水分の検知は、食品、農業、医療、産業など幅広い分野で重要な技術です。
特に、近赤外（NIR）や中赤外（MIR）領域の特定の波長は、水分による吸収が顕著であり、非接触・高速な測定が可能です。これらの波長を効率的に利用するためには、特定の光を選択的に透過させる光学フィルターが欠かせません。バンドパスフィルターは、測定精度を向上させ、不要な光を除去する重要な役割を果たします。水分を検知するための主要な波長と、それに適した光学フィルターについて解説します。さらに、用途ごとの適切なフィルター選択についても紹介します。

1.水分を検知する主要な波長

水分は特定の波長で吸収特性を持ち、その性質を利用して測定が行われます。
主な波長をご紹介します。

• 970nm（近赤外）：水の1次吸収帯、食品や農作物の水分測定に利用される。

• 1200nm（近赤外）：水の2次吸収帯、食品・繊維の水分測定に有効。

• 1450nm（近赤外）：水の3次吸収帯、特に吸収が強く、産業用途で広く使用される。

• 1940nm（中赤外）：水の4次吸収帯、皮膚や医療分野の水分測定に適用。

• 2940nm（中赤外）：OH結合の伸縮振動による強い吸収、レーザー治療などに活用。

• 6μm（遠赤外）：水の分子振動・回転による吸収、ガス分析などに使用。

2.光学フィルターの役割

水分検知の精度を向上させるために、光学フィルターが重要な役割を果たします。
特に、バンドパスフィルターは以下のような利点があります。

• 特定波長の選択透過：水分が吸収する波長のみを通し、他の波長をカット。

• 信号対ノイズ比の向上：不要な光の影響を低減し、測定精度を向上。

• 測定システムの最適化：センサーや光源と組み合わせることで、特定用途に最適化。

3.用途別のフィルター選択

用途ごとに適切なフィルターを選択することで、より効果的な水分検知が可能になります。

• 食品・農産物：970nm, 1450nmのバンドパスフィルターを使用。

• 医療・生体測定：1940nmのバンドパスフィルターが適用可能。

• 工業用途（紙、繊維、塗装）：1450nm, 1940nmのフィルターが有効。

• レーザー治療・分析：2940nm以上のフィルターが使用されている。

 

4.水分管理が重要な理由

水分管理は、食品、農業、製造業、医療など多くの分野で品質や効率を左右する重要な要素です。
適切な水分制御を行うことで、品質の維持、コスト削減、安全性向上など多くのメリットがあります。以下に、水分管理が重要な主な理由を紹介します。

1. 食品業界：品質維持と鮮度管理

• 品質と食感の維持
  パン、果物、肉製品などは水分量によって食感や風味が変化。
• カビや細菌の防止
   高水分環境では微生物が繁殖しやすく、食品の腐敗を早める。

• 乾燥・保存効率の向上
   乾燥食品では適切な水分レベルを保つことで、保存期間を延ばすことが可能。

2. 農業・植物管理：作物の成長最適化

• 水ストレスの回避
  作物が水不足になると成長が遅れたり収穫量が低下したりするため、適切な水管理が必要。

• 灌漑の効率化
  土壌の水分量を正確に把握することで、適切な灌漑が行え、水資源の無駄を削減可能。

• 収穫後の品質管理
  穀物や果実は適切な水分量を保つことで貯蔵中の品質劣化を防止。

3. 製造業・工業用途：品質管理と生産効率向上

• 紙・繊維業界
  水分量が適正でないと、紙や布の強度や質感が変化する。

• 塗装・コーティング
  塗料や接着剤は乾燥具合が製品の仕上がりに大きく影響を与えるため、適切な水分管理が必要。

• 電子部品製造
  半導体や電子部品は湿気に弱く、過剰な水分が故障の原因になるため、厳密な水分制御が求められる。

まとめ

水分検知には、970nm、1450nm、1940nmなどの近赤外・中赤外波長が有効であり、用途によって最適な波長が異なります。適切な光学フィルターを選択することで、測定精度を向上させ、外乱光の影響を最小限に抑えることが可能です。特にバンドパスフィルターは、特定波長の透過を制御し、センサーの感度を最大限に引き出します。食品、水分計測、産業プロセスなど、各分野に適したフィルターの選定が求められます。今後の技術進展により、より高精度で小型な水分検知システムの開発が期待されます。