Denne protokollen inneholder instruksjoner om hvordan du bruker en selvstendig undervanns velocimetry apparater (SCUVA), som er designet for kvantifisering av in situ dyre-genererte strømmer. I tillegg tar denne protokollen utfordringene feltforhold, og inkluderer operatør bevegelse, forutser plassering av dyr, og orientering av SCUVA.
Muligheten til å direkte måle hastighet felt i en væske miljø er nødvendig for å gi empiriske data for studier i felt så forskjellige som oseanografi, økologi, biologi og fluidmekanikk. Feltmålinger innføre praktiske utfordringer som miljøforhold, dyr tilgjengelighet, og behovet for felt-kompatible måleteknikker. For å unngå disse utfordringene, forskere bruker vanligvis kontrollerte laboratorium miljøer å studere dyre-væske interaksjoner. Det er imidlertid rimelig å stille spørsmål om man kan ekstrapolere naturlig atferd (dvs. det som skjer i feltet) fra laboratoriemålinger. Derfor er in situ kvantitative flow målinger for å nøyaktig beskrive dyret svømme i sitt naturlige miljø.
Vi har konstruert en selvstendig, bærbar enhet som opererer uavhengig av enhver forbindelse til overflaten, og kan gi kvantitative målinger av flyten feltet surrounding et dyr. Dette apparatet, en selvstendig undervanns velocimetry apparater (SCUVA), kan betjenes av en enkelt dykker i dybder opp til 40 m. På grunn av den ekstra kompleksiteten iboende av feltforhold, ekstra hensyn og forberedelser er nødvendig i forhold til laboratoriemålinger. Disse betraktningene inkluderer, men er ikke begrenset til, operatør bevegelse, forutser posisjon svømming mål, tilgjengelig naturlig suspendert partikler, og retningen på SCUVA i forhold til strømmen av interesse. Følgende protokollen er ment å løse disse felles felt utfordringene og for å maksimere måling suksess.
En eventuell begrensning i feltet er behovet for partikler i flyten, som er nødvendige for å implementere digital partikkel image velocimetry (DPIV). I kystnære vann, utstillinger suspenderte partikler størrelser på størrelsesorden 10 mikrometer i diameter og konsentrasjoner mellom 0,002 og 10 per mm 3. 4 Ytterligere studier bruker en nedsenkbar holocamera for partikkel deteksjon bekrefte tilstrekkelig tilstedeværelse av seeding partikler til å utføre DPIV i havvann. 5 Under åpent hav og kyst hav dykking, har vi funnet at partikler tettheter og størrelser er ikke en begrensning for å drive in situ DPIV.
Bortsett fra partikkel tettheter og størrelser, er en annen bekymring relevant å DPIV målinger homogenitet av partikkel konsentrasjoner.
Kvalitativt, hvis en region i et avhør vindu har større partikkelkonsentrasjoner enn en annen, hastigheten størrelsesorden generert av DPIV analysen vil være partisk mot regionen med høyere partikkel konsentrasjoner. Derfor må SCUVA målingene utføres der partikkelkonsentrasjonen variasjon er minimert. Vi fant thatcle konsentrasjonene er relativt konstant under partikkel konsentrasjonene er relativt konstant under dykk hvor dykkeren er suspendert i midten av vannsøylen. Men partikkel felt i bentiske miljøer har potensial for inhomogeneity grunn Oppvirvling av partikler av miljømessige eller diver-induserte strømmer nær havbunnen. Care må tas for å minimere avbrudd av partikler under målinger i bentiske miljøer. Til forfatternes kunnskap, har en formell analyse av feil generert av inhomogene partikkelkonsentrasjon felt ikke vært utført i enten laboratorium eller felt forhold, og bør være et tema for videre behandling i en egen publikasjon.
Flere forskjellige problemstillinger bør vurderes ved utarbeidelse ogdrive in situ eksperimenter med protokollen. Mens opptaket er operatør pålagt å forbli stasjonære og avstå fra all out-of-fly og roterende bevegelse. Denne forespørselen er enkelt i teorien, men vanskelig i praksis, og disse målingene krever avansert dykking ferdigheter til å være fullført. Out-of flyet og roterende bevegelser av operatøren resultere i feil DPIV data. Kan imidlertid in-plane bevegelser korrigeres ved hjelp av in-house software. 6. Det er anbefalt å operatøren å øve oppdriftskontroll for flere dykk før du bruker SCUVA å maksimere måling effektivitet.
Dessuten oppdrift hensyn, bør operatøren være klar over målet strømningsretningen. Strømmer som reiser ut-av-planet i forhold til laser arket vil ikke gi pålitelige DPIV resultater, og operatøren bør orientere SCUVA å fange disse strømmene mest effektivt. I tillegg må plasseringen av dykkeren i forhold til målet skal markered slik minimere dykker-indusert strøm i målingene. Diver-indusert flow introduserer feil til målet flyt, og målinger som inkluderer dykker effekter bør ikke brukes for videre analyse.
I tilfelle at målet har en svært reflekterende overflate, vil væsken regionen rundt målet være sterkt opplyst, noe som gjør det vanskelig å skille nærliggende individuelle partikler fra omkringliggende væske (region indikeres med rød pil, 2A figur). Filtre eller polarizers kan legges til laser eller kamerahus for å redusere intensiteten av laserlys fanget av videokameraet sensor. Hvis dette ikke er mulig på grunn av logistiske begrensninger og begrenset tilgang til utstyr, etterprosessering av bildene ved hjelp av in-house software kan gi tilstrekkelig korreksjon ved å trekke fra bildene den forhøyede pixel intensiteter nær målet. Et annet hensyn som påvirker kvaliteten på DPIV data er om partikkel striper er til stede. Hvis partikkelfelt har regioner av streaking (indikeres med rød pil, figur 2B), er videokameraet opptak med en bildefrekvens for lav til å løse disse høye hastigheter. Ved å øke frame rate, kan partikkel streaking bli redusert. Men dette resulterer i en reduksjon av lys når videokameraet sensor og gjør partikkel feltet ser dimmer. Hvis videokameraet har muligheten til å manuelt stille blenderåpning innstillinger, øke blenderåpningen for å hindre dimming av partikkel-feltet. Bestemme optimale innstillingene for enheten kan kreve flere dykk med SCUVA før vellykket datainnsamling.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskningen er støttet av National Science Foundation tildelt JOD (OCE-0623475), SPC (OCE-0.623.534 og 0.727.544), og JHC (OCE-0727587 og OCE-0623508), og ved Office of Naval Research tildelt JHC ( N000140810654). KK er støttet av Postdoktor Scholar Program ved Woods Hole Oceanographic Institution, med finansiering gitt av Devonshire Foundation.