Veri Tplama - Enstrümantasyn Teknik Nt TN-TR-401 Veri Tplama nın ABC si Anahtar Kelimeler: Veri Tplama Sistemi, Sensör, Algılayıcı, Analg Dijital Çevirici, SNR, Sinyal Gürültü Oranı, Çözünürlük, Eş Zamanlı Örnekleme, Elektrnik Gürültü, Analg Sinyal İşleme Keywrds /TAGS: Data Acquisitin, Data Lgger, Sensr, Analg Digital Cnvertr, SNR, Signal t Nise Ratin, Reslutin, Simultaneus Sampling, Electrnic Nise, Analg Signal Cnditining İçindekiler: - Giriş - Veri Tplamanın Geçmişi Knvansiynel Örnekleme - Mdern Veri Tplama Sistemleri Nasıl Çalışır / Akış Sırası Nasıldır? SENSÖR VERİ TOPLAMA SİSTEMİ VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN İÇİNDEKİ ADC KALİBRASYON VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN İÇİNDEKİ DİĞER BİLEŞENLER ANALOG SİNYAL İŞLEME DEVRELERİ ANALOG SİNYAL İŞLEME DEVRELERİ - Çözünürlük Herşey mi? Ya Gürültü? - S N R - Örnekleme Hızı - Veri Tplama Sistemi Nasıl Seçilir?
Giriş Veri Tplama söz dizisi, genel bir tanımlama lması nedeniyle sıklıkla kavram ve isim karmaşasına(ambiguity) yl açmaktadır. Örneğin burada bahsedilecek veri tplama, istatistiksel alanda kullanılan genelde anketler ya da saha çalışmalarıyla yürütülen ve veritabanlarında deplanan tplumsal, ssy-eknmik veri tplamadan çk farklıdır. O nedenle öncelikle bu yazıda anlatacağımız Veri Tplama nın hangi Veri Tplama lduğunu netleştirmek gerekir. İngilizce de genelde Data Acquistin ya da kısaca DAQ larak adlandırılan bu işlem, bazı fiziksel ya da kimyasal niceliklerin sensörler aracılığı ile elektriksel larak algılanıp, labildiğince 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 frmatında lur ve genelde snrasında basit ya da karmaşık analizler uygulanarak belli snuçlara varılması hedeflenir. FİZİKSEL NİCELİK Yük / Deplasman / Sıcaklık / Nem / İvme / Hız / Debi / Basınç / Mesafe / Diğer SENSÖRLER VERİ TOPLAMA CİHAZI BİLGİSAYAR / YAZILIM FİZİKSEL NİCELİK (Kuvvet, Pzisyn, İvme, Birim Defrmasyn, Sıcaklık, Basınç, Hız, Seviye, PH ) ELEKTRİKSEL OLARAK ALGILA (SENSÖRLER Vltaj/Akım/Kapasitans/Rezistans) SAYISAL BİR DEĞERE DÖNÜŞTÜR DİJİTAL ORTAMDA KAYDET Yukarıda bahsedilen 4 aşama içinde fiziksel nicelikten snra gelen 3 ana aşama, Veri Tplamanın lmazsa lmazlarıdır. Ancak bunun dışında, ayrıntılı larak grafikleme, göstergeler ile gösterme, gerçek zamanlı analizler, kablsuz larak ya da internet üzerinden veri transferi, kalibrasyn, raprlama günümüzde genelde işin içine girmekte lan diğer önemli aşamalardır. Hemen belirtilmelidir ki, bu teknik ntun amacı giriş seviyesinde ve rta seviyede bazı kavramları irdelemektir. O nedenle ntun devamında fazla derine girmeden ve bl bl örneklerden yararlanmaya çalışarak devam edilmiştir. Veri Tplamanın Geçmişi Knvansiynel Örnekleme Elektrnik ve bilgisayar bağlantılı, tmatik veri tplama sistemleri yaygınlaşmadan önce de testler yapılır, test snuçları kaydedilirdi. Peki, nasıl yapılırdı? Halen bazı labratuvarlarda kullanılmakta lan basit bir yöntemle! Test yürütücüsü (genelde test knusunda deneyimli bir akademisyen) testin tüm akışını takip edebileceği bir pzisyn alır. Yine test numunesine çeşitli sensörler bağlıdır ve bunların gözle belli bir hassasiyette kunabilen analg göstergeleri vardır. Test yürütücüsü her analg göstergeli sensörün başına bir araştırma görevlisi ya da test teknisyeni turtur. Testi başlatır ve krnmetresini açar. O test için belirlediği örnekleme sıklığı ne ise, örneğin her 10 saniye de bir yüksek sesle OKU! diye bağırır. Bu mdern veri tplama sistemlerindeki READ ya da SAMPLE kmutuna karşılık gelir. OKU kmutunu duyan tüm sensör kuyucuları, sensörlerin analg
göstergelerinden gözle kuyabildikleri en iyi hassasiyette anki değeri kur ve önündeki kâğıda nt eder. Test yürütücüsü test numunesinde kritik aşamalar fark ettiğinde ara OKU! kmutları verir ve herkes nt kağıdına ara bir kayıt daha alır. Böylelikle test byunca her sensör için kâğıtta alt alta yazılmış bir dizi, genelde yüzlerce sensör verisi lur. Deney snunda herkesin nt kâğıtları birleştirilir, bilgisayarda Excel e aktarılarak ya da kağıt üzerinde çeşitli analizler gerçekleştirilir. Mdern Veri Tplama Sistemleri Nasıl Çalışır / Akış Sırası Nasıldır? SENSÖR Veri tplama uygun sensör ile başlar. Ölçülmek istenen fiziksel büyüklüğü elektrnik sinyale dönüştüren bir sensöre ihtiyaç vardır. Örneğin yük hücreleri yük/kuvvet ölçerler. Üzerlerine mekanik lan uygulanan kuvvetle rantılı bir vltaj üretirler. Tabii bunun için bir de elektriksel larak beslenmeleri gerekmektedir. Hiç elektrikle beslenmeksizin elektriksel sinyal üretebilen pasif sensörler de mevcuttur. Sensörler çk basit şekilde bazı özel metal, alaşım ya da maddelerden üretilebildikleri gibi, bunların arka arkaya eklendiği karmaşık bir düzenekten de luşabilirler. Yine örnek vermek gerekirse, ısılçiftler (thermcuple) bir ucundan birbirine kaynaklı iki farklı metalin sıcaklık değişimi ile diğer uçlarında luşan ptansiyel farkına dayalı, milivltlar düzeyinde sinyaller üreten pasif sensörlerdir. Diğer yanda bazı ivmeölçerler, ya da sismmetreler bir sarkacın eylemsizliğine dayalı luşan manyetik alan değişimi ve bu alanın sürekli larak dengede tutulmasına dayalı karmaşık bir mekanik düzenekten luşurlar. Şekil 1-Isılçift (Thermcuple) Şekil 2 -Sismmetre Yapıları ne lursa lsun sensörler fiziksel bir nicelik değiştikçe bunun karşılığında elektriksel bir değeri değiştirmeye yönelik larak geliştirilirler. Bu değişen değerin ptansiyel farkı(vltaj) lduğunu düşünelim. Örnek larak 0-10V aralığında çalışan ve byu 20 cm lan bir deplasman ya da pzisyn sensörü, örneğin en kapalı
knumunda 0 cm ye karşılık 0 V üretirken, 10cm ye karşılık ise 5 V üretir. Tabii her sensör böyle dğru rantılı bir vltaj üretmese de çğunluğunda bu rantılılık durumu mevcuttur. 20 cm 20 cm 20 cm 0 Vlt 0 cm 10 Vlt 20 cm 5 Vlt 10 cm Örnek Deplasman Sensörü, Ölçüm ve Çıkış Vltajı Sensörler elektriksel bir parametreyi değiştirirler ki elektrnik sistemler bunu algılayabilsin. Bunları algılamaktan ya da ölçmekten srumlu elektrnik sistemlere de Veri Tplama Sistemi (Data Aqcuisitin System / Data Lgger) adı verilir. VERİ TOPLAMA SİSTEMİ Bu nktaya kadar gelinen nktada sensörün ürettiği bir elektriksel değişim var. Yani örneğin sensör yerleştirilmeden önce ölçülemeyen 10 kg lık yük değişiminin yerine artık örneğin 2 vltluk bir değişim var. Bu aşamadan snra gerekli lan bu analg vltajı ölçüp sayısal(dijital) bir değere çevirecek lan sistemdir. Analg ve sayısal sözcükleri de kafa karışıklığına çk açıktır. O nedenle hemen bir parantez açıp üstünde durmak yararlı lacaktır. Aşağıdaki referansı verilen dkümandan bu knuda hazırlanan daha detaylı bir anlatıma ulaşılabilir. ANALOG / DİJİTAL (SAYISAL) (Bu ifade Analg Dijital Yazısına linklenecek)
VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN İÇİNDEKİ ADC Az önceki örnekte 10kg lık yük değişimi karşılığında sensör, 2 Vltluk bir gerilim değişimi üretiyrdu. 2 vltluk vltajın ölçülerek sayısal bir değere dönüştürülmesi gerekmektedir. Hem de en kısa yldan. Gürültüden en az etkilenerek. Sensörden gelen analg sinyal mümkün lan en kısa kablalama ile veri tplama sistemine aktarılmalıdır. Veri tplama sisteminde analg sinyali sayısala çevirecek elektrnik entegreler bulunur. Bu entegrelere Analğu Dijitale Çevirici (ADC-Analg t Digital Cnvertr) adı verilir. Analg Dijital Çeviriciler bir veri tplama sistemini diğerinden farklılaştıran parçadır. Bir bakıma sistemin en önemli kısmıdır. Analg Dijital Çeviricilere kısaca ADC denir. ADC lerin ölçüm ve çalışma mantıkları çk çeşitlidir. Bunların ayrıntılarına girilmeyecektir, ancak snuçta, hızlı lanları vardır, yavaş lanları vardır; yüksek çözünürlüklü lanları vardır, düşük çözünürlüklü lanları vardır, çk kanallıları (paralel larak farklı sensörlerden gelen analg sinyalleri dijitale çevirebilen) vardır, tek kanallıları vardır, eş zamanlı örnekleme yapabilenleri vardır, yapamayanları vardır. Uygulamaya ve amaca göre dğru ADC seçilir, kullanılır. Veri tplama sisteminin çğu teknik özelliği de buna göre şekillenmiş lur. ADC ye giren 2 vltluk analg vltaj karşılığında ADC sayısal bir değer üretir. Örneğin ADC nin çözünürlüğü 12 bit ise, bu, ölçtüğü analg vltajı 2 12 farklı adımda sayısal değere dönüştürebileceği anlamına gelir. ADC nin ölçebileceği vltaj aralığı da 0-10 V ise, ADC sıfır vlta karşılık 0, 10 vlta karşılık ise 2 12-1=4095 değerini üretir. Yani ADC tplam 4096 adımda ölçüm yapabilmektedir ve 0-10 vlt aralığını bu kadar parçaya bölerek ölçer. O zaman 10 kg snucu sensörün luşturduğu 2V u da dğru rantı ile 2/10 *4096= 819.2 larak sayısala dönüştürür. Ancak adım sayıları tplam 4096 adet lduğu için ve snlu sayıda ölçüm adımına sahip lduğu için bize bu değer ya 819 ya da 820 larak ulaşacaktır. Artık 10 kg lık yükümüze karşılık elimizde 819 gibi sayısal bir değer vardır.
KALİBRASYON Yeri gelmişken bu bölümde kalibrasyn knusundan bahsedilmiştir. Yukarıdaki örnekten devam edilirse bu aşamaya kadar ulaşılmış bir 819 değeri var. Ancak kullanıcının ihtiyacı lan önce bunun kaç vlta karşılık geldiği ve daha da önemlisi kaç kg a karşılık geldiği. Yani testi yapan kişi için snuç larak 819 un bir anlamı yk, 10 kg ın anlamı var. İşte bu ölçüm snucundaki anlamı lmayan ara sayısal değerin ölçülmek istenilen fiziksek niceliğe dönüştürülme işlemine kalibrasyn adı verilmektedir. 819 sayısal değerinin 2 vlta geri dönüştürme işlemini basit bir matematiksel frmülasyn ile genelde veri tplama sistemi kullanıcıya hiç sezdirmeden halleder. Ancak asıl önemli lan bundan snraki kısımdır, yani elektriksel (sözgelimi 2 vltluk) değişimin aslında gerçek ölçülmek istenen fiziksel nicelikte neye karşılık geldiğinin hesaplanması. Kalibrasynun bir sensörden kaynaklanan bölümü vardır, bir de veri tplama sisteminden. Ancak, bunların tamamını harmanlayıp fiziksel niceliğe dönüştürme işlemini genelde yazılımlar snuçlandırır. Genelde her sensörle birlikte gelen bir kalibrasyn sertifikası vardır. Bu sertifika fabrikadaki üretim snunda hazırlanır. Sensör üreticisi sensörünün ne kadar bir fiziksel değişime karşılık ne kadar bir elektriksel değişim ürettiğini belirtmek zrundadır. Örneğin bir ivme sensörü üreticisi sensörünün 2000 milivlt / g(yerçekimi ivmesi 9.81 m/sn2) özelliğe sahip lduğunu belirtir. Bu demektir ki ivme sensörü her bir yerçekimi ivmesi için 2 vlt üretecektir. Üretici bununla da yetinmez. Sensörler içlerinde kullanılan malzemeler ve üretim süreçlerine bağlı larak birbiriyle eş üretilmeye çalışılsa dahi birbiriyle tam larak eş lmazlar. Örneğin eş lduğu düşünülen sensörlerden biri 2002 milivlt / g üretirken diğeri 1997 milivlt/g üretebilir. Sensör üreticisi bunun fabrika çıkışında geliştirdiği kalibrasyn düzeneğinde ölçerek kalibrasyn sertifikasına yazar. Sensör kalibrasyn sertifikası elimizde lduğunda artık sensör kısmı tam larak nettir. Ancak sadece sensörün kalibrasyn sertifikası yeterli lmaz. Veri Tplama Sistemi için de benzer bir durum söz knusudur. Veri tplama sisteminde de her kanalın ölçüm değerleri küçük bir miktar da lsa birbirinden fark edebilir. Örneğin veri tplama sisteminin giriş kanalları sensörden gelen vltaj üzerinde bir yükseltme çarpanı uyguluyr ve bu çarpanın 128 kat lması gerekiyr ise, A kanalı 128 yerin 128.02 kat bir yükseltme yaparken B kanalı 128.05 kat bir yükseltme yapıyr labilir. Veri Tplama Sistemi Üreticileri de bu ve buna benzer ölçüm parametrelerini ölçerek gerekli düzeltmelerin yapılabilmesi amacıyla kalibrasyn sertifikalarına ya da yazılımlarına dahil etmek zrundadırlar. Artık hem sensörün hem de veri tplama sisteminin ne kadar hata yaptığı, başka deyişle tam larak ne ölçtüğü bilinmektedir. 2 kalibrasyn sertifikası yan yana knarak tlerans sınırları içinde hatasız bir ölçüm snucuna ulaşmak mümkündür. Bu işleme kalibrasyn denilmektedir. Bu işlemin kullanıcı için ne kadar zahmetsiz lacağı yazılımın becerileri ile dğru rantılıdır. İyi veri tplama yazılımları kalibrasyn aşamasında sihirbazlar kullanarak ve kullanıcıyı mümkün lduğunca yönlendirerek en basit kalibrasyn sürecini kullanıcıya sunarlar. VERİ TOPLAMA SİSTEMİNİN İÇİNDEKİ DİĞER BİLEŞENLER Analg Dijital Dönüştürücüler, bir veri tplama sistemini tanımlayan en önemli bileşen lmakla birlikte tek başına yeterli değildirler. Örneğin sistemde mutlaka bir mikrişlemci bulunur ve bu mikrişlemci başta ADC lmak üzere Veri Tplama Sistemi nin içindeki tüm bileşenler çalışmasını kumanda eder. Veri Tplama Sistemi mutlaka analgdan dijitale çevirdiği verileri bilgisayara aktarabilmelidir. Bu nedenle ethernet, USB ya da seri prt gibi bir iletişim ylundan veri transferi yapabilmelidir. Ana bilgisayar ile yapılacak veri aktarımından da mikrişlemci srumludur. Tamamen kendi başına çalışabilen kendi üzerine veri deplayabilen Veri Tplayıcılar (Data Lgger) da mevcuttur. Ancak bunlar da eninde snunda kendi sabit disklerinde depladıkları bilgileri aktarmak için ya bir iletişim ylu kullanırlar ya da USB flash bellek SD kart gibi deplama üniteleri vasıtası ile bu aktarım gerçekleştirilir. Veri tplama sistemlerinde kullanım ve üretim amaçlarına göre GPS, LCD/LED gösterge, dijital giriş çıkışlar gibi farklı farklı çevre birimleri de bulunur. Tüm bunların kntrlünden srumlu lan bileşen, veri tplama sistemi içindeki mikrişlemcidir.
Ayrıca veri tplama sistemlerinin çk önemli bileşenlerinden biri de Analg Sinyal İşleme devreleridir. ANALOG SİNYAL İŞLEME DEVRELERİ Analg sinyal işleme devreleri veri tplama sisteminin ADC si ile sensör arasındaki uyumu sağlamak ve gelen analg sinyali en uygun şekilde filtreleyerek en gürültüsüz şekli ile veri tplama sistemine aktarmaktan srumludur. Bu knudaki 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 labilir. Bu sensör yükü vltaja çevirir, ancak örneğin 2mV/V gibi bir çevirme ranına sahiptir. Bu şu anlama gelmektedir. Yük hücresine uygulanan uyarı vltajı başına yük hücresi en çk 2 mv çıkış üretebilmektedir. Bu yük hücresi 5 V ile uyarılırsa, 5V x 2mV/V = en yüksek yükte dahi (örneğin yük hücresinin tplam kapasitesi 100 tn ise 100 tnda) en çk 10 mv luk bir gerilim elde edilir. Ancak bu gerilim 0-10V arası çalışan bir ADC için çk küçük bir değerdir. O nedenle ADC nin 0-10 V arasındaki çözünürlüğük kullanılamamış ve çk kaba ölçümler yapılmış lur. Bunun için araya yükseltici devreler eklenir. Yükseltici devreler Analg Sinyal İşleme devrelerinin içinde lurlar. Örneğin 1000 kat yükselten bir devre lduğunu düşünelim. O zaman ADC ye gelen 10 mv önce 1000 ile çarpılır ve 10000 mv yani 10 V larak veri tplama sistemine ulaşır. Bu aşamadan snra ADC nin tüm ölçüm çözünürlüğünde örnekleyebileceği bir değere ulaşılmış lur. Analg sinyal işleme devreleri bununla da kalmaz, sinyali gürültüden arındırır, filtreler, gerekirse fset vltajları ekleyerek seviyesini kaydırır, sensörün dğru bir şekilde beslenebilmesi için gerekli hassas vltaj ve akımı üretir, gerektiğinde AC sinyal ile DC sinyali birbirinden ayırır. Kısacası sensörü harekete geçirir ve ndan gelen analg sinyali Veri Tplama Sistemi için hazır hale getirir. İşte tüm bu nedenlerle bir veri tplama sisteminde sensör ile uyumlu Analg Sinyal İşleme devrelerinin ya da mdüllerinin lup lmadığını kntrl etmek çk önemlidir. Bu devreler farklı sensör grupları için farklı şekillerde labilir. Birden fazla gruba hitap eden daha genel amaçlı tasarımlar da vardır. Kimi Veri Tplama Sistemleri nde bunlar cihazın içine entegredirler. Bu şekilde maliyetleri daha düşüktür. Kimilerinde ise tamamen dışarıdan eklenirler ancak bu durum maliyeti yükseltebilir. Neden Analg Sinyal İşleme devrelerinin bulunup bulunmadığının bir başka deyişle sensör ile Veri Tplama Sistemi arasında bir uyum lup lmadığının baştan saptanması çk önemlidir? Çünkü bu mdüller snradan ekleneme çalışıldığında maliyetleri çk arttırabilir. Örneğin 1000 TL lik bir veri tplama sistemi ile 3000 TL lik başka bir veri tplama sistemini ele alalım. 1000 TL lik sistem başta çk uygun maliyetli gelebilir, ancak sensör için gerekli analg sinyal işleme devrelerinin mevcut lmadığı anlaşıldığında snradan örneğin 8 kanal için kanal başına eklenmesi gereken 500 TL lik mdüller eklendiğinde 1000 TL lik sitemin değeri bir anda 5000 TL ye çıkarak 3000 TL lik sistemi geride bırakabilir. Örneğin çğunlukla çk uygun maliyetli gibi görünen veri tplama kartlarında genelde standart vltaj ve akım ölçümlerinin dışındaki analg sinyal işleme devreleri mevcut değildir.
Veri Tplama Örnek Akış Şeması Electrnic Nise: The Dark Side f Electrnics?
Çözünürlük Herşey mi? Ya Gürültü? - S N R Bir veri tplama işleminde hassasiyet genelde Analg Dijital Çevirici nin çözünürlüğü ile dğru rantılı gibi görünür. Aslında aralarında kuvvetli bir ilişki lduğu da dğrudur. Ancak hassasiyet anlamında yüksek çözünürlük her şey demek değildir. Sensörden gelen sinyaller eğer çk temiz lsaydı, üzerlerinde hiç gürültü lmasaydı, tek belirleyici nu dijitale çeviren ADC nin çözünürlüğü labilirdi. Ancak gerçek hayatta durum hiç de böyle değildir. Her analg sinyalin üzerinde, ama az, ama çk mutlaka bir gürültü mevcuttur. Bu gürültünün bir kısmı sensörün iç yapısından kaynaklanırken bir kısmı kabllardan taşınma sırasında rtamda buluna elektr-manyetik dalgalar tarafından eklenmektedir. Analg sinyal ne kadar krunmaya çalışılırsa çalışılsın, ne kadar dğru yöntemler uygulanırsa uygulansın, tpraklamalar dğru yapılmış, kabllar dğru ve ekranlı kullanılmış lursa lsun, mutlaka kaçınılamayacak byutta bir gürültü analg sinyalin üzerinde mevcut lacaktır. Örneğin gerçekten 22 bit çözünürlükte çalışan bir veri tplama sistemine sinyalin gürültüsüne ranı en fazla 16 bit lan bir sensör bağlanmış lsun. Veri tplama sistemi 22 bitte örnekler üretecektir ancak bunun 16 bitten daha snrası sadece sensörde gelen gürültünün ölçülmesi dlayısıyla bşa giden bir kısım lacaktır. Sistemlerde elde edilecek anlamlı sinyaller, kaçınılamayan gürültüye ranlanır ve bu değere SNR yani signal t nise rati yani sinyalin gürültüye ranı adı verilir. Bu değer genelde desibel larak ifade edilebilir ve ne kadar yüksekse sinyal kadar daha anlamlıdır, temizdir. Hem veri tplama sistemlerinde hem de sensörlerde SNR dan bahsedilebilir. Dğal larak bu değer ne kadar artar sistem kadar hassasiyet kazanırsa maliyeti de artar. O nedenle dğru ölçüm için dğru çözünürlük, dğru SNR, sensör ve veri tplama sistemi arasında bu parametrelerdeki uyum çk önemlidir. Etkili çözünürlük (effective reslutin) da başka önemli bir parametredir. Veri tplama sistemi genel larak 24 bir larak tanımlasa dahi muhtemelen gerçekte hiçbir zaman tam larak 24 bitte çalışamaz. İçinde kullanılan ADC 24 bit labilir ancak bu ölçüm kalitesinin 24 bite çıkacağı anlamına gelmez. O nedenle veri tplama sistemleri sn haline geldikten snra etkili çözünürlükleri ölçülür ve teknik özelliklerinde belirtilir. Seçimde rl ynayan çözünürlükten çk etkili çözünürlüktür. Gürültü (Nise) kimi zaman Dark Side f Electrnics (Elektrniğin Karanlık Yüzü) larak da adlandırılmıştır. Her ne tanımlı bileşenleri lsa da terik larak yapılan tasarım ve çözümler her zaman pratiğe yansımamaktadır. Gürültünün dğru bir şekilde anlaşılması ve ele alınması için gerek veri tplama sistemi gerekse sensör üreticileri büyük bir bilgi birikiminden ve deneyimlerden yararlanırlar. Bu nedenle bir mikrişlemci ile bir analg dijital çeviricinin bir araya getirilmesi Veri Tplama Sistemi luşacağı anlamına gelmez. Çk byutlu bir sistem tasarımı şarttır.
Örnekleme Hızı Dğru veri tplama sistemini seçmek için karar verilmesi gereken en önemli parametrelerden bir de örnekleme hızıdır. Testin türüne göre örnekleme hızı saate 1 veri gibi çk yavaş hızlara da düşebilir, saniyede birkaç veri gibi rtalama hızlarda kalabilir, saniyede binlerce ya da milynlarca verilere kadar yükselebilir. Yavaş değişen parametrelerde, örneğin çevresel ya da iklimsel veriler tplanırken, saatte ya da günde bir veri yeterli labilir. Yüklemelerin yavaş yapıldığı genelde quasi-statik tabir edilen yaygın inşaat mühendisliği testlerinde saniyede1-2 veri genelde yeterli lur. Daha hızlı, deprem mühendisliği dinamik testlerinde 1000 örnek/saniyeye kadar hızlar kullanılır, patlama ya da balistik testlerde ise patlama basıncını yakalayabilmek için saniyede milynlarca örneğe ihtiyaç duyulabilir. Veri tplama ya da örnekleme hızından bahsedilirken 2 farklı birim kullanılabilir. Birincisi örnek/saniye birimidir. İkincisi ise Hz(Hertz) dir. Hz bir frekans birimidir ve bir layın saniyede kaç kez gerçekleştiğini gösterir. 250 örnek/saniye, 250 Hz ile aynı anlama gelir. İkisi de saniyede 250 veri tplandığını anlatır. Örneğin 1,5 MHz ise saniyede 1.500.000 veri tplanabileceği anlamına gelir. Veri tplama hızı testi yapacak araştırmacının mutlaka üzerinde dikkatlice düşünmesini gerektiren bir knudur. Bu knuda sıklıkla kafa karıştıran 2 lgu vardır. Birincisi, bu bahsedilen hız, kanal başına lan hız mıdır, yksa çk kanallı, örneğin 16 kanallı bir sistemde sistemin tplam hızı mıdır? İkincisi ise çk kanallı bir sistemde yüksek hızda tplanan veriler eş zamanlı mıdır? Aslında bu srular bir miktar birbiri ile bağlantılıdır. Çk kanallı veri tplama sistemlerinin tasarımında genelde 2 farklı yaklaşım vardır. Birincisinde tek bir ADC(Analg Dijital Çevirici) kullanılır. Kanallar sırasıyla bu ADC nin girişlerine kısa devre yapılarak kuma yapılır. Bu yönteme genelde tarama(scanning) adı verilir. Diğer yaklaşımda ise her kanal için ayrı bir ADC kullanılır. Bu yaklaşımda senkrnizasyn da gerçekleştirilirse eş zamanlı kuma alınabilir. Yani tüm kanallar zaman içinde tam larak aynı anda örneklenebilir. Örneğin mdal analiz çalışmalarında, bu çk önemli bir durumdur. Tekrar başta anlatılan kafa karışıtıran lgulara dönmek gerekirse, 32 kanallı bir veri tplama kartının hızı örneği teknik açıklamalarında 250 khz larak bahsediliyr lsun. Diğer bir veri tplama cihazında ise eş zamanlı kanal başına 16 khz örnek tplanabiliyr lsun. İlk bakışta ilk veri tplama kartı daha hızlı görünebilir. Ancak ilk kart eğer sistemin tplam hızı 250 khz ise, 32 kanaldan birden örnek tplandığında, kanal başına örnekleme hızı, 250/32=7.8 khz e düşecektir. Bu durum gerçekleştiğinde 2. Cihaz daha hızlı ve yüksek perfrmanslı çalışacaktır. Tüm bunlara dikkat ederek seçim yapmak önemlidir, çünkü örnekleme hızı ve eş zamanlılık hem alınacak cihazın maliyeti üzerinde çk etkilidir, hem de veri tplama hızı ne kadar yavaşlarsa çözünürlüğün ve hassasiyetin kadar yükseltilmesi mümkün labilir. Veri Tplama Sistemi Nasıl Seçilir? O zaman bir araştırmacı veri tplama sistemi seçerken şu sruları mutlaka srmalıdır: 1- VTS benim sensörüm ile uyumlu mu? 2- Dğru analg sinyal işleme devreleri mevcut mu? 3- Analg sinyal işleme kısmı veri tplama sistemi içinde mi, yksa ayrıca almam gerekiyr mu? 4- VTS benim sensörümü besleyip ndan çıkan sinyali ölçecek aralıkta çalışabiliyr mu? 5- Çözünürlüğü yeterli mi? Yksa aşırı mı fazla, nedenle mi fiyatı yüksek? 6- Veri tplama hızı benim testim için yeterli mi, yksa çk mu fazla,?
7- Veri tplama sistemimin hızı sensörümün tepki süresi ile uyumlu mu? 8- Uyumsuzluk varsa yeni bir VTS mi seçmek gerek, yksa yeni bir sensör mü? 9- Eş zamanlı örneklemeye ihtiyacım var mı? VTS seçerken bu sruların srulması gerektiğini söyledik ancak dikkat edilirse çğunda sensöre bağlı bir durum var. O zaman önce sensörü mü seçilmelidir? Bu srunun yanıtı kadar basit değil. Amaç, test ve ölçüm sistemimizin tamamını dğru tasarlamak. Ama bu her zaman dğru sensör seçimi ile de başlamayabilir. Aslında bu bir iterasyn sürecidir. Araştırmacı öncelikle dğru ve yeterli veri tplamayı hedeflemelidir. Snra, buna için en uygun maliyetli çözümü yakalamaya çalışır. Ancak, çözüm tek başına ne Veri Tplam Sistemi nden ne de sensörden ibarettir. Çünkü maliyet genelde ikisinin tplamıdır. Elindeki mevcut sensörleri de kullanmayı tercih edebilir. Ancak sensör teknljisinin çk hızlı ilerlediği unutulmamalıdır. Bazen mevcut sensörleri kullanmaya çalışmak yeni bir sensör VTS uyumu yakalamaktan daha maliyetli labilir. Araştırmacı kafasındaki iterasyn sürecini, düşündüğü çözümleri mutlaka tedarikçilerine aktarabilmeli, mümkünse yüzyüze değerlendirmeler yapabilmelidir. Tedarikçilerden aldığı teknik bilgileri, yeni önerileri ve maliyetleri harmanlayarak 1-2 iterasyn süreci snucunda dğruya en yakın çözüme ulaşılır. Örneğin Teknik Destek Grubu ve TESTART ın yaptığı çalışmalarda bu süre 1-2 saat ile 1 hafta arasında değişebilmektedir.