Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben aangetoond dat gewoon blauw licht kan worden gebruikt om het vermogen om objecten te zien die worden opgeslokt door grote, niet-rokerige aardgasvuren, zoals die worden gebruikt in laboratoriumbrandonderzoeken en het testen van brandweerstandsnormen.

Zoals beschreven in een nieuw artikel in het tijdschrift Brandtechnologie , de NIST-beeldvormingsmethode met blauw licht kan een handig hulpmiddel zijn voor het verkrijgen van visuele gegevens van grote testbranden waarbij hoge temperaturen conventionele elektrische en mechanische sensoren kunnen uitschakelen of vernietigen.

De methode biedt gedetailleerde informatie aan onderzoekers die optische analyse gebruiken, zoals digitale beeldcorrelatie (DIC), een techniek die opeenvolgende afbeeldingen van een object vergelijkt terwijl het vervormt onder invloed van uitgeoefende krachten zoals spanning of hitte. Door nauwkeurig de beweging van afzonderlijke pixels van het ene beeld naar het andere te meten, wetenschappers krijgen waardevolle inzichten over hoe het materiaal in de loop van de tijd reageert, inclusief gedragingen zoals spanning, verplaatsing, vervorming en zelfs het microscopische begin van falen.

Echter, het gebruik van DIC om te bestuderen hoe vuur structurele materialen beïnvloedt, vormt een speciale uitdaging:hoe krijg je beelden met het niveau van helderheid dat nodig is voor onderzoek als het helder is, zich snel bewegende vlammen tussen het monster en de camera bevinden?

"Vuur maakt beeldvorming in het zichtbare spectrum op drie manieren moeilijk, waarbij het signaal volledig wordt geblokkeerd door roet en rook, verduisterd door de intensiteit van het licht dat door de vlammen wordt uitgestraald, en vervormd door de thermische gradiënten in de warme lucht die buigt, of breken, licht, " zei Matt Hoehler, een onderzoeksconstructief ingenieur bij NIST's National Fire Research Laboratory (NFRL) en een van de auteurs van het nieuwe artikel. "Omdat we vaak roetarm gebruiken, rookvrije gashaarden in onze tests, we hoefden alleen de problemen van helderheid en vervorming te overwinnen."

Om dat te doen, Hoehler en collega Chris Smith, een onderzoeksingenieur, voorheen bij NIST en nu bij Berkshire Hathaway Specialty Insurance, leende een truc van de glas- en staalindustrie waar fabrikanten de fysieke kenmerken van materialen tijdens de productie controleren terwijl ze nog heet en gloeiend zijn.

"Glas- en staalfabrikanten gebruiken vaak blauwlichtlasers om het rode licht te bestrijden dat wordt afgegeven door gloeiend hete materialen die, in essentie, verblind hun sensoren, "Zei Hoehler. "We dachten dat als het werkt met verwarmde materialen, het zou ook kunnen werken met vlammende exemplaren."

Hoehler en Smith gebruikten voor hun experiment in de handel verkrijgbare en goedkope blauwe light-emitting diode (LED) lampen met een smalspectrumgolflengte van ongeveer 450 nanometer.

aanvankelijk, de onderzoekers plaatsten een doelobject achter het gasgestookte testvuur en verlichtten het op drie manieren:alleen door wit licht, door blauw licht dat door de vlammen wordt gestuurd en door blauw licht met een optisch filter dat voor de camera is geplaatst. De derde optie bleek het beste, vermindering van de waargenomen intensiteit van de vlam met 10, 000-voudig en levert zeer gedetailleerde beelden op.

Echter, alleen het doel zien was niet genoeg om de blauwlichtmethode te laten werken voor DIC-analyse, zei Höhler. De onderzoekers moesten ook de beeldvervorming verminderen die wordt veroorzaakt door de breking van licht door de vlam - een probleem dat lijkt op de "gebroken potlood" -illusie die wordt waargenomen wanneer een potlood in een glas water wordt geplaatst.

"Gelukkig, het gedrag dat we willen dat DIC onthult, zoals spanning en vervorming in een verwarmde stalen balk, zijn langzame processen ten opzichte van de door vlam veroorzaakte vervorming, dus we moeten gewoon veel afbeeldingen verzamelen, grote hoeveelheden gegevens verzamelen en de metingen wiskundig middelen om hun nauwkeurigheid te verbeteren, " legde Höhler uit.

Om de effectiviteit van hun verbeeldingsmethode te valideren, Höhler en Smith, samen met de Canadese medewerkers John Gales en Seth Gatien, toegepast op twee grootschalige tests. De eerste onderzocht hoe vuur stalen balken buigt en de ander keek naar wat er gebeurt bij gedeeltelijke verbranding, het geleidelijk verkolen van een houten paneel. Voor beide, de beeldvorming was sterk verbeterd.

"In feite, in het geval van verkoling van het materiaal, we zijn van mening dat beeldvorming met blauw licht op een dag kan helpen bij het verbeteren van standaard testmethoden, "Zei Hoehler. "Door blauw licht en optische filtering te gebruiken, we kunnen verkoling zien die normaal gesproken verborgen is achter de vlammen in een standaardtest. Het duidelijkere beeld in combinatie met digitale beeldvorming verbetert de nauwkeurigheid van metingen van de char-locatie in tijd en ruimte."

Hoehler is ook betrokken geweest bij de ontwikkeling van een tweede methode voor het afbeelden van objecten door vuur met collega's van NIST's Boulder, Colorado, laboratoria. In een aanstaande NIST-paper in het tijdschrift optiek , de onderzoekers demonstreren een laserdetectie- en bereiksysteem (LADAR) voor het meten van volumeverandering en beweging van 3D-objecten die in vlammen smelten, ondanks matige hoeveelheden roet en rook.