Detta protokoll innehåller anvisningar om hur du använder en fristående undervattens Velocimetry apparater (SCUVA), som är avsedd för kvantifiering av in situ djur genererade flöden. Dessutom behandlar detta protokoll utmaningar som fältförhållanden, och inkluderar operatörens rörelser, förutsäga situationen för djur, och orientering i SCUVA.
Möjligheten att direkt mäta hastigheten fält i en vätska miljö är nödvändigt att fastställa empiriska data för studier i så skilda områden som oceanografi, ekologi, biologi, och strömningslära. Fältmätningar införa praktiska utmaningar som miljöförhållanden, djur tillgänglighet och behovet av fält-kompatibla mätteknik. För att undvika dessa utmaningar, forskare använder oftast kontrollerad laboratoriemiljö för att studera djur-vätska interaktioner. Däremot är det rimligt att fråga om man kan extrapolera naturliga beteende (dvs den som sker på området) från laboratoriemätningar. Därför är in situ kvantitativa flödesmätningar behövs för att korrekt beskriva djur som simmar i sin naturliga miljö.
Vi konstruerade en fristående, bärbar enhet som fungerar oberoende av anslutning till ytan, och kan ge kvantitativa mätningar av flödet fältet surrouENDE ett djur. Denna apparat, en fristående undervattens Velocimetry apparater (SCUVA), kan skötas av en enda dykare i djup upp till 40 m. På grund av den extra inneboende svårigheterna i fältförhållanden, ytterligare överväganden och förberedelser krävs jämfört med laboratoriemätningar. Dessa överväganden inkluderar, men är inte begränsade till, operatör rörelse, förutspår ställning simning mål, som finns naturligt svävande partiklar, och orientering i SCUVA i förhållande till flödet av intresse. Följande protokollet är avsett att möta dessa gemensamma fältet utmaningar och för att maximera mätning framgång.
En eventuell begränsning i fältet är behovet av partiklar i flödet, som är nödvändiga för att genomföra digitala Velocimetry partikel bild (DPIV). I kustnära vatten, utställningar svävande partiklar storlekar på order av 10 mikrometer i diameter och koncentrationer mellan 0,002 och 10 per mm 3. 4 Ytterligare studier med hjälp av en dränkbar holocamera för partikel upptäckt bekräftar tillräcklig närvaro av sådd partiklar att utföra DPIV i havsvattnet. 5 Under öppet hav och kustnära hav dykning, har vi funnit att partikel densiteter och storlekar är inte ett hinder för att genomföra in situ DPIV.
Bortsett från partikel densiteter och storlekar, är en annan fråga relevant för DPIV mätningar homogenitet partikelhalterna.
Kvalitativt om en region inom ett förhör fönster har högre partikelhalter än en annan, hastigheten storleksordning som genereras av DPIV analys kommer att vara partisk gentemot regionen med högre partikelhalter. Därför måste SCUVA mätningar ske där partikelkoncentrationen variation minimeras. Vi fann thatcle koncentrationer är relativt konstant under partikelhalterna är relativt konstant under dyk där dykaren är upphängd i mitten av vattnet. Men partikel fält i bentiska miljöer har potential för homogen på grund av resuspension av partiklar av miljömässiga eller dykare-inducerade strömmar nära havet golvet. Försiktighet måste vidtas för att minimera störningar av partiklar under mätningar i bentiska miljöer. Till författarnas kännedom, har en formell analys av fel som genereras av inhomogena fält partikelkoncentration inte utförts i någon laboratorium eller fältförhållanden, och bör vara ett ämne för vidare behandling i en separat publikation.
Flera olika frågor bör beaktas vid beredning ochgenomföra in situ experiment använder protokollet. Under inspelningen, är operatören i uppdrag att stå stilla och avstå från all out-of-planet och roterande rörelse. Denna begäran är enkel i teorin men svårt i praktiken, och dessa mätningar kräver avancerad dykning skicklighet för att bli klar. Out-of plan och roterande rörelser operatören ge felaktiga DPIV data. Däremot kan i-planet motioner korrigeras genom att använda in-house mjukvara. Det rekommenderas att operatören att träna avvägning kontroll för flera dyk innan du använder SCUVA för att maximera mätning effektivitet 6.
Förutom flytkraft överväganden bör operatören vara medveten om målet flödesriktningen. Flöden som reser utanför planet i förhållande till lasern bladet kommer inte att ge tillförlitliga DPIV resultat, och verksamhetsutövaren bör orientera SCUVA för att fånga dessa flöden mest effektivt. Dessutom måste positionen för dykare i förhållande till målet vara selected för att minimera diver-inducerad flöde i mätningarna. Diver-inducerad flöde introducerar fel till målet flöde, och mätningar som inkluderar dykaren effekter bör inte användas för vidare analys.
I händelse av att målet har en mycket reflekterande yta, kommer vätskan region som omger målet vara starkt upplyst, vilket gör det svårt att särskilja närliggande enskilda partiklar från omgivande vätskan (region indikeras med röd pil, figur 2A). Filter eller polarisationsfilter kan läggas till lasern eller kamerahus för att minska intensiteten av laserljus fångas av videokamera sensor. Om detta inte är möjligt på grund av logistiska begränsningar och begränsad tillgång till utrustning, efterbehandling av bilder med egen programvara kan ge tillräcklig korrigering genom att subtrahera från bilderna de förhöjda pixel intensitet nära målet. En annan faktor som påverkar kvaliteten på DPIV uppgifterna är om partikel strimmor är närvarande. Om partikelfält har regioner i streck (anges med röd pil, figur 2B) är videokameran spelar in med en bildhastighet för låg för att lösa dessa höga hastigheter. Genom att öka bildfrekvensen, kan partikel strimmor reduceras. Men detta resulterar i en minskning av ljus som når sensorn videokamera och gör att partikeln dimmern fältet ser ut. Om videokameran har förmågan att manuellt ställa in bländare inställningar, öka bländare för att förhindra nedtoning av partikeln fältet. Fastställande av optimala inställningarna för enheten kan kräva flera dyk med SCUVA innan framgångsrika datainsamling.
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning stöds av National Science Foundation tilldelas JOD (Océ-0.623.475), SPC (Océ-0.623.534 och 0.727.544) och JHC (Océ-0.727.587 och Océ-0.623.508), och av Office of Naval Research tilldelas JHC ( N000140810654). KK stöds av den postdoktorala Scholar Program vid Woods Hole Oceanographic Institution, med finansiering från Devonshire stiftelsen.