Denne protokol giver anvisninger på, hvordan du bruger en selvstændig undervands Velocimetri apparater (SCUVA), som er designet til kvantificering af in situ-dyr-genereret strømme. Hertil kommer, adresser denne protokol udfordringer, som markforhold, og omfatter operatør bevægelse, forudsige placeringen af dyr, og orientering af SCUVA.
Evnen til direkte at måle hastighed felter i en væske miljø er nødvendigt at give empiriske data for studier i så forskellige områder som oceanografi, økologi, biologi og fluid mekanik. Feltmålinger indføre praktiske udfordringer såsom miljøforhold, dyr tilgængelighed, og behovet for felt-kompatible måleteknikker. For at undgå disse udfordringer, forskerne typisk anvende kontrollerede laboratorie miljøer for at studere dyr væske interaktioner. Men er det rimeligt at sætte spørgsmålstegn ved, om man kan ekstrapolere naturlig adfærd (dvs. det, der forekommer i området) fra laboratoriemålinger. Derfor er in situ kvantitative flow-målinger er nødvendige for præcist at beskrive dyr der svømmer i deres naturlige miljø.
Vi designede en selvstændig, bærbar enhed, der fungerer uafhængigt af enhver forbindelse til overfladen, og kan give kvantitative målinger af flowet feltet surrounde et dyr. Dette apparat, en selvstændig undervands Velocimetri apparater (SCUVA), kan betjenes af en enkelt scuba dykker i dybder på op til 40 m. På grund af den ekstra kompleksitet, der ligger i feltforhold, yderligere overvejelser og forberedelse er påkrævet, når sammenlignet med laboratorie målinger. Disse overvejelser omfatter, men er ikke begrænset til, operatør bevægelse, forudsige stilling svømning mål, der findes naturligt suspenderede partikler, og orientering af SCUVA i forhold til strømmen af interesse. Følgende protokol er beregnet til at løse disse fælles felt udfordringer og for at maksimere måling succes.
En potentiel begrænsning på området er behovet for partikler i det flow, som er nødvendige for at gennemføre digital partikel billede Velocimetri (DPIV). I kystnære vand, udstiller svævestøv størrelser på rækkefølgen af 10 ìm i diameter og koncentrationer mellem 0,002 og 10 per mm 3. 4 Yderligere undersøgelser ved hjælp af et undervandsfartøj holocamera for partikelfysik detektion bekræfter tilstrækkelig tilstedeværelse af såning partikler til at udføre DPIV i havvand. 5 Under åbent hav og kystnære hav dykning, har vi fundet, at partikel-tætheder og størrelser ikke er en hindring for gennemførelse af in situ DPIV.
Bortset fra partikel tætheder og størrelser, er et andet anliggende relevant for DPIV målinger homogenitet partikel koncentrationer.
Kvalitativt, hvis en region i et forhør vindue har større partikel koncentrationer end en anden, hastigheden størrelsesorden genereres af DPIV analyse vil være forudindtaget over for regionen med højere partikel koncentrationer. Derfor skal SCUVA målingerne foretages, hvor partikel koncentrationen variabilitet er minimeret. Vi fandt thatcle koncentrationer ligger relativt konstant i løbet af partikel koncentrationer er relativt konstant i løbet dyk hvor dykkeren er suspenderet i midten af vandsøjlen. Men partikel felter i benthiske miljøer har potentiale for inhomogenitet på grund af resuspension af partikler fra miljø-eller dykker-induceret flyder tæt ved havet gulvet. Der skal udvises forsigtighed for at minimere forstyrrelser af partikler under målingerne i bentiske miljøer. Til forfatternes viden, har en formel analyse af fejl genereret af inhomogene partikelkoncentration felter ikke er blevet gennemført i enten laboratorium eller markforhold, og bør være et emne for videre behandling i en særskilt publikation.
Flere forskellige spørgsmål bør overvejes i forbindelse med udarbejdelsen oggennemføre in situ eksperimenter brug af protokollen. Mens optagelsen, er operatøren bedt om at forblive stationære og afstå fra alle ud-af-fly og roterende bevægelse. Denne anmodning er enkel i teorien, men vanskeligt i praksis, og disse målinger kræver avanceret dykkerfærdigheder skal være afsluttet med succes. Out-of fly og roterende bevægelser af den erhvervsdrivende resultere i fejlagtige DPIV data. Dog kan in-plane bevægelser korrigeres ved hjælp af in-house software. 6 Det anbefales, at operatøren til at praktisere opdrift kontrol for flere dyk før du bruger SCUVA at maksimere målingen effektivitet.
Udover opdrift overvejelser, skal føreren være bekendt af målet flowretningen. Strømme, der rejser ud-af-plane i forhold til laser ark vil ikke give pålidelige DPIV resultater, og driftslederen bør orientere SCUVA at fange disse strømme mest effektivt. Desuden skal placeringen af dykker i forhold til målet skal selected henblik på at minimere dykker-induceret flow i målingerne. Diver-induceret flow introducerer fejl til målet flow, og målinger, der omfatter dykker virkninger bør ikke bruges til yderligere analyse.
I tilfælde af, at målet har en meget reflekterende overflade, vil væsken området omkring målet være stærkt belyste, hvilket gør det vanskeligt at skelne nærliggende enkelte partikler fra de omkringliggende væske (område angivet med rød pil, figur 2A). Filtre eller polarisatorer kan føjes til laseren eller kamera huse for at reducere intensiteten af laserlys fanget af videokamera sensor. Hvis dette ikke er muligt på grund af logistiske begrænsninger og begrænset adgang til udstyr, efterbehandling af billeder ved hjælp af in-house software kan give tilstrækkelig korrektion ved at trække fra de billeder, det forhøjede pixel intensiteter nær målet. Et andet forhold, der påvirker kvaliteten af DPIV data er, om partikel striber er til stede. Hvis partikelfelter har regionerne i striber (angivet med rød pil, figur 2B), er den video kamera optagelse på et frame rate for lav til at løse disse høje hastigheder. Ved at øge frame rate, kan partikel striber reduceres. Men dette resulterer i en reduktion af lys, der når videokamera sensoren og gør partikel feltet ser lysdæmper. Hvis videokameraet har muligheden for manuelt at indstille blænde-indstillinger, øge blændeindstilling at forhindre dæmpning af partiklen feltet. Bestemmelse af optimale enhedens indstillinger kan kræve flere dyk med SCUVA, før succesfuld dataindsamling.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskning er støttet af National Science Foundation tildelt JOD (OCE-0623475), SPC (OCE-0623534 og 0727544), og JHC (OCE-0727587 og Océ-0623508), og af Office of Naval Research tildelt JHC ( N000140810654). KK er støttet af postdoc Program på Woods Hole Oceanographic Institution, med finansiering fra Devonshire Foundation.