양적 측정 현장에서 흐름

다음 실험의 전반적인 목표는 자연장 환경에서 움직이거나 정지된 물체에 의해 유도되는 유체의 움직임을 측정하는 것입니다. 이것은 스쿠버 다이버가 안전한 다이빙 한계 내에서 배치하는 스쿠버를 사용하여 달성됩니다. 먼저, 다이버는 목표물을 식별하고 헤엄쳐 갑니다.

대상을 기준으로 장치를 정렬하고 레이저 시트를 배치한 후, 다이버는 다이빙 완료 후 시간이 지남에 따라 연속적인 입자 필드를 캡처하기 위해 조명을 켜고 비디오 녹화를 시작하며, 목표물을 둘러싼 속도 필드를 생성하기 위해 비디오를 다운로드하고 처리합니다. 분석 결과를 얻습니다. 그것은 수영하는 동물에 의한 유체 수송 후 자연 필드 환경에서 흐름을 보여줍니다.

디지털 입자 이미지, FLOS 대칭 또는 DPIV와 같은 실험실 측정 기술에 비해 스쿠버를 사용하는 주요 이점은 이제 자연장 환경에서 유체의 움직임을 측정할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 우리는 동물 수영 성능, 포식자, 먹이 상호 작용 및 생태학과 관련된 해양학 및 생물학 분야의 주요 질문에 답할 수 있습니다. 이 방법은 수영하는 동물이나 산호 펄프 또는 저서 상호 작용 주위의 흐름을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

또한 인공 구조물 주변의 흐름을 측정하는 데 사용할 수도 있습니다. 필드 측정은 배우기 어렵고 측정 기술에 대한 지식과 야간 스쿠버 다이빙에 대한 편안함이 필요하기 때문에 이 방법의 시각적 시연이 중요합니다. 이 절차를 시작하려면 고화질 또는 HD 레코딩 테이프를 구하십시오.

모든 S 스쿠버 구성 요소의 배터리 전원이 충분하고 제대로 작동하는지 확인합니다. O-링 홈과 O-링을 깨끗한 수건으로 청소하거나 제조업체에서 제공한 O-링 그리스를 O-링에 골고루 펴 바르고 하우징 홈에 교체하여 사용할 레이저 및 카메라 하우징을 준비합니다. 또한 레이저 및 카메라 하우징 조리개를 청소하여 레이저 시트 변형 및 카메라 하우징 렌즈의 표시를 방지합니다.

다음으로, 일회용 종이 수분 스트립을 하우징에 넣어 압력 테스트를 준비합니다. 물이 가득 찬 욕조에 빈 하우징을 넣어 O-링 씰을 확인하십시오. 무게가 있는 물체는 하우징 위에 올려 놓고 물에 잠겨야 합니다.

하우징이 비어 있으면 5분에서 10분 후에 뜨므로 욕조와 수건에서 하우징을 제거하십시오. 외부를 말리십시오. 수분 스트립을 검사하여 하우징 내부에 습기가 있는지 확인하십시오.

하우징이 압력 테스트를 통과하면 하우징 내부에 스쿠버 구성 요소를 배치합니다. 고강도 방전 라이트 포드를 카메라 하우징에 부착합니다. 조명이 카메라와 작업자 바로 앞의 영역을 비추는 방식으로 방향을 잡았는지 확인하되 핸들의 그립 유지 및 카메라 제어 작동을 방해하지 않도록 합니다.

저조도 환경에서는 온도에 민감한 종이 한 장을 사용하여 레이저 시트 방향을 결정할 수 있습니다. 레이저 빔이 레이저 하우징에 설치된 광학 렌즈에 대해 적절하게 정렬되면 레이저 렌즈 조합은 스쿠버 부착물과 단단하거나 확장 가능한 암을 사용하여 카메라 하우징에 수직으로 배향된 수직 광선 시트를 생성하고 레이저 하우징과 카메라 하우징을 서로 연결합니다. 하우징이 단단히 부착되어 있고 하우징이 서로에 대해 회전할 수 없는지 확인하십시오.

레이저 시트가 카메라의 시야에 수직으로 방향을 유지하는 것이 중요합니다. 현재 스쿠버 측정 기능으로 인해 다이빙은 레이저 광선과의 자연광 간섭을 방지하기 위해 저조도 장소 또는 야간에만 수행할 수 있습니다. 따라서 물에 들어가기 전에 황혼 또는 그 이후에 하는 것이 좋습니다.

물에 들어가기 전에 카메라 하우징을 켜십시오. 카메라 하우징에는 전자식 수분 센서가 내장되어 있어 카메라 하우징에 습기가 있을 경우 시각적 경고를 제공합니다. 센서는 카메라 하우징이 켜져 있을 때만 작동합니다.

다음 단계는 물에 들어가 서면 프로토콜에 설명된 대로 장비 설정 및 실험을 시작하는 것입니다. 장비가 설정되면 레이저 시트에서 알려진 치수의 물체를 기록하여 스쿠버를 보정합니다. 다이빙 후, 표적을 찾으면 시야 크기를 픽셀 단위에서 센티미터로 변환하기 위해 보정 상수를 추출할 수 있습니다.

환경적 벌크 흐름 특성을 결정해야 합니다. 존재하는 경우, 현재 방향은 목표에 대한 장치 및 다이버 위치를 결정합니다. 측정하는 동안 다이버에서 내뿜는 거품을 관찰하고 측면 움직임을 기록하여 대상을 둘러싼 벌크 흐름의 방향을 추론할 수 있습니다.

현재 방향을 결정하기 위해 소량의 형광 염료를 방출 할 수도 있습니다. 다이버가 생성한 유량은 DPIV 측정 오류의 원인이 될 수 있으므로 다이버가 목표 위치의 상류에 위치해서는 안 됩니다. 레이저 시트는 전류 방향과 평행하여 레이저 시트 내 입자 체류 시간을 최대화하여 DPIV 오류를 최소화합니다.

그런 다음 S 스쿠버를 배치하여 목표물을 둘러싼 유동적인 움직임을 비추고 기록합니다. 대상이 카메라의 시야를 통해 이동할 때 녹화를 시작하고, 비디오 녹화 중에 회전 및 평면 이탈 동작을 삼가합니다. 스쿠버의 모든 구성 요소를 끄고 레이저 암을 수축 위치로 복원한 후 물에서 스쿠버를 제거하고 암에서 카메라와 레이저 하우징을 분리합니다.

장치의 녹을 방지하기 위해 건조하기 전에 장치를 깨끗한 물에 헹구거나 담그십시오. 하우징이 건조된 후 하우징에서 구성 요소를 제거하고 필요한 경우 배터리를 재충전하고 교체하십시오. 또 다른 다이빙을 위해 비디오 카메라를 컴퓨터에 연결하고 HD 비디오 소프트웨어 패키지를 사용하여 HD 테이프에서 비디오를 추출합니다.

비디오 추출 후 DPIV 분석을 위해 일련의 이미지로 변환할 비디오의 범위를 결정합니다. 픽셀 종횡비와 추출된 이미지 크기가 HD 비디오 설정과 일치하는지 확인합니다. 사전 다이빙 스쿠버 캘리브레이션에서 이러한 이미지를 A-D-P-I-V 처리 프로그램으로 가져옵니다.

calibration constant를 입력하고 DPIV 소프트웨어 패키지에서 프롬프트되는 이미지 캡처 매개변수를 선택합니다. 그런 다음 연속적인 입자 이미지에서 속도 필드를 생성합니다. 품질과 측정 유형에 따라 추가 후처리 단계도 이미징이 올바르게 수행될 때 적용할 수 있습니다.

타겟을 둘러싼 입자 이미지는 A-D-P-I-V 처리 소프트웨어 패키지와 함께 Aurelia를 둘러싼 현장 입자 필드와 같이 선명하고 구별하기 쉬워야 하며, 타겟을 둘러싼 유속장이 여기에 드러납니다. 속도 필드의 노란색 벡터는 국소 유속의 크기와 방향을 나타냅니다. 영상들의 시계열을 제공하기 위해 충분한 비디오가 수집된다면, 속도 필드들의 시계열 또한 결정될 수 있다.

부적절한 이미징은 cju 입자 필드가 불분명하게 나타날 수 있습니다. 여기에 표시된 것은 missi를 둘러싼 입자 필드입니다. 빨간색 화살표는 반사율이 높은 영역을 나타내며, 이로 인해 이미지의 채도가 높아져 입자와 대상을 구별하기 어렵습니다.

부적절한 이미징의 또 다른 예는 여기에서 놓친 입자 장에서 명백하며, 빨간색 화살표는 유속이 충분히 높은 주파수에서 샘플링되지 않을 때 발생하는 줄무늬 영역을 나타냅니다. 이 절차를 마스터하면 이 측정 기술을 수행하는 동안 다이빙 시간에 따라 1시간에서 2시간 사이에 측정을 완료할 수 있지만, 적절한 중성 부력을 유지하고 물에 들어가기 전에 현지 다이빙 조건에 대한 충분한 지식을 갖추는 것이 정말 중요합니다. 레이저로 작업하는 것은 매우 위험하므로 이 절차를 수행할 때 항상 레이저 정렬과 같은 적절한 예방 조치를 따라야 한다는 것을 잊지 마십시오.

이 절차에 따라 MATLAB 후처리를 사용하여 에너지 성능 및 유속과 같은 추가 질문에 답할 수 있습니다.