Количественно измерения В месте Потоков с использованием Автономные подводные аппараты Velocimetry (SCUVA)

Общая цель данного эксперимента состоит в том, чтобы измерить движение жидкости, вызванное движущимися или неподвижными телами в естественной полевой среде. Это достигается за счет использования акваланга, который аквалангист разворачивает в пределах безопасного погружения. Во-первых, дайвер идентифицирует цель и плывет к ней.

После выравнивания аппарата относительно цели и позиционирования лазерного листа водолаз освещает и начинает видеозапись для захвата последовательных полей частиц в течение определенного времени после завершения погружения, чтобы получить поля скорости, окружающие цель, видео загружаются и обрабатываются. Получены результаты анализа. Они показывают потоки в естественной полевой среде после переноса жидкости плавающими животными.

Основное преимущество использования акваланга по сравнению с лабораторными методами измерения, такими как цифровое изображение частиц, FLOS-симметрия или DPIV, заключается в том, что теперь вы можете измерять движения жидкости в естественной полевой среде. И это позволяет нам ответить на ключевые вопросы в области океанографии и биологии, связанные с плавательными способностями животных, хищниками, взаимодействием с добычей и экологией. Этот метод может быть использован для измерения течения вокруг плавающих животных, коралловой пульпы или бентосных взаимодействий.

Его также можно использовать для измерения потоков вокруг искусственных сооружений. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку полевые измерения сложны для изучения, требуют знания методов измерений и комфорта при ночных погружениях с аквалангом. Чтобы начать эту процедуру, приобретите записывающую ленту высокой четкости или HD.

Убедитесь, что все компоненты акваланга S имеют достаточный заряд батареи и функционируют должным образом. Подготовьте корпуса лазеров и камер к использованию, очистив канавки для уплотнительных колец и уплотнительные кольца чистым полотенцем или салфеткой, предоставленной производителем, равномерно нанесите смазку на уплотнительные кольца и установите их на место в канавках корпуса. Кроме того, очистите отверстия лазера и корпуса камеры, чтобы предотвратить деформацию листа лазера и следы на объективе корпуса камеры.

Затем подготовьтесь к испытанию давлением, поместив в корпуса одноразовые бумажные полоски от влаги. Проверьте уплотнительные кольца, поместив пустые корпуса в ванну с водой. Утяжеленные предметы должны быть размещены поверх корпусов, чтобы погрузить их в воду.

Поскольку корпуса всплывают после опустошения через пять-10 минут, выньте корпуса из ванны и полотенца. Высушите снаружи. Проверьте, есть ли влага внутри корпусов, осмотрев полоски для влаги.

После того, как корпуса пройдут испытание под давлением, поместите компоненты акваланга внутрь корпусов. Прикрепите к корпусу камеры газоразрядные световые модули высокой интенсивности. Убедитесь, что источники света ориентированы таким образом, чтобы они освещали пространство непосредственно перед камерой и оператором, но не мешали удержанию ручек и работе органов управления камерой.

В условиях низкой освещенности для определения ориентации листа лазером можно использовать чувствительный к температуре лист бумаги. Когда лазерный луч правильно выровнен относительно оптической линзы, установленной в корпусе лазера, комбинация лазерных линз создаст вертикальный слой света, ориентированный перпендикулярно корпусу камеры, используя насадки для подводного плавания и жесткий или выдвижной кронштейн, соединит корпус лазера и корпус камеры друг с другом. Убедитесь, что корпуса надежно закреплены и что корпуса не могут вращаться относительно друг друга.

Крайне важно, чтобы лазерный лист оставался ориентированным перпендикулярно полю зрения камеры. Благодаря современным возможностям измерения акваланга, погружения можно проводить только в местах с низкой освещенностью или в ночное время, чтобы предотвратить естественные помехи света от лазерного света. Поэтому перед входом в воду рекомендуется находиться в сумерках или позже.

Включите корпус камеры перед входом в воду. В корпус камеры встроен электронный датчик влажности, который обеспечивает визуальное предупреждение в случае попадания влаги в корпус камеры. Сенсор работает только при включенном корпусе камеры.

Следующим шагом является вход в воду и начало настройки оборудования и эксперимента, как описано в письменном протоколе. После того, как оборудование настроено, откалибруйте акваланг, записав объект с известными размерами на лазерный лист. После погружения можно извлечь калибровочную константу, чтобы преобразовать размер поля зрения из единиц пикселей в сантиметры при обнаружении цели.

Необходимо определить свойства объемного потока в окружающей среде. Если оно присутствует, текущее направление будет диктовать положение аппарата и дайвера относительно цели. Во время измерений направление объемного потока, окружающего цель, можно определить, наблюдая за пузырьками, выдыхаемыми дайвером, и отмечая их боковое движение.

Небольшое количество флуоресцентного красителя также может быть высвобождено для определения направления тока. Поскольку поток, генерируемый дайвером, может быть источником погрешности измерения DPIV, дайвер не должен находиться выше по течению от целевой позиции. Лазерный лист расположен параллельно направлению тока, чтобы максимизировать время пребывания частиц в лазерном листе, тем самым сводя к минимуму ошибки DPIV.

Затем расположите акваланг S, чтобы осветить и записать плавные движения вокруг цели. Начинайте запись по мере того, как цель перемещается по полю зрения камеры, воздерживайтесь от вращательных движений и движений вне плоскости во время видеосъемки. После выключения всех компонентов акваланга и восстановления лазерной руки в убранное положение, извлеките акваланг из воды, отсоедините камеру и корпуса лазера от руки.

Перед сушкой промойте или замочите аппарат в пресной воде, чтобы предотвратить ржавчину аппарата. После высыхания корпусов снимите компоненты с корпусов, зарядите и при необходимости замените аккумуляторы. Для повторного погружения подключите видеокамеру к компьютеру и извлеките видео с ленты высокой четкости с помощью программного обеспечения для работы с видео высокой четкости.

После извлечения видео определите диапазон видео, который должен быть преобразован в серию изображений для анализа DPIV. Убедитесь, что пропорции пикселя и размеры извлеченного изображения соответствуют настройкам HD-видео. Импортируйте эти изображения в программу обработки A-D-P-I-V из калибровки подводного плавания перед погружением.

Введите калибровочную константу, выберите параметры захвата изображения, которые будут запрашиваться в программном пакете DPIV. Затем сгенерируйте поля скоростей из последовательных изображений частиц. Дополнительные этапы постобработки, в зависимости от качества и типа измерений, также могут быть применены при правильном выполнении визуализации.

Изображения частиц, окружающих мишень, должны быть четкими и легко различимыми, как показано на этом рисунке поля частиц in situ, окружающего аурелию, в сочетании с программным пакетом обработки A-D-P-I-V, здесь раскрываются поля скоростей потока, окружающие мишень. Желтые векторы в поле скорости указывают на величину и направление локальной скорости потока. Если собрано достаточное количество видео для создания временного ряда изображений, можно также определить временной ряд полей скоростей.

Неправильное изображение может привести к нечеткости полей частиц cju. Здесь показано поле частиц, окружающее missi. Красная стрелка указывает на область с высокой отражательной способностью, что приводит к насыщению изображения, что затрудняет различение частиц и цели.

Еще один пример неправильного изображения очевиден в этом поле частиц, окружающих его, поэтому красная стрелка указывает на область полос, которая возникает, когда скорость потока не отбирается с достаточно высокой частотой. После освоения этой процедуры измерения могут быть выполнены в течение одного-двух часов, в зависимости от продолжительности погружения при выполнении этой техники измерения, однако очень важно поддерживать надлежащую нейтральную плавучесть, а также обладать достаточными знаниями местных условий погружения перед входом в воду. Не забывайте, что работа с лазерами крайне опасна, поэтому при работе с этой процедурой всегда следует соблюдать надлежащие меры предосторожности, такие как юстировка лазера.

После этой процедуры постобработка MATLAB может быть использована для ответа на дополнительные вопросы, такие как энергетические характеристики и скорость потока.