Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har använt ett laserdetekterings- och intervallsystem (LADAR) för att avbilda tredimensionella (3-D) objekt som smälter i lågor. Metoden kan erbjuda en exakt, säkert och kompakt sätt att mäta strukturer när de kollapsar i bränder.

Optiska avståndsmätningar, redan används inom tillverkning och andra områden, kan hjälpa till att övervinna praktiska utmaningar som strukturbränder innebär, som är för heta att mäta med konventionella elektromekaniska sensorer monterade på byggnader.

Som beskrivs i Optica , NIST -demonstrationen använde ett kommersiellt LADAR -system för att kartlägga avstånd till föremål som smälter bakom lågor som producerade varierande mängder sot. Experimentet mätte 3D-ytor med en precision på 30 mikrometer (miljondelar av en meter) eller bättre från 2 meter bort. Denna precision uppfyller kraven för de flesta strukturella brandforskningsapplikationer, enligt tidningen.

NIST -demonstrationen fokuserade på chokladbitar och en plastleksak.

"Vi behövde något som inte smälter för snabbt eller för långsamt men du ser fortfarande en effekt, "förklarade projektledaren Esther Baumann." Och jag gillar choklad. "

LADAR erbjuder flera fördelar som ett verktyg för avbildning genom lågor. Tekniken är mycket känslig och kan avbilda objekt även när små mängder sot finns i lågorna. Metoden fungerar också på avstånd, tillräckligt långt ifrån att utrustningen är säker från den intensiva värmen från en brand. Dessutom, instrumentet kan vara kompakt och bärbart, förlitar sig på fiberoptik och enkla fotodetektorer.

"Projektet sammanföll något serendipitöst när vi fick" eldfolk "att prata med" optikfolk, ", Säger NIST -konstruktören Matthew Hoehler." Samarbetet har inte bara varit givande, det har varit roligt."

I 3D-mappningssystemet en laser sveper kontinuerligt över ett band med optiska frekvenser. Den initiala laserutmatningen kombineras med det reflekterade ljuset från målet. De resulterande "beat" -signalerna detekteras, och denna spänning analyseras sedan genom digital signalbehandling för att generera tidsfördröjningsdata, motsvarande avstånd. (Skillnaden i frekvens mellan den initiala signalen och den som tas emot från målet ökar med avståndet.)

Forskarna använde framgångsrikt LADAR för att mäta och kartlägga 3-D "punktmoln"-punkter är "voxlarna" som utgör en bild-även i en turbulent brandmiljö med stark signalspridning och distorsion. För jämförelse, laget gjorde också videor av chokladen när den smälte och bilder av ett mer komplext plastskelett.

För den smältande chokladen, varje LADAR -ram bestod av 7, 500 poäng tillräckligt för att fånga chokladdeformationsprocessen. Plastskelettet var knappt synligt i den konventionella videon, men 3D-punktmolnet avslöjade komplexa former som annars är gömda bakom lågor-detaljer om bröstkorgen och höfterna.

Forskarna bestämde att LADAR -systemet var tillräckligt snabbt för att övervinna signalförvrängningar, och att avböjningar av laserstrålen på grund av lågorna kunde rymmas genom att medelvärdet av signalerna över tiden, för att behålla hög precision.

De första experimenten utfördes med lågor som bara var 50 millimeter breda på labbrännare vid University of Colorado Boulder. De preliminära resultaten tyder på att LADAR -tekniken kan tillämpas på större föremål och bränder. NIST -teamet planerar nu att skala upp experimentet, först att göra 3D-bilder av föremål genom lågor som är cirka 1 meter breda och, om det fungerar, att göra kvantitativa observationer av större strukturbränder.