Pyrolaser®・Pyrofiber®・Optitherm® III

■PYRO社製品が誇る「自動放射率補正」の技術原理

赤外線による温度計測において、長年の課題であった「放射率」の問題をどのように解決したのか。その革新的な測定アルゴリズムを詳しく解説します。

赤外線温度計測の最大の課題：変動する「放射率」

赤外線温度計は、物体から放出される放射エネルギーを測定します。しかし、正確な温度（真温度）を導き出すには、物体表面の「放射率」という変数を知る必要があります。

放射率は、表面の状態、温度、波長、そして時間の経過によって刻々と変化します。従来の「オペレーターの経験による予測」や「多波長（2色）温度計」では、この複雑な変化に完全に対応することは困難でした。測定対象の放射率が不明な限り、物体の真温度を特定することはできないのです。

特許取得：アクティブ型レーザー技術による解決策

Pyrolaser、Pyrofiber、Optitherm III は、特許取得済みのレーザー技術により、この問題を解決しました。これらの製品は、従来の「放射を受けるだけ」のパッシブ型温度計の機能に加え、自らレーザーを照射して放射率を測る「アクティブ型リフレクトメータ（反射計）」の機能を併せ持っています。

リアルタイム測定の仕組み

ガリウム砒素レーザーから低電力のパルスを照射し、同一スポット・同一波長で反射光を検出します。

レーザー照射： 専用の光学系を介して、ターゲットにパルスレーザーを照射。
信号検出： 戻ってきた反射レーザー光と、ターゲット自体の赤外光を同時に検出。
データ処理： 交流のレーザー信号を直流のターゲット信号に重ね合わせ、マイクロプロセッサで瞬時に計算。

これにより、865nm、905nm、1550nmといった特定の波長において、放射率をリアルタイムに決定することが可能になりました。

理論式（1）：放射率の測定

放射率は、照射したレーザーエネルギー（Lo）と、反射して戻ってきたエネルギー（L）の比率から算出されます。不透明な物体において、照射されたエネルギーは「吸収」されるか「反射」されるかのどちらかです。

吸収エネルギー（La） = Lo – L
吸収率（a） = La / Lo = 1 – (L / Lo) = 1 – r（反射率）

キルヒホッフの法則により、同一条件下の吸収率（a）と放射率（e）は等しいため、以下の式で放射率が決定されます。

e（放射率） = a = 1 – r

理論式（2）：真温度の測定

次に、測定された放射量（Qm）を、先ほど求めた放射率（e）で補正し、黒体輻射（Qb）を算出します。

Qb = Qm / e

この黒体輻射（Qb）をプランクの放射原理に基づいた計算式に当てはめ、対象物の真の温度（T）を求めます。

T = C0 / ln(C1 / Qb + 1)

【計算に使用される定数と定義】

C0 = (h * c) / (λ * k)
C1： 光学系と回路の効率に依存する校正定数
h（プランク定数）： 6.626 * 10^-34 J・s
c（光の速さ）： 2.998 * 10^8 m/s
k（ボルツマン定数）： 1.380 * 10^-23 J/K
λ（波長）： 1.550 * 10^-6 m （※Optitherm III 等で使用される 1.550μm）

背景放射（外部熱源）の補正

炉壁などの外部熱源（Qx）による反射が無視できない過酷な環境下では、以下の補正式を用いて正確な黒体輻射（Qb）を導き出します。

Qb = (Qm – r * Qx) / (1 – r)

放射率を自動測定し、さらに背景の熱源まで考慮することで、どのようなプロセス条件下でも±3℃という類を見ない高精度な温度計測が可能となります。