ANALOG / DİJİTAL (SAYISAL)

Analog ve dijital sözcükleri sıklıkla kafa karışıklığına yol açabilmektedir. Biz bu kavramlar hakkında doğru bir algı oluşturulmasının hem ölçüm tekniği ve laboratuvar çalışmaları açısından, hem de günlük yaşam açısından önemli olduğunu düşünüyoruz. O nedenle bu konuyu bir de kendi bakış açımızdan ve kendi örneklerimizle ele aldık.

Solda Analog Ses Kontrol Düğmesi, Sağda Dijital Ses Kontrol Göstergesi

Analog sinyaller her zaman bir sürekliliğe sahiptir. Ancak sayılardan oluşmazlar. Sadece fiziksel bir fenomen olarak oluşurlar.  Eski televizyon ya da radyolardan örnek verelim. Ses düğmeleri analog olanlardan. Yani siz düğmeyi çevirdikçe istediğiniz ses düzeyini elde edersiniz. Herşey elinizin yumuşaklığına ve hassasiyetine bağlıdır. Olay süreklidir. Elbette yanına bir kadran çizilerek size görsel birtakım yardımcı çizgiler konmuştur ancak değişim kesintisizdir. Oysa yeni televizyon ve radyolarımızda ses düğmesi +’ya bastığınızda ekranda gördüğünüz göstergede sayı ya 13 ya da 14 olur. 13,5 olmaz. 13.5 olanı varsa dahi 13.25 yapamazsınız. Yani bir sınır vardır. Sonlu sayıda seçeneğiniz vardır. Çünkü, o ses ayar sistemi dijitaldir. Seçmeniz gerekir. İşte ne kadar çok seçeneğiniz varsa ne kadar çok ara değere hükmedebiliyorsanız çözünürlüğünüz o kadar yüksektir.

Özetle, ya 13 yapacaksınız ya 14. İşte sayılar ve sayısallık(dijitallik). Burada örnek içinde çözünürlük konusuna da yeri gelmiş iken değindik, ileride teknik olarak biraz daha açacağız.

Analog sinyaller hep daha eski bir teknoloji olarak değerlendirilirler ancak bazı çok avantajlı yönleri de vardır. Süreklilik ve yumuşak geçiş avantajına sahiptirler. Bu nedenledir ki, bazıları hala plakları CD’lere tercih etmektedir; bu nedenledir ki UHF antenleri ile izlediğimiz analog televizyon yayınları, bozulmadan önce kumlanır titrer, karlanır ama dijital uydu yayınları, piksellerine ayrılıp bir anda donup kalır. Görüntü ya vardır ya yoktur arası da yoktur. Bu nedenledir ki kötü kopyalanmış düşük kalitedeki (aslında çözünürlüğü düşük) dijital VCD’ler izlerken sizi rahatsız eder, kare kare olur, ama analog VHS kasetler üstü yıpranmadıkça kalitede bir yumuşak geçişe sahiptirler. Tabii SVCD, DVD ve Bluray gibi ortamlarda dijital çözünürlük çok yüksek olduğundan gözümüz artık o pikselleri daha az ayırt eder ve net hatta çözünürlüğe göre çok net bir görüntü algılar.

Analog sinyaller teorik olarak sonsuz çözünürlüğe sahiptirler dijital sinyallerin ise ne kadar büyük olursa olsun sonlu çözünürlükleri vardır. Bu anlamda analog bir sinyalin çözünürlüğünün her zaman daha yüksek olduğu söylenebilir. Ancak, analog sinyaller de bozulabilir ve kaliteleri düşebilir. Hem de dijital sonlu sistem çözünürlüğünde olduğu gibi ne kadar bozulduklarını belirlemek kolay değildir. Dijital sistemlerin kalitesi sadece tam olarak ölçülebilir değil, aynı zamanda dü

zeltilebilirdir de. Ancak yine de başta söylediğimiz o teorik sonsuz çözünürlüklerinden midir bilinmez, hala çoğu kişi plağı CD’ye tercih etmektedir.

Analog Sinyal + Kaçınılmaz ama Azaltılabilir Gürültü = Bozulmuş Analog Sinyal

 Dijital Sinyaller – Mavi3-bit(düşük) /Kırmızı 16-bit daha yüksek

Peki analog sinyaller böyle bir yumuşak geçiş kapasitesine sahip iken neden teknoloji dijitale evrilmiştir?  Nedeni basit. Çünkü analog sinyallerin pek çok dezavantajı da vardır. Kayıt teknolojileri zor ve bozulmaya açıktır. Dijital dünyada aktarılmaları zordur. Örneğin internet üzerinden kolaylıkla başka bir yere transfer edilemez ya da sabit diske kaydedilemezler. Kablolarda yol alırken elektro-manyetik gürültülere çok açıktırlar, bozulurlar kaliteleri düşebilir. Kalitelerini ölçmek, tanımlamak zordur. Aynı miktarda analog veriyi depolamak için çok daha yüksek maliyetli ve büyük alanlara ihtiyaç vardır. En önemlisi de bilgisayarlar tarafından kolaylıkla işlenemezler. Bu nedenle analog sinyaller en kısa zamanda dijitale çevrilmekte, her türlü işlem bu şekilde gerçekleştirilmekte ve gerektiği durumlarda tekrar analog sinyale dönüştürülebilmektedir.

Solda Dijital, Sağda Analog Saat. Bu dijital saatte sadece 1 dakikalık çözünürlük vardır. Saat ya 11:03’tür ya da 11:04.  Sağdaki analog saatte ise akrep ile yelkovan sürekli bir şekilde ilerlemektedir.

Hazırlayan: Sarp Dinçer, İnşaat Y. Müh.

TEKNİK DESTEK GRUBU Grup Koordinatörü

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.