Name: Kwantitatief meten In situ Stromen met behulp van een self-contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA) (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-31T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
Description: Leer kwantitatieve stromingsmetingen in het veld met behulp van het SCUVA-apparaat. Deze methode maakt analyse van door dieren gegenereerde stromingen mogelijk voor onderzoek naar oceaanbiologie en ecologische interacties.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek wordt ondersteund door de National Science Foundation toegekend aan JOD (OCE-0623475), SPC (OCE-0623534 en 0727544) en JHC (OCE-0727587 en de OCE-0623508), en door het Office of Naval Research toegekend aan JHC ( N000140810654). KK wordt ondersteund door de Postdoctorale Scholar Program bij Woods Hole Oceanographic Institution, met financiering door de Stichting Devonshire.

<ol><li> Om te beginnen deze procedure, zorgen wij ervoor dat alle componenten SCUVA batterij met voldoende vermogen, opname tape (voor de high-definition of HD video camera), en goed functioneren hebben. Afhankelijk van de stromen te meten, selecteer videocamera resolutie en frame rates dat de beste resultaten opleveren voor digitale particle image velocimetry (DPIV). 1,2 </li><li> Bereid de laser en de camera behuizingen voor gebruik door het schoonmaken van de o-ring groeven en o-ringen met een schone handdoek of vegen. Spread fabrikant verstrekte o-ring vet gelijkmatig over de o-ringen en vervang ze in de behuizing groeven. Daarnaast, het reinigen van de laser en de camera behuizing openingen om laser blad vervorming en voorkomen dat merken op de camera behuizing lens. </li><li> Controleer de o-ring afdichting door het plaatsen van zowel lege behuizingen in een bad vol met water. Gewogen objecten zullen moeten worden geplaatst op de top van de behuizingen onder water ze al sinds de behuizingen drijven als deze leeg is. Na 5 tot 10 minuten, verwijder de behuizingen van de kuip en een handdoek droog thij buiten. Controleer of er sprake is van vocht in de behuizing. Ook overwegen om wegwerp-, papier-vocht strips tijdens de druktest om aan te geven of er vocht in de behuizing na de test. </li><li> Na de behuizing passeren de druktest, plaats SCUVA onderdelen in de behuizing. </li><li> Bevestig high-intensity discharge (HID) licht pods op de camera behuizing. Zorg ervoor dat de lichten zijn gericht op een zodanige wijze dat ze de ruimte verlichten direct voor de camera en operator, en niet interfereren met behoud van grip op handvaten en de werking van de camera controles. </li><li> In een omgeving met weinig licht, ervoor te zorgen dat de laserstraal goed is ten opzichte van de optische lens geïnstalleerd in de laser behuizing uitgelijnd. Bij het goed uitgelijnd, zal de laser / lens combinatie te maken een verticale plaat van het licht dat gericht is loodrecht op de camera behuizing. Voor de veiligheid, gebruik van een temperatuurgevoelige vel papier om laser blad oriëntatie te bepalen. </li> Met behulp van SCUVA bijlagen en de stijve, uitschuifbare arm, verbind de laser behuizing en de camera behuizing aan elkaar. Zorg ervoor dat de behuizing stevig bevestigd zijn en dat de behuizing niet kan draaien ten opzichte van elkaar. Het is cruciaal dat de laser blad blijft loodrecht gericht op het gezichtsveld van de camera's gezien in de meting. <li> Door de huidige mogelijkheden van SCUVA, kan de meting duiken alleen worden uitgevoerd bij weinig licht locaties of 's nachts aan natuurlijk licht interferentie met de laser blad. Daarom adviseren wij te wachten tot de schemering of later, voordat u het water. </li><li> Zet de camera behuizing voordat u het water. De camera behuizing heeft een ingebouwde elektronische vochtsensor dat de visuele waarschuwingen geeft (knipperende LED-lampjes) in geval van vocht in de camera behuizing. De sensor werkt alleen als de camera behuizing op. </li><li> Dompel SCUVA in het water en voeg het apparaat om jezelf met behulp vaneen lijn. Eenmaal bij het toestel, laat SCUVA aan de drijfvermogen van het apparaat te bepalen. Afhankelijk van het drijfvermogen, hechten drijfvermogen schuim of lood aan een of beide behuizingen voor een neutraal drijfvermogen te waarborgen en te voorkomen dat rotatie van het apparaat in het water. </li><li> Schakel vervolgens de laser en houd het toestel stilstaat. Plaats de laser met behulp van de uitschuifbare arm ver genoeg van de duiker de meting van de duiker-geïnduceerde stromen te minimaliseren. Eventuele metingen van diver-geïnduceerde stromen in de buurt van het doel te introduceren fout en worden niet gebruikt voor verdere analyse. Stel de camera zoom tot aan het gezichtsveld van frames het doel en de omringende vloeistof. </li><li> Terwijl het apparaat stilstaat, de focus van de video-camera op de laser blad totdat de deeltjes verschijnen scherp en in focus. Zodra de laser blad vliegtuig is in focus, zet de camera op de handmatige scherpstelling. Dit voorkomt dat de camera richten op alle objecten die verschijnen op het gebied vante bekijken tijdens de meting, wat resulteert in onscherpe deeltjes in de laser blad. </li><li> Te kalibreren SCUVA, plaats een object met bekende afmetingen in de laser blad binnen het gezichtsveld van de video-camera's te bekijken. Record voor enkele seconden. Na de duik, zal een beeld worden verkregen van deze video-opname op een kalibratie constant dat het gezichtsveld grootte bekeerlingen uit eenheden van de pixels cm te bepalen. Indien op enig moment de operator past de grootte van het gezichtsveld opnieuw de positie van de uitschuifbare arm of het wijzigen van de camera zoom tijdens de duik, zal de stappen 12 en 13 behoeven te worden herhaald. </li><li> Begin de duik daalt langzaam af naar de werkdiepte. Bij het vinden van een doel, de milieu-bulk vloei-eigenschappen moeten worden bepaald. Indien aanwezig, zal de huidige richting te dicteren apparatuur en duiker positionering ten opzichte van de doelgroep tijdens de metingen. De richting van bulk stroming rond het doel kan worden afgeleid door het observeren van bubbels uitgeademd uit de duiker en gezien het feit van hun zijwaartse beweging. InNaast bellen, kan een kleine hoeveelheid van fluorescerende kleurstof (dat wil zeggen, fluoresceïne) worden vrijgegeven aan de huidige richting te bepalen. Aangezien de duiker gegenereerde stroom kan een bron van DPIV meetfouten zijn, moet de duiker niet stroomopwaarts worden geplaatst van het doel. Bovendien moet de laser blad parallel zijn geplaatst dat de richting van de stroom, om deeltjes verblijftijd in de laser blad te maximaliseren, om zo DPIV fouten. Echter, als er geen stroom of bulk stroom aanwezig is, duiker en SCUVA positionering ten opzichte van de doelgroep zijn onbeperkt. </li><li> Positie van SCUVA te verlichten en op te nemen de vloeiende beweging rond een doel. Als pogingen om de stroom rond een bewegend doel registreren eerste voorspellen de locatie van het doelwit, en plaats vervolgens SCUVA om de voorspelde locatie, terwijl de resterende bewegingloos. Als het doel beweegt door het gezichtsveld van de camera's te bekijken, te beginnen met opnemen. Als het doel is onbeweeglijk, frame het doel en de omringende vloeistof in de video-camera en# X2019; s gezichtsveld en beginnen met opnemen terwijl de resterende bewegingloos. De bestuurder moet zich onthouden van rotatie-en out-of-plane bewegingen tijdens de video-opname, omdat deze bewegingen resulteren in foutieve DPIV resultaten. Daarom, metingen verzameld tijdens rotatie-en out-of-plane duiker bewegingen zal niet gebruikt worden voor verdere data-analyse. </li><li> Zodra video collectie is voltooid, schakelt u alle onderdelen van SCUVA en het herstel van de laser arm om zijn teruggetrokken positie. Verwijder SCUVA uit het water en los van de camera en laser-behuizingen uit de arm. Spoel of genieten van de apparatuur in zoet water voor het drogen om te voorkomen dat roesten van het apparaat. Zodra de behuizingen worden gedroogd, te verwijderen componenten uit de behuizing en laad-en vervang de batterijen als dat nodig is voor een andere duik. </li><li> Sluit de videocamera op een computer en uittreksel video van de HD-tape met behulp van een HD-video software pakket (dat wil zeggen, Adobe Premiere Pro of iMovie). Na de video is uitgepakt, het bereik vanvideo om te zetten in een reeks van beelden voor DPIV analyse. Zorg ervoor dat de pixel-aspect-ratio's en uitgepakt beeldgrootte van de HD-video-instellingen overeenkomen. </li><li> Deze beelden worden geïmporteerd in een DPIV de verwerking van het programma (dat wil zeggen, Davis of MatPIV). Na de juiste keuze van de kalibratie constant en beeld vast te leggen parameters, die wordt gevraagd van de DPIV softwarepakket, kan de snelheid velden worden gegenereerd uit opeenvolgende deeltje beelden. Aanvullende post-processing stappen, afhankelijk van de kwaliteit en de soorten metingen, kunnen ook worden toegepast. 3 </li></ol> Representatieve resultaten: Wanneer het protocol correct is gedaan, zal het deeltje beelden rond het doel scherp zijn en gemakkelijk te onderscheiden. Met behulp van het deeltje velden gevangen in situ door video's SCUVA camera (figuur 1A) en een DPIV processing software-pakket, de snelheid van de stroming gebied rondom de doelgroep (Figuur 1B) zal worden onthuld. Vectoren in de VelociTy veld aan te geven omvang en richting van de lokale stroomsnelheid. Als er voldoende video wordt verzameld om een ​​tijdreeks van de beelden te leveren, kan een tijdreeks van de snelheid velden ook worden bepaald. <img src="/files/ftp_upload/2615/2615fig1.jpg" alt="Figuur 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 1"> Figuur 1 Gemeten in situ deeltje velden (A) rond Aurelia labiata. Overeenkomstige snelheidsveld (B) met geel vectoren geeft de stroomrichting en grootte. <img src="/files/ftp_upload/2615/2615fig2.jpg" alt="Figuur 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 2"> Figuur 2 In situ deeltje velden rondom Mastigias sp. Solmissus en sp. (A en B, respectievelijk). Rode pijl in A wijst op een gebied van hoge reflectie, wat resulteert in verzadiging van het beeld, waardoor het moeilijk is onderscheid te maken tussen deeltjes en het doel. Rode pijl in B geeft een regio strepen die ontstaat wanneer het debiet isniet voor de steekproef op een voldoende hoog frequentie.

<ol><li>Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle-imaging+techniques+for+experimental+fluid+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 23, 261-304 (1991).</li>
<li>Willert, C. E., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+particle+image+velocimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Digital particle image velocimetry.</a> Exp. Fluids. 10, 181-193 (1991).</li>
<li>Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+Image+Velocimetry%3A+A+Practical+Guide%22">Particle Image Velocimetry: A Practical Guide</a>. , Springer. New York. (2007).</li>
<li>Agrawal, Y. C., Pottsmith, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+diffraction+particle+sizing+in+STRESS%5BTitle%5D)+AND+%22Cont.+Shelf+Res%22%5BJournal%5D)">Laser diffraction particle sizing in STRESS.</a> Cont. Shelf Res. 14, 1101-1121 (1994).</li>
<li>Katz, J., Donaghay, P. L., Zhang, J., King, S., Russell, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Submersible+holocamera+for+detection+of+particle+characteristics+and+motions+in+the+ocean%5BTitle%5D)+AND+%22Deep+Sea+Res%22%5BJournal%5D)">Submersible holocamera for detection of particle characteristics and motions in the ocean.</a> Deep Sea Res. 46, 1455-1481 (1999).</li>
<li>Katija, K., Dabiri, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+field+measurements+of+aquatic+animal-fluid+interactions+using+a+self-contained+underwater+velocimetry+apparatus+%28SCUVA%29%5BTitle%5D)+AND+%22Limnol.+Oceanogr.-Meth%22%5BJournal%5D)">In situ field measurements of aquatic animal-fluid interactions using a self-contained underwater velocimetry apparatus (SCUVA).</a> Limnol. Oceanogr.-Meth. 6, 162-171 (2008).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Een potentiële beperking in het veld is de noodzaak voor deeltjes in de stroom, die nodig zijn om digitale particle image velocimetry (DPIV) uit te voeren. In kustwater, zwevende deeltjes vertoont maten op de orde van 10 micrometer in diameter en concentraties tussen 0,002 en 10 per mm 3. 4 Aanvullende studies met behulp van een dompelpomp holocamera voor deeltjesdetectie bevestigen voldoende aanwezigheid van zaaien deeltjes tot DPIV uit te voeren in het oceaanwater. 5 Tijdens de open zee en de kust oceaan duiken, hebben we ontdekt dat deeltjes dichtheden en afmetingen niet een beperking voor het uitvoeren van in situ DPIV. Afgezien van deeltjes dichtheden en maten, een andere zorg die relevant zijn voor DPIV metingen is de homogeniteit van deeltjes concentraties. Kwalitatief, als een regio binnen een ondervraging venster heeft een grotere deeltjes concentraties dan de andere, de snelheid grootte gegenereerd door de DPIV analyse zal worden bevooroordeeld aanzien van de regio met een hogere deeltjes concentraties. Daarom moet SCUVA metingen worden uitgevoerd wanneer deeltjesconcentratie variabiliteit is geminimaliseerd. We vonden thatcle concentraties zijn relatief constant gedurende deeltjes concentraties relatief constant tijdens duiken waarbij de duiker wordt opgeschort in het midden van de waterkolom. Echter, deeltje velden in benthische omgevingen hebben het potentieel voor inhomogeniteit als gevolg van resuspensie van deeltjes door milieu-of duiker-geïnduceerde stroomt de buurt van de zeebodem. Zorg moet worden genomen om verstoring van de deeltjes te minimaliseren tijdens de metingen in benthische omgevingen. De auteurs &#39;kennis, heeft een formele analyse van de fouten die door niet-homogene deeltjesconcentratie velden die niet zijn uitgevoerd in zowel laboratorium-of veldomstandigheden, en moet een onderwerp voor verdere behandeling in een aparte publicatie. Verschillende kwesties moeten worden overwogen bij de voorbereiding enhet uitvoeren van in situ experimenten met behulp van het protocol. Tijdens de opname, is de exploitant opgedragen om stil blijven staan ​​en van alle out-of-vliegtuig en roterende beweging refrein. Dit verzoek is eenvoudig in theorie, maar in de praktijk moeilijk, en deze metingen vereisen geavanceerde duiken vaardigheid om met succes worden afgerond. Out-of vliegtuig en rotatie bewegingen van de gebruiker resulteren in foutieve DPIV gegevens. Echter, in het vlak bewegingen worden gecorrigeerd met behulp van in-house software. 6 Het wordt aanbevolen om de operator om controle over het drijfvermogen praktijk voor een aantal duiken voor het gebruik van SCUVA de meting efficiëntie te maximaliseren. Naast het drijfvermogen overwegingen, moet de exploitant zich bewust zijn van de beoogde doorstroming richting. Stromen die reizen out-of-plane ten opzichte van de laser blad zal niet toegeven betrouwbare DPIV resultaten, en de exploitant dient oriënteren SCUVA om deze stromen te vangen het meest effectief. Daarnaast moet de positie van de duiker ten opzichte van de doelgroep te selected, om diver-geïnduceerde stroom in de metingen te minimaliseren. Diver-geïnduceerde stroom introduceert fout naar het doel flow, en metingen dat de duiker effecten zijn mogen niet worden gebruikt voor verdere analyse. In het geval dat het doel een sterk reflecterende oppervlak heeft, zal de vloeistof regio rond de doelgroep sterk worden verlicht, waardoor het moeilijk naar het nabijgelegen individuele deeltjes te onderscheiden van de omringende vloeistof (regio aangegeven met rode pijl, figuur 2A). Filters of polarisatoren kunnen worden toegevoegd aan de laser of camera behuizing om de intensiteit van het laserlicht gevangen genomen door de video-camera sensor te verminderen. Indien dit niet mogelijk is te wijten aan logistieke problemen en de beperkte toegang tot apparatuur, post-processing van de beelden met behulp van in-house software kan bieden voldoende correctie door het getal van de beelden die de verhoogde pixel intensiteiten in de buurt van het doel. Een andere overweging dat de kwaliteit van DPIV gegevens van invloed op is de vraag of deeltje strepen aanwezig zijn. Als deeltjevelden hebben de regio&#39;s strepen (aangegeven met rode pijl, figuur 2B), is de video-camera opname op een frame rate te laag is om deze hoge snelheden op te lossen. Door het verhogen van de frame rate, kunnen deeltjes strepen worden verminderd. Echter, dit resulteert in een vermindering van licht die op de video-camera sensor en maakt het deeltje veld kijken dimmer. Als de video-camera heeft de mogelijkheid om handmatig in te stellen diafragma-instellingen, verhoging van de diafragma-instelling om te voorkomen dat het dimmen van het deeltje veld. Het bepalen van de optimale instellingen van het apparaat kunnen meerdere duiken met SCUVA voor succesvolle verzamelen van gegevens.

kwantitatief meten in situ stromen met behulp van een self-contained underwater velocimetry apparatus (scuva)

Quantitatively Measuring In situ Flows using a Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

De mogelijkheid om direct snelheid velden te meten in een vloeistof omgeving nodig is om empirische gegevens voor studies in velden geven zo divers als oceanografie, ecologie, biologie en vloeistofmechanica. Veldmetingen voor de praktische uitdagingen, zoals de milieu-omstandigheden, dier beschikbaarheid en de behoefte aan veld-compatibele meettechnieken. Om te voorkomen dat deze uitdagingen, wetenschappers meestal gebruik gecontroleerde laboratorium omgeving van dieren-vloeistof interacties te bestuderen. Toch is het redelijk te vragen of men kan natuurlijk gedrag te extrapoleren (dat wil zeggen, dat dat voorkomt in het veld) van laboratorium metingen. Daarom worden in situ kwantitatieve debietmeting die nodig is om dieren zwemmen nauwkeurig te beschrijven in hun natuurlijke omgeving. We ontwierpen een op zichzelf staand, draagbaar apparaat dat werkt, onafhankelijk van enig verband met het oppervlak, en kunnen kwantitatieve metingen van het stromingsveld surrounding een dier. Dit apparaat, een self-contained onder water velocimetry apparaten (SCUVA), kan worden bediend door een duiker in een diepte van 40 m. Als gevolg van de extra complexiteit die inherent is van het veld voorwaarden, bijkomende overwegingen en voorbereiding nodig zijn in vergelijking met laboratoriummetingen. Deze overwegingen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, operator beweging, voorspellen positie van zwemmen doelstellingen, de beschikbare natuurlijke zwevende deeltjes, en de oriëntatie van SCUVA ten opzichte van de doorstroming van belang. Het volgende protocol is bedoeld om deze gemeenschappelijke problemen aan te pakken en het veld te meten succes te maximaliseren.

Dit protocol bevat instructies over hoe je een self-contained onder water velocimetry apparaten (SCUVA), die is ontworpen voor de kwantificering van de in situ dieren gegenereerde stroom te gebruiken. Daarnaast, dit protocol adressen uitdagingen van de veldomstandigheden, en omvat operator beweging, voorspellen positie van het dier, en oriëntatie van SCUVA.

Kwantitatief meten In situ Stromen met behulp van een self-contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

De mogelijkheid om stroomingsvelden in een vloeistofomgeving direct te meten is noodzakelijk om empirische gegevens te leveren voor studies in uiteenlopende vakgebieden als ...

Het algemene doel van het volgende experiment is het meten van de vloeistofbeweging die wordt veroorzaakt door bewegende of stationaire lichamen in een natuurlijke veldomgeving. Dit wordt bereikt door gebruik te maken van scuba, die door een scuba-duiker binnen veilige duiklimieten wordt ingezet. Eerst identificeert de duiker een doelwit en zwemt er naartoe.Nadat de apparatuur ten opzichte van het doelwit is uitgelijnd en het laser-sheet is gepositioneerd, schakelt de duiker de verlichting in en start de video-opname om opeenvolgende partikelvelden in de tijd vast te leggen na voltooiing van de duik. Om versnellingsvelden rond een doelwit te verkrijgen, worden de video's gedownload en verwerkt. De resultaten van de analyse worden verkregen, welke de stromingen in de natuurlijke veldomgeving tonen na vloeistofstransport door zwemmende dieren.Het belangrijkste voordeel van het gebruik van scuba ten opzichte van laboratoriummeettechnieken zoals digitale particle image, FLOS-symmetrie of DPIV, is dat u nu vloeistofbewegingen in een natuurlijke veldomgeving kunt meten. Dit stelt ons in staat om cruciale vragen te beantwoorden in de oceanografie en biologie met betrekking tot de zwemprestaties van dieren, roofdier-prooiinteracties en ecologie. Deze methode kan worden gebruikt om de stroming rond zwemmende dieren, koraalpoliepen of benthische interacties te meten.Het kan ook worden gebruikt om stromingen rondom door mensen gemaakte structuren te meten. Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel, aangezien veldmetingen moeilijk aan te leren zijn en kennis van meettechnieken en ervaring met nachtelijk scubaduiken vereisen. Om met deze procedure te beginnen, dient u een high-definition of HD-opnameband te verkrijgen.Zorg ervoor dat alle S-scuba-componenten voldoende batterijcapaciteit hebben en correct functioneren. Bereid de behuizingen van de laser en camera voor gebruik door de O-ringgroeven en O-ringen te reinigen met de schone doek of een wisje; breng het door de fabrikant geleverde O-ringvet gelijkmatig aan op de O-ringen en plaats deze terug in de groeven van de behuizing. Reinig daarnaast de openingen van de laser- en camerabehuizing om vervorming van het laserblad en vlekken op de lens van de camerabehuizing te voorkomen.Bereid vervolgens een druktest voor door wegwerppapierstrips voor vocht in de behuizingen te plaatsen. Controleer de O-ringafdichtingen door de lege behuizingen in een bak met water te plaatsen. Er moeten verzwaarde objecten bovenop de behuizingen worden geplaatst om ze onder te dompelen.Aangezien de behuizingen na vijf tot 10 minuten gaan drijven wanneer ze leeg zijn, worden de behuizingen uit de bak gehaald en afgedroogd met een handdoek. Droog de buitenkant af. Controleer aan de hand van de vochtigheidsstrips of er vocht in de behuizingen aanwezig is.Zodra de behuizingen de druktest hebben doorstaan, plaatst u de duikcomponenten in de behuizingen. Bevestig de high-intensity discharge-lampen aan de camerabehuizing. Zorg ervoor dat de lampen zo zijn georiënteerd dat ze het gebied direct voor de camera en de operator verlichten, maar niet hinderen bij het vasthouden van de handvatten en het bedienen van de camerabedieningselementen.In een omgeving met weinig licht kan een temperatuurgevoelig vel papier worden gebruikt om de oriëntatie van het laserlakenzicht te bepalen. Wanneer de laserstraal correct is uitgelijnd ten opzichte van de optische lens die in de laserbehuizing is geïnstalleerd, creëert de combinatie van laser en lens een verticaal lichtlaken dat loodrecht op de camerabehuizing is georiënteerd. Verbind de laserbehuizing en de camerabehuizing met elkaar met behulp van duikaccessoires en de starre of uitschuifbare arm. Zorg ervoor dat de behuizingen stevig zijn bevestigd en dat de behuizingen niet ten opzichte van elkaar kunnen roteren.Het is van essentieel belang dat het laserblad loodrecht op het gezichtsveld van de camera blijft georiënteerd. Vanwege de huidige mogelijkheden van scuba-metingen kunnen duiken alleen worden uitgevoerd op locaties met weinig licht of 's nachts om interferentie van natuurlijk licht met het laserlicht te voorkomen. Daarom wordt aanbevolen om te wachten tot de schemering of later voordat men het water betreedt.Zet de camerabehuizing aan voordat u het water betreedt. De camerabehuizing is voorzien van een ingebouwde elektronische vochtigheidssensor die visuele waarschuwingen geeft bij vocht in de behuizing. De sensor werkt alleen wanneer de camerabehuizing is ingeschakeld.De volgende stap is het betreden van het water en het starten van de opstelling van de apparatuur en het experiment, zoals beschreven in het schriftelijke protocol. Zodra de apparatuur is geïnstalleerd, wordt scuba gekalibreerd door een object met bekende afmetingen in het laserlaken vast te leggen. Na de duik kan een kalibratieconstante worden afgeleid om de grootte van het gezichtsveld om te rekenen van pixels naar centimeters zodra er een doelwit is gevonden.De bulkstroomeigenschappen van het milieu moeten worden bepaald. Indien aanwezig, zal de stroomrichting de positie van de apparatuur en de duiker ten opzichte van het doel bepalen. Tijdens de metingen kan de richting van de bulkstroom rondom het doel worden afgeleid door de door de duiker uitgeademde bellen te observeren en hun zijdelingse beweging te noteren.Een kleine hoeveelheid fluorescerende kleurstof kan ook worden vrijgelaten om de huidige stroomrichting te bepalen. Aangezien door de duiker gegenereerde stroming een bron van DPIV-meetfouten kan zijn, mag de duiker zich niet stroomopwaarts van de doelpositie bevinden. Het laserlakenvlak wordt parallel aan de stroomrichting geplaatst om de verblijftijd van de deeltjes binnen het laserlakenvlak te maximaliseren en zo DPIV-fouten te minimaliseren.Positioneer S scuba vervolgens om de vloeistofbewegingen rond een doelwit te verlichten en vast te leggen. Start de opname zodra het doelwit door het gezichtsveld van de camera beweegt; vermijd rotationele bewegingen en bewegingen buiten het vlak tijdens de video-opname. Nadat alle componenten van scuba zijn uitgeschakeld en de laserarm terug is gebracht naar de ingetrokken positie, wordt scuba uit het water gehaald en worden de camera- en laserbehuizingen van de arm losgekoppeld.Spoel of week het apparaat in schoon water voordat u het droogt om roestvorming te voorkomen. Nadat de behuizingen zijn gedroogd, verwijdert u de componenten uit de behuizingen en laadt u de batterijen op of vervangt u deze indien nodig. Voor een volgende duik verbindt u de videocamera met een computer en extraheert u de video van de HD-band met behulp van een HD-videosoftwarepakket.Bepaal na de video-extractie welk gedeelte van de video moet worden omgezet in een reeks beelden voor DPIV-analyse. Zorg ervoor dat de pixelbeeldverhoudingen en de afmetingen van de geëxtraheerde beelden overeenkomen met de HD-video-instellingen. Importeer deze beelden vanuit de scuba-kalibratie vóór de duik in het A-D-P-I-V-verwerkingsprogramma.Voer de kalibratieconstante in en selecteer de parameters voor beeldvastlegging, zoals gevraagd door het DPIV-softwarepakket. Genereer vervolgens de snelheidsvelden op basis van opeenvolgende partikelbeelden. Afhankelijk van de kwaliteit en de typen metingen kunnen aanvullende post-processingstappen worden toegepast wanneer de beeldvorming correct is uitgevoerd.De partikelbeelden rondom het doelobject moeten scherp en gemakkelijk te onderscheiden zijn, zoals getoond in dit in situ partikelveld rondom aurelia; in combinatie met het softwarepakket A-D-P-I-V worden hier de snelheidsvelden van de stroming rondom het doelobject onthuld. Gele vectoren in het snelheidsveld geven de grootte en richting van de lokale stroomsnelheid aan. Als er voldoende videomateriaal is verzameld om een tijdreeks van beelden te verkrijgen, kan er ook een tijdreeks van snelheidsvelden worden bepaald.Onjuiste beeldvorming kan leiden tot onduidelijke cju-deeltjesvelden. Hier wordt een deeltjesveld getoond rondom missi. De rode pijl geeft een gebied van hoge reflectiviteit aan, wat resulteert in verzadiging van het beeld, waardoor het moeilijk is om onderscheid te maken tussen de deeltjes en het doelwit.Een ander voorbeeld van onjuiste beeldvorming is duidelijk in dit partikelveld; de rode pijl geeft een regio van strepen aan die ontstaat wanneer de stroomsnelheid niet met een voldoende hoge frequentie wordt bemonsterd. Zodra men deze procedure beheerst, kunnen de metingen in één tot twee uur worden voltooid, afhankelijk van de duikduur tijdens het toepassen van deze meettechniek. Het is echter essentieel om een juiste neutrale drijfkracht te handhaven en over voldoende kennis van de lokale duikcondities te beschikken voordat men het water betreedt. Vergeet niet dat werken met lasers uiterst gevaarlijk is, dus de juiste voorzorgsmaatregelen, zoals de uitlijning van de laser, moeten altijd worden nageleefd bij het uitvoeren van deze procedure.Na deze procedure kan MATLAB-nabewerking worden gebruikt om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals energetische prestaties en stroomsnelheden.

quantitatively-measuring-situ-flows-using-self-contained-underwater

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Een echo particle image velocimetry (EPIV) systeem dat in staat de overname van twee-dimensionale velden van snelheid in optisch ondoorzichtige vloeistoffen of via optisch ondoorzichtige geometrieën wordt beschreven, en validatie metingen in pijpstroming worden gerapporteerd.

Echo Particle Image Velocimetry

Ultrasone snelheidsmeting wordt gebruikt om menging door vloeistofstroming in elektroden van vloeibaar metaal te bestuderen. Het doel van dit manuscript is om de methoden te illustreren die worden gebruikt voor het maken van nauwkeurige, ruimtelijk opgeloste ultrasone metingen, terwijl oxidatie wordt beperkt en temperatuur, toegepaste stroom en het toegevoerde vermogensvermogen worden gecontroleerd en bewaakt.

Ultrasound snelheidsmeting in een Liquid Metal elektrode

We introduceren de VacuSIP, een eenvoudige, niet-invasieve en betrouwbare methode voor schoon en nauwkeurig puntsampling van water. Het systeem werd ontwikkeld en geëvalueerd voor de gelijktijdige verzameling van het water dat wordt ingeademd en uitgeademd door benthische suspensie-voeders in situ, om de verwijdering en uitscheiding van deeltjes en opgeloste verbindingen schoon op te meten.

VacuSIP, een verbeterde INEX Methode voor het<em&gt; In Situ</em&gt; Meten van Particulate en opgeloste componenten verwerkt door Active Suspension Voeders

Met de vooruitgang van de technologie en de stijging van de verwachtingen van de eindgebruiker, de noodzaak en het gebruik van hogere temporele resolutie gegevens voor verontreinigende lading schatting toegenomen. Dit protocol beschrijft een methode voor het continu in situ Waterkwaliteit monitoring hogere temporele resolutie om gegevens te verkrijgen voor op de hoogte van de water resource managementbeslissingen.

Continu Instream bewaking van voedingsstoffen en Sediment in agrarische waterscheidingen

Beschrijven we een nieuwe methode voor het tellen van de vissen, en het schatten van de relatieve overvloed (MaxN) en de dichtheid van de vissen met behulp van roterende stereo-video camerasystemen. We laten ook zien hoe met camera (Z afstand) afstand schatten soortspecifieke detecteerbaarheid.

Ontwikkeling van nieuwe methoden voor het kwantificeren van de dichtheid van de vissen met behulp van onderwater Stereo-video Tools

Beeld gebaseerde landmeten is een steeds meer praktische, niet-invasieve methode om te proeven van het mariene milieu. Wij presenteren het protocol van een daling van de camera enquête die schat van de overvloed en verdeling van de Atlantische zee mantel (Placopecten magellanicus). We bespreken hoe dit protocol kan worden gegeneraliseerd voor toepassing op andere benthische macroinvertebrates.

Methoden voor beeld-gebaseerde enquêtes van benthische Macroinvertebrates en hun leefgebied wordt geïllustreerd door de Drop Camera enquête voor de Atlantische zee mantel

De hier beschreven techniek biedt een goedkope en relatief eenvoudige methode om tegelijkertijd deeltje kinematica en turbulentie in stromen met lage deeltje concentraties. De turbulentie is gemeten met behulp van de particle image velocimetry (PIV) en deeltje kinematica zijn berekend uit de beelden verkregen met een high-speed camera in een overlappende veld-of-view.

Gelijktijdige meting van turbulentie en Particle Kinematics met behulp van stroom beeldvormende technieken

Een doorstroom apparaat voor het gebruik van de biodeposition-methode te kwantificeren filtratie en voeding gedrag van tweekleppige weekdieren is bewerkt voor gebruik aan boord. Een tabel van de tweedimensionale gimbal gebouwd rond het apparaat isoleert het apparaat van de beweging van de boot, waardoor de nauwkeurige kwantificering van tweekleppige filtratie variabelen op offshore schelpdieren aquacultuurinstallaties.

Ontwerp en gebruik van een apparaat voor het kwantificeren van tweekleppige schorsing voeding op zee

Het doel van het protocol is om visualisatie van de gedetailleerde stromings velden en de bepaling van de nabije grens afschuiving en normale spanningen binnen een evenwichts gat dat door een trillende pijpleiding wordt geïnduceerd, mogelijk te maken.

Visualisatie van het stroom veld rond een trillende pijpleiding binnen een evenwichts-gat

We bieden een gedetailleerd protocol voor het uitvoeren van fotogrammetrie-onderzoeken van de onderwaterstructuur uit beweging om 3D-modellen en orthomosaics te genereren.

Een veldprimer voor het monitoren van benthische ecosystemen met behulp van structuur-uit-beweging fotogrammetrie

Dit protocol omvat een onderzoeksmethodologie in vier stappen voor beeldvorming van grote gebieden die wordt gebruikt om statistieken te extraheren van structurele complexiteit, gemeenschapssamenstelling en demografische gegevens van de bevolking voor koraalrifgemeenschappen. De kwaliteit van de verzamelde beelden en de geïntegreerde toegang tot de bronbeelden krijgen prioriteit in elke stap van het protocol.

Het meten van de structuur, samenstelling en verandering van onderwateromgevingen met beeldvorming van grote gebieden

Leer kwantitatieve stromingsmetingen in het veld met behulp van het SCUVA-apparaat. Deze methode maakt analyse van door dieren gegenereerde stromingen mogelijk voor onderzoek naar oceaanbiologie en ecologische interacties.

Kwantitatief meten In situ Stromen met behulp van een self-contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

Meer video's verkennen