。

DB：哇。出色的。是的，我听说过很多关于工业气体行业数字化的信息。很高兴看到数字化正在进入这些仕富梅产品的半导体方面。这款新一代第七代 DF-700，未来如何更好地为我们的客户定位？

PR：我不会说定位更好，但在现代平台中肯定定位良好。信号处理意味着我们现在可以使用数字仪器进行更多处理。这使我们能够从分析仪中获得更安静的信号，从而提高检测限、响应时间并消除与水分或氧气无关的事件。因此，这本身应该对我们的最终用户产生巨大的影响，尤其是 CQC 世界中的那些，半导体制造商让这些东西保持 24-7、365 运行。

DB：所以你是在告诉我全新的电子产品、新的 PCB、硬盘、操作系统……所以这个新数字平台的分析仪中的一切都是现代的？你有没有更新激光细胞？

PR：激光单元本身基本上没有变化。 Herriott 电池设计没有，你知道……你无法真正改进它。这是一个简单的设计，坚固耐用。因此，我们使用完全相同的电池、完全相同的激光器、完全相同的镜子。但我们正在做的是以不同的方式从那里获取信号。

DB：太棒了。所以我现在可以理解这个带有所有这些新部件的数字平台是如何结合在一起来改进仪器的操作的。从这次重新设计中添加的所有这些新增功能中，实际客户会在分析仪的一侧看到什么？

PR：你知道，从外面看，分析仪看起来基本一样。屏幕更大、更亮，因此更易于阅读，更多信息可以清晰易懂的方式显示在屏幕上。您可以在整个房间看到分析仪告诉您的内容，而不必让您的读者站在分析仪前面。

如果单位需要服务，体验会好很多。传感器和所有组件都可以由称职的现场服务工程师或精通技术的最终用户进行现场更换。一切都在那里，很容易到达，校准将在湿度单元之后而不是在硬盘驱动器上，校准在湿度单元上，或者如果你有 760，校准在氧气单元上，所以所有这些东西使服务体验更加顺畅。如果或当不可避免的服务电话打进来时，应该很容易做到并让客户满意。

DB：我知道上一代的一些投诉是关于现场服务能力的。对于所有这些新组件，您是否设计了一些允许仪器在现场进行维修的功能？

PR：你知道，一切都可以访问，从为 CPU 和湿度传感器供电的电源，到包含继电器、模拟输出和串行通信的电路板。固态硬盘就在那里，易于访问，CPU 也是如此。再说一次，深入到传感器本身，如果出现问题并且设备需要维修、新传感器或传感器更换，甚至出于故障排除目的，这确实发生了，只需将其拉出并将传感器放入分析仪即可。分析仪将拉出该传感器的电路板，从中进行所有校准，然后您就可以开始运行了。正确的？就这样。

常运行时间并在市场上拥有较长使用寿命的设备。

我们认为您不必妥协，这也是我们如此看好 DF-700 产品的原因之一。那么，鉴于上一代产品即将结束生产运行，菲尔，你能告诉一些听众为什么要进行这个新项目吗？

DB：所以是硬盘驱动器、CPU、PCB、显示器、配气板，所有这些项目现在都可以在现场维修吗？

公关：是的。

DB：哇。这是向前迈出的一大步。这是服务工程师通常接触的分析仪中组件的核心部分。这太妙了。你提到赫里奥特细胞已经存在了很长时间。它存在了多长时间，您能告诉我们一些关于 Herriott 电池的信息吗？

PR：是的，赫里奥特电池是一项古老的技术，由名副其实的唐纳德·赫里奥特 (Donald Herriott) 于 1965 年发明。它由两个球面镜组成，其中一个有一个孔径，允许来自激光的光进入和离开赫里奥特池。它为您提供了很长的路径长度，最多可达 93 次，大约是 50 米的路径长度。所以这基本上就是赫里奥特电池，激光发出的光在它们之间来回反射的球面镜。

DB：所以我知道赫里奥特池是进行实际采样或测量的地方。具体来说，仕富梅在赫里奥特池中使用了可调谐二极管激光吸收光谱法。向听众介绍一下可调谐二极管激光器的优点和特点。

PR：可调谐二极管激光器是一项巧妙的技术，但我们将其视为吸收光谱仪。所以我们必须知道水分吸收光的波长。在这种情况下，我们使用 1854 纳米，您可以通过调节激光器的温度将激光器输出调谐到该输出频率。每个激光器都有其独特的特性，因此每个激光器的激光器温度都是唯一的。

一旦调谐到水分峰值，我们就会调制流向该激光器的电流，这实际上会导致输出扫描水分峰值。水分在 1854 处达到峰值。因此，我们通过调制流向该激光器的电流并稍微影响该激光器的输出频率，从 1853 年半到 1854 年半，再增加一纳米。

因此，您每秒扫描水分峰值数千次，并且从中获取大量信息。它是一种直读光谱仪。它将与同样广泛应用于半导体行业的CRDS技术进行比较。 CRDS 是腔衰荡光谱法，它的作用是在样品池内发射光脉冲。它位于两个高反射镜面之间，它们测量衰减时间，本质上是光完全衰减到可检测极限之外的时间。这听起来很好，但是，你知道，你是在测量时间，而不是在测量水分。如果这些镜子起雾或失去任何反射率，将极大地影响设备的灵敏度和设备的检测极限。

DB：那有很大的不同。我的意思是，这两者之间唯一基本相同的是激光。光线进入腔室后，它们非常不同。

PR：他们使用的频率也与我们不同。他们使用的是 1392 纳米，而我们的是 1854 纳米。但这确实是一个很小的区别。

DB：您提到我们使用 1854 波长进行测量。我接受了你所说的关于能够知道 1854 波长的质心的事情。你能告诉听众更多吗？

公关：好的。好吧，我们所做的是我们拥有我们所说的参考峰，分析仪利用它来保持激光的正确调谐。我们的传感器分为两个部分。我们有 Herriott 池，它是样品气体所在的地方，还有激光器，然后我们有激光室本身，它与 Herriott 池隔离，并且被密封并加压到深处以防止污染。

我们用一个小蓝宝石窗口将激光室与 Herriott 池隔开。有少量光从那个窗口反射回来，可能接近，你知道，激光发出的光的 1% 甚至更少，从那个窗口反射回来。我们有一个含有水分的小比色皿，因此反射激光会通过该比色皿到达一个单独的检测器。现在那里总是有水分，所以参考检测器总是显示水分峰值。分析仪的软件旨在识别该峰值，如果它看到该峰值在波长上以某种方式向上或向下移动一点点，它将稍微调整提供给该激光器的电流以确保峰值停留在正确的位置，因此激光器被调谐到正确的输出频率。

DB：所以如果我没理解错的话，Phil，你是说我们使用了一个二级检测器和一个水分比色皿，并放掉了一点激光，不断地告诉分析仪水分峰在哪里，并确保它不会偏离那个波长。

PR：没错。

DB：我听到您在解释可调谐二极管激光吸收光谱学时说过的另一件事是水分峰扫描操作。分析仪和我们的激光技术扫过整个峰，这对我们的客户有何好处？

PR：横扫山峰，那里发生了很多事情。当您扫过峰值时，您正在测量激光在扫描该波长时的峰值和非峰值亮度。这种测量的性质是比例的。因此，与您之前讨论的腔体衰荡不同，如果我们由于光学雾化而失去一点反射率，或者谁知道工业应用中的仪器在现实生活中可能会发生什么样的事情，您就会失去一点反射率。

分析自动补偿这一点没什么大不了的，因为光会减少，光的强度会降低，无论是在高峰期还是在非高峰期，都是相同的百分比。因此，在任何给定的水分浓度下，峰值测量值和非峰值测量值之间的比率在任何给定的水分浓度下都是相同的。

因此，如果您损失了 10% 的反射率（峰值和非峰值），并且如果峰值和非峰值测量值之间的比率保持不变，则测量精度将保持不变.几年前，我们有一台分析仪由于污染而失去了超过 90% 的反射率。我们在我们的实验室中启动它并根据我们已知的标准进行测试，它仍然以大于 90% 的反射率准确读取。我不得不说当发生这种情况时我很惊讶，但它让我对产品充满信心。

DB：哇，激光的实际强度损失了 90%，但仍能准确测量，这太棒了。

PR：老实说，这让我感到惊讶。就在那里。有效。

DB：所以扫过峰值，如果你失去反射率或强度，你可能会失去来自探测器及其拾取它的能力或激光源的强度。这不会也校准出激光源和检测器的差异吗？

PR：任何与光强度有关的事情，无论是多年来激光输出退化，检测器多年来退化的输出特性，还是镜子的反射率受工艺条件影响，都是其中，从算法的角度来看，它与算法无关。

DB：假设背景气体中有一种干扰气体，然后你进入非峰值，它确实吸收了激光，干扰气体会被衰减，你可以校准它吗？

PR：是的，无论如何它都会被抵消。你在看中心峰，你没有在看旁边的任何东西。湿度在 1854 处相当特殊，因此一般来说，干扰元素几乎只是从那里抵消了。

DB：那么干扰元素、激光源强度的差异、检测该源的能力的差异，以及镜子上的任何类型的污染物，都会立即从分析仪中为您微弱地归零并进行校正？

公关：是的。

DB：太棒了。难怪这项技术已经存在了这么久，并被用于许多不同的地方，如超高纯度、半导体应用、特种气体、电子市场、LED 和显示器制造。

Phil，非常感谢您今天花时间讨论可调谐二极管激光器和新的 Gen-7 DF-700 产品的惊人功能。我想感谢你的时间。

PR：不客气。这是一件有趣的事情。

DB：我想提醒所有听众访问 servomex.com 并在线了解有关 Gen-7 分析仪的更多信息。谢谢。