Berthold's Messlösung mit SiPM-Technologie

Silicon Photomultipliers (SiPM) on electronic board with neon background

Entdecken Sie die Zukunft der Photodetektion mit der Silizium-Photomultiplier-Technologie – optimiert für Energieeinsparungen, robuste Messperformance und dauerhafte Qualität.
Mit eingebauter Redundanz und außergewöhnlich niedrigem Stromverbrauch sind unsere SiPM-Lösungen für dauerhafte, zuverlässige Leistungsfähigkeit unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ausgelegt. Entdecken Sie das gesamte Potenzial dieser fortschrittlichen Photomultiplier-Technologie in der Radiometrie, indem Sie unsere neuesten Erkenntnisse in dem neuen Whitepaper "Photomultipliers in Radiometry“ nachlesen.

 

Energieeinsparungen von bis zu 99%

Die SiPM-Technologie senkt die Betriebskosten durch ihre hohe Energieeffizienz erheblich, indem sie die Energiekosten im Vergleich zu herkömmlichen Photomultiplier-Systemen um bis zu 99 % reduziert.

 

Kompaktes Design und geringerer Platzbedarf für die Installation

Dank ihres optimierten Designs benötigen die SiPM-Geräte nur eine minimale Installationsfläche, was eine größere Flexibilität und eine einfache Integration ermöglicht, insbesondere in Bereichen mit begrenztem Platzangebot.

2-Draht-Technologie


Die vereinfachte Verkabelung durch die 2-Draht-Fähigkeit reduziert die Komplexität der Installation und verbessert die Gesamteffizienz des Systems, was SiPM zu einer idealen Wahl sowohl für neue Projekte als auch für System-Upgrades macht.

Whitepaper “Photomultipliers in Radiometry”

Unser neuestes Whitepaper Photomultipliers in der Radiometrie,  vertieft sich in die wesentlichen Rolle der Photomultiplier-Technologie bei präzisen radiometrischen Messungen. Dieser umfassende Leitfaden behandelt die grundlegenden Prinzipien, Vorteilen und Anwendungen sowohl herkömmlicher Photomultiplier als auch die fortschrittlichen Silizium-Photomultiplier (SiPM)-Technologie, die eine überlegene Energieeffizienz, Widerstandsfähigkeit und Messgenauigkeit bietet.

Die wichtigsten behandelten Themen​

  • Prinzipien der Funktionsweise von Photomultipliern
    Verstehen Sie die Wissenschaft hinter der Funktion von Photomultipliern und warum sie für zuverlässige radiometrische Messungen unerlässlich ist.
  • Vorteile von Silizium-Photomultipliern (SiPM)
    Erfahren Sie, wie die SiPM-Technologie unvergleichliche Vorteile wie Energieeinsparungen, Langlebigkeit, kompaktes Design und Widerstandsfähigkeit gegenüber externen Störungen bietet.
  • Anwendungen in Industrie und Wissenschaft
    Beispiele aus der Praxis zeigen die Bedeutung von Photomultipliern in Bereichen wie Radiometrie, Materialwissenschaft und Qualitätskontrolle.

SiPM-Technologie

Um die Energieinformationen zu erhalten, bestehen SiPMs aus einer Reihe von Mikrozellen, von denen jede eine einzelne Avalanche-Fotodiode enthalten. Diese Mikrozellen sind in der Regel sehr klein, oft in der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern, was eine hohe Packungsdichte von APDs auf einem einzigen Siliziumsubstrat ermöglicht. Die geringe Größe minimiert auch die Wahrscheinlichkeit gleichzeitiger Ereignisse auf einer Mikrozelle. Um sicherzustellen, dass das SiPM innerhalb eines kontrollierten Bereichs arbeitet, wird ein Löschwiderstand eingesetzt. Dieser Widerstand trägt dazu bei, die Dauer des Avalanche-Durchbruchs zu begrenzen, übermäßige Ladungsbildung zu verhindern und einen schnellen Reset der Mikrozelle für nachfolgende Photonendetektionen zu gewährleisten. Durch die Anordnung der Mikrozellen erreicht der SiPM eine hohe Photonendetektionseffizienz und eine hervorragende zeitliche Auflösung. Dabei werden die einzelnen Signale jeder Mikrozelle ausgelesen und verarbeitet. Das Ergebnis ist ein digitales Signal, das proportional zur Anzahl der detektierten Photonen ist. Dank der hohen Dichte der Mikrozellen bieten SiPMs eine ausgezeichnete räumliche Auflösung und Empfindlichkeit, was sie besonders nützlich für Anwendungen macht, die eine präzise Detektion von Lichtsignalen geringer Intensität erfordern. Die Signale aller Mikrozellen werden summiert und ergeben einen kollektiven Ausgang, der dem gesamten auf das SiPM einfallenden Photonenfluss entspricht. Durch diesen Summierungsprozess können SiPMs über einen breiten dynamischen Bereich arbeiten, der sowohl für niedrige als auch für hohe Lichtintensitäten geeignet ist.

LoopSeries LB 430

Neuer 2-Leiter-Detektor zur Füllstands-, Grenzstands- und Dichtemessung mit revolutionärer Technologie

Details

Detaillierte Beschreibungen unserer Photomultiplier-Technologien

Photomultiplier-Technologie

Vaccum PMT

SiPM

Abmessungen (Länge)5 – 20 cm0.5 – 1 mm
Leistungsaufnahme ca. 12 Wca. 30 mW
Stabilität≤ 0.002 % pro °C≤ 0.01 % pro °C
TemperaturabhängigkeitGeringfügig abhängigMäßig abhängig
Quantenwirkungsgrad**30 – 35 %30 – 50 %
AlterungMehrere signifikante Effekte, z. B. „Vergilbung“ Keine signifikanten Effekte

*Vergilbung einer Vakuum-Photomultiplier-Röhre

Die „Vergilbung“ eines Photomultiplies bezieht sich auf die Verfärbung oder den Abbau der Photokathode oder anderer interner Komponenten einer Photomultiplierröhre (PMT), was deren Leistung beeinträchtigen kann. Dieses Phänomen wird in der Regel durch längere Einwirkung von Umweltfaktoren oder Betriebsbedingungen verursacht, die zu chemischen oder strukturellen Veränderungen innerhalb der PMT führen können. Die Hauptursachen sind:

  • UV-/Strahlenschäden: Verändert das Glas oder die Photokathode und verringert die Lichtdurchlässigkeit. 
  • Zersetzung der Photokathode: Chemische oder thermische Belastung verändert die spektrale Empfindlichkeit. 
  • Ionenbombardierung: Interne Ionen beschädigen die Fotokathode und verursachen Defekte. 
  • Verschmutzung/Alterung: Ausgasende Materialien lagern sich wieder ab und verschlechtern die Verfärbung. 

Während die Vergilbung mit der Zeit erhebliche Auswirkungen auf radiometrische Messsysteme hat, nutzen wir unsere patentierte Kompensation der kosmischen Strahlung, um diese Effekte zu vermeiden. Durch die Messung der kosmischen Strahlung aus dem Weltraum sorgt Berthold dafür, dass die Hochspannung der Detektoren im Laufe der Zeit automatisch angepasst wird, so dass die Alterungseffekte vollständig kompensiert werden. 

Mehr über Vakuum-Photomultiplier-Röhren

**Quanteneffizienz

Die Quanteneffizienz (QE) ist ein Maß dafür, wie gut ein Photodetektor Licht in ein elektrisches Signal umwandeln kann. Man kann sich das wie eine „Umwandlungszahl“ vorstellen. In Bezug auf einen radiometrischen Detektor kann man sie sich als „Zählerfolg“ vorstellen. Der Quantenwirkungsgrad gibt an, wie viele Photonen es schaffen, ein Elektron abzustoßen. Wenn zum Beispiel 100 Photonen auf das Gerät treffen und 80 Elektronen freigesetzt werden, beträgt die QE 80 %

SiPM-Technologie in verschiedenen Anwendungsbereichen

Die SiPM-Technologie hat sich zu einer wertvollen Komponente in der Prozessindustrie entwickelt und bietet eindeutige Vorteile, die sie für die anspruchsvollsten Umgebungsbedingungen und Anwendungen besonders geeignet machen. SiPMs zeichnen sich durch eine solide und kompakte Konstruktion aus und bieten eine erhöhte mechanische Robustheit. Aufgrund dieser Eigenschaft eignen sie sich hervorragend für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen, wie z. B. die Hydraulische Fracturing Industrie, in der die Anlagen starken Vibrationen ausgesetzt sind. Dank ihrer Langlebigkeit halten die SiPMs diesen physikalischen Belastungen stand, denen sie in diesem rauen industriellen Umfeld häufig ausgesetzt sind und gewährleisten so eine zuverlässige Messperformance über lange Zeiträume.
Darüber hinaus weisen sie eine erhöhte elektromagnetische Robustheit auf, die sie für Anwendungen in starken elektromagnetischen Feldern geeignet macht. Diese Eigenschaft ist besonders wertvoll in Industrien wie der Stahlherstellung, wo elektromagnetische Bremsen (EMR) bei Gießprozessen eingesetzt werden. SiPMs können in solchen Umgebungen nahtlos arbeiten, ohne beeinträchtigt zu werden, und eignen sich daher perfekt für die Messung des Gießspiegels beim Stranggießen von Stahl.

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