高精度LIDAR穿透烈焰捕获3D熔融结构：30微米精度重塑火灾监测

研究火对建筑和结构影响，需分析管道、柱、梁等在热焰下变形物体。通常需亚毫米精度测量，在烈火条件下极难用传统机电传感器实现。

可用光学测距技术解决结构火灾实际问题，这些问题无法用楼宇安装的传统机电传感器分析。

美国国家标准技术研究院(NIST)科学家团队用LIDAR(光探测和测距)系统成像火中熔融3D物体。提供小型、可靠、安全方式测量火焰中变形物体。

团队用商用LIDAR系统演示研究。测绘产生大量烟尘火焰后熔融物体距离。能从2米距离以30微米精度测量3D物体。

需物体不融化太慢或太快，且能看清内部结构受热影响。因此聚焦两物：塑料玩具和巧克力块。

实验测距装置 | 研究者提供

为何选LIDAR？

LIDAR用脉冲激光照射物体、通过传感器监测反射脉冲测距。技术对穿透火成像有诸多优势：灵敏、能检测火焰携带烟尘颗粒时的小物体。

且在足够远距离工作（保仪器免受火热），设备小巧便携，依赖常规光电探测器和光纤。

激光束在三维测绘系统中连续扫过光频带。初始光束与目标物体反射光束合并。

通过数字信号处理检查最终脉冲电压，生成时变数据，代表物体与仪器距离。初始光束与反射光束频差随距离放大。

差频技术(信号处理技术)使低回波信号测量成为可能、屏蔽火焰背景辐射，快速更新率让系统在畸变信号下高效工作。

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

LIDAR用于极端火况下高脉冲散射畸变条件测量绘制3D点云(体素成图)。例：熔融巧克力，每LIDAR帧含7500点，足准确成像巧克力变形过程。

塑料骨架3D形状 | 研究者提供

塑料骨架LIDAR帧揭示火焰后复杂形状（含髋骨、胸廓细节），典型视频几乎不可见。整体系统在高信号偏折和火焰畸变下仍能生成精准细节。

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早期实验仅用实验室燃烧器产生50毫米宽火焰。但LIDAR法可部署至更大结构和火灾。研究者计划扩大演示：在1米宽火焰中生成更大物体3D图像做定量观测。

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