Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han utilizado un sistema de detección y alcance láser LADAR para obtener imágenes de objetos tridimensionales 3D que se funden en llamas. El método podría ofrecer una forma precisa, segura y compacta demedir estructuras a medida que colapsan en incendios.
Las mediciones de rango óptico, ya utilizadas en la fabricación y otros campos, pueden ayudar a superar los desafíos prácticos que plantean los incendios estructurales, que son demasiado calientes para medir con sensores electromecánicos convencionales montados en edificios.
Como se describe en óptica , la demostración NIST utilizó un sistema comercial LADAR para mapear distancias a objetos que se fundían detrás de llamas que producían cantidades variables de hollín. El experimento midió superficies 3D con una precisión de 30 micrómetros millonésimas de metro o mejor a 2 metros de distancia.Según el documento, este nivel de precisión cumple con los requisitos para la mayoría de las aplicaciones de investigación de incendios estructurales.
La demostración del NIST se centró en trozos de chocolate y un juguete de plástico.
"Necesitábamos algo que no se derrita demasiado rápido o demasiado lento, pero todavía se ve un efecto", explicó la líder del proyecto, Esther Baumann. "Y me gusta el chocolate".
LADAR ofrece varias ventajas como herramienta para obtener imágenes a través de las llamas. La técnica es muy sensible y es capaz de obtener imágenes de objetos incluso cuando hay pequeñas cantidades de hollín en las llamas. El método también funciona a una distancia, lo suficientemente lejos como parael equipo está a salvo del calor intenso de un incendio. Además, el instrumento puede ser compacto y portátil, dependiendo de fibra óptica y fotodetectores simples.
"El proyecto se desarrolló de manera algo casual cuando conseguimos que 'gente de fuego' hablara con 'gente de óptica'", dijo el ingeniero estructural del NIST Matthew Hoehler. "La colaboración no solo ha sido fructífera, sino que ha sido divertida".
En el sistema de mapeo 3D, un láser barre continuamente a través de una banda de frecuencias ópticas. La salida láser inicial se combina con la luz reflejada desde el objetivo. Las señales de "latido" resultantes se detectan, y este voltaje se analiza digitalmenteprocesamiento de la señal para generar datos de retardo de tiempo, equivalente a la distancia la diferencia de frecuencia entre la señal inicial y la recibida desde el objetivo aumenta con la distancia.
Los investigadores aplicaron con éxito LADAR para medir y mapear "nubes de puntos" en 3D, los puntos son los "vóxeles" que constituyen una imagen, incluso en un entorno de fuego turbulento con fuerte dispersión de señal y distorsión. Para comparar, el equipo también hizo videosdel chocolate al derretirse e imágenes de un esqueleto de plástico más complejo.
Para el chocolate derretido, cada cuadro LADAR constaba de 7.500 puntos suficientes para capturar el proceso de deformación del chocolate. El esqueleto de plástico apenas era visible en el video convencional, pero la nube de puntos 3D reveló formas complejas que de otro modo estarían ocultas detrás de las llamas: detalles delcaja torácica y caderas.
Los investigadores determinaron que el sistema LADAR era lo suficientemente rápido como para superar las distorsiones de la señal, y que las desviaciones del rayo láser debidas a las llamas se podían acomodar promediando las señales a lo largo del tiempo, para retener una alta precisión.
Los experimentos iniciales se realizaron con llamas de solo 50 milímetros de ancho en quemadores de laboratorio en la Universidad de Colorado Boulder. Los resultados preliminares sugieren que la técnica LADAR podría aplicarse a objetos e incendios más grandes. El equipo del NIST ahora planea ampliar el experimento, primero para hacer imágenes 3D de objetos a través de llamas de aproximadamente 1 metro de ancho y, si eso funciona, hacer observaciones cuantitativas de incendios estructurales más grandes.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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