Quantitativen Messung In situ Flows mit einem Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die Bewegung von Flüssigkeit zu messen, die durch bewegte oder stationäre Körper in einer natürlichen Feldumgebung induziert wird. Dies wird durch die Verwendung von Tauchern erreicht, die von einem Taucher innerhalb sicherer Tauchgrenzen eingesetzt werden. Zuerst identifiziert der Taucher ein Ziel und schwimmt zu ihm.

Nach dem Ausrichten des Geräts relativ zum Ziel und dem Positionieren des Laserblatts beleuchtet der Taucher die Videoaufzeichnung, um aufeinanderfolgende Teilchenfelder im Laufe der Zeit nach Beendigung des Tauchgangs zu erfassen, um Geschwindigkeitsfelder um ein Ziel herum zu erzeugen. Die Videos werden heruntergeladen und verarbeitet. Die Ergebnisse der Analyse werden erhalten. Diese zeigen Strömungen in der natürlichen Feldumgebung nach dem Flüssigkeitstransport durch schwimmende Tiere.

Der Hauptvorteil der Verwendung von Tauchen gegenüber Labormesstechniken wie digitalem Partikelbild, FLOS-Symmetrie oder DPIV besteht darin, dass du jetzt Bewegungen von Flüssigkeiten in einer natürlichen Feldumgebung messen kannst. Dies ermöglicht es uns, Schlüsselfragen in den Bereichen Ozeanographie und Biologie zu beantworten, die sich auf die Schwimmleistung von Tieren, Räuber, Beuteinteraktionen und Ökologie beziehen. Diese Methode kann verwendet werden, um die Strömung um schwimmende Tiere oder Korallenpulpen oder benthische Wechselwirkungen zu messen.

Es kann auch verwendet werden, um Strömungen um von Menschenhand geschaffene Strukturen zu messen. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die Feldmessungen schwer zu erlernen sind und Kenntnisse der Messtechniken und Komfort beim nächtlichen Tauchen erfordern. Um diesen Vorgang zu starten, besorgen Sie sich ein HD- oder HD-Aufnahmeband.

Stelle sicher, dass alle S scuba Komponenten über ausreichend Akkuleistung verfügen und ordnungsgemäß funktionieren. Bereiten Sie die Laser- und Kameragehäuse für den Einsatz vor, indem Sie die O-Ring-Rillen und O-Ringe mit dem sauberen, vom Hersteller bereitgestellten Handtuch oder Wischen gleichmäßig auf die O-Ringe auftragen und in den Gehäusenuten wieder einsetzen. Reinigen Sie außerdem die Öffnungen des Lasers und des Kameragehäuses, um Verformungen und Markierungen auf der Linse des Kameragehäuses zu vermeiden.

Bereiten Sie sich anschließend auf eine Druckprüfung vor, indem Sie Einweg-Papierfeuchtigkeitsstreifen in die Gehäuse einlegen. Überprüfen Sie die O-Ring-Dichtungen, indem Sie die leeren Gehäuse in eine mit Wasser gefüllte Wanne legen. Beschwerte Gegenstände sollten auf die Gehäuse gelegt werden, um sie unterzutauchen.

Da die Gehäuse im leeren Zustand nach fünf bis 10 Minuten schwimmen, nehmen Sie die Gehäuse aus der Wanne und dem Handtuch. Trocknen Sie die Außenseite. Prüfen Sie, ob sich Feuchtigkeit in den Gehäusen befindet, indem Sie die Feuchtigkeitsstreifen überprüfen.

Sobald die Gehäuse den Drucktest bestanden haben, platzieren Sie die Tauchkomponenten in den Gehäusen. Befestigen Sie Lichtkapseln mit hoher Entladung am Kameragehäuse. Stellen Sie sicher, dass die Lichter so ausgerichtet sind, dass sie den Bereich direkt vor der Kamera und dem Bediener ausleuchten, aber nicht die Griffe und die Bedienung der Kamerabedienelemente beeinträchtigen.

In einer Umgebung mit wenig Licht kann ein temperaturempfindliches Blatt Papier verwendet werden, um die Ausrichtung des Laserblatts zu bestimmen. Wenn der Laserstrahl relativ zu der im Lasergehäuse installierten optischen Linse richtig ausgerichtet ist, erzeugt die Laserlinsenkombination ein vertikales Lichtblatt, das senkrecht zum Kameragehäuse ausgerichtet ist, wobei Tauchaufsätze und der starre oder ausziehbare Arm das Lasergehäuse und das Kameragehäuse miteinander verbinden. Achten Sie darauf, dass die Gehäuse fest verbunden sind und sich die Gehäuse nicht zueinander drehen können.

Es ist wichtig, dass das Laserblatt senkrecht zum Sichtfeld der Kamera ausgerichtet bleibt. Aufgrund der derzeitigen Möglichkeiten der Tauchmessung können Tauchgänge nur bei schlechten Lichtverhältnissen oder nachts durchgeführt werden, um eine Interferenz des natürlichen Lichts mit dem Laserlicht zu vermeiden. Daher wird empfohlen, vor dem Betreten des Wassers in der Dämmerung oder später zu sein.

Schalten Sie das Kameragehäuse ein, bevor Sie ins Wasser gehen. Das Kameragehäuse verfügt über einen eingebauten elektronischen Feuchtigkeitssensor, der bei Feuchtigkeit im Kameragehäuse optisch warnt. Der Sensor funktioniert nur, wenn das Kameragehäuse aufgesetzt ist.

Der nächste Schritt besteht darin, ins Wasser zu gehen und mit dem Aufbau der Ausrüstung und des Experiments zu beginnen, wie im schriftlichen Protokoll beschrieben. Sobald die Ausrüstung eingerichtet ist, kalibrieren Sie den Taucher, indem Sie ein Objekt mit bekannten Abmessungen in das Laserblatt aufnehmen. Nach dem Tauchgang kann eine Kalibrierungskonstante extrahiert werden, um die Größe des Sichtfelds von Pixeleinheiten in Zentimeter umzuwandeln, wenn ein Ziel gefunden wird.

Die Fließeigenschaften des Schüttguts in der Umgebung müssen bestimmt werden. Falls vorhanden, bestimmt die Strömungsrichtung die Positionierung des Geräts und des Tauchers relativ zum Ziel. Während der Messungen kann die Richtung der Massenströmung um das Ziel herum abgeleitet werden, indem die vom Taucher ausgeatmeten Blasen beobachtet und ihre seitliche Bewegung notiert wird.

Es kann auch eine kleine Menge Fluoreszenzfarbstoff freigesetzt werden, um die Stromrichtung zu bestimmen. Da die vom Taucher erzeugte Strömung eine Quelle für DPIV-Messfehler sein kann, sollte sich der Taucher nicht stromaufwärts der Zielposition befinden. Das Laserblech verläuft parallel zur Stromrichtung, um die Verweilzeit der Partikel innerhalb des Laserblechs zu maximieren und dadurch DPIV-Fehler zu minimieren.

Positionieren Sie dann S Scuba so, dass die fließenden Bewegungen um ein Ziel herum beleuchtet und aufgezeichnet werden. Beginnen Sie mit der Aufnahme, während sich das Ziel durch das Sichtfeld der Kamera bewegt, und vermeiden Sie während der Videoaufnahme Drehungen und Bewegungen außerhalb der Ebene. Nachdem Sie alle Komponenten des Tauchgeräts ausgeschaltet und den Laserarm wieder in seine eingefahrene Position gebracht haben, entfernen Sie den Taucher aus dem Wasser, nehmen Sie die Kamera und die Lasergehäuse vom Arm ab.

Spülen Sie das Gerät vor dem Trocknen ab oder weichen Sie es in frischem Wasser ein, um Rost am Gerät zu vermeiden. Entfernen Sie nach dem Trocknen der Gehäuse Komponenten aus den Gehäusen, laden Sie die Batterien auf und tauschen Sie sie bei Bedarf aus. Für einen weiteren Tauchgang schließen Sie die Videokamera an einen Computer an und extrahieren Sie das Video vom HD-Band mit Hilfe eines HD-Videosoftwarepakets.

Bestimmen Sie nach der Videoextraktion den Bereich des Videos, das für die DPIV-Analyse in eine Reihe von Bildern konvertiert werden soll. Stellen Sie sicher, dass die Pixel-Seitenverhältnisse und die extrahierten Bildgrößen mit den HD-Videoeinstellungen übereinstimmen. Importieren Sie diese Bilder aus der Tauchkalibrierung vor dem Tauchgang in das A-D-P-I-V-Verarbeitungsprogramm.

Geben Sie die Kalibrierungskonstante für die Auswahl der Bildaufnahmeparameter ein, die vom DPIV-Softwarepaket abgefragt werden. Generieren Sie dann die Geschwindigkeitsfelder aus aufeinanderfolgenden Partikelbildern. Je nach Qualität und Art der Messungen können bei korrekter Bildgebung auch zusätzliche Nachbearbeitungsschritte angewendet werden.

Die Partikelbilder, die das Target umgeben, sollten scharf und leicht zu unterscheiden sein, wie in diesem in situ Partikelfeld um Aurelien in Kombination mit dem A-D-P-I-V-Verarbeitungssoftwarepaket gezeigt wird, die Geschwindigkeitsfelder der Strömung, die das Target umgeben, werden hier angezeigt. Gelbe Vektoren im Geschwindigkeitsfeld zeigen die Größe und Richtung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit an. Wenn genügend Video gesammelt wird, um eine Zeitreihe von Bildern zu liefern, kann auch eine Zeitreihe von Geschwindigkeitsfeldern bestimmt werden.

Eine unsachgemäße Bildgebung kann zu unklaren cju-Partikelfeldern führen. Hier ist ein Teilchenfeld zu sehen, das missi umgibt. Der rote Pfeil zeigt einen Bereich mit hohem Reflexionsvermögen an, was zu einer Sättigung des Bildes führt, was die Unterscheidung zwischen Partikeln und dem Ziel erschwert.

Ein weiteres Beispiel für eine unsachgemäße Bildgebung ist in dieser Partikelfeldumgebung erkennbar, so dass der rote Pfeil hier einen Bereich der Schlierenbildung anzeigt, der entsteht, wenn die Flussrate nicht mit einer ausreichend hohen Frequenz abgetastet wird. Wenn Sie dieses Verfahren beherrschen, können die Messungen zwischen einer und zwei Stunden durchgeführt werden, abhängig von der Dauer des Tauchgangs bei dieser Messtechnik, jedoch ist es wirklich wichtig, den richtigen neutralen Auftrieb aufrechtzuerhalten und auch ausreichende Kenntnisse der lokalen Tauchbedingungen zu haben, bevor Sie ins Wasser gehen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Lasern äußerst gefährlich ist, daher sollten bei der Arbeit mit diesem Verfahren immer die richtigen Vorsichtsmaßnahmen, wie z. B. die Ausrichtung des Lasers, befolgt werden.

Nach diesem Verfahren kann die MATLAB-Nachbearbeitung verwendet werden, um zusätzliche Fragen wie Energetikleistung und Durchflussraten zu beantworten.