LIDAR Presisi Tinggi Menangkap Struktur Peleburan 3D dalam Nyala Api yang Intens

• Penelitian menggunakan sistem LIDAR komersial untuk menggambarkan struktur 3D yang meleleh dalam api. 
• Mereka berhasil mengukur objek 3D dengan akurasi 30 mikrometer dari jarak 2 meter. 
• Sistem dapat menghasilkan detail yang presisi dengan adanya defleksi dan distorsi sinyal tinggi yang disebabkan oleh api. 

Untuk mempelajari pengaruh api terhadap bangunan dan struktur lainnya, perlu dilakukan analisa terhadap benda-benda yang mengalami deformasi seperti pipa, kolom atau balok yang terkena api panas. Biasanya, hal ini memerlukan pengukuran dengan presisi sub-milimeter, yang sangat sulit dilakukan dalam kondisi kebakaran hebat.

Kita dapat menggunakan teknik pengukuran jangkauan optik untuk mengatasi masalah praktis yang disebabkan oleh kebakaran struktural, yang tidak dapat dianalisis oleh sensor elektromekanis tradisional yang dipasang pada bangunan.

Kini tim ilmuwan di Institut Standar dan Teknologi Nasional telah mencitrakan objek 3D yang meleleh dalam api, menggunakan sistem LIDAR (LIght Detection And Ranging). Ini memberikan cara yang kecil, andal, dan aman untuk mengukur objek saat berubah bentuk saat terbakar.

Mendemonstrasikan LIDAR

Tim menggunakan sistem LIDAR komersial untuk mendemonstrasikan penelitian mereka. Mereka memetakan jarak ke benda yang meleleh di balik api yang menghasilkan jelaga dalam jumlah besar. Mereka mampu mengukur objek 3D dengan akurasi 30 mikrometer dari jarak 2 meter.

Mereka menginginkan objek yang tidak meleleh terlalu lambat atau terlalu cepat, dan Anda dapat melihat struktur internalnya dipengaruhi oleh panas di sekitarnya. Oleh karena itu, mereka fokus pada dua hal:mainan plastik dan potongan coklat.

Pengaturan rentang eksperimental | Atas perkenan para peneliti

Mengapa LIDAR?

LIDAR mengukur jarak ke suatu objek dengan menyinari objek tersebut dengan sinar laser berdenyut dan memantau gelombang yang dipantulkan melalui sensor. Teknologi ini menawarkan banyak keuntungan untuk pencitraan melalui api:teknologi ini sensitif dan mampu mendeteksi benda-benda kecil bahkan ketika api membawa partikel jelaga.

Apalagi teknik tersebut bekerja pada jarak tertentu yang cukup jauh sehingga instrumen tetap aman dari panas api. Peralatan ini berukuran kecil, portabel, dan mengandalkan fotodetektor konvensional dan serat optik.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Sinar laser terus menerus menyapu pita frekuensi optik dalam sistem pemetaan tiga dimensi. Sinar cahaya awal digabungkan dengan sinar yang dipantulkan oleh objek target.

Kemudian tegangan pulsa akhir diperiksa melalui pemrosesan sinyal digital untuk menghasilkan data varian waktu, yang mewakili jarak antara objek dan instrumen. Perbedaan frekuensi antara berkas cahaya awal dan berkas cahaya yang dipantulkan akan semakin besar seiring dengan jarak.

Heterodyne (teknik pemrosesan sinyal) memungkinkan pengukuran pada sinyal balik rendah dan menutupi radiasi api di latar belakang, sedangkan kecepatan pembaruan yang cepat memungkinkan sistem bekerja secara efisien ketika ada sinyal yang terdistorsi.

Referensi:Penerbitan OSA | doi:10.1364/optica.5.000988 | NIST

LIDAR digunakan untuk mengukur dan memetakan titik awan 3D (voxel yang membentuk gambar) dalam kondisi kebakaran ekstrem dengan hamburan dan distorsi pulsa tinggi. Misalnya, dalam peleburan coklat, setiap bingkai LIDAR terdiri dari 7.500 titik, yang cukup untuk menggambarkan proses deformasi coklat secara akurat.

Bentuk 3D dari kerangka plastik | Atas perkenan para peneliti

Untuk kerangka plastik, bingkai LIDAR memperlihatkan bentuk kompleks di balik api (termasuk detail pinggul dan tulang rusuk), yang hampir tidak terlihat dalam video pada umumnya. Secara keseluruhan, sistem ini cukup efektif untuk menghasilkan detail yang presisi dengan adanya defleksi dan distorsi sinyal tinggi yang disebabkan oleh api.

Baca:Laser Paling Kuat Yang Dapat Memecah Kekosongan Untuk Menghasilkan Antimateri

Eksperimen awal dilakukan dengan api selebar 50 milimeter yang dihasilkan melalui pembakar laboratorium. Namun, metode LIDAR dapat diterapkan pada bangunan dan kebakaran yang lebih besar. Para peneliti berencana untuk meningkatkan demonstrasi mereka:mereka akan menghasilkan gambar 3D dari objek yang lebih besar dalam api selebar satu meter untuk observasi kuantitatif.