Hochpräzises LIDAR erfasst 3D-Schmelzstrukturen in intensiven Flammen

• Forscher nutzten kommerzielles LIDAR-System für 3D-Imaging schmelzender Objekte im Feuer.
• Erfolgreiche 3D-Vermessung mit 30 µm Genauigkeit aus 2 m Distanz.
• System generiert präzise Details trotz hoher Signalablenkung & -verzerrung durch Flammen.

Um Feuereinfluss auf Gebäude & Strukturen zu studieren: Analyse deformierender Objekte (Rohre, Säulen, Balken) unter heißen Flammen nötig. Erfordert Sub-Millimeter-Präzision – extrem schwierig in intensiven Feuerbedingungen.

Optical Range Measurement Technique für praktische Probleme durch Strukturbrände – nicht analysierbar durch traditionelle elektromechanische Sensoren an Gebäuden.

NIST-Wissenschaftler: 3D-Objekte im Feuer schmelzend imaged, mittels LIDAR (Light Detection And Ranging). Kleines, zuverlässiges, sicheres Messverfahren für sich in Flammen verformende Objekte.

LIDAR-Demonstration

Team nutzte kommerzielles LIDAR-System. Gemappte Distanzen zu schmelzenden Items hinter Feuer mit massiver Rußproduktion. 3D-Vermessung: 30 µm Accuracy aus 2 m Distanz.

Objekt gesucht: nicht zu langsam/schnell schmelzend, interne Struktur durch Hitze sichtbar beeinflussbar. Fokus: Plastik-Spielzeug & Schokoladenstücke.

Experimenteller Ranging-Aufbau | Courtesy of researchers

Warum LIDAR?

LIDAR misst Distanz durch Bestrahlung mit gepulstem Laserlicht & Monitoring reflektierter Pulse via Sensor. Vorteile für Imaging durch Feuer: sensitiv, detektiert kleine Items auch bei Rußpartikeln in Flammen.

Funktioniert bei Distanzen, die Instrumente sicher vor Feuerhitze halten. Equipment: klein, portabel, nutzt konventionelle Photodetektoren & Faseroptik.

Funktionsweise

Laserstrahl sweept kontinuierlich durch optisches Frequenzband im 3D-Mapping-System. Initialer Lichtstrahl wird mit vom Zielobjekt reflektiertem Strahl merged.

Spannung des finalen Pulses via Digital Signal Processing untersucht → Time-Variant Data → Distanz zwischen Objekt & Instrument. Frequenzdifferenz zwischen initialem & reflektiertem Strahl amplifiziert mit Distanz.

Heterodyne (Signalverarbeitungstechnik) ermöglicht Messungen bei niedrigen Return Signals & maskiert Background Radiation der Flammen. Schnelle Update-Rate → effizientes Arbeiten bei verzerrten Signalen.

Referenz: OSAPublishing | doi:10.1364/optica.5.000988 | NIST

LIDAR für 3D Point Clouds (Voxels forming Picture) in extremen Feuerbedingungen mit hoher Pulsstreuung & Verzerrung. Beispiel Schokolade: jeder LIDAR Frame = 7.500 Punkte → akkurate Imaging der Schokoladen-Deformation.

3D-Form des Plastik-Skeletts | Courtesy of researchers

Plastik-Skelett: LIDAR Frame enthüllte komplexe Formen hinter Flammen (Hüften, Rippenbogen Details) – in typischem Video kaum sichtbar. System effektiv für präzise Details trotz hoher Signalablenkung & -verzerrung durch Flammen.

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Frühe Experimente: nur 50-mm-breite Flammen via Laborbrenner. LIDAR-Methode skalierbar auf größere Strukturen & Feuer. Forscher planen Scale-up: 3D-Bilder größerer Objekte in 1-m-breiten Flammen für quantitative Beobachtungen.