Mesurer quantitativement In situ Flux aide d'un appareil autonome à la vélocimétrie subaquatique (SCUVA)

L’objectif général de l’expérience suivante est de mesurer le mouvement d’un fluide induit par des corps en mouvement ou stationnaires dans un environnement de terrain naturel. Ceci est réalisé en utilisant la plongée sous-marine, qui est déployée par un plongeur sous-marin dans les limites de plongée sûres. Tout d’abord, le plongeur identifie et nage vers une cible.

Après avoir aligné l’appareil par rapport à la cible et positionné la feuille laser, le plongeur s’illumine et commence l’enregistrement vidéo pour capturer des champs de particules consécutifs au fil du temps après la fin de la plongée, afin de produire des champs de vitesse autour d’une cible, les vidéos sont téléchargées et traitées. Les résultats de l’analyse sont obtenus. Qui montrent les écoulements dans l’environnement naturel du terrain après le transport de fluides par des animaux nageurs.

Le principal avantage de l’utilisation de la plongée sous-marine par rapport aux techniques de mesure en laboratoire telles que l’image numérique de particules, la symétrie FLOS ou DPIV, est que vous pouvez désormais mesurer les mouvements d’un fluide dans un environnement de terrain naturel. Et ce que cela fait, c’est nous permettre de répondre à des questions clés dans les domaines de l’océanographie et de la biologie liées à la performance de nage des animaux, aux prédateurs, aux interactions avec les proies et à l’écologie. Cette méthode peut être utilisée pour mesurer le débit autour des animaux nageurs ou des pulpes de corail ou des interactions benthiques.

Il peut également être utilisé pour mesurer les écoulements autour des structures artificielles. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle car les mesures sur le terrain sont difficiles à apprendre, ce qui nécessite une connaissance des techniques de mesure et une aisance avec la plongée sous-marine nocturne. Pour commencer cette procédure, procurez-vous une bande d’enregistrement haute définition ou HD.

Assurez-vous que tous les composants de la plongée S ont une batterie suffisamment puissante et fonctionnent correctement. Préparez les supports de laser et de caméra pour l’utilisation en nettoyant les rainures et les joints toriques avec l’essuie-tout propre fourni par le fabricant de graisse pour joints toriques uniformément sur les joints toriques et replacez-les dans les rainures du boîtier. De plus, nettoyez les ouvertures du laser et du boîtier de la caméra pour éviter la déformation de la feuille laser et les marques sur l’objectif du boîtier de la caméra.

Ensuite, préparez-vous à un test de pression en plaçant des bandes d’humidité en papier jetables dans les boîtiers. Vérifiez les joints toriques en plaçant les boîtiers vides dans une baignoire remplie d’eau. Des objets lestés doivent être placés sur le dessus des boîtiers pour les immerger.

Étant donné que les boîtiers flottent lorsqu’ils sont vides après cinq à 10 minutes, retirez les boîtiers de la baignoire et de la serviette. Séchez l’extérieur. Vérifiez s’il y a de l’humidité à l’intérieur des boîtiers en inspectant les bandes d’humidité.

Une fois que les boîtiers ont réussi le test de pression, placez les composants de plongée à l’intérieur des boîtiers. Fixez des nacelles lumineuses à décharge à haute intensité au boîtier de la caméra. Assurez-vous que les lumières sont orientées de manière à éclairer la zone directement devant la caméra et l’opérateur, mais n’interférez pas avec le maintien de la prise sur les poignées et le fonctionnement des commandes de la caméra.

Dans un environnement peu éclairé, une feuille de papier sensible à la température peut être utilisée pour déterminer l’orientation de la feuille laser. Lorsque le faisceau laser est correctement aligné par rapport à la lentille optique installée dans le boîtier du laser, la combinaison de lentilles laser créera une feuille de lumière verticale orientée perpendiculairement au boîtier de la caméra, à l’aide d’accessoires de plongée et du bras rigide ou extensible, reliera le boîtier du laser et le boîtier de la caméra l’un à l’autre. Assurez-vous que les boîtiers sont solidement fixés et qu’ils ne peuvent pas tourner les uns par rapport aux autres.

Il est essentiel que la feuille laser reste orientée perpendiculairement au champ de vision de la caméra. En raison des capacités actuelles de mesure de la plongée sous-marine, les plongées ne peuvent être effectuées que dans des endroits peu éclairés ou la nuit pour éviter les interférences de la lumière naturelle avec la lumière laser. Par conséquent, il est recommandé d’être au crépuscule ou plus tard avant d’entrer dans l’eau.

Allumez le boîtier de la caméra avant d’entrer dans l’eau. Le boîtier de la caméra est doté d’un capteur d’humidité électronique intégré qui fournit des avertissements visuels en cas d’humidité dans le boîtier de la caméra. Le capteur ne fonctionne que lorsque le boîtier de l’appareil photo est allumé.

L’étape suivante consiste à entrer dans l’eau et à commencer l’installation de l’équipement et de l’expérience comme décrit dans le protocole écrit. Une fois l’équipement installé, calibrez la plongée en enregistrant un objet dont les dimensions sont connues dans la feuille laser. Après la plongée, une constante de calibrage peut être extraite pour convertir la taille du champ de vision de quelques pixels en centimètres lors de la recherche d’une cible.

Les propriétés environnementales de l’écoulement en vrac doivent être déterminées. S’il y en a, la direction du courant dictera le positionnement de l’appareil et du plongeur par rapport à la cible. Pendant les mesures, la direction de l’écoulement en vrac autour de la cible peut être déduite en observant les bulles expirées par le plongeur et en notant leur mouvement latéral.

Une petite quantité de colorant fluorescent peut également être libérée pour déterminer la direction du courant. Étant donné que le flux généré par le plongeur peut être une source d’erreur de mesure DPIV, le plongeur ne doit pas être situé en amont de la position cible. La feuille laser est parallèle à la direction du courant afin de maximiser le temps de séjour des particules dans la feuille laser, minimisant ainsi les erreurs DPIV.

Positionnez ensuite S scuba pour éclairer et enregistrer les mouvements fluides autour d’une cible. Commencez l’enregistrement pendant que la cible se déplace dans le champ de vision de la caméra, abstenez-vous des mouvements de rotation et hors plan pendant l’enregistrement vidéo. Après avoir éteint tous les composants de la plongée et remis le bras laser en position rétractée, retirez la plongée de l’eau, détachez la caméra et les supports laser du bras.

Rincez ou trempez l’appareil dans de l’eau douce avant de le sécher pour éviter la rouille de l’appareil. Une fois les boîtiers secs, retirez les composants des boîtiers, rechargez et remplacez les batteries si nécessaire. Pour une autre plongée, connectez la caméra vidéo à un ordinateur et extrayez la vidéo de la bande HD à l’aide d’un logiciel vidéo HD.

Après l’extraction vidéo, déterminez la plage de vidéo à convertir en une série d’images pour l’analyse DPIV. Assurez-vous que les proportions en pixels et les tailles d’image extraites correspondent aux paramètres vidéo HD. Importez ces images dans le programme de traitement A-D-P-I-V à partir de l’étalonnage de plongée sous-marine.

Entrez les paramètres de capture d’image de sélection de la constante d’étalonnage, qui sont demandés à partir du progiciel DPIV. Générez ensuite les champs de vitesse à partir d’images de particules consécutives. Des étapes de post-traitement supplémentaires, en fonction de la qualité et des types de mesures, peuvent également être appliquées lorsque l’imagerie est effectuée correctement.

Les images de particules entourant la cible doivent être nettes et faciles à distinguer, comme le montre ce champ de particules in situ entourant Aurelia en combinaison avec le progiciel de traitement A-D-P-I-V, les champs de vitesse d’écoulement entourant la cible sont révélés ici. Les vecteurs jaunes dans le champ de vitesse indiquent l’amplitude et la direction de la vitesse d’écoulement locale. Si suffisamment de vidéo est collectée pour fournir une série chronologique d’images, une série chronologique de champs de vitesse peut également être déterminée.

Une mauvaise imagerie peut entraîner un manque de clarté dans les champs de particules cju. On voit ici un champ de particules entourant missi. La flèche rouge indique une région de réflectivité élevée, ce qui entraîne une saturation de l’image, ce qui rend difficile la distinction entre les particules et la cible.

Un autre exemple d’imagerie inappropriée est apparent dans ce champ de particules environnant donc manque ici, la flèche rouge indique une région de stries qui se produit lorsque le débit n’est pas échantillonné à une fréquence suffisamment élevée. Une fois cette procédure maîtrisée, les mesures peuvent être effectuées entre une et deux heures, selon la durée de la plongée, mais il est vraiment important de maintenir une flottabilité neutre appropriée et d’avoir une connaissance suffisante des conditions de plongée locales avant d’entrer dans l’eau. N’oubliez pas que travailler avec des lasers est extrêmement dangereux, de sorte que les précautions appropriées, telles que l’alignement du laser, doivent toujours être suivies lors de l’utilisation de cette procédure.

À la suite de cette procédure, le post-traitement MATLAB peut être utilisé pour répondre à des questions supplémentaires telles que les performances énergétiques et les débits.