تحصيل الإشارة (منظومات-)

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

تحصيل الإشارة (منظومات-)

تحصيل اشاره (منظومات)

Signal acquisition systems -

فواز مفضي

الإشارات	منع التزييف preventing aliasing
بطاقات التحصيل القابلة للوصل بالحاسوب	الاستطلاع البرمجي software polling
أنواع المبدلات التمثيلية-الرقمية ADCs	الاعتيان بأمر خارجي external sampling
آلية إدخال القيم للحاسوب	الاعتيان بالمسح المستمر continuous scanning
المواصفات التمثيلية الأساسية basic analog specifications	الاعتيان بالمسح متعدد السرع multirate scanning
برمجيات تحصيل البيانات	الاعتيان بالمسح المتزامن simultaneous sampling
أخذ العينات وأهميته في نظم التحصيل	الاعتيان بالمسح بفترة زمنية interval scanning

يُعرَّف نظام تحصيل الإشارة signal acquisition system بأنه نظام إلكتروني، مهمته قياس الإشارات الفيزيائية الموجودة في العالم الحقيقي وتسجيلها. تحوّل المقادير الفيزيائية للإشارات إلى مقادير كهربائية (جهد/تيار/شحنة) بواسطة حساسات قبل تخزينها في حاسوب أو وسط تخزين. تحتوي بطاقة التحصيل على مجموعة حساسات مختلفة أو متشابهة النوع، ومكيفات إشارة conditioners signal، ودارات ترابط بينية interface، وبرمجيات software .

يبدأ تحصيل الإشارة بالحسّاسات sensors أو محولات الطاقة transducer؛ وهي أدوات تولِّد إشارات كهربائية عند تعرضها لظاهرة فيزيائية مثل الحرارة والإزاحة وقوة الضوء وغير ذلك. وتعود الحاجة إلى تكييف إشارة القياس إلى تجهيزها وتحويلها إلى مكافئها الرقمي بواسطة بطاقة التحصيل acquisition card القابلة للوصل مع الحاسوب، أما البرمجيات فتتحكم بنظام التحصيل ووظيفته: تحصيل المعلومات القابلة للقياس وتحليلها وتمثيلها. يبين الشكل (1) مخططاً توضيحياً لنظام التحصيل وحاسوباً لتنفيذ برمجيات التشغيل.

الشكل (1) مخطط توضيحي لنظام تحصيل الإشارة، وحاسوب لتنفيذ برمجيات التشغيل.

الإشارات

تُعرّف الإشارات signals بأنها مجموعة أحداث فيزيائية ذات مطال ثابت أو متغير مع الزمن، وتحمل معلومات مفيدة. ومن المهم معرفة العلاقة - مسبّقاً- بين الإشارة الممثلة للمقادير الفيزيائية والمقدار الفيزيائي، وأيضاً معرفة المعلومات المتوفرة في هذه الإشارة والتي تكون ممثلة بأحد معاملاتها، مثل مطال الإشارة وشكلها ودورها ومعدل تكرارها وعرض نبضتها وفرق الطور، وغير ذلك.

تؤدي طبيعة الإشارات الفيزيائية دوراً مهماً في تصميم نظم التحصيل، فجميع الإشارات أساساً هي إشارات تمثيلية analog متغيرة مع الزمن باستمرار؛ لذا تراقب دائماً، كما أن لسرعة تغيرها أهمية في اختيار المواصفات التقنية لنظم التحصيل، وتساعد معرفة طبيعة الإشارة المكافئة للمقادير الفيزيائية المقيسة أو المتحكم بها على اختيار نظام التحصيل المناسب.

بطاقات التحصيل القابلة للوصل بالحاسوب

تُعدّ بطاقة التحصيل القابلة للوصل بالحاسوب Plug-In DAQ Boards عنصراً أساسياً في نظم القياس والتحكم والمراقبة، حيث توصَّل مباشرة بمنافذ الحاسوب الشخصي المتوفرة. وتُعدّ معظم بطاقات التحصيل القابلة للربط بالحاسوب الشخصي دارات إدخال وإخراج متعددة الوظائف، وهذه البطاقات تحوي مبدلات تمثيلية - رقمية Analog to Digital Converters (ADC)، ورقمية - تمثيلية Digital to Analog Converters (DAC)، وخطوط إدخال وإخراج I/O، وعدادات ومؤقتات.

وتؤدي مبدلات الإشارة ADCs والـ DACs وظيفة توليد إشارات جهد رقمية وتمثيلية مكافئة لدخلها، وتتحسس وتتحكم خطوط الإدخال والإخراج I/O بالإشارة الرقمية. وتساعد المزايا المتعددة والمرنة لنظم التحصيل ذات الأغراض العامة على جعلها مفيدة لمجال واسع من التطبيقات الهندسية.

تُستخدم نظم التحصيل متعددة الأغراض في قياس الإشارات التمثيلية باستخدام مبدل تمثيلي رقمي ADC، وهي تحول مطال الجهد أو التيار التمثيلي إلى رقم مكافئ مرمّز بنظام اثناني. يشكل الناخب التمثيلي multiplexer (MUX)، ومضخم القياس، ودارة آخذ العينات sample-and-hold (S/H)والمبدل ADC الأجزاء الأساسية لمرحلة الدخل التمثيلية لنظام التحصيل المتعدد الأغراض (الشكل 2).

الشكل (2) مخطط صندوقي لبطاقة التحصيل القابل للربط بالحاسوب الشخصي.

يحوي نظام التحصيل عادة مبدلاً ADC وحيداً، وتكون وظيفة الناخب التمثيلي وظيفة مساعدة لقياس عدة قنوات وإدخالها إليه، يختار الناخب قناة وحيدة للتعامل معها من ضمن مجموعة القنوات، ويمرر الإشارة إلى مضخم القياس (مكيف الإشارة) وآخذ العينات.

تقدم نظم التحصيل عادة 16 مدخلاً أو ثمانية مداخل تفاضلية، قابلة للتوسيع باستخدام دارات إضافية للناخب.

توفّر مضخمات (مكبرات) القياس amplifiers تضخيماً لدخل تفاضل وربحاً قابلاً للاختيار يدوياً أو برمجياً. يمكن استخدام مضخم وحيد في بطاقة التحصيل، ربحه قابل للتغيير وبمجالات متنوعة.

يجب أن يحافظ خرج المضخم على جهد ثابت القيمة باستخدام آخذ عينات؛ بحيث لا يتغير الجهد خلال عملية تحويل الإشارة في المبدل ADC إلى مكافئها الرقمي، ثم ترسل هذه الإشارة إلى ذاكرة الحاسوب الشخصي للحفظ. وثمّة عدد من المواصفات المهمة لعملية التبديل التمثيلي الرقمي، والأهم هو عدد بتات Bits المبدل، الذي يحدد عدد قيم الخرج الثنائية الممكنة للمبدل، على سبيل المثال: مبدل بـ 12 بت سيعطي في خرجه إحدى القيم الثنائية من أصل 4096 قيمة ثنائية ممكنة، زيادة عدد بتات المبدل يعني مَيْزاً resolution أكبر للمبدل ADC، وأيضاً تمييزية أكبر للقياس، والتمييزية هي المقدار الأصغر من تغير يمكن للمبدل ADC أن يتحسس له ويكشفه، ويُعبَّر عن التمييزية بعدد بتات المبدل.

تتحدد أيضاً تمييزية التبديل التمثيلي- الرقمي بمجال الدخل للمبدل ADC والربح، عادةً تملك بطاقات التحصيل مكبراً للإشارة التمثيلية قبل عملية التبديل، حيث يُستخدم التكبير للإشارات المنخفضة المستوى بحيث يصبح التحصيل أكثر تمييزية.

يحدد مجال الدخل للمبدل ADC وربح المكبر وعدد بتات المبدل المَيْزية الدنيا للقياس؛ على سبيل المثال: بفرض إشارة منخفضة المستوى في المجال حُصِّلت باستخدام مبدل ADC 12بتّاً ومجال دخله 10V، وإذا كان ربح المكبر 100؛ فإنّ المَيْز الناتج يعطى بالعلاقة (1):

(1) الميز= المدى/(الربح * 2n)= 10/ (100*122)=

وأما الموصّف المهم في عملية الرقمنة؛ فهو سرعة التبديل، ويسمى معدّل أخذ العينات، ويجب أن يكون التبديل من تمثيلي إلى رقمي قادراً على أخذ عينة أخذاً سريعاً وقياس خصائص الإشارة قياساً دقيقاً، ولتحقيق ذلك يجب على المبدل ADC أن يبدل الإشارة بسرعة.

في حالة الحاجة إلى مسح قنوات متعددة بواسطة الناخب التمثيلي ثمة عوامل أخرى تؤثر في أداء النظام؛ فمثلاً يجب أن يستقر المكبر لتحقيق الدقة المطلوبة قبل حدوث عملية التبديل. وأغلب المكبرات ذات الربح العالي غير قادرة على الوصول إلى الاستقرار عندما يمسح المبدل القنوات بسرعة كبيرة، ولمنع حدوث مثل هذه الحالات من الأفضل اختيار بطاقة تحصيل ذات زمن استقرار منخفض، خاصة من أجل معدلات تغير ربح وأخذ عينات مناسبة للتطبيق المطلوب.

أنواع المبدلات التمثيلية-الرقمية ADCs

تستخدم بطاقات التحصيل أنواعاً مختلفة من المبدلات ADCs، مثل:

مبدل التقريب المتتالي successive approximation ADC، ويمتاز بسرعة جيدة ومَيْز عالٍ بأقل كلفة، ويُعدّ هذا النوع الأكثر انتشاراً.
مبدل يجزئ المجال Subranging، ويدعى أيضاً بنصف الومضيّ half-flash إذ يبدي سرعة عالية للتحويل مع معدل أخذ عينات يصل إلى عدة ملايين عينة في الثانية.
مبدل سيغما دلتا sigma-delta؛ ويستخدم معدلات أخذ عينات عالية جداً وميزاً عالياً جداً، وبخطّية تُعدّ الفضلى.
مبدل تكاملي integrated يمتاز بمَيز عالٍ، ورفض جيد للضجيج، وبمعدل أخذ عينات منخفض نسبياً.

المبدلات الومضية Flash ADCs قادرة على تحقيق معدل أخذ عينات عالٍ جداً، ولكن بميز منخفض. يبين الجدول (1) مقارنة لخصائص الأنواع المختلفة للمبدلات وأهم مزاياها.

الجدول (1)

النوع	الميزات	المواصفات
التقريب المتتالي	ميز عالٍ سرعة عالية تصميم سهل	معدل أخذ العينات 1.25 MS/s ميز 12 bit معدل أخذ العينات 200 KS/s ميز 16 bit
تجزيء المجال	سرعة عالية	معدل أخذ العينات 1 MHz ميز 12 bit
سيغما-دلتا	ميز عالٍ خطية ممتازة مضاد أحياز مضمن تقانات حديثة	معدل أخذ العينات 48 KHz ميز 16 bit
التكاملي	ميز عالٍ ميز إلغاء/رفض جيد للضجيج تقانات معروفة	معدل أخذ العينات 15 KHz
الومضية	السرعة العليا تقانات معروفة	معدل أخذ العينات 125 MHz

آلية إدخال القيم للحاسوب

في بطاقة التحصيل النموذجية ينتقل الناخب بين المداخل التمثيلية، وتمر الإشارة التمثيلية من القناة المنتخبة بواسطة الناخب إلى مكبر قابل للبرمجة، فيكّبر مطال الإشارة. وبعد عملية التكبير يمسك آخذ العينات بإشارة تمثيلية ثابتة؛ بحيث يمكن للـمبدل ADC أن يتمم التبديل لإشارة الدخل من الشكل التمثيلي إلى الشكل الرقمي.

يقوم نظام التحصيل بوضع القيمة الرقمية في عازل buffer يدعى الأول في الدخول – الأول في الخروج First In First Out (FIFO) بحيث لا تفقد المعلومات الرقمية؛ إذا لم تُرسَل مباشرة إلى ذاكرة الحاسوب. ويصبح وجود العازل مهماً جداً في ظروف التشغيل في ظل نظام تشغيل يحوي العديد من المقاطعات، مثل نظام Microsoft Windows.

المواصفات التمثيلية الأساسية basic analog specifications

تُعدّ المواصفات التالية من أهم المواصفات عند اختيار نظام التحصيل: عدد قنوات بطاقة التحصيل، معدل أخذ العينات الأعظمي، الميز، مجال الدخل، وأخيراً الربح. ويحدد عدد القنوات الموجودة على مداخل الناخب بطريقتين: مداخل تفاضلية أو مداخل ذات نهايات وحيدة Single-ended inputs. وتملك المداخل التفاضلية نقاطاً مرجعية مختلفة من أجل كل قناة، وهي ليست نقطة تأريض بطاقة التحصيل، والفائدة المرجوة هي توفير مناعة عالية ضد الضجيج، في حين أن المداخل ذات النهاية الوحيدة تملك مرجعية مشتركة هي نقطة تأريض بطاقة التحصيل، ولكنها لا تتمتع بخاصية المناعة ضد الضجيج، مثل المداخل التفاضلية. وتستخدم المداخل وحيدة النهاية في الحالات التالية: عدد القنوات كبير، مطال الإشارة عالٍ (أكبر من 1فولط)، أسلاك توصيل الإشارة قصيرة بين منبع الإشارة ومدخل بطاقة التحصيل (طولها أقل من 5م)، اشتراك كل المداخل بمرجعية واحدة. وتحوي بعض نظم التحصيل مداخل شبه تفاضلية pseudo-differential، حيث تملك كل المداخل مرجعية مشتركة، ولكن ليست هي نقطة تأريض بطاقة التحصيل (التأريض)، وبطبيعة الحال سيكون لهذا النوع من بطاقات التحصيل ميزة العدد الكبير من القنوات، وميزة المناعة العالية ضد الضجيج.

تبقى المداخل التفاضلية أفضل من المداخل شبه التفاضلية ولا سيما في البيئات الصناعية؛ لما تتمتع به من مناعة عالية ضد الضجيج.

تحدد سرعة التبديل من إشارة تمثيلية إلى رقمية معدل أخذ العينات، وعند التعامل مع إشارات متناوبة Alternating Current (AC) فإن معدل أخذ العينات يجب أن يكون أعلى من ضعفي إشارة تردد الدخل الأعظمي على الأقل. أما في حالة الإشارات المستمرة Direct Current (DC)؛ فإن زيادة معدل أخذ العينات سيسمح لمتوسط القيم المقيسة بزيادة دقة قياس الإشارة وتخفيض الضجيج.

إذا كانت المقادير الفيزيائية ممثلة بإشارات مستمرة DC متعددة؛ تُستخدم نظم تحصيل مسحاً بفواصل زمنية interval scanning، حيث تُمسح كل قنوات الدخل خلال فترة زمنية واحدة، ويكون ذلك عادة بأسرع معدل أخذ عينات ممكن لنظام التحصيل والفترة الزمنية الثانية، والتي تكون عادة أبطأ، ويحدَّد الزمن قبل تكرار المسح. يعطي المسح خلال فترة زمنية أثر المسح المتزامن نفسه لإشارات ذات سرعة تغير بطيئة من دون الحاجة إلى إضافة دارات دخل توفر مسحاً متزامناً حقيقياً.

تُعدّ بعض مواصفات نظم التحصيل مضللة عند تقييم خاصية الميز، حيث لا تؤخذ في الحسبان اللاخطية والضجيج؛ ومن ثمّ لاتعطي المعلومات اللازمة لتوصيف الميز توصيفاً دقيقاً للنظام. في حين يعطي ميز بطاقة التحصيل التي تجمع زمن الاستقرار، واللاخطية التكاملية Integral Non Linearity (INL) واللاخطية التفاضلية Differential Non Linearity (DNL)، والضجيج صورة أفضل لتقييم أداء بطاقة التحصيل.

يحدد مجال الدخل وربح المكبر مستوى الإشارة الواجب وصله لنظام التحصيل، وعادة يعطى كلٌّ من ربح المكبر ومجال الدخل منفصلين، ويحدد هذان المقداران (مجال الدخل والربح) مجال مستوى إشارة الدخل التي يمكن للنظام أن يستقبلها، أي (العلاقة 2):

مجال إشارة الدخل الفعلي = المجال/الربح

على سبيل المثال: إذا استُخدمت بطاقة تحصيل بمجال دخل ، وربح مقداره2 ؛ فهذا يعني أن مجال إشارة الدخل الحقيقي هو . وفي حالة اختلاف مجالات إشارات الدخل يجب استخدام بطاقة تحصيل ذات ربح مختلف لكل قناة.

برمجيات تحصيل البيانات

تُعدّ البرمجيات الجزء الأهم في نظام تحصيل البيانات؛ حيث يقوم مستخدمو نظم التحصيل ببرمجتها بطريقتين مختلفتين: برمجة على مستوى المسجل بواسطة سواقة ذات مستوى عالٍ، وبرمجة على مستوى مسجل للدارة board register-level programming.

والبرمجيات في هذه الطريقة ليست من المصنع، بل يدخلها المستخدم بالاعتماد على برمجة عدد من المسجلات الرقمية التي تتحكم بتشغيلها لغة برمجة معيارية بتشغيلها مثل C++, C Visual BASIC، لكتابة برامج تتحكم بعمل بطاقة التحصيل، وعلى الرغم من المرونة العالية في الاستخدام؛ فإنها صعبة جداً ومستهلكة للــوقت وخـاصة للمبرمجين المبتدئين؛ إذ يجب على المبرمج أن يعرف كل التفاصيل عن برمجة الدارات بما في ذلك نظم التحصيل، ومتحكم المقاطعة للحاسوب الشخصي، ومتحكم النفاذ المباشر Direct Memory Access (DMA)، وذاكرة الحاسوب الشخصي.

البرمجة عن طريق مكتبة برامج driver software

تعتمد هذه الطريقة على مكتبة من البرامج الجزئية الجاهزة التي يمكن استدعاؤها من لغة برمجة معيارية. يوفّر استدعاء البرنامج الجزئي واجهة تعامل عالية المستوى للتحكم بوظائف معيارية للبطاقة. البرنامج SCAN-OP: على سبيل المثال يضبط ويعطي القيم الابتدائية، ويقوم بتشغيل نظام التحصيل بطريقة مسح قنوات متعددة لعدد محدد مسبّقاً من النقاط. ويعمل هذا التابع على تحديد المعاملات التي تشير إلى قنوات النظام الواجب مسحها، وكذلك ربح المكبر الواجب استخدامه، ومعدل أخذ العينات، والعدد الكلي لنقاط البيانات الواجب تجميعها، وتوفّر هذه الطريقة وظيفة واحدة لبرمجة نظام التحصيل، ومتحكم النفاذ المباشر للذاكرة DMA، ومتحكم المقاطعات، ووحدة المعالجة المركزية لمسح القنوات كما هو مطلوب.

أخذ العينات وأهميته في نظم التحصيل

يملك أي نظام تحصيل وظيفة جمع المعلومات عن الإشارات التمثيلية، ولعمل ذلك تقوم البطاقة بتحصيل قيم عند لحظات زمنية معيّنة، وكل عينة تحوي معلومات عن الإشارة عند هذه اللحظة الزمنية، ولدى معرفة زمن كل تبديل وقيمة العينة يمكن إعادة بناء الموجة المرقمنة وتحليلها وإظهارها.

ثمة طريقتان لأخذ العينات: أخذ العينات في الزمن الحقيقي Real-Time Sampling (RTS)، وهو الأكثر استخداماً ويناسب الإشارات اللادورية ذات الترددات المنخفضة (سيركز عليها)، وأخذ عينات في الزمن المكافئ Equivalent Time Sampling (ETS)، وهو مناسب للإشارات الدورية المستقرة نسبياً من حيث التردد (التواتر).

في طريقة RTS يقوم نظام التحصيل بأخذ عينات متعاقبة لكامل الإشارة كما في الشكل (3)، ووفقاً لنظرية نايكويست Nyquist لمنع التزييف يجب أخذ العينات بمعدل أكبر بمرتين على الأقل من تردد الإشارة المراد تقطيعها، وتعبّر ظاهرة التزييف aliasing عن ظهور مركّبات ذات تردد منخفض عند أخذ عينات بمعدل منخفض.

الشكل (3) منحنيات الإشارات لأخذ العينات في الزمن الحقيقي.

على سبيل المثال: بفرض تردد أخذ العينات هو 100Hz، والإشارة المراد رقمنتها تحوي مركّبات ترددية: 25 و70 و160 و510 Hz، كما في الشكل (4)، ويعطى طيف إشارة الدخل بعد تقطيعها كما في الشكل (5).

الشكل (4) طيف الإشارة المراد رقمنتها.

الشكل (5) طيف الإشارة المراد رقمنتها مع الترددات المزيفة.

وتظهر في الشكل (5) الترددات ذات المستوى الأقل من 5 Hz بشكل صحيح، أما الترددات العليا؛ فتظهر لها مركّبات مزيفة؛ على سبيل المثال f1 يستعاد بشكل صحيح، في حين f2 و f3 و f4 سيكون لديها ترددات مزيفة 30 و40 و10 Hz على الترتيب.

ويمكن حساب تردد التزييف الظاهر بالعلاقة (3):

(3)	تردد التزييف الظاهر= القيمة المطلقة للفرق بين أقرب مضاعف صحيح لتردد الاعتيان وتردد الدخل.

وبتطبيق العلاقة (3) تُلاحظ الترددات المزيفة:

منع التزييف preventing aliasing

يمكن منع التزييف باستخدام مرشحات توضع عند دخل نظم التحصيل، وهذه المرشحات تعمل على عدم تمرير الترددات الأعلى من تردد نايكويست (أي نصف معدل أخذ العينات). والمرشح المفضل هو الذي يستثني كل الترددات ذات المستوى الأعلى من تردد نايكويست في جميع الأحوال، وفي العديد من التطبيقات يكون المرشح غير الفعال أحادي القطب أو ثنائيه مفيداً، إنّ زيادة معدل أخذ العينات بخمس مرات أو عشر، واستخدام مرشحات منع التزييف يُعدّ أمراً مهماً.

كما يمكن استخدام مرشحات فعالة لمنع التزييف بترددات قطع قابلة للبرمجة وذات تخميد حاد للترددات ذات المستوى الأعلى من تردد القطع. وبما أن هذه المرشحات تبدي مجالاً حاداً جداً roll-off؛ فيمكن لنظام التحصيل أخذ عينات لإشارات ذات تردد أعظمي أكبر بمرتين أو ثلاث مرات من تردد قطع مرشح منع التزييف. يظهر الشكل (6) تابع تحويل مرشح عالي الجودة لمنع التزييف.

الشكل (6) تابع التحول لمرشح منع تزييف عالي الجودة.

لإعادة بناء الموجات المرقمنة تُستخدم القيم الرقمية للعينات في لحظات زمنية متباعدة، ويمكن أن يغفل التقطيع عن قيم للإشارة ذات معنى في الفترة الفاصلة بين عينتين، وثمّة طرائق تقطيع متعددة لحل مثل هذه المشاكل، منها: الاستطلاع البرمجي، التقطيع الخارجي، المسح المستمر، المسح متعدد السرع، التقطيع المستمر، المسح المتزامن، المسح بفترة زمنية، مسح بتغيرات مستمرة لمعدل أخذ عينات.

الاستطلاع البرمجي software polling

تستطلع حلقة برمجية إشارة توقيت، وتبدأ التبديل من تمثيلي إلى رقمي بواسطة أمر برمجي عند بداية اكتشاف إشارة التوقيت. ويمكن أن تنشأ إشارة التوقيت من إشارة الساعة الداخلية للحاسوب، أو من إشارة ساعة موجودة في نظام التحصيل، لكن من مساوئ الاستطلاع البرمجي عدم فائدته في التطبيقات البسيطة ذات القيم المتغيرة بسرعة منخفضة، مثل تغيرات درجة الحرارة.

يجب أن تكون الحلقة البرمجية سريعة سرعة كافية لاكتشاف إشارة التوقيت وقدح بدء التبديل، وإلا فسيكون مجال الارتياب -المعروف بالارتعاش jitter الذي يظهر بين العينات المتتابعة- كبيراً؛ مما يؤدي إلى تغيير شكل موجة الدخل الذي سيخفض دقة المبدل ADC.

بفرض وجود موجة جيبية كاملة ترددها 100Hz، ومطالها يتغير من 0V حتى 10V، كما في الشكل (7)، وحلقة الاستطلاع تأخذ لاكتشاف إشارة التوقيت وبدء التبديل؛ فإن مقدار الجهد لإشارة الدخل الجيبية سوف يتغيّر بمقدار 31mV، أو بعبارة أخرى: ، من أجل تشغيل ADC ذي الميز 12 بتّاً لمجال دخل مقداره 10V، وربح P1فإن تغيير البت الأقل أهمية Least Significant Bit (LSB) يمثل خطأ 22.4mV (العلاقة 4).

الشكل (7) شكل موجة جيبية لمثال توضيحي لعدد البتات الفعال.

ومن ثمّ خطأ الجهد الناجم عن الارتعاش هو 13 LSB (العلاقة 5):

هذا يمثل الارتياب لآخر أربعة بتات من المبدل ADC؛ ومن ثمّ الدقة الفعالة للنظام ليست 12 بتاً، بل ليست أكثر من 8 بتات.

الاعتيان بأمر خارجي external sampling

يعتمد بدء التبديل في بعض تطبيقات نظم التحصيل على حدث فيزيائي آخر يقدح عملية التبديل، يمكن أن يكون الحدث نبضة من مرمز ضوئي يقيس دوران أسطوانة مثلاً، وتؤخذ العينة في كل لحظه يولد فيه المرمز نبضة بعد عدد معيّن من دوران الأسطوانة. وتُعدّ عملية بدء التبديل المتحكم به خارجياً ذات مزايا عديدة عند قياس إشارات يكون حدثها متعلقاً بظاهرة فيزيائية ما.

الاعتيان بالمسح المستمر continuous scanning

عندما يقوم نظام التحصيل بعمله فإن عناصر من نظام التحصيل تشارك في تبديل الإشارة التمثيلية إلى رقمية، هذه العناصر تضم الناخب والمكبر حافظ العينات والمبدل ADC، عند تحصيل البيانات من عدة قنوات للدخل فإن الناخب يوصل كل إشارة إلى والمبدل ADC وبمعدل ثابت. وتُعرف هذه الطريقة بطريقة المسح المستمر، وهي أقل تكلفة من استخدام مكبر ومبدل لكل قناة. يُعدّ تنفيذ المسح المستمر سهلاً وبسيطاً، ولكن لا يمكن لهذه الطريقة أخذ العينات المتعددة بتزامن؛ لأن الناخب يتنقل بين القنوات؛ وهناك فارق زمني يحدث بين أي عينتين لقناتين متتابعتين. يناسب المسح المستمر التطبيقات التي تملك معلومات غير مهمة بين أي عينتين متعاقبتين من الإشارة نفسها، أو في حال كانت الفترة الزمنية بين تحصيل قناتين متجاورتين مهملة بالمقارنة بسرعة مسح القناة.

إذا كانت العينات موجودة بحيث يتولد من عينتين قيمة ثالثة فإن المسح المستمر سيقود إلى أخطاء كبيرة. يبين الشكل (8) قناتين يطبق عليهما المسح المستمر، وتضاف قيمة الأولى إلى الثانيه لتوليد القيمة الثالثة، ويُلاحظ أن الإشارات جيبية متعامدة؛ وأن مجموع الإشارات يجب أن يساوي الصفر، ولكن بسبب زمن التفاوت بين العينات ستنتج إشارة سن المنشار.

الشكل (8) تحصيل عينتين بالمسح المستمر مع وجود تفاوت زمني 90 درجة.

الاعتيان بالمسح متعدد السرع multirate scanning

في هذه الطريقة تُمسَح القنوات المتعددة بسرعات مختلفة، وهي حالة أكثر عمومية من المسح المستمر. ويُعتمد على هذه الطريقة -أي المسح بسرع مختلفة- لتقليل مقدار سعة الذاكرة للعازل المطلوب لتخزين الإشارات المحصلة. ويمكن استخدام ADC مستقل لكل قناة من أجل المسح متعدد السرع، ولكن هذه الطريقة مكلفة؛ لذلك يستخدم ADC واحد فقط يخزن في مسجلات البرنامج معدل المسح لكل قناة.

على سبيل المثال: بفرض وجود نظام يمسح القنوات من 0 حتى 3 عند معدل 10 kS/s، وقناة 4 عند معدل 5 kS/s، والقناة 5 حتى 7 عند معدل المسح الأساسي -هو 1kS/s- تمسح القنوات من
0 حتى 3، وتحصل بمعدل المسح الأساسي، أما معدل المسح من أجل القناة الرابعة فيقسم على 2؛ أي معدل 5 من أجل قنوات 5 حتى 7 يقسم بالمقدار 10، أي معدل 1 kS/s.

الاعتيان بالمسح المتزامن simultaneous sampling

يستخدم الاعتيان بالمسح المتزامن للتطبيقات التي تكون فيها العلاقة الزمنية بين إشارات الدخل مهمة، مثل تحليل الطور لإشارات متناوبة AC؛ فإن التقطيع المتزامن هو المستخدم. تكون بطاقات التحصيل قادرة على التقطيع المتزامن مستخدمة مكبرات مستقلة وآخذ العينات لكل قناة مع ناخب تمثيلي يوصلها إلى مبدل ADC، كما في الشكل (9).

الشكل (9) رسم توضيحي لمخطط صندوقي وإشارات للمسح المتزامن.

الاعتيان بالمسح بفترة زمنية interval scanning

إن المسح بفترة زمنية مسح متزامن مع الاستفادة من مزايا المسح المستمر، وذلك لتحصيل إشارات ذات ترددات منخفضة، تسمح هذه الطريقة بمسح كل القنوات بمعدل واحد وثابت.

يناسب المسح بفترة زمنية الإشارات المتغيرة، مثل درجة الحرارة والضغط، على سبيل المثال: في نظام تحصيل لعشر إشارات تمثل درجات حرارة؛ فإنه باستخدام المسح بفترة زمنية يمسح نظام التحصيل كل القنوات بتأخير ، ثم يعيد المسح كل ثانية، تظهر هذه الطريقة كمسح متزامن بمعدل ( عينة بالثانية) كما في الشكل (10).