تسجيل بياني (ادوات)

Graphic recording instruments -

 التسجيل البياني

التسجيل البياني (أدوات -)

فواز مفضي

المسجلات البيانية التقليدية

منظومات التسجيل الإلكترونية أو منظومات تحصيل البيانات

تُعرّف المسجلات البيانية graph recorders بأنها تجهيزات كهرميكانيكية وإلكترونية لأغراض القياس، وإجراء تسجيل بياني لتغيرات مقدار فيزيائي واحد أو أكثر كتابع (دالة) بالنسبة إلى مقدار فيزيائي آخر؛ غالباً ما يكون الزمن. وتمثّل المنحنيات البيانية إشارات تحمل معلومات قياسية على شكل موجات كهربائية (إشارات القلب الكهربائية، الاستجابة الكهربائية لعضلات الإنسان، النشاط الكهربائي للدماغ وغيره)، أو حركة ميكانيكية لآلة ما مع الزمن. وتُعرض هذه الإشارات بشكل منحنيات بيانية على وحدات الإظهار المختلفة؛ مثل شاشة عرض أو ورق بياني. وبكلمات أخرى: يمكن تعريف المسجلات البيانية بأنها أدوات قياس تسجل قراءات القياس مع الزمن أو أي متغير فيزيائي آخر بشكل بياني.

تضاف في بعض الأحيان اللاحقة "-graph" إلى المسجلات البيانية بحسب الاختصاص مثل مسجل درجة الحرارة thermograph، أو مسجل الضغط الجوي barograph (الشكل1)، أو مسجل السرعة tachograph لتسجيل الوقت وسرعة السيارة في الحركة، أو مسجل الزلازل seismograph لتسجيل أشكال الموجات الزلزالية وغير ذلك.

الشكل (1) مسجل الضغط الجوي.

وهناك كثير من الأشكال المختلفة للمسجلات البيانية التقليدية مازال في قيد الاستخدام على الرغم من ظهور مسجلات بيانية أكثر حداثة؛ كالواجهة البينيّة interface التي تعمل على الحاسوب الشخصي وبرمجيات التشغيل؛ إضافة إلى مبدل طاقة-حساس transducer-sensor للمقدار المراد تسجيله؛ أو الظاهرة الفيزيائية المراد دراستها. وتُرسَم البيانات إما على شاشة الحاسوب وإما على طابعة ملحقة به أو كلتيهما معاً. تسمى هذه التركيبة من التجهيزات "نظم تحصيل البيانات"data acquisition systems. وثمة شكل آخر حديث للمسجلات البيانية تعتمد على تحصيل المعلومات وتخزينها في ذواكر ترسل إلى حاسوب محمول بفترات زمنية محددة تسمى "مجمع البيانات" data logger.

تُعدّ عملية تخزين المعلومات واستعادتها الأساس في أي تقانة تسجيل أو هي جوهرها. وثمّة تقانات متعددة للتسجيل، من أهمها التسجيل الإلكتروني بوساطة بطاقات تحصيل، والتسجيل المغنطيسي، والتسجيل الضوئي. وفي جميع الأحوال تتلخص المتطلبات العامة لتقانة التسجيل في سلامة المعلومات من الضياع أو السرقة، وسرعة الوصول إلى المعلومة، وانخفاض تكلفة التخزين.

يمكن تصنيف المسجلات البيانية وفق مؤشرات مختلفة:

- التصنيف الأول بحسب المتغيرات: هي مسجلات بيانية زمنية تسمى مسجلات x-t؛ وتظهر الإشارات بالنسبة إلى الزمن، ومسجلات بيانية عامة (لازمنية) تسمى مسجلات x-y.

- التصنيف الثاني بحسب وجود التبديل الأولي primary conversion: هي مسجلات بيانية مباشرة
direct وغير مباشرة indirect، حيث يحتاج المقدار المراد تسجيله في النوع الثاني إلى تبديل أولي لمقدار كهربائي فعالٍ (جهد أو تيار) أو مقدار ميكانيكي (قوة، إزاحة ميكانيكية) بحسب المتغيرات.

- التصنيف الثالث بحسب وسيلة عرض المنحنيات البيانية: هي مسجلات بيانية ورقية ولا ورقية (تستخدم شاشة إظهار من نوع أنبوب الأشعة المهبطية cathode ray tube أو شاشة إظهار ضوئية liquid crystal display).

- التصنيف الرابع بحسب الحاجة إلى التخزين: وهي مسجلات الزمن الحقيقي ومسجلات الزمن التخيلي التي تخزن المعلومات، وتقسم بحسب وسيلة التخزين المستخدمة إلى مسجلات مغنطيسية magnetic أو بصرية optic أو أنصاف نواقل.

التصنيف الخامس بحسب عدد القنوات للمسجلات البيانية: مسجلات ذات قناة وحيدة single channel أو متعددة القنوات multi channels.

- التصنيف السادس بحسب القدرة على التمييز: هي إما مسجلات ذات مَيز عالٍ high resolution recorder، وإما مسجلات ذات مَيز منخفض low resolution recorder.

المسجلات البيانية التقليدية

يتألف أبسط مسجل بياني من الجزء المسؤول عن القياس، وهو جزء متحرك موصول إلى أداة الرسم مثل القلم العادي (قلم رصاص أو حبر) أو أنابيب شعرية تترك أثراً trace في وسط تسجيل متحرك، هو شريط ورقي يتحرك بسرعة ثابتة بوساطة محرك كهربائي. من المفيد الإشارة هنا إلى وجود مسجلات بيانية متقطعة discrete يكون الإظهار فيها بشكل نقاط أو علامات متباعدة، أو مسجلات بيانية مستمرة continuous ترسم بيانات متصلة وغير متقطعة. ولتسجيل مقادير فيزيائية عدة ومتزامنة مع الزمن يمكن تجهيز المسجل البياني بعدد من أدوات رسم ترسم علامات مختلفة أو بألوان مختلفة. يبين الشكل (2) مسجلاً بيانياً بمدخلين يرسمان بشكل متزامن.

الشكل (2) مسجل بياني للتسجيل المستمر لإشارتين.

لا تستخدم المسجلات البيانية لتسجيل القيم المقيسة للمقادير الفيزيائية فقط، ولكن تستخدم أيضاً لمتابعة تغيراتها مع الزمن؛ والتي يمكن بوساطتها الحكم على الظاهرة الفيزيائية التي هي في قيد الدراسة. ويبين الشكل (3) مخططاً توضيحياً لمنظومة تسجيل بياني لمقدار فيزيائي متغير مع الزمن مبدأ عمله ضوئي وحيد القناة.

الشكل (3) مخطط صندوقي لنظام تسجيل ضوئي وحيد القناة. (1) منبع ضوئي، (2)- مركِّز condenser، (3)- حجاب ذو شق slit diaphragm، (4)- موشور prism، (5)- مهتز كهرمغنطيسي electromagnetic vibrator، (6)- موشور، (7)- أسطوانة مرايا، (8)- شاشة مراقبة، (9)- عدسات lens أسطوانية، (10)- حجاب ذو شق، M- محرك يحمل ورقاً حساساً للضوء يمثل وسط التسجيل photosensitive paper.

منظومات التسجيل الإلكترونية أو منظومات تحصيل البيانات

تعد المهمة الأساسية لمنظومة تحصيل البياناتdata acquisition system قياس الإشارات الفيزيائية الموجودة في العالم الحقيقي وتسجيلها أو توليدها. يجري تحويل المقادير الفيزيائية إلى مقادير كهربائية (جهد/تيار/شحنة) بوساطة حساسات قبل تسجيل الإشارات الفيزيائية من قبل حاسوب شخصي. لا تقتصر منظومة التسجيل الإلكتروني فقط على بطاقة تحصيل تمثل أحد العناصر؛ وإنما تحتوي على منظومة متكاملة للتسجيل الإلكتروني بما فيها الحساسات ومكيفات الإشارة ودارات الترابط interface والبرمجيات software. ويعود السبب إلى حاجة الإشارات للتكييف قبل تحويلها إلى مكافئها الرقمي بوساطة بطاقة التحصيل القابلة للربط بالحاسوب الشخصي. أما البرمجيات فتتحكم بمنظومة التحصيل التي مهمتها تحصيل المعلومات القابلة للقياس وتحليلها وتمثيلها. ويبين الشكل (4) مخططاً توضيحياً لمنظومة التسجيل الإلكتروني ببطاقة تحصيل وحاسوب شخصي.

الشكل (4) مخطط منظومة تسجيل إلكتروني ببطاقة تحصيل وحاسوب شخصي.

التسجيل المغنطيسي

تعد منظومة التسجيل المغنطيسي من أكثر تقانات التسجيل انتشاراً، وتتكون وسيلة التسجيل المغنطيسي النموذجية عادة من رأس قراءة وكتابة read/write head؛ أي استعادة المعلومات وتسجيلها مع وسط تسجيل ونظام ترميز وفك ترميز coding/decoding؛ ونظام الوصول إلى البيانات data access system وعناصر إلكترونية وميكانيكية أخرى مساعدة.

يستخدم رأس التسجيل ووسط التسجيل لتخزين المعلومات واستردادها، في حين يستخدم نظام الترميز وفك الترميز لتصحيح الأخطاء في المعلومات، ويقوم نظام الوصول إلى البيانات بتغيير الوضعية النسبية بين الرأس والوسط، وتستخدم عادة آلية مؤازرة servo لمتابعة مسار البيانات وآلية دوران سريع للتحريك على المسار.

وفي الوقت الحاضر تسيطر تقنية التسجيل المغنطيسي على صناعة التسجيل؛ ولها أشكال متنوعة مثل القرص الصلب، والقرص المرن، والقرص القابل للإزالة، وأشرطة تعمل بالنمطين الرقمي أو التمثيلي. وأبسط أشكال تقانة التسجيل المغنطيسي مكون من رأس مغنطيسي ووسط مغنطيسي.

تنحصر المشكلة الرئيسية في تحقيق كثافة مساحية أعلى في منظومات التسجيل المغنطيسي وانعدام التباعد الفراغي بين رأس التسجيل ووسط التسجيل. ويعدّ تحقيق التقارب الشديد بين رؤوس التسجيل ووسط التسجيل تحدياً هندسياً؛ مع المحافظة على التقارب على نحو موثوق ودائم. كذلك يجب الحذر في التعامل مع وسائط التسجيل المغنطيسي خوفاً من حدوث خدوش عليها خلال فترة زمنية قصيرة ولكنها كافية لتدمير المعلومات المسجلة عليها. يضاف إلى ذلك أن استخدام تقنية هدروليكية لأشكال مغنطيسية يحد من كثافة المسار لقيمة أقل من الكثافة الخطية.

التسجيل الضوئي

تقدِّم طريقة التسجيل الضوئية حلاً لمعالجة جميع مشاكل التسجيل المغنطيسي. يمكن تصنيف التسجيل الضوئي في ثلاث مجموعات:

1- في المجموعة الأولى تخزن المعلومات في وسائط التسجيل في أثناء عملية التصنيع؛ إذ يمكن للمستخدمين استعادة تلك المعلومات، ولكن لا يمكنهم تغييرها أو تسجيل معلومات جديدة حيث يُعدّ القرص المدمج لقراءة الذاكرة فقط Compact Disk–Read (CD- ROM) Only Memory.

2- المجموعة الثانية هي التسجيل مرّة واحدة والقراءة أكثر من مرّة Write Once Read Many (WORM) حيث تترك خطوة التسجيل للمستخدم مرة واحدة فقط، ويتحقق ذلك عادة بإحداث ثقوب مادية أو بثور في وسائط التسجيل خلال عملية التسجيل.

3- المجموعة الثالثة مشابهة للتسجيل المغنطيسي حيث يمكن تسجيل عدد غير محدود من المرات على وسائط التسجيل بتغيير طور واسطة التسجيل أو مغنطتها. والمثال الأكثر تداولاً في هذه المجموعة هو الطريقة المغنطيسية - الضوئية Magneto-Optic (MO) technique والتي تستخدم أيضاً في CD- ROM.

يبين الشكل (5) مبدأ عمل CD-ROM حيث تضغط البيانات في حفر pits وبينها جزر مسطحة lands على سطح واحد من مادة لدنة؛ هي البولي كربونات عادة. ويطلى السطح بطبقة من الألمنيوم لتغدو عاكسة ثم تغلف باللك (البرنيق أو الورنيش) varnish لحمايتها. وتستخدم خلال عملية النسخ عدسات بصرية لتركيز حزمة الليزر على سطح الحفرة العاكسة والسطح المستوي.

الشكل (5) مخطط توضيحي لمبدأ عمل CD-ROM.

يُعدّ قطر حزمة التركيز التحديدَ الأساسي لكثافة التسجيل الضوئي، لذلك بذلت جهود كثيرة لاعتماد مصدر ضوء جديد بطول موجي قصير مثل الليزر الأزرق. ويجدر بالذكر أن سماحية تخريب سطح القرص وخدشه في التسجيل الضوئي أفضل بكثير من التسجيل المغنطيسي. ومع ذلك لا يطابق التسجيل المغنطيسي أداء التسجيل الضوئي عامة. ويعبّر عن معدل نقل البيانات من سواقات الأقراص ROM-CD بمضاريب من 150 كيلو بايت/ثانية. ويبقى وقت الوصول إلى البيانات ومعدل نقل البيانات عن سواقة الأقراص المدمجة في حدود 100 ميلي ثانية، و1.8 ميغا بايت/ ثانية؛ في حين يبقى أداء القرص الصلب أعلى من ذلك، وهذه القيم أقل من 10 ميلي ثانية وسرعة النقل أكبر من 30 ميغا بايت/ثانية.

مراجع للاستزادة: - حسان ريشة، محمد خالد شاهين، فواز مفضي، القياسات الإلكترونية، منشورات جامعة دمشق، دمشق 2015. - E. D. Daniel, C. D. Mee, M. H. Clark, Magnetic Recording: The First 100 Years, Wiley-IEEE Press; 1998.

---

- التصنيف : العلوم الهندسية وتقاناتها - النوع : العلوم الهندسية وتقاناتها - المجلد : المجلد الثامن مشاركة :