Ny anvendelse af blåt lys ser gennem ild

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har vist, at almindeligt blåt lys kan bruges til væsentligt at forbedre evnen til at se objekter opslugt af store, ikke-røgfyldte naturgasbrande-som dem, der bruges i laboratoriebrandundersøgelser og test af brandresistensstandarder.

Som beskrevet i et nyt papir i tidsskriftet Brandteknologi , NIST-billedmetoden til blåt lys kan være et nyttigt værktøj til at opnå visuelle data fra store testbrande, hvor høje temperaturer kan deaktivere eller ødelægge konventionelle elektriske og mekaniske sensorer.

Metoden giver detaljerede oplysninger til forskere ved hjælp af optisk analyse såsom digital billedkorrelation (DIC), en teknik, der sammenligner successive billeder af et objekt, da det deformeres under påvirkning af påførte kræfter såsom belastning eller varme. Ved præcist at måle bevægelsen af ​​individuelle pixels fra et billede til det næste, forskere får værdifuld indsigt i, hvordan materialet reagerer over tid, herunder adfærd såsom belastning, forskydning, deformation og endda den mikroskopiske begyndelse af fiasko.

Imidlertid, at bruge DIC til at undersøge, hvordan ild påvirker strukturelle materialer, er en særlig udfordring:Hvordan får man billeder med det niveau af klarhed, der er nødvendig for forskning, når det er lyst, er der hurtigt bevægelige flammer mellem prøven og kameraet?

"Ild gør billeddannelse i det synlige spektrum vanskelig på tre måder, med signalet fuldstændig blokeret af sod og røg, tilsløret af intensiteten af ​​det lys, der udsendes af flammerne, og forvrænget af de termiske gradienter i den varme luft, der bøjer, eller bryde, lys, "sagde Matt Hoehler, en forskningsstrukturingeniør ved NIST's National Fire Research Laboratory (NFRL) og en af ​​forfatterne til det nye papir. "Fordi vi ofte bruger lav sod, ikke-røgfyldte gasbrande i vores test, vi skulle kun overvinde problemerne med lysstyrke og forvrængning. "

At gøre det, Hoehler og kollega Chris Smith, en forskningsingeniør tidligere med NIST og nu hos Berkshire Hathaway Specialty Insurance, lånte et trick fra glas- og stålindustrien, hvor producenter overvåger materialers fysiske egenskaber under produktionen, mens de stadig er varme og glødende.

"Glas- og stålproducenter bruger ofte blålyslasere til at kæmpe med det røde lys, der afgives af glødende varme materialer, der kan, i det væsentlige, blinde deres sensorer, "Sagde Hoehler." Vi regnede med, at hvis det fungerer med opvarmede materialer, det kunne også fungere med flammende. "

Hoehler og Smith brugte kommercielt tilgængelige og billige blå lysemitterende dioder (LED) med en smalspektret bølgelængde på omkring 450 nanometer til deres eksperiment.

I første omgang, forskerne placerede et målobjekt bag den gasdrevne testbrand og belyste den på tre måder:alene med hvidt lys, af blåt lys rettet gennem flammerne og af blåt lys med et optisk filter placeret foran kameraet. Den tredje mulighed viste sig bedst, reducere den observerede intensitet af flammen med 10, 000 gange og giver meget detaljerede billeder.

Imidlertid, bare at se målet var ikke nok til at få blålys-metoden til at fungere til DIC-analyse, Sagde Hoehler. Forskerne var også nødt til at reducere billedforvrængning forårsaget af lysets brydning af flammen - et problem, der ligner illusionen "brudt blyant", der ses, når en blyant lægges i et glas vand.

"Heldigvis, den adfærd, vi ønsker, at DIC skal afsløre, såsom belastning og deformation i en opvarmet stålbjælke, er langsomme processer i forhold til den flammeinducerede forvrængning, så vi skal bare anskaffe mange billeder, indsamle store mængder data og matematisk gennemsnitlige målingerne for at forbedre deres nøjagtighed, "Forklarede Hoehler.

For at validere effektiviteten af ​​deres forestillingsmetode, Hoehler og Smith, sammen med canadiske samarbejdspartnere John Gales og Seth Gatien, anvendt det på to store tests. Den første undersøgte, hvordan ild bøjer stålbjælker, og den anden så på, hvad der sker, når der sker delvis forbrænding, gradvist forkulning af et træpanel. For begge, billeddannelsen blev stærkt forbedret.

"Faktisk, i tilfælde af forkulning af materiale, vi føler, at billedbehandling med blåt lys en dag kan hjælpe med at forbedre standardtestmetoder, "Sagde Hoehler." Ved hjælp af blåt lys og optisk filtrering, vi kan faktisk se forkulning, der normalt er skjult bag flammerne i en standardtest. Det klarere udsyn kombineret med digital billeddannelse forbedrer nøjagtigheden af ​​målinger af røgstedet i tid og rum. "

Hoehler har også været involveret i udviklingen af ​​en anden metode til billeddannelse af objekter gennem ild med kolleger på NIST's Boulder, Colorado, laboratorier. I et kommende NIST -papir i tidsskriftet Optica , forskerne demonstrerer et laserdetekterings- og spændingssystem (LADAR) til måling af volumenændring og bevægelse af 3D-objekter, der smelter i flammer, selvom der er moderate mængder sod og røg.