Este protocolo fornece instruções sobre como usar um equipamento autônomo de velocimetria subaquática (SCUVA), que é projetado para a quantificação in situ de animais gerados fluxos. Além disso, este protocolo aborda os desafios colocados pelas condições de campo, e inclui o movimento do operador, prevendo posição de animais, e orientação de SCUVA.
A capacidade de medir diretamente a campos de velocidade em um ambiente fluido é necessário fornecer dados empíricos para estudos em áreas tão diversas como a oceanografia, ecologia, biologia e mecânica dos fluidos. Medições de campo introduzir desafios práticos tais como condições ambientais, a disponibilidade de animais, ea necessidade de técnicas de campo compatível com a medição. Para evitar esses desafios, os cientistas normalmente usam ambientes controlados de laboratório para o estudo animal-fluido interações. No entanto, é razoável questionar se é possível extrapolar o comportamento natural (isto é, o que ocorre no campo) a partir de medições em laboratório. Portanto, in situ medições de fluxo quantitativa são necessários para descrever com precisão natação animal em seu ambiente natural.
Nós projetamos uma auto-contido dispositivo portátil, que funciona independente de qualquer ligação com a superfície, e pode fornecer medições quantitativas dos surrou campo de fluxonding um animal. Este aparelho, um equipamento autônomo de velocimetria subaquática (SCUVA), pode ser operado por um mergulhador única em profundidades de até 40 m. Devido à complexidade inerente de condições de campo, considerações adicionais e preparação são necessárias quando comparado com medidas laboratoriais. Estas considerações incluem, mas não estão limitados a, o movimento do operador, a previsão das posições dos alvos de natação, de partículas naturais disponíveis suspenso, e orientação de SCUVA em relação ao fluxo de interesse. O protocolo a seguir destina-se para enfrentar esses desafios campo em comum e para maximizar o sucesso de medição.
Uma restrição de potenciais no campo é a necessidade de partículas no fluxo, que são necessárias para implementar velocimetria de imagens digitais de partículas (DPIV). Em águas costeiras, partículas em suspensão apresenta tamanhos da ordem de 10 m de diâmetro e concentrações entre 0,002 e 10 por mm 3. 4 estudos adicionais usando um holocamera submersível para a detecção de partículas confirmar presença suficiente de semear partículas para realizar DPIV na água do oceano. 5 Durante mar aberto e mergulho oceano costeiro, descobrimos que densidades de partículas e tamanhos não são uma restrição para a realização in situ DPIV.
Além de densidades de partículas e tamanhos, outra preocupação relevante para medições DPIV é a homogeneidade das concentrações de partículas.
Qualitativamente, se uma região dentro de uma janela de interrogatório tem maiores concentrações de partículas do que outra, a magnitude da velocidade gerada pelo DAnálise PIV será feito em direção a região com maiores concentrações de partículas. Portanto, as medidas SCUVA deve ser conduzido onde a variabilidade de concentração de partículas é minimizado. Encontramos concentrações thatcle são relativamente constante durante as concentrações de partículas são relativamente constantes durante os mergulhos, onde o mergulhador está suspenso no meio da coluna de água. No entanto, os campos de partículas em ambientes bentônicos têm o potencial de heterogeneidade devido à ressuspensão de partículas pela legislação ambiental ou mergulhador induzida fluxos próximo ao fundo do mar. Cuidados devem ser tomados para minimizar a interrupção das partículas durante as medições em ambientes bentônicos. Ao conhecimento dos autores, uma análise formal de erros gerados por campos de concentração não homogênea de partículas não foi realizado em condições tanto de laboratório ou de campo, e deve ser um assunto para uma análise mais aprofundada em uma publicação separada.
Várias questões diferentes devem ser considerados na preparação erealização de experimentos di situ utilizando o protocolo. Durante a gravação, o operador é instruído a permanecer estacionária e abster-se de todos os out-of-plano eo movimento de rotação. Este pedido é simples na teoria, mas difícil na prática, e estas medidas requerem habilidades de mergulho avançado para ser concluída com êxito. Fora do plano e os movimentos de rotação do resultado operador em dados errados DPIV. No entanto, no plano movimentos podem ser corrigidas usando in-house software. 6 Recomenda-se o operador para a prática de controle de flutuabilidade para vários mergulhos antes de utilizar o SCUVA para maximizar a eficiência de medição.
Além de considerações de flutuabilidade, o operador deve estar ciente da direção do fluxo alvo. Fluxos que viajam fora do plano-em relação à folha de laser não irá produzir resultados confiáveis DPIV, eo operador deve orientar SCUVA para captar esses fluxos de forma mais eficaz. Além disso, a posição do mergulhador em relação ao alvo deve ser selected modo a minimizar mergulhador induzida por fluxo nas medições. Diver-induzida do fluxo apresenta erro para o fluxo de destino e medidas que incluem efeitos de mergulhador não deve ser usado para análise posterior.
No caso em que o alvo tem uma superfície altamente reflexiva, a região fluido que envolve o alvo será fortemente iluminado, tornando-se difícil distinguir nas proximidades partículas individuais do fluido circundante (região indicada pela seta vermelha, Figura 2A). Filtros ou polarizadores podem ser adicionados para as caixas de laser ou câmara para reduzir a intensidade da luz do laser capturada pelo sensor da câmera de vídeo. Se isso não for possível devido a limitações logísticas e de acesso limitado a equipamentos, pós-processamento de imagens usando in-house software pode proporcionar a correção suficiente subtraindo-se a partir das imagens da intensidade dos pixels elevado perto do alvo. Outra consideração que afeta a qualidade de dados é DPIV se estrias de partículas estão presentes. Se partículascampos têm regiões de estrias (indicado por seta vermelha, Figura 2B), a câmera de vídeo é a gravação em um frame rate muito baixo para resolver estas altas velocidades. Ao aumentar a taxa de quadros, estrias partícula pode ser reduzida. No entanto, isso resulta em uma redução de luz que chega ao sensor da câmera de vídeo e faz com que a partícula dimmer olhar campo. Se a câmera de vídeo tem a capacidade de definir manualmente as configurações de abertura, aumentar o ajuste de abertura para evitar escurecimento do campo de partículas. Determinar as configurações do dispositivo ideal pode exigir múltiplos mergulhos com SCUVA antes da coleta de dados bem sucedida.
The authors have nothing to disclose.
Esta pesquisa é apoiada pela National Science Foundation concedido para JOD (OCE-0623475), SPC (OCE-0623534 e 0727544), e JHC (OCE-0727587 e 0623508-OCE), e pelo Office of Naval Research concedido a JHC ( N000140810654). KK é apoiada pelo Programa de Pós-Doutorado Acadêmico em Woods Hole Oceanographic Institution, com financiamento concedido pela Fundação Devonshire.