8 Mayıs 2012 Salı

Veri Toplamanın ABC'si

“Veri Toplama” söz dizisi, genel bir tanımlama olması nedeniyle sıklıkla kavram ve isim karmaşasına(ambiguity) yol açmaktadır. Örneğin bizim bahsedeceğimiz veri toplama, istatistiksel alanda kullanılan genelde anketler ya da saha çalışmalarıyla yürütülen ve veritabanlarında depolanan toplumsal, sosyo-ekonomik veri toplamadan çok farklıdır. O nedenle öncelikle bu yazıda anlatacağımız Veri Toplama’nın hangi Veri Toplama olduğunu netleştirelim. İngilizce’de genelde “Data Acquistion” ya da kısaca DAQ olarak adlandırılan bu işlem, bazı fiziksel ya da kimyasal niceliklerin sensörler aracılığı ile elektriksel olarak algılanıp, olabildiğince ya da gerektiğince yüksek hassasiyette sayısal değerlere dönüştürülüp örneklenerek, kaydedilmesi işlemini tanımlar. Aktarım, bilgisayarların anlayabileceği, örneğin Excel ya da Matlab ile açılabilecek, işlenebilecek bir veri formatında olur ve genelde sonrasında basit ya da karmaşık analizler uygulanarak belli sonuçlara varılması hedeflenir.
FİZİKSEL NİCELİK (Kuvvet, Pozisyon, İvme, Birim Deformasyon, Sıcaklık, Basınç, Hız, Seviye, PH…) ELEKTRİKSEL OLARAK ALGILA (SENSÖRLER Voltaj/Akım/Kapasitans/Rezistans) SAYISAL BİR DEĞERE DÖNÜŞTÜR DİJİTAL ORTAMDA KAYDET Yukarıda bahsedilen 4 aşama içinde fiziksel nicelikten sonra gelen 3 ana aşama, Veri Toplamanın olmazsa olmazlarıdır. Ancak bunun dışında, ayrıntılı olarak grafikleme, göstergeler ile gösterme, gerçek zamanlı analizler, kablosuz olarak ya da internet üzerinden veri transferi, kalibrasyon, raporlama günümüzde genelde işin içine girmekte olan diğer önemli aşamalardır. Hemen belirtelim, bu yazının amacı giriş seviyesinde ve orta seviyede bazı kavramları irdelemektir. O nedenle fazla derine girmeden ve bol bol örneklerden yararlanmaya çalışarak devam edeceğiz.

VERİ TOPLAMANIN GEÇMİŞİ – KONVANSİYONEL ÖRNEKLEME

Elektronik ve bilgisayar bağlantılı, otomatik veri toplama sistemleri yaygınlaşmadan önce de testler yapılır, test sonuçları kaydedilirdi. Peki, nasıl yapılırdı? Halen bazı laboratuvarlarda kullanılmakta olan basit bir yöntemle! Test yürütücüsü (genelde test konusunda deneyimli bir akademisyen) testin tüm akışını takip edebileceği bir pozisyon alır. Yine test numunesine çeşitli sensörler bağlıdır ve bunların gözle belli bir hassasiyette okunabilen analog göstergeleri vardır. Test yürütücüsü her analog göstergeli sensörün başına bir araştırma görevlisi ya da test teknisyeni oturtur. Testi başlatır ve kronometresini açar. O test için belirlediği örnekleme sıklığı ne ise, örneğin her 10 saniye de bir yüksek sesle “OKU!” diye bağırır. Bu modern veri toplama sistemlerindeki “READ” ya da “SAMPLE” komutuna karşılık gelir. “OKU” komutunu duyan tüm sensör okuyucuları, sensörlerin analog göstergelerinden gözle okuyabildikleri en iyi hassasiyette o anki değeri okur ve önündeki kâğıda not eder. Test yürütücüsü test numunesinde kritik aşamalar fark ettiğinde ara “OKU!” komutları verir ve herkes not kağıdına ara bir kayıt daha alır. Böylelikle test boyunca her sensör için kâğıtta alt alta yazılmış bir dizi, genelde yüzlerce sensör verisi olur. Deney sonunda herkesin not kâğıtları birleştirilir, bilgisayarda Excel’e aktarılarak ya da kağıt üzerinde çeşitli analizler gerçekleştirilir.


MODERN VERİ TOPLAMA SİSTEMLERİ NASIL ÇALIŞIR / AKIŞ SIRASI NASILDIR? SENSÖR 
Veri toplama uygun sensör ile başlar. Ölçülmek istenen fiziksel büyüklüğü elektronik sinyale dönüştüren bir sensöre ihtiyaç vardır. Örneğin yük hücreleri yük/kuvvet ölçerler. Üzerlerine mekanik olan uygulanan kuvvetle orantılı bir voltaj üretirler. Tabii bunun için bir de elektriksel olarak beslenmeleri gerekmektedir. Hiç elektrikle beslenmeksizin elektriksel sinyal üretebilen pasif sensörler de mevcuttur. Sensörler çok basit şekilde bazı özel metal, alaşım ya da maddelerden üretilebildikleri gibi, bunların arka arkaya eklendiği karmaşık bir düzenekten de oluşabilirler. Yine örnek vermek gerekirse, ısılçiftler (thermocouple) bir ucundan birbirine kaynaklı iki farklı metalin sıcaklık değişimi ile diğer uçlarında oluşan potansiyel farkına dayalı, milivoltlar düzeyinde sinyaller üreten pasif sensörlerdir. Diğer yanda bazı ivmeölçerler, ya da sismometreler bir sarkacın eylemsizliğine dayalı oluşan manyetik alan değişimi ve bu alanın sürekli olarak dengede tutulmasına dayalı karmaşık bir mekanik düzenekten oluşurlar.



Isılçift (Thermocouple)


Sismometre




Örnek Deplasman Sensörü, Ölçüm ve Çıkış Voltajı 
Sensörler elektriksel bir parametreyi değiştirirler ki elektronik sistemler bunu algılayabilsin. Bunları algılamaktan ya da ölçmekten sorumlu elektronik sistemlere de Veri Toplama Sistemi (Data Aqcuisition System / Data Logger) adı verilir.





VERİ TOPLAMA SİSTEMİ
Artık elimizde sensörün ürettiği bir elektriksel değişim var. Yani örneğin sensörü yerleştirmeden önce ölçemediğimiz 10 kg’lık yük değişiminin yerine artık örneğin 2 voltluk bir değişime sahibiz. Şimdi gerekli olan bu analog voltajı ölçüp sayısal(dijital) bir değere çevirecek olan sistemdir. Analog ve sayısal sözcükleri de kafa karışıklığına çok açıktır. O nedenle hemen bir parantez açıp üstünde durmakta yarar var. Analog ve dijital kavramlarına zaten aşina olduğunuzu ya da bu algıyı oluşturduğunuzu düşünüyorsanız bu bölümü atlayıp geçebilirsiniz. Yine de tartışması eğlenceli bir konu olduğundan aşağıdaki link üzerinden ulaşabileceğiniz yazıda bu konudan biraz bahsettik.( ANALOG / DİJİTAL (SAYISAL) )
VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN İÇİNDEKİ ADC 

Az önceki örnekte 10kg’lık yük değişimi karşılığında sensörümüz bize 2 Voltluk bir gerilim değişimi üretiyordu. 2 voltluk voltajın ölçülerek sayısal bir değere dönüştürülmesi gerekmektedir. Hem de en kısa yoldan. Gürültüden en az etkilenerek. Sensörden gelen analog sinyal mümkün olan en kısa kabolalama ile veri toplama sistemine aktarılmalıdır. Veri toplama sisteminde analog sinyali sayısala çevirecek elektronik entegreler bulunur. Bu entegrelere Analoğu Dijitale Çevirici (ADC-Analog to Digital Convertor) adı verilir. Analog Dijital Çeviriciler bir veri toplama sistemini diğerinden farklılaştıran parçadır. Bir bakıma sistemin en önemli kısmıdır. Analog Dijital Çeviricilere kısaca ADC diyelim. ADC’lerin ölçüm ve çalışma mantıkları çok çeşitlidir. Bunların ayrıntılarına girmeyeceğiz, ancak sonuçta, hızlı olanları vardır, yavaş olanları vardır; yüksek çözünürlüklü olanları vardır, düşük çözünürlüklü olanları vardır, çok kanallıları (paralel olarak farklı sensörlerden gelen analog sinyalleri dijitale çevirebilen) vardır, tek kanallıları vardır, eş zamanlı örnekleme yapabilenleri vardır, yapamayanları vardır. Uygulamaya ve amaca göre doğru ADC seçilir, kullanılır. Veri toplama sisteminin çoğu teknik özelliği de buna göre şekillenmiş olur.
ADC’mize giren 2 voltluk analog voltaj karşılığında ADC sayısal bir değer üretir. Örneğin ADC’nin çözünürlüğü 12 bit ise, bu, ölçtüğü analog voltajı 212 farklı adımda sayısal değere dönüştürebileceği anlamına gelir. ADC’nin ölçebileceği voltaj aralığı da 0-10 V ise, ADC sıfır volta karşılık 0, 10 volta karşılık ise 212-1=4095 değerini üretir. Yani ADC toplam 4096 adımda ölçüm yapabilmektedir ve 0-10 volt aralığını bu kadar parçaya bölerek ölçer. O zaman 10 kg sonucu sensörün oluşturduğu 2V’u da doğru orantı ile 2/10 *4096= 819.2 olarak sayısala dönüştürür. Ancak adım sayıları toplam 4096 adet olduğu için ve sonlu sayıda ölçüm adımına sahip olduğu için bize bu değer ya 819 ya da 820 olarak ulaşacaktır. Artık 10 kg’lık yükümüze karşılık elimizde 819 gibi sayısal bir değer vardır.
 

KALİBRASYON 
Yeri gelmişken kalibrasyon konusuna da biraz değinmekte yarar var. Yukarıdaki örnekten devam edersek elimizde 819 değeri var. Ama bizim ihtiyacımız olan önce bunun kaç volta karşılık geldiği ve daha da önemlisi kaç kg’a karşılık geldiği. Yani testi yapan kişi için sonuç olarak 819’un bir anlamı yok, 10 kg’ın anlamı var. İşte bu ölçüm sonucundaki anlamı olmayan ara sayısal değerin ölçülmek istenilen fiziksek niceliğe dönüştürülme işlemine kalibrasyon adı verilmektedir. 819 sayısal değerinin 2 volta geri dönüştürme işlemini basit bir matematiksel formülasyon ile genelde veri toplama sistemi kullanıcıya hiç sezdirmeden halleder. Ancak asıl önemli olan bundan sonraki kısımdır yani elektriksel (sözgelimi 2 voltluk) değişimin aslında gerçek ölçülmek istenen fiziksel nicelikte neye karşılık geldiğinin hesaplanması. Kalibrasyonun bir sensörden kaynaklanan bölümü vardır, bir de veri toplama sisteminden. Ancak, bunların tamamını harmanlayıp fiziksel niceliğe dönüştürme işlemini genelde yazılımlar sonuçlandırır. Genelde her sensörle birlikte gelen bir kalibrasyon sertifikası vardır. Bu sertifika fabrikadaki üretim sonunda hazırlanır. Sensör üreticisi sensörünün ne kadar bir fiziksel değişime karşılık ne kadar bir elektriksel değişim ürettiğini belirtmek zorundadır. Örneğin bir ivme sensörü üreticisi sensörünün 2000 miliVolt / g(yerçekimi ivmesi – 9.81 m/sn2) özelliğe sahip olduğunu belirtir. Bu demektir ki ivme sensörü her bir yerçekimi ivmesi için 2 volt üretecektir. Üretici bununla da yetinmez. Sensörler içlerinde kullanılan malzemeler ve üretim süreçlerine bağlı olarak birbiriyle eş üretilmeye çalışılsa dahi birbiriyle tam olarak eş olmazlar. Örneğin eş olduğu düşünülen sensörlerden biri 2002 miliVolt / g üretirken diğeri 1997 miliVolt/g üretebilir. Sensör üreticisi bunun fabrika çıkışında geliştirdiği kalibrasyon düzeneğinde ölçerek kalibrasyon sertifikasına yazar. Sensör kalibrasyon sertifikası elimizde olduğunda artık sensör kısmı tam olarak nettir. Ancak sadece sensörün kalibrasyon sertifikası yeterli olmaz. Veri Toplama Sistemi için de benzer bir durum söz konusudur. Veri toplama sisteminde de her kanalın ölçüm değerleri küçük bir miktar da olsa birbirinden fark edebilir. Örneğin veri toplama sisteminin giriş kanalları sensörden gelen voltaj üzerinde bir yükseltme çarpanı uyguluyor ve bu çarpanın 128 kat olması gerekiyor ise, A kanalı 128 yerin 128.02 kat bir yükseltme yaparken B kanalı 128.05 kat bir yükseltme yapıyor olabilir. Veri Toplama Sistemi Üreticileri de bu ve buna benzer ölçüm parametrelerini ölçerek gerekli düzeltmelerin yapılabilmesi amacıyla kalibrasyon sertifikalarına ya da yazılımlarına dahil etmek zorundadırlar. Artık hem sensörün hem de veri toplama sisteminin ne kadar hata yaptığı, başka deyişle tam olarak ne ölçtüğü bilinmektedir. 2 kalibrasyon sertifikası yan yana konarak tolerans sınırları içinde hatasız bir ölçüm sonucuna ulaşmak mümkündür. Bu işleme kalibrasyon denilmektedir. Bu işlemin kullanıcı için ne kadar zahmetsiz olacağı yazılımın becerileri ile doğru orantılıdır. İyi veri toplama yazılımları kalibrasyon aşamasında sihirbazlar kullanarak ve kullanıcıyı mümkün olduğunca yönlendirerek en basit kalibrasyon sürecini kullanıcıya sunarlar.

  VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN İÇİNDEKİ DİĞER BİLEŞENLER 
Analog Dijital Dönüştürücüler, bir veri toplama sistemini tanımlayan en önemli bileşen olmakla birlikte tek başına yeterli değildirler. Örneğin sistemde mutlaka bir mikroişlemci bulunur ve bu mikroişlemci başta ADC olmak üzere Veri Toplama Sistemi’nin içindeki tüm bileşenler çalışmasını kumanda eder. Veri Toplama Sistemi mutlaka analogdan dijitale çevirdiği verileri bilgisayara aktarabilmelidir. Bu nedenle ethernet, USB ya da seri port gibi bir iletişim yolundan veri transferi yapabilmelidir. Ana bilgisayar ile yapılacak veri aktarımından da mikroişlemci sorumludur. Tamamen kendi başına çalışabilen kendi üzerine veri depolayabilen Veri Toplayıcılar (Data Logger) da mevcuttur. Ancak bunlar da eninde sonunda kendi sabit disklerinde depoladıkları bilgileri aktarmak için ya bir iletişim yolu kullanırlar ya da USB flash bellek SD kart gibi depolama üniteleri vasıtası ile bu aktarım gerçekleştirilir. Veri toplama sistemlerinde kullanım ve üretim amaçlarına göre GPS, LCD/LED gösterge, dijital giriş çıkışlar gibi farklı farklı çevre birimleri de bulunur. Tüm bunların kontrolünden sorumlu olan bileşen, veri toplama sistemi içindeki mikroişlemcidir. Ayrıca veri toplama sistemlerinin çok önemli bileşenlerinden biri de Analog Sinyal İşleme devreleridir. Ancak çok önemli olan bu kısım için ayrı bir başlık açmayı daha uygun buluyoruz.


ANALOG SİNYAL İŞLEME DEVRELERİ 
Analog sinyal işleme devreleri veri toplama sisteminin ADC’si ile sensör arasındaki uyumu sağlamak ve gelen analog sinyali en uygun şekilde filtreleyerek en gürültüsüz şekli ile veri toplama sistemine aktarmaktan sorumludur. Bu konudaki en önemli örneklerden bir tanesi yine strain gauge tabanlı bir yük hücresidir. Yük hücreleri çıkış sinyali üretebilmek için bir uyarı gerilimine ihtiyaç duyarlar. Bu uyarı gerilimleri genelde 2.5-10 V arasında olabilir. Bu sensör yükü voltaja çevirir, ancak örneğin 2mV/V gibi bir çevirme oranına sahiptir. Bu şu anlama gelmektedir. Yük hücresine uygulanan uyarı voltajı başına yük hücresi en çok 2 mV çıkış üretebilmektedir. Yani siz yük hücresini 5 V ile uyarırsanız, 5V x 2mV/V = en yüksek yükte dahi (örneğin yük hücresinin toplam kapasitesi 100 ton ise 100 tonda) en çok 10 mV’luk bir gerilim elde edersiniz. Ancak bu gerilim 0-10V arası çalışan bir ADC için çok küçük bir değerdir. O nedenle ADC’nin 0-10 V arasındaki çözünürlüğünü kullanamamış ve çok kaba ölçümler yapmış olursunuz. Bunun için araya yükseltici devreler eklenir. Yükseltici devreler Analog Sinyal İşleme devrelerinin içinde olurlar. Örneğin 1000 kat yükselten bir devre olduğunu düşünelim. O zaman ADC’ye gelen 10 mV önce 1000 ile çarpılır ve 10000 mV yani 10 V olarak veri toplama sistemine ulaşır. İşte şimdi ADC’nin tüm ölçüm çözünürlüğünde örnekleyebileceği bir değere ulaşmış olursunuz. Analog sinyal işleme devreleri bununla da kalmaz, sinyali gürültüden arındırır, filtreler, gerekirse ofset voltajları ekleyerek seviyesini kaydırır, sensörün doğru bir şekilde beslenebilmesi için gerekli hassas voltaj ve akımı üretir, gerektiğinde AC sinyal ile DC sinyali birbirinden ayırır. Kısacası sensörü harekete geçirir ve ondan gelen analog sinyali Veri Toplama Sistemi için hazır hale getirir. İşte tüm bu nedenlerle bir veri toplama sisteminde sensör ile uyumlu Analog Sinyal İşleme devrelerinin ya da modüllerinin olup olmadığını kontrol etmek çok önemlidir. Bu devreler farklı sensör grupları için farklı şekillerde olabilir. Birden fazla gruba hitap eden daha genel amaçlı tasarımlar da vardır. Kimi Veri Toplama Sistemleri’nde bunlar cihazın içine entegredirler. Bu şekilde maliyetleri daha düşüktür. Kimilerinde ise tamamen dışarıdan eklenirler ancak bu durum maliyeti yükseltebilir. Neden Analog Sinyal İşleme devrelerinin bulunup bulunmadığının bir başka deyişle sensör ile Veri Toplama Sistemi arasında bir uyum olup olmadığının baştan saptanması çok önemlidir? Çünkü bu modüller sonradan ekleneme çalışıldığında maliyetleri çok arttırabilir. Örneğin 1000 TL’lik bir veri toplama sistemi ile 3000 TL’lik başka bir veri toplama sistemini ele alalım. 1000 TL’lik sistem başta çok uygun maliyetli gelebilir, ancak sensör için gerekli analog sinyal işleme devrelerinin mevcut olmadığı anlaşıldığında sonradan örneğin 8 kanal için kanal başına eklenmesi gereken 500 TL ‘lik modüller eklendiğinde 1000 TL’lik sitemin değeri bir anda 5000 TL’ye çıkarak 3000 TL’lik sistemi geride bırakabilir. Örneğin çoğunlukla çok uygun maliyetli gibi görünen veri toplama kartlarında genelde standart voltaj ve akım ölçümlerinin dışındaki analog sinyal işleme devreleri mevcut değildir.
Veri Toplama – Örnek Akış Şeması






ÇÖZÜNÜRLÜK HERŞEY Mİ? YA GÜRÜLTÜ? - S N R 



Bir veri toplama işleminde hassasiyet genelde Analog Dijital Çevirici’nin çözünürlüğü ile doğru orantılı gibi görünür. Aslında aralarında kuvvetli bir ilişki olduğu da doğrudur. Ancak hassasiyet anlamında yüksek çözünürlük her şey demek değildir. Sensörden gelen sinyaller eğer çok temiz olsaydı, üzerlerinde hiç gürültü olmasaydı, tek belirleyici onu dijitale çeviren ADC’nin çözünürlüğü olabilirdi. Ancak gerçek hayatta durum hiç de böyle değildir. Her analog sinyalin üzerinde, ama az, ama çok mutlaka bir gürültü mevcuttur. Bu gürültünün bir kısmı sensörün iç yapısından kaynaklanırken bir kısmı kablolardan taşınma sırasında ortamda buluna elektro-manyetik dalgalar tarafından eklenmektedir. Analog sinyal ne kadar korunmaya çalışılırsa çalışılsın, ne kadar doğru yöntemler uygulanırsa uygulansın, topraklamalar doğru yapılmış, kablolar doğru ve ekranlı kullanılmış olursa olsun, mutlaka kaçınılamayacak boyutta bir gürültü analog sinyalin üzerinde mevcut olacaktır.
Örneğin gerçekten 22 bit çözünürlükte çalışan bir veri toplama sistemine sinyalin gürültüsüne oranı en fazla 16 bit olan bir sensör bağladığımızı düşünelim. Veri toplama sistemi 22 bitte örnekler üretecektir ancak bunun 16 bitten daha sonrası sadece sensörde gelen gürültünün ölçülmesi dolayısıyla boşa giden bir kısım olacaktır. Sistemlerde elde edilecek anlamlı sinyaller kaçınılamayan gürültüye oranlanır ve bu değere SNR yani signal to noise ratio yani sinyalin gürültüye oranı adı verilir. Bu değer genelde desibel olarak ifade edilebilir ve ne kadar yüksekse sinyal o kadar daha anlamlıdır, temizdir. Hem veri toplama sistemlerinde hem de sensörlerde SNR’dan bahsedilebilir. Doğal olarak bu değer ne kadar artar sistem o kadar hassasiyet kazanırsa maliyeti de artar. O nedenle doğru ölçüm için doğru çözünürlük, doğru SNR, sensör ve veri toplama sistemi arasında bu parametrelerdeki uyum çok önemlidir. Etkili çözünürlük (effective resolution) da başka önemli bir parametredir. Veri toplama sistemi genel olarak 24 bir olarak tanımlasa dahi muhtemelen gerçekte hiçbir zaman tam olarak 24 bitte çalışamaz. İçinde kullanılan ADC 24 bit olabilir ancak bu ölçüm kalitesinin 24 bite çıkacağı anlamına gelmez. O nedenle veri toplama sistemleri son haline geldikten sonra etkili çözünürlükleri ölçülür ve teknik özelliklerinde belirtilir. Seçimde rol oynayan çözünürlükten çok etkili çözünürlüktür. Gürültü (Noise) kimi zaman Dark Side of Electronics (Elektroniğin Karanlık Yüzü) olarak da adlandırılmıştır. Her ne tanımlı bileşenleri olsa da teorik olarak yapılan tasarım ve çözümler her zaman pratiğe yansımamaktadır. Gürültünün doğru bir şekilde anlaşılması ve ele alınması için gerek veri toplama sistemi gerekse sensör üreticileri büyük bir bilgi birikiminden ve deneyimlerden yararlanırlar. Bu nedenle bir mikroişlemci ile bir analog dijital çeviricinin bir araya getirilmesi Veri Toplama Sistemi anlamına gelmez. Çok boyutlu bir sistem tasarımı şarttır.



ÖRNEKLEME HIZI 
Doğru veri toplama sistemini seçmek için karar verilmesi gereken en önemli parametrelerden bir de örnekleme hızıdır. Testin türüne göre örnekleme hızı saate 1 veri gibi çok yavaş hızlara da düşebilir, saniyede birkaç veri gibi ortalama hızlarda kalabilir, saniyede binlerce ya da milyonlarca verilere kadar yükselebilir. Yavaş değişen parametrelerde, örneğin çevresel ya da iklimsel veriler toplanırken, saatte ya da günde bir veri yeterli olabilir. Yüklemelerin yavaş yapıldığı genelde “quasi-statik” tabir edilen yaygın inşaat mühendisliği testlerinde saniyede1-2 veri genelde yeterli olur. Daha hızlı, deprem mühendisliği dinamik testlerinde 1000 örnek/saniyeye kadar hızlar kullanılır, patlama ya da balistik testlerde ise o patlama basıncını yakalayabilmek için saniyede milyonlarca örneğe ihtiyaç duyulabilir. Veri toplama ya da örnekleme hızından bahsedilirken 2 farklı birim kullanılabilir. Birincisi “örnek/saniye” birimidir. İkincisi ise Hz(Hertz)’dir. Hz bir frekans birimidir ve bir olayın saniyede kaç kez gerçekleştiğini gösterir. 250 örnek/saniye, 250 Hz ile aynı anlama gelir. İkisi de saniyede 250 veri toplandığını anlatır. Örneğin 1,5 MHz ise saniyede 1.500.000 veri toplanabileceği anlamına gelir. Veri toplama hızı testi yapacak araştırmacının mutlaka üzerinde dikkatlice düşünmesini gerektiren bir konudur. Bu konuda sıklıkla kafa karıştıran 2 olgu vardır. Birincisi, bu bahsedilen hız kanal başına olan hız hız mıdır, yoksa çok kanallı, örneğin 16 kanallı bir sistemde sistemin toplam hızı mıdır? İkincisi ise çok kanallı bir sistemde yüksek hızda toplanan veriler eş zamanlı mıdır? Aslında bu sorular bir miktar birbiri ile bağlantılıdır. Çok kanallı veri toplama sistemlerinin tasarımında genelde 2 farklı yaklaşım vardır. Birincisinde tek bir ADC(Analog Dijital Çevirici) kullanılır. Kanallar sırasıyla bu ADC’nin girişlerine kısa devre yapılarak okuma yapılır. Bu yönteme genelde tarama(scanning) adı verilir. Diğer yaklaşımda ise her kanal için ayrı bir ADC kullanılır. Bu yaklaşımda senkronizasyon da gerçekleştirilirse eş zamanlı okuma alınabilir. Yani tüm kanallar zaman içinde tam olarak aynı anda örneklenebilir. Örneğin modal analiz çalışmalarında, bu çok önemli bir durumdur. Tekrar başta bahsettiğimiz kafa karışıtıran olgulara dönmek gerekirse, 32 kanallı bir veri toplama kartının hızı örneği teknik açıklamalarında 250 kHz olarak bahsediliyor olsun. Diğer bir veri toplama cihazında ise eş zamanlı kanal başına 16 kHz örnek toplanabiliyor olsun. İlk bakışta ilk veri toplama kartı daha hızlı görünebilir. Ancak ilk kart eğer sistemin toplam hızı 250 kHz ise, 32 kanaldan birden örnek toplandığında, kanal başına örnekleme hızı, 250/32=7.8 kHz’e düşecektir. Bu durum gerçekleştiğinde 2. Cihaz daha hızlı ve yüksek performanslı çalışacaktır. Tüm bunlara dikkat ederek seçim yapmak önemlidir, çünkü örnekleme hızı ve eş zamanlılık hem alınacak cihazın maliyeti üzerinde çok etkilidir, hem de veri toplama hızı ne kadar yavaşlarsa çözünürlüğün ve hassasiyetin o kadar yükseltilmesi mümkün olabilir.


VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİ NASIL SEÇELİM?
O zaman bir araştırmacı veri toplama sistemi seçerken şu soruları mutlaka sormalıdır:
1-VTS benim sensörüm ile uyumlu mu?
2-Doğru analog sinyal işleme devreleri mevcut mu?
3-Analog sinyal işleme kısmı veri toplama sistemi içinde mi, yoksa ayrıca almam gerekiyor mu?
4-VTS benim sensörümü besleyip ondan çıkan sinyali ölçecek aralıkta çalışabiliyor mu?
5-Çözünürlüğü yeterli mi? Yoksa aşırı mı fazla, o nedenle mi fiyatı yüksek?
6-Veri toplama hızı benim testim için yeterli mi, yoksa çok mu fazla,?
7-Veri toplama sistemimin hızı sensörümün tepki süresi ile uyumlu mu?
8-Uyumsuzluk varsa yeni bir VTS mi seçmek gerek, yoksa yeni bir sensör mü?
9-Eş zamanlı örneklemeye ihtiyacım var mı?

VTS seçerken bu soruların sorulması gerektiğini söyledik ancak dikkat edilirse çoğunda sensöre bağlı bir durum var. O zaman önce sensörü mü seçmeliyiz? Bu sorunun yanıtı o kadar basit değil. Amaç, test ve ölçüm sistemimizin tamamını doğru tasarlamak. Ama, bu her zaman doğru sensör seçimi ile de başlamayabilir. Aslında bu bir iterasyon sürecidir. Araştırmacı öncelikle doğru ve yeterli veri toplamayı hedeflemelidir. Sonra, buna için en uygun maliyetli çözümü yakalamaya çalışır. Ancak, çözüm tek başına ne Veri Toplam Sistemi’nden ne de sensörden ibarettir. Çünkü maliyet genelde ikisinin toplamıdır. Elindeki mevcut sensörleri de kullanmayı tercih edebilir. Ancak sensör teknolojisinin çok hızlı ilerlediği unutulmamalıdır. Bazen mevcut sensörleri kullanmaya çalışmak yeni bir sensör VTS uyumu yakalamaktan daha maliyetli olabilir. Araştırmacı kafasındaki iterasyon sürecini, düşündüğü çözümleri mutlaka tedarikçilerine aktarabilmeli, mümkünse yüzyüze değerlendirmeler yapabilmelidir. Tedarikçilerden aldığı teknik bilgileri, yeni önerileri ve maliyetleri harmanlayarak 1-2 iterasyon süreci sonucunda doğruya en yakın çözüme ulaşılır. Örneğin bizim yaptığımız çalışmalarda bu süre 1-2 saat ile 1 hafta arasında değişebilmektedir.

Hiç yorum yok:

Yorum Gönderme