양적 측정 현장에서 흐름
Summary
이 프로토콜은 원위치 동물 생성 흐름에의 부량 위해 설계 자체에 포함된 수중 velocimetry 장치 (SCUVA)를 사용하는 방법에 대한 지침을 제공합니다. 또한,이 프로토콜은 현장 조건으로 인한 문제를 해결하고, 운영 모션, 동물의 예측 위치, 그리고 SCUVA의 방향을 포함하고 있습니다.
Abstract
직접 액체 환경에서 속도 필드를 측정하는 능력은 해양학, 생태학, 생물학, 그리고 유체 역학 등 다양한 분야로 연구 경험 데이터를 제공하는 것이 필요합니다. 필드 측정은 환경 조건, 동물의 가용성 및 현장 호환 측정 기술의 필요성과 실천 과제를 소개합니다. 이러한 문제를 방지하려면, 과학자들은 일반적으로 동물 – 유체 상호 작용을 연구하기 위해 제어 실험실 환경을 사용합니다. 그러나, 하나는 실험실 측정에서 (현장에서 발생하는 즉,) 자연 동작을 추정 수 있는지 여부를 질문에 대한 합리적인 것입니다. 따라서, 현장 양적 흐름 측정에 정확하게 자신의 자연 환경 속에서 동물 수영을 설명하는 데 필요합니다.
우리는 표면에 어떤 연결의 독립적인 운영 자체 포함, 휴대용 장치를 설계, 그리고 흐름 필드 surrou의 양적 측정을 제공할 수동물을 nding. 이 장치는 자체 포함된 수중 velocimetry 장치 (SCUVA)는 40 M.에 깊이에 한 스쿠버 다이버에 의해 운영됩니다 실험실 측정에 비해 현장 조건, 추가 고려 사항 및 준비 고유 추가 복잡으로 인해이 필요합니다. 이러한 고려 사항을 포함하지만, 수영 목표, 가능한 자연 정지 미립자, 그리고 관심의 흐름에 상대적으로 SCUVA의 방향의 위치를 예측하고, 운영자의 움직임에 제한되지 않습니다. 다음 프로토콜은 이러한 일반적인 현장 문제를 해결하기 위해 및 측정 성공을 극대화하기위한 것입니다.
Protocol
Discussion
현장에서 잠재적인 제약 디지털 입자 이미지 velocimetry (DPIV)를 구현하는 데 필요한 흐름 입자가 필요합니다. 해안 물에 정지 미립 물질 10 직경 μm의와 0.002와 mm 3 당 10 사이의 농도의 순서에 크기를 전시 4. 추가 연구가 바다 물 속에 DPIV을 수행하기 위해 입자를 시딩 충분한 존재 확인 입자 감지를위한 잠수 holocamera를 사용합니다. 5 열고 바다와 연안 바다 다이빙을하는 동안, 우리는 입자 밀도와 크기는 현장 DPIV에 실시에 대한 제약하지 것으로 나타났습니다.
이외 입자 밀도 및 크기에서 DPIV 측정과 관련된 또 다른 관심사는 입자 농도의 균질성입니다.
심문 창 내의 지역이 다른보다 큰 입자 농도가있다면 질적, 속도 크기는 D에 의해 생성된PIV 분석은 높은 입자의 농도와 지역에 대한 편견 것입니다. 입자 농도 변화가 최소화 어디 따라서 SCUVA 측정을 실시해야합니다. 우리는 thatcle 농도는 다이버가 물 열의 중간에 정지 잠수하는 동안 비교적 일정한 아르 입자 농도 동안 상대적으로 지속적으로 발견되는. 그러나, 저생 환경에서 입자 필드는 바다의 바닥 근처 환경 또는 다이버 유발 흐름에 의한 입자의 resuspension로 인해 inhomogeneity에 대한 잠재력을 지니고 있습니다. 관리는 저생 환경에서 측정하는 동안 입자의 중단을 최소화하기 위해 이동해야합니다. 저자 '지식, inhomogeneous 입자 농도 필드에 의해 생성된 오류의 공식적인 분석 실험실 또는 현장 조건 중 하나에 실시되지 않았으며, 별도의 발행물에 추가 고려 대상이 될 것입니다.
준비 및시 여러 가지 문제가 고려되어야프로토콜을 사용하여 현장 실험에서 실시. 녹음하는 동안 연산자는 정지 상태 및 모든 out – of – 비행기와 회전 운동하지 않도록 지시합니다. 이 요청은 실제 이론 간단하지만 어려운, 이러한 측정이 성공적으로 완료하기 위해 고급 다이빙 기술을 필요로합니다. 밖에서 비행기와 잘못된 DPIV 데이터에 연산자 결과의 회전 동작. 그러나,에 – 비행기 움직임은 자체 소프트웨어를 사용하여 해결할 수 있습니다. 6 그것은 측정 효율을 극대화하기 위해 SCUVA를 사용하기 전에 몇 가지 다이빙을위한 부력 조절 연습을 교환하는 것이 좋습니다.
부력 고려 사항 외에, 교환 대상 흐름 방향을 알고 있어야합니다. 레이저 시트에 상대적인 수준의 비행기 여행 흐름이 안정적인 DPIV의 결과를 얻을되지 않으며, 교환 동양 SCUVA해야 가장 효과적으로 이러한 흐름을 캡처합니다. 또한, 대상에 상대적인 다이버의 위치 selecte되어야합니다d는만큼 측정에서 다이버 유발 흐름을 최소화하기 위해. 다이버 유도된 흐름이 대상 흐름에 오류를 소개하고, 다이버 효과를 포함 성능은 더 분석을 위해 사용해서는 안됩니다.
목표는 고도의 반사 표면을 가지고있는 경우, 대상을 둘러싸고있는 유체 지역은 강력 어려운 주변 유체 (빨간색 화살표 그림 2A에 표시된 지역)에서 인근 개별 입자를 구별하고, 조명 것입니다. 필터 또는 polarizers는 비디오 카메라 센서에 의해 캡처된 레이저 빛의 강도를 줄이기 위해 레이저 또는 카메라 하우징에 추가할 수 있습니다. 이 때문에 병참 제약 및 내부 소프트웨어를 사용하여 이미지의 설비, 후처리에 제한적으로 액세스할 수 없다면 이미지에서 대상 근처의 고가 픽셀 농도를 빼는 방법으로 충분한 교정을 제공할 수 있습니다. DPIV 데이터의 품질에 영향을 미치는 또 다른 고려 사항은 입자 줄무늬가 존재 여부이다. 경우 입자필드 줄이의 지역 (빨간색 화살표 그림 2B로 표시)가, 비디오 카메라는 이러한 높은 판매율을 해결하기 위해 너무 낮은 프레임 속도로 녹음됩니다. 프레임 속도를 증가시켜, 입자 줄이을 줄일 수 있습니다. 그러나 빛이 비디오 카메라 센서에 도달하고 입자 필드 모양의 주차를 만드는의 감소이 발생합니다. 비디오 카메라가 수동으로 조리개 설정을 설정할 수있는 능력이있다면, 입자 필드의 dimming 방지하기 위해 조리개 설정을 향상시킬 수 있습니다. 최적의 장치 설정을 결정하는 것은 성공적인 데이터 수집하기 전에 SCUVA 여러 다이빙을 요구할 수 있습니다.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 (국립 과학 JOD에게 수여 재단 (OCE – 0623475), SPC (OCE – 0623534 및 0727544) 및 JHC (OCE – 0727587과 OCE – 0623508)에 의해 지원과 해군 연구소의 사무실에서 JHC에게 수여됩니다 N000140810654). 주식은 Devonshire 재단에서 제공하는 자금과 우즈 홀 해양 연구소에서 박사 과정 이수 학자 프로그램에 의해 지원됩니다.
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