Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han demostrado que la luz azul ordinaria se puede utilizar para mejorar significativamente la capacidad de ver objetos engullidos por grandes, incendios de gas natural sin humo, como los que se utilizan en los estudios de incendios de laboratorio y en las pruebas de normas de resistencia al fuego.

Como se describe en un nuevo artículo de la revista Tecnología contra incendios , El método de obtención de imágenes de luz azul del NIST puede ser una herramienta útil para obtener datos visuales de grandes incendios de prueba en los que las altas temperaturas podrían inhabilitar o destruir los sensores eléctricos y mecánicos convencionales.

El método proporciona información detallada a los investigadores que utilizan análisis ópticos como la correlación de imágenes digitales (DIC), técnica que compara imágenes sucesivas de un objeto a medida que se deforma bajo la influencia de fuerzas aplicadas como la tensión o el calor. Al medir con precisión el movimiento de píxeles individuales de una imagen a la siguiente, los científicos obtienen información valiosa sobre cómo responde el material a lo largo del tiempo, incluyendo comportamientos como tensión, desplazamiento, deformaciones e incluso microscópicos comienzos de fallas.

Sin embargo, El uso de DIC para estudiar cómo el fuego afecta los materiales estructurales presenta un desafío especial:¿Cómo se obtienen imágenes con el nivel de claridad necesario para la investigación cuando son brillantes? ¿Hay llamas que se mueven rápidamente entre la muestra y la cámara?

"El fuego dificulta la obtención de imágenes en el espectro visible de tres formas, con la señal totalmente bloqueada por hollín y humo, oscurecido por la intensidad de la luz emitida por las llamas, y distorsionado por los gradientes térmicos en el aire caliente que se doblan, o refractar, luz, "dijo Matt Hoehler, ingeniero estructural de investigación en el Laboratorio Nacional de Investigación de Incendios (NFRL) del NIST y uno de los autores del nuevo artículo. "Debido a que a menudo usamos poco hollín, fuegos de gas sin humo en nuestras pruebas, sólo teníamos que superar los problemas de brillo y distorsión ".

Para hacer eso, Hoehler y su colega Chris Smith, ingeniero de investigación que anteriormente trabajaba en NIST y ahora en Berkshire Hathaway Specialty Insurance, tomó prestado un truco de la industria del vidrio y el acero donde los fabricantes monitorean las características físicas de los materiales durante la producción mientras aún están calientes y brillantes.

"Los fabricantes de vidrio y acero a menudo usan láseres de luz azul para lidiar con la luz roja emitida por materiales incandescentes que pueden, en esencia, cegar sus sensores, ", Dijo Hoehler." Pensamos que si funciona con materiales calientes, también podría funcionar con llamas encendidas ".

Hoehler y Smith utilizaron luces de diodos emisores de luz (LED) azules disponibles comercialmente y de bajo costo con una longitud de onda de espectro estrecho de alrededor de 450 nanómetros para su experimento.

Inicialmente, los investigadores colocaron un objeto objetivo detrás del fuego de prueba alimentado por gas y lo iluminaron de tres maneras:solo con luz blanca, por luz azul dirigida a través de las llamas y por luz azul con un filtro óptico colocado frente a la cámara. La tercera opción resultó ser la mejor, reduciendo la intensidad observada de la llama en 10, 000 veces y produce imágenes muy detalladas.

Sin embargo, solo ver el objetivo no fue suficiente para que el método de luz azul funcione para el análisis DIC, Dijo Hoehler. Los investigadores también tuvieron que reducir la distorsión de la imagen causada por la refracción de la luz por la llama, un problema similar a la ilusión de "lápiz roto" que se ve cuando se coloca un lápiz en un vaso de agua.

"Afortunadamente, los comportamientos que queremos que revele DIC, como tensión y deformación en una viga de acero calentada, son procesos lentos en relación con la distorsión inducida por la llama, por lo que solo necesitamos adquirir muchas imágenes, recopilar grandes cantidades de datos y promediar matemáticamente las mediciones para mejorar su precisión, "Explicó Hoehler.

Para validar la efectividad de su método de imaginación, Hoehler y Smith, junto con los colaboradores canadienses John Gales y Seth Gatien, lo aplicó a dos pruebas a gran escala. El primero examinó cómo el fuego dobla las vigas de acero y el otro examinó lo que sucede cuando se produce una combustión parcial. carbonizando progresivamente un panel de madera. Para ambos, la imagen se mejoró enormemente.

"De hecho, en el caso de material carbonizado, creemos que las imágenes con luz azul pueden algún día ayudar a mejorar los métodos de prueba estándar, "Dijo Hoehler." Usando luz azul y filtrado óptico, de hecho, podemos ver la carbonización que normalmente se oculta detrás de las llamas en una prueba estándar. La vista más clara combinada con imágenes digitales mejora la precisión de las mediciones de la ubicación de los caracteres en el tiempo y el espacio ".

Hoehler también ha estado involucrado en el desarrollo de un segundo método para obtener imágenes de objetos a través del fuego con colegas en Boulder del NIST. Colorado, laboratorios. En un próximo artículo del NIST en la revista Optica , los investigadores demuestran un sistema de detección y alcance láser (LADAR) para medir el cambio de volumen y el movimiento de objetos tridimensionales que se derriten en llamas, a pesar de cantidades moderadas de hollín y humo.