Ce protocole fournit des instructions sur la façon d'utiliser un appareil autonome vélocimétrie sous-marine (SCUVA), qui est conçu pour la quantification in situ des animaux a généré des flux. En outre, ce protocole aborde les défis posés par les conditions du terrain, et comprend le mouvement opérateur, la position prédire des animaux, et l'orientation de SCUVA.
La capacité de mesurer directement les champs de vitesse dans un environnement fluide est nécessaire de fournir des données empiriques pour des études dans des domaines aussi variés que l'océanographie, l'écologie, la biologie et la mécanique des fluides. Mesures sur le terrain d'introduire les défis pratiques tels que les conditions environnementales, la disponibilité des animaux, et le besoin de techniques de mesure de champ compatible. Pour éviter ces difficultés, les scientifiques utilisent généralement des environnements de laboratoire contrôlé à l'étude des animaux-fluide interactions. Cependant, il est raisonnable de se demander si on peut extrapoler le comportement naturel (c'est à dire, ce qui se passe sur le terrain) à partir de mesures de laboratoire. Par conséquent, in situ, mesures de flux quantitatifs sont nécessaires pour décrire avec précision la natation animaux dans leur environnement naturel.
Nous avons conçu une auto-contenue, appareil portatif qui fonctionne indépendamment de tout lien vers la surface, et peut fournir des mesures quantitatives de l'surrou champ d'écoulementnding un animal. Cet appareil, un appareil autonome vélocimétrie sous-marine (SCUVA), peut être actionné par un plongeur dans les profondeurs seule jusqu'à 40 m. En raison de la complexité ajoutée inhérente à des conditions de terrain, d'autres considérations et de préparation sont nécessaires par rapport aux mesures effectuées en laboratoire. Ces considérations incluent, mais ne sont pas limités à, le mouvement opérateur, prédire la position des cibles de natation, disponible à particules naturelles en suspension, et l'orientation de SCUVA rapport à l'écoulement d'intérêt. Le protocole suivant est destiné à répondre à ces défis sur le terrain commun et pour maximiser le succès de mesure.
Un obstacle potentiel dans le domaine est la nécessité pour les particules dans l'écoulement, qui sont nécessaires pour mettre en œuvre numérique de vélocimétrie par image de particules (DPIV). Dans les eaux côtières, les particules en suspension expositions tailles de l'ordre de 10 microns de diamètre et de concentrations entre 0,002 et 10 par mm 3. 4 études supplémentaires utilisant une holocamera submersibles pour la détection de particules de confirmer la présence suffisante de particules d'ensemencement pour effectuer DPIV dans l'eau des océans. 5 Pendant mer et la plongée océan côtier, nous avons constaté que la densité des particules et les tailles ne sont pas une contrainte pour la réalisation in situ DPIV.
Mis à part la densité des particules et les tailles, une autre préoccupation concernant les mesures DPIV est l'homogénéité des concentrations de particules.
Qualitativement, si une région dans une fenêtre d'interrogation a des concentrations de particules supérieures à l'autre, l'ampleur de vitesse générés par le DL'analyse PIV sera biaisée vers la région avec des concentrations de particules supérieures. Par conséquent, les mesures doivent être effectuées SCUVA où la variabilité de la concentration des particules est réduite au minimum. Nous avons trouvé des concentrations thatcle sont relativement constants au cours des concentrations de particules sont relativement constante au cours de plongées où le plongeur est en suspension dans le milieu de la colonne d'eau. Toutefois, les champs de particules dans les environnements benthiques ont le potentiel d'inhomogénéité due à la remise en suspension des particules par les flux environnementaux ou plongeur-induite à proximité du plancher océanique. Des précautions doivent être prises pour minimiser les perturbations des particules lors des mesures dans des environnements benthiques. Pour la connaissance des auteurs, une analyse formelle des erreurs générées par les champs inhomogènes concentration en particules n'a pas été effectuée dans des conditions de laboratoire ou de terrain non plus, et devrait être un sujet pour un nouvel examen dans une publication distincte.
Plusieurs questions diverses doivent être considérés lors de la préparation et lamener des expérimentations で situ en utilisant le protocole. Pendant l'enregistrement, l'opérateur est chargé de rester immobile et de s'abstenir de tout hors de l'avion et le mouvement de rotation. Cette demande est simple en théorie, mais difficile en pratique, et que ces mesures nécessitent des compétences avancées de plongée pour se terminer correctement. Hors de l'avion et les mouvements de rotation de l'opérateur en raison de données erronées DPIV. Toutefois, dans le plan motions peuvent être corrigées en utilisant un logiciel maison. 6 Il est recommandé à l'opérateur de pratiquer le contrôle de flottabilité pour plusieurs plongées avant d'utiliser SCUVA pour maximiser l'efficacité des mesures.
Outre les considérations de la flottabilité, l'opérateur doit être conscient de la direction du flux cible. Flux qui voyagent hors-plan par rapport à la nappe laser ne donnera pas des résultats fiables DPIV, et l'opérateur doit orienter SCUVA pour capter ces flux plus efficace. En outre, la position du plongeur par rapport à la cible doit être SelecteD afin de minimiser les plongeurs induit des flux dans les mesures. Diver-induite introduit une erreur de débit au débit cible, et des mesures qui incluent des effets plongeur doit pas être utilisé pour une analyse ultérieure.
Dans le cas où la cible a une surface hautement réfléchissante, la région fluide entourant la cible sera fortement éclairée, ce qui rend difficile de distinguer les particules individuelles à proximité du fluide environnant (région indiquée par la flèche rouge, figure 2A). Filtres ou polariseurs peuvent être ajoutés aux boîtiers laser ou caméra de réduire l'intensité de la lumière laser captée par le capteur de la caméra vidéo. Si cela n'est pas possible en raison de contraintes logistiques et un accès limité à l'équipement, de post-traitement des images en utilisant un logiciel interne peut fournir suffisamment de correction en soustrayant les images, les intensités des pixels élevés près de la cible. Une autre considération qui affecte la qualité des données est de savoir si DPIV traînées de particules sont présents. Si les particuleschamps ont des régions de stries (indiqué par la flèche rouge, Figure 2B), la caméra vidéo est un enregistrement à une cadence trop faible pour résoudre ces vitesses élevées. En augmentant le taux d'armature, des stries de particules peut être réduite. Toutefois, cela se traduit par une réduction de lumière atteignant le capteur de la caméra vidéo et rend le gradateur chercher des particules sur le terrain. Si la caméra vidéo a la capacité de définir manuellement les paramètres d'ouverture, augmenter le réglage de l'ouverture pour empêcher gradation du champ de particules. Déterminer les paramètres du périphérique optimale peut nécessiter plusieurs plongées avec SCUVA, avant la collecte de données réussie.
The authors have nothing to disclose.
Cette recherche est soutenue par la National Science Foundation attribué à JOD (OCE-0623475), la CPS (OCE-0623534 et 0727544), et JHC (OCE-0727587 et 0623508 OCE-), et par l'Office of Naval Research décerné à JHC ( N000140810654). KK est soutenu par le programme de bourses postdoctorales au Woods Hole Oceanographic Institution, avec un financement assuré par la Fondation du Devonshire.