Этот протокол содержит инструкции о том, как использовать автономный подводный аппарат Velocimetry (SCUVA), который предназначен для количественного определения на месте животного генерируемых потоков. Кроме того, этот протокол адресов проблемы, возникающие в полевых условиях, и включает в себя оператор движения, прогнозируя положение животных, и ориентация SCUVA.
Возможность непосредственно измерять поля скоростей в жидкости среды необходимо предоставить эмпирические данные для исследований в таких разнообразных областях, как океанография, экологии, биологии, механики жидкости и. Полевые измерения внедрения прикладных задач, таких как условия окружающей среды, животного доступность и необходимость поле-совместимых методов измерения. Чтобы избежать этих проблем, ученые обычно используют контролируемых условиях лаборатории для изучения животного жидкости взаимодействий. Тем не менее, было бы разумно на вопрос, можно ли экстраполировать естественное поведение (то есть, то, что происходит в поле) из лабораторных измерений. Таким образом, на месте количественного измерения расхода необходимо точно описать животное купание в их естественной среде.
Мы разработали автономные, портативные устройства, которое работает независимо от какой-либо связи с поверхностью, и может обеспечить количественные измерения surrou поле течениянахождении животного. Этот аппарат, автономный подводный аппарат Velocimetry (SCUVA), может работать от одного водолаза на глубине до 40 м. Из-за дополнительной сложности присущие полевых условий, дополнительного рассмотрения и подготовки требуется, по сравнению с лабораторными измерениями. Эти соображения включают, но не ограничиваясь этим, оператор движения, прогнозируя положение плавание целей, имеющихся природных взвешенных частиц, и ориентация SCUVA по отношению к потоку интерес. Следующий протокол предназначен для решения этих общих проблем области и максимально измерения успеха.
Потенциальные ограничения в этой области заключается в необходимости для частиц в потоке, которые необходимы для реализации цифрового изображения Измерение скорости частицы (DPIV). В прибрежных водах, взвеси экспонатов размерами порядка 10 мкм в диаметре и концентрациях от 0,002 до 10 на мм 3. 4 Дополнительные исследования с использованием погружных holocamera для регистрации частиц подтвердить наличие достаточных посева частиц выполнять DPIV в воде океана. 5 В открытом море и прибрежной дайвинг океана, мы обнаружили, что плотности частиц и размеры не являются препятствием для проведения на месте DPIV.
Помимо плотности частиц и размеров, другой вопрос, имеющие отношение к DPIV измерений однородности концентрации частиц.
Качественно, если регион в течение допроса окно имеет больше концентрации частиц, чем другой, модуль скорости порожденное DPIV анализ будет смещен в сторону области с более высокой концентрацией частиц. Таким образом, SCUVA измерения должны проводиться, где изменчивость концентрации частиц сведено к минимуму. Мы обнаружили, thatcle концентрации относительно постоянным в течение концентрации частиц являются относительно постоянными в течение погружения, где дайвер приостановлено в середине толще воды. Тем не менее, частица полей в донной среде есть потенциал для неоднородности за счет ресуспендирования частиц окружающей среды или водолаз-индуцированных потоков вблизи морского дна. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы минимизировать разрушение частиц при измерениях в донных сред. Насколько известно авторам, формальный анализ ошибок, порожденных неоднородных полей концентрации частиц не проводилось ни в лабораторных и полевых условиях, и должны быть предметом для дальнейшего рассмотрения в отдельной публикации.
Несколько различных вопросов следует учитывать при подготовке ина месте проведения экспериментов с использованием протокола. Во время записи, оператор получает указание оставаться неподвижным и воздерживаться от всех вне плоскости и вращательного движения. Этот запрос просто в теории, но на практике трудно, и эти измерения требуют продвинутых дайвинг умение быть успешно завершена. Из-плоских и вращательных движений оператора в результате ошибочных данных DPIV. Тем не менее, в плоскости движения могут быть исправлены с помощью собственного программного обеспечения. 6 Рекомендуется оператора к практике контроля плавучести в течение нескольких погружений перед использованием SCUVA максимально измерения эффективности.
Кроме того плавучести соображений, оператор должен быть в курсе направления целевого потока. Потоки, которые путешествуют вне плоскости относительно лазерной лист не даст достоверных результатов DPIV, и оператор должен ориентироваться SCUVA для захвата этих потоков наиболее эффективно. Кроме того, положение дайвера относительно цель должна быть selecteг так, чтобы минимизировать дайвер-индуцированного потока в измерениях. Дайвер-индуцированный поток вводит ошибку целевого потока, и измерения, которые включают дайвер эффекты не должны использоваться для дальнейшего анализа.
В случае, если цель имеет отражающую поверхность, жидкость области, окружающей цель будет сильно освещена, что делает его трудно отличить поблизости отдельных частиц из окружающей жидкости (регион указывает красная стрелка на рис 2А). Фильтры и поляризаторы могут быть добавлены к лазерным или термокожухи снизить интенсивность лазерного излучения, захваченных датчика видеокамера. Если это невозможно из-за материально-технические трудности и ограниченный доступ к оборудованию, пост-обработку изображения с помощью собственного программного обеспечения могут обеспечить достаточную коррекцию путем вычитания из изображений повышенной интенсивности пикселей вблизи мишени. Еще одно соображение, которое влияет на качество DPIV данных, является ли частица полосы присутствуют. Если частицаполей регионах полос (указаны красными стрелками, на рисунке 2В), видеокамера находится в режиме записи с частотой кадров, слишком низка, чтобы разрешить эти высоких скоростях. Увеличивая частоту кадров, частица полос может быть уменьшена. Однако, это приводит к снижению света, достигающего датчика видеокамера и делает вид поля частицы диммер. Если видеокамера имеет возможность ручной установки диафрагмы, увеличение диафрагмы для предотвращения затемнения поля частицы. Определение оптимальных параметров устройства может потребоваться несколько погружений с SCUVA до успешного сбора данных.
The authors have nothing to disclose.
Это исследование проводится при поддержке Национального научного фонда награждены JOD (ВВЦ-0623475), SPC (ВВЦ-0623534 и 0727544), и JHC (ВВЦ-0727587 и 0623508-ВВЦ) и Управлением военно-морских исследований присуждена JHC ( N000140810654). К. К. поддерживается Докторантура Программа исследователь в Вудс-Холе океанографического института, при финансовой поддержке Фонда Девоншир.