侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

美科研人员利用LiDAR玩“穿越火线” 研究结构抗火设计

2018-08-14 10:16
来源: 微迷网

据麦姆斯咨询报道,美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)的研究人员使用激光雷达(LiDAR)系统对在火焰中熔化的物体进行3D成像,提供了一种精确、安全、简便的方法来测量物体在火焰中坍塌的结构变化。

基于光学距离测量的LiDAR系统已经广泛应用于制造业、勘测以及自动驾驶等领域,或能帮助解决结构抗火设计所提出的实际挑战,这种情况下的结构温度太高,无法采用建筑上安装的传统机电传感器进行测量。

这项研究已经在Optica期刊发表,据文章介绍,NIST采用了一款商业化的LiDAR系统,对烟雾缭绕的火焰中的物体进行距离测量。该实验在2 m距离外所测量的3D表面精度达到了30 um以上。文章称,这种测量精度能够满足大部分结构火灾研究应用的要求。

美科研人员利用LiDAR玩“穿越火线” 研究结构抗火设计

LiDAR穿过火焰生成的100万点云伪彩色3D渲染图

NIST采用了巧克力和塑料玩具进行演示实验。

“我们需要那种熔化既不会太快又不会太慢,同时又能让我们看到效果的材料,”项目负责人Esther Baumann解释称,“而且,我喜欢巧克力!”

穿过火焰进行3D成像,LiDAR具有多种优势。该技术灵敏度非常高,即使面对火焰中的少量烟灰,也能对物体进行成像。该方法还可以在距离火焰一定距离的安全区域工作,避免设备受高温影响。此外,运用光纤和简单的光电探测器,LiDAR测量仪器可以做得紧凑且便携。

“在我们尝试让‘光学专家’和‘燃烧专家’进行交流时,这个项目便很偶然的诞生了,”NIST结构工程师Matthew Hoehler说:“两个研究领域的合作不仅富有成效,而且非常有趣。”

在3D测绘系统中,激光在一段频率上进行连续扫描。初始激光输出与来自目标的反射光组合产生“拍频”信号,然后通过探测该信号,并利用数字信号处理分析该电压,以获得和距离相关的延时数据。(初始信号与从目标反射而接收的信号之间的频率差异,随着距离的增加而增加)

即使在具有强信号散射和失真的湍流火焰环境,研究人员也可以成功应用LiDAR测量并绘制3D点云图(点云是构成3D成像的“体素”)。作为对比,该团队还制作了火焰中巧克力融化的视频,以及更复杂的塑料骨架的融化图像。

美科研人员利用LiDAR玩“穿越火线” 研究结构抗火设计

NIST研究人员证明,LiDAR可以对火焰后面融化的一块巧克力生成连续的点云图。巧克力融化变形过程持续6分钟,视频进行了加速处理。视频中用伪彩色表示深度,蓝色表示最接近,红色表示最远。

对于融化的巧克力,每帧LiDAR图像由足以捕捉巧克力变形过程的7500个点云组成。塑料骨架的融化,在传统视频中都隐藏在火焰里面,几乎看不到,但3D点云图可以揭示复杂的形状变化,清晰的显示胸腔和臀部的细节。

研究人员通过实验确定,LiDAR系统的速度足以克服信号失真问题,并且可以通过随时间平均信号来调节由火焰引起的激光束偏转,以保持高精度。

最初的实验是在科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的实验室燃烧器上用50 mm宽的火焰进行的。初步结果表明,LiDAR技术可以应用于更大的物体和燃烧现场。 NIST团队现正计划扩大实验范围,计划首先穿过约1 m宽的火焰进行物体的3D成像,如果可行的话,可以对更大的结构燃烧进行定量观测。

声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号