用于传感器鱼和活鱼回收的气球标签制造技术

Summary

提出了设计和制造气球标签以恢复传感器鱼和活鱼的协议，允许评估它们在水工结构中的物理状况和生物性能。该方法通过考虑球囊体积、充气/放气时间、组件选择和注入水的特性等因素来优化球囊标签性能。

Abstract

当鱼类通过水电大坝的水力输送系统时，即使这些运输工具的设计对鱼类友好，例如下游旁路系统、改装溢洪道和涡轮机，它们也可能受伤和死亡。用于研究水工结构中鱼类通道条件的主要方法包括使用传感器鱼技术和活鱼进行直接原 位 测试。传感器鱼数据有助于识别物理压力源及其在鱼道环境中的位置，同时评估活鱼的伤害和死亡率。气球标签是附着在传感器鱼和活鱼外部的自充气气球，有助于它们在通过水力结构后恢复。

本文重点介绍具有不同数量的可溶解植物胶囊的球囊标签的开发，这些胶囊含有草酸、碳酸氢钠粉末和两种不同温度下的水的混合物。我们的研究确定，在18.3°C下注入5 mL水的带有三个胶囊的球囊标签始终达到所需的球囊体积。这些标签的平均充气量为 114 cm 3，标准差为 1.2 cm³。在18.3 °C注入水的球囊标签中，观察到双胶囊球囊标签达到完全充气所需的时间最长。此外，四胶囊气球标签表现出更快的充气开始时间，而三胶囊气球标签表现出更快的放气开始时间。总体而言，这种方法被证明可以有效地验证新技术的性能，改进涡轮机设计，并做出操作决策以改善鱼类通道条件。它是研究和现场评估的宝贵工具，有助于改进水工结构的设计和操作。

Introduction

水力发电是全球重要的可再生能源。在美国，水力发电约占可再生能源发电量的 38%，即 274 TWh¹ ，并有可能每年增加约 460 TWh²。然而，随着水电开发的增加，对水力通行过程中鱼类受伤和死亡的担忧已成为重中^{之重 3}.鱼类在通过过程中受到伤害的机制有多种，包括快速减压（气压伤）、剪切应力、湍流、撞击、气蚀和研磨⁴.虽然这些损伤机制可能不会对鱼类的整体状况产生直接影响，但它们会使它们更容易受到疾病、真菌感染、寄生虫和捕食的影响⁵.此外，与涡轮机或其他水工结构碰撞造成的直接人身伤害可能导致大量死亡，这凸显了在水电开发中减轻这些风险的重要性。

评估鱼类通道条件的最常见方法之一是通过水力结构释放传感器鱼和活鱼 ^6,7。传感器鱼是一种自主设备，旨在研究鱼类在通过水工结构（包括涡轮机、溢洪道和大坝旁路）时所经历的物理条件 ^8,9。Sensor Fish 配备 3D 加速度计、3D 陀螺仪、温度传感器和压力传感器

Protocol

1. 酸/碱封装

1. 在混合杯中以 H 2 C 2 O₄（草酸）和 NaHCO₃（碳酸氢钠）的重量按 1：₂的比例混合（参见材料表）。如果酸碱粉末混合物结晶，则使用研钵和研杵将其研磨（图1A）。
2. 取回 3 号植物胶囊和半自动胶囊灌装机以开始该过程（参见 材料表）。
3. 将盖板平放在干净、干燥的表面上。使用黑色钉子将封装片对齐在盖板顶部，以将其正确固定到位（图1B）。
4. 将胶囊顶部和底部分开，除非使用预先分离的胶囊。#3 号植物胶囊在关闭时，整体尺寸为 15.9 毫米长、5.57 毫米外径 （OD）、0.30 mL 体积和 47 毫克。
5. 将胶囊顶部倒入封装片中（图1C）。以圆周运动轻轻摇晃顶部到孔中。执行此操作时，用一只手或粉末撒布器覆盖封装片壁上的间隙，以避免溢出顶部（图1D）。
   1. 填充孔后，将多余的胶囊顶部倒入干净的杯子中（图1E）。识别任何倒置的....

Discussion

这项研究得出的结论是，与两胶囊和四胶囊球囊标签相比，在 18.3 °C 下注入 5 mL 水的三胶囊球囊标签具有更慢的起始充气时间，并且体积始终更大。当球囊标签在12.7 °C下注水时，平均体积较小，充气时间较长。三胶囊首先开始放气，然后是四胶囊，最后是两胶囊。与每个水温相关的充气和通货紧缩期在现场可能会有所帮助。对于需要更长充气时间的研究，较冷的水可能会导致气球标签的充气速?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Printed Silicone Stopper Plate	NA	NA
ARC800 Sensor Fish	ATS	NA
FDM 3D printer	NA	NA
Manual Capsule Filler Machine CN-400CL (Size #3)	Capsulcn	NA
Mold Star 15 SLOW	Smooth-On	NA
Oil-Resistant Buna-N O-Ring	McMaster-Carr	SN: 9262K141
Oxalic Acid, 98%, Anhydrous Powder (C2H2O4)	Thermo Scientific	CAS: 144-62-7
Rubber Band Expansion Tool	iplusmile	NA
Separated Vegetable Cellulose Capsules (Size #3)	Capsule Connection	NA
Smiley Face YoYo Latex balloon	YoYo Balloons, Etc.	NA
Sodium Bicarbonate Powder (CHNaO3)	Sigma	CAS: 144-55-8
Spectra Fiber Braided Fishing Line (50 lbs.)	Power Pro	NA