センサーフィッシュ

センサーフィッシュは、センサーを内蔵した小さなプラスチック製の管状装置です。ダムタービンからの流れに沿って魚が受ける物理的ストレスなどの情報を記録するように設計されています。^[1]

説明

米国エネルギー省パシフィック・ノースウエスト国立研究所（PNNL）が作成したこの管状の装置は、長さ9cm（3.5インチ）、直径2.5cm（0.98インチ）、重さ42グラム（1.5オンス）で、サケの幼魚とほぼ同じ大きさです。このセンサーフィッシュは中性浮力を持っているため、水中に留まることができます。内部にはセンサーとリチウムイオン電池があります。毎秒2,048回の測定を行い、5分間の乱気流、圧力、加速度を記録し、データをフラッシュメモリに保存します。最大1.2MPa（174ポンド/平方インチ）の外圧、最大200gsの加速度、-40～127℃（-40～+260度F）の温度、最大2,000度/秒の回転速度を記録します。

工事

このセンサーフィッシュは、PNNL 内のバイオ音響・フロー研究所で手作業で製造されており、電力研究所と米国エネルギー省のエネルギー効率・再生可能エネルギー局から資金提供を受けている。

仕様

以下はパシフィック・ノースウェスト国立研究所が述べた仕様である: ^[2]

電源: 充電式3.7ボルトリチウムイオン電池
長さ: 約90mm
直径: 約25mm
質量: 約42.1g
費用: 各1,200ドル
ジャイロスコープ：モデルITG-3200、InvenSense Inc. ^[3]
オリエンテーション：STMicroelectronics社製LSM303DLHC eCompassモジュール（スイス、ジュネーブ）^[3]
用途:カプラン水車、フランシス水車、小型水力発電施設、揚水式水力発電施設
メモリ: フラッシュメモリで約5分分のデータ
速度: 1秒あたり2,048回の測定
圧力: モデル MS5412-BM、Measurement Specialties, Inc.、バージニア州ハンプトン製、174 ポンド/平方インチの圧力に対応
加速度: モデルADXL377加速度計、Analog Devices, Inc. ^[3]
回転速度: 毎秒2,000度
温度範囲: Microchip Technology Inc. のモデル TC1046 を使用した場合、-40 ～ +125 ℃。
浮力: 中性
その他の機能:

一定時間後に 2 つの小さな重りを放出し、回収のために装置を水面に浮かび上がらせる装置があります。
オレンジ、黄色、緑色に点滅する検索と診断用の4 つのLEDライト

目的

センサー魚から収集されたデータは、ダムタービンの新しい設計を作成するために使用されます。老朽化したダムは改修とアップグレードが必要であり、魚への影響を考慮する必要があります。

センサーフィッシュは当初、コロンビア川流域で最も一般的なタイプのタービンであるカプラン水車の影響を調べるために設計されました。テストのほとんどは、高さ100フィートの構造物であるアイスハーバーダムで実施されました。このダムのタービン内部では、海面からエベレスト山の頂上に一瞬で移動するのと同じ圧力変化を経験しました。 ^[4]

2015年には、センサーフィッシュは東南アジアのメコン川のダム、オーストラリアの灌漑構造物、従来のダム、および米国内の3つの小規模水力発電施設を評価する予定です。^[5]

データ取得プロセス

魚センサーはダム上部の魚放流タンクに収納されます。そこで、ハブ放流パイプを通って下方に移動すると、データを記録し始めます。その後、センサーはタービンに入り、タービンを通過します。そこから放水路に流され、ボートで回収されます。

その後、デバイスはドッキングステーションに置かれ、バッテリーの充電が開始され、収集したデータの転送を待ちます。ドッキングステーションは、 PNNL が開発したソフトウェアを使用して、 USB経由でラップトップコンピューターにデータを送信します。ソフトウェアは生のバイナリデータをCSV形式に変換できるため、科学者はデータをより簡単にプロットできます。^[3]

以前のバージョン

最初のバージョンは1990年代後半に開発され、「フラバーフィッシュ」と呼ばれていました。^[6]^[7]これは、コロンビア川流域のダムを通過するサケの生存率を高めるために作成されました。透明でゴムコーティングされており、魚のように見えました。^[8]

将来のデザイン

第 2 世代モデルは、他の水力構造物やタービンにも対応できます。圧力を検知するセンサー、加速度計、回転速度を検知するジャイロスコープが改良されています。装置内には無線送信機があります。また、一定時間後に 2 つの重りを放出する装置もあります。これにより、センサーフィッシュは回収のために水面に浮上することができます。

参考文献

^ 「センサーフィッシュが水力発電ダムがサケに与える影響を示す」twwtn.com。
^ 「PNNL: ニュース - 合成魚類がダムを通過する際の対策」pnnl.gov。
^ abcd ZD Deng-J. Lu-MJ Myjak-JJ Martinez-C. Tian-SJ Morris-TJ Carlson-D. Zhou-H. Hou (2014). 「高度な水力発電開発をサポートする新しい自律センサーフィッシュの設計と実装」. Review of Scientific Instruments . 85 (11): 115001. Bibcode :2014RScI...85k5001D. doi : 10.1063/1.4900543 . PMID 25430138.
^ Michael Cooney (2014年11月5日). 「怪しいもののインターネット」. Network World .
^ 「電子『魚』がサケの回遊の難しさを理解するのに役立つ」ネイチャーワールドニュース。2014年11月6日。
^ http://www.pnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-15708.pdf ^{[ベア URL PDF ]}
^ 「合成魚がダムを通過する際の激しい動きを測定」。
^ 「PNNL: Breakthroughs Magazine - 2000年秋: 特別レポート - センサーフィッシュが注目を集める」pnnl.gov。

外部リンク

高度な水力発電開発を支援する新しい自律型センサーフィッシュの設計と実装、ZD Deng、J. Lu、MJ Myjak、JJ Martinez、C. Tian、SJ Morris、TJ Carlson、D. Zhou、H. Hou
技術レポート:センサーフィッシュを使用したオレゴン州フォスターダムの魚堰とタービンユニット 1 を通る魚の通過状況の特性評価、2012 年、2013 年 2 月
タービン、放水路、バイパス施設における魚類の通過状況を評価するセンサー魚類データの統合 - フェーズ 1: ダレスダム放水路のケーススタディ、2007 年 12 月 31 日
過酷な水圧環境における物理的状態を測定するためのセンサーフィッシュデバイスの進化、TJ カールソン、JP ダンカン、2003 年 2 月

[1] 「センサーフィッシュが水力発電ダムがサケに与える影響を示す」twwtn.com。

[2] 「PNNL: ニュース - 合成魚類がダムを通過する際の対策」pnnl.gov。

[z.d.deng-j.lu-m.j.myjak-j.j.martinez-c.tian-s.j.morris-t.j.carlson-d.zhou-h.hou-3] ZD Deng-J. Lu-MJ Myjak-JJ Martinez-C. Tian-SJ Morris-TJ Carlson-D. Zhou-H. Hou (2014). 「高度な水力発電開発をサポートする新しい自律センサーフィッシュの設計と実装」. Review of Scientific Instruments . 85 (11): 115001. Bibcode :2014RScI...85k5001D. doi : 10.1063/1.4900543 . PMID 25430138.

[4] Michael Cooney (2014年11月5日). 「怪しいもののインターネット」. Network World .

[5] 「電子『魚』がサケの回遊の難しさを理解するのに役立つ」ネイチャーワールドニュース。2014年11月6日。

[6] ttp://www.pnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-15708.pdf ^{[ベア URL PDF ]}

[7] 「合成魚がダムを通過する際の激しい動きを測定」。

[8] 「PNNL: Breakthroughs Magazine - 2000年秋: 特別レポート - センサーフィッシュが注目を集める」pnnl.gov。