赤外線計測とは？温度・水分・成分・厚さを測る仕組みをわかりやすく解説

赤外線は電磁波の一つ

赤外線は電磁波の一つで、可視光より長い波長側にあります。 電磁波にはさまざまな波長のものがあり、 波長によって物質との関わり方や利用される計測方法が異なります。

赤外線の「波長」が計測で重要になる

赤外線は一括りの光ではなく、さまざまな波長を含みます。 どの波長を利用するかによって、測定対象から得られる情報が変わるため、 赤外線計測では波長の選択が重要になります。

赤外線と対象物との関係を測定に利用する

赤外線計測では、対象物から放射される赤外線を捉えたり、 赤外線を対象物へ照射して吸収や反射などの変化を捉えたりします。 その情報を利用して、直接は見えない対象の状態や量を求めます。

物体から赤外線が放射される

温度を持つ物体は電磁波を放射しており、 その中には赤外線として扱われる波長域が含まれます。 放射される電磁波の状態は物体の温度と関係しているため、 これを温度測定に利用できます。

赤外線が物質に吸収される

物質によっては、特定の波長の赤外線を吸収する性質があります。 どの波長をどの程度吸収するかは物質によって異なるため、 その違いを利用して水分や成分などの情報を得ることができます。

赤外線は反射・透過もする

赤外線が対象物に当たると、 一部が吸収されるだけでなく、反射したり透過したりする場合があります。 どの現象を利用するかは、測定対象や測定方法によって異なります。

温度を持つ物体は赤外線を放射している

物体から放射される電磁波の状態には、 その物体の温度との関係があります。 放射温度計では、この関係を利用して対象物の温度を求めます。

放射温度計は赤外線から温度を求める

放射温度計は、対象物から放射される赤外線を検出し、 その情報から温度を算出します。 対象物にセンサを接触させずに測定できるため、 高温物体や移動する対象などにも利用されています。

放射率や測定条件を考える必要がある

放射温度計では、対象物の放射特性や測定距離、 測定対象の大きさ、周囲からの影響などを考慮する必要があります。 そのため、単純に赤外線を検出すれば正確な温度が得られるわけではありません。

放射率、測定距離、D:S比、測定対象など、 放射温度計を正しく利用するためのポイントは別記事で詳しく解説しています。

• 失敗しない放射温度計ガイド｜非接触温度測定の原理・放射率・D:S比・選び方
• 放射温度計の値がおかしい？誤差が出る原因と正しい対策・確認方法

物質によって吸収しやすい波長が異なる

物質は、すべての波長の赤外線を同じように扱うわけではありません。 吸収しやすい波長には違いがあるため、 その特徴を利用すると特定の物質や成分に関する情報を得ることができます。

光学的な変化から測りたい量との関係を求める

赤外線計測で検出するのは、光の強さや吸収などの光学的な情報です。 それを、そのまま水分率や成分量として扱うのではなく、 基準となる値との関係を確認することで、測定したい量を求めます。

検量線を利用する測定がある

光学的な測定値と、実際の水分値や成分量などとの関係を 数式やグラフとして表し、その関係から未知の測定対象の値を求める方法があります。 この関係を検量線と呼びます。

対象物とセンサを接触させずに測定できる

光や電磁波を利用する方式では、 対象物との接触を必要とせずに測定できる場合があります。 接触による対象物への影響を避けたり、 センサを対象物の近くへ配置しにくい工程へ対応したりできます。

移動している対象を測定できる

製造ラインを移動する材料や製品では、 センサを対象物へ接触させることが難しい場合があります。 非接触で測定できる方式は、 このような対象の連続測定にも利用できます。

高温など接触しにくい対象にも利用できる

高温の材料など、センサを直接接触させることが難しい対象では、 非接触測定が有効な選択肢になる場合があります。

非接触だから簡単に測れるわけではない

非接触測定であっても、 測定対象の状態、距離、周囲環境、測定方式などを考える必要があります。 「非接触であること」と「正しく測定できること」は別に考えることが重要です。

測りたい量と関係する光学的な変化が必要

赤外線によって得られる情報から、 知りたい温度や水分、成分、厚さなどを求めるには、 両者の間に利用できる関係が必要です。

適切な波長を選ぶ必要がある

物質によって吸収特性などが異なるため、 測定対象に適した波長や測定方式を選ぶ必要があります。

材質や表面状態などが影響する

対象物の材質、表面状態、組成、温度などによって、 得られる赤外線の情報が変化する場合があります。

測定距離や周囲環境も考える必要がある

非接触測定では、対象物までの距離や測定範囲、 周囲からの放射・反射などの影響を確認する必要があります。

温度を測りたい場合

物体から放射される赤外線を利用して温度を測定します。 放射率や測定距離などの条件を確認します。

水分を測りたい場合

水による赤外線吸収を利用し、 基準となる水分値との関係から測定値を求めます。

成分・含有量を測りたい場合

対象成分に関係する赤外線吸収特性を利用し、 基準となる分析値との関係から成分量を求めます。

厚さ・塗工量を測りたい場合

対象物質の量と赤外線による光学的な応答との関係を利用して、 厚さや塗工量を求めます。