Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han utilizado un sistema de detección y rango láser (LADAR) para obtener imágenes de objetos tridimensionales (3-D) que se derriten en llamas. El método podría ofrecer un Manera segura y compacta de medir estructuras que colapsan en incendios.

Medidas de rango óptico, ya se utiliza en la fabricación y otros campos, puede 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 Optica , La demostración del NIST utilizó un sistema LADAR comercial para mapear las distancias a los objetos que se derriten detrás de las llamas que producían diferentes cantidades de hollín. El experimento midió superficies 3-D con una precisión de 30 micrómetros (millonésimas de metro) o mejor desde 2 metros de distancia. Este nivel de precisión cumple con los requisitos para la mayoría de las aplicaciones de investigación de incendios estructurales, según el papel.

La demostración de NIST se centró en trozos de chocolate y un juguete de plástico.

"Necesitábamos algo que no se derrita demasiado rápido o demasiado lento, pero aún ves 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 llamas. La técnica es muy sensible y puede obtener imágenes de objetos incluso cuando hay pequeñas cantidades de hollín en las llamas. El método también funciona a distancia, lo suficientemente lejos como para que el equipo esté a salvo del intenso calor de un incendio. Además, el instrumento puede ser compacto y portátil, apoyándose en fibras ópticas y fotodetectores simples.

"El proyecto se concretó de forma un tanto fortuita cuando conseguimos que la 'gente de los bomberos' hablara con la 'gente de la óptica, '”, Dijo el ingeniero estructural del NIST, Matthew Hoehler.“ La colaboración no solo ha sido fructífera, Ha sido divertido."

En el sistema de mapeo 3-D, un láser barre continuamente una banda de frecuencias ópticas. La salida láser inicial se combina con la luz reflejada del objetivo. Se detectan las señales de "latido" resultantes, y este voltaje luego se analiza mediante procesamiento de señal digital para generar datos de retardo de tiempo, equivalente a la distancia. (La diferencia de frecuencia entre la señal inicial y la recibida del objetivo aumenta con la distancia).

Los investigadores aplicaron con éxito LADAR para medir y mapear "nubes de puntos" tridimensionales (los puntos son los "vóxeles" que constituyen una imagen), incluso en un entorno de fuego turbulento con una fuerte dispersión y distorsión de la señal. Para comparacion, el equipo también hizo videos del chocolate mientras se derretía e imágenes de un esqueleto de plástico más complejo.

Para el chocolate derretido, cada marco LADAR constaba de 7, 500 puntos suficientes para capturar el proceso de deformación del chocolate. El esqueleto de plástico apenas se veía en el video convencional, pero la nube de puntos tridimensional reveló formas complejas ocultas detrás de las llamas:detalles de la caja torácica y las caderas.

Los investigadores determinaron que el sistema LADAR era lo suficientemente rápido para superar las distorsiones de la señal, y que las desviaciones del rayo láser debidas a las llamas podrían adaptarse promediando las señales a lo largo del tiempo, para mantener una alta precisión.

Los experimentos iniciales se llevaron a cabo 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 de NIST ahora planea ampliar el experimento, primero en hacer imágenes tridimensionales de objetos a través de llamas de aproximadamente 1 metro de ancho y, si eso funciona, para realizar observaciones cuantitativas de incendios estructurales más grandes.