Bab IV Pengujian dan Analisis
Pada penelitian ini dilakukan serangkaian pengujian untuk mengetahui unjuk kerja dari perangkat lunak yang telah dikembangkan. Data hasil pengujian tersebut nantinya akan dibandingkan dengan data hasil pengujian menggunakan perangkat akuisisi data serempak multi kanal MSA HP3566A, sebagai peragkat akuisisi acuan. Pengujian yang dilakukan meliputi tiga jenis pengujian, yaitu: pengujian kemampuan perangkat lunak mengakuisisi dan mengolah data sinyal masukan, pengukuran Fungsi Respon Frekuensi (FRF) pada struktur pelat T, dan terakhir pengukuran FRF pada batang tumpuan sederhana. Selanjutnya, akan dibahas secara lebih mendalam mengenai masing-masing pengujian yang dilakukan.
4.1 Validasi Perangkat Lunak Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan kedua perangkat lunak yang dikembangkan dalam mengontrol perangkat keras akuisisi data PCI-6281. Pada pengujian ini, sinyal yang diakuisisi adalah sinyal luaran yang dihasilkan oleh MSA HP3566A. Sinyal yang dibangkitkan adalah sinyal sinus 30 Hz dengan amplitudo sebesar 500mV. Gambar 4.1 merupakan skema dari pengujian yang dilakukan, baik pengujian terhadap perangkat lunak M-DAQ_FRF maupun perangkat lunak M-DAQ_Swept Sine.
Gambar 4.1 Skema pegujian validasi perangkat lunak
35
Sinyal sinus yang dibangkitkan oleh luaran analog MSA HP3566A akan diakuisisi oleh perangkat akuisisi data PCI-6281 dan MSA HP 3566° secara bersamaan karena keduanya terhubung paralel. Pada perangkat akuisisi data PCI-6281, sinyal diakuisisi oleh kanal masukan 0 dan 1. Kemudian, hasil akuisisi data oleh PCI-6281 tersebut akan diolah oleh masing perangkat lunak M-DAQ_FRF dan M-DAQ_Swept Sine. Tabel 4.1 berisi parameter pengukuran yang diatur pada pengujian validasi ini.
Tabel 4.1 Parameter pengukuran untuk pengujian validasi perangkat lunak No.
Parameter Pengukuran
MSA HP3566A
M-DAQ_FRF
M-DAQ_Swept Sine
1.
Span Frequency
200
200
-
2.
Frequency Lines
400
400
-
3.
Kanal aktif
1
2
2
4.
Rentang Masukan [Volt] - Kanal 0
1V
1V
1V
- Kanal 1
1V
1V
1V
- Kanal 0
1V/EU
1V/EU
1V/EU
- Kanal 1
1V/EU
1V/EU
1V/EU
- Kanal 0
V
V
V
- Kanal 1
V
V
V
5.
6.
Sensitivitas
Engineering Unit [EU]
Dari Tabel 4.1, dapat dilihat bahwa semua parameter pengukuran antar kedua perangkat keras akuisisi data diatur tetap sama untuk memastikan perbandingan yang dilakukan adalah benar sesuai adanya. Pada M-DAQ_Swept Sine tidak dilakukan pengaturan Span Frequency dan Frequency Lines pengukuran karena tidak tersedia fitur tersebut pada perangkat lunak ini. Sehingga, yang dilakukan pada saat pengujian adalah menjalankan program M-DAQ_Swept Sine tersebut dan langsung melihat hasil pengolahan data pada tabulasi Time Domain yang berisi data domain waktu dan hasil FFT dari data tersebut. Hasil pengujian validasi ini, dapat dilihat pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.
36
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.2 Perbandingan data hasil pengolahan antara: (a) MSA HP3566A, (b) Kanal 0 M-DAQ_FRF, dan (c) Kanal 1 M-DAQ_FRF
37
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.3 Perbandingan data hasil pengolahan antara: (a) MSA HP3566A, (b) Kanal 0 M-DAQ_Swept Sine, dan (c) Kanal 1 M-DAQ_Swept Sine
38
Data hasil pengujian tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.2. Hasil pengukuran magnitude dengan M-DAQ_FRF memiliki besar selisih sebesar 0,4% jika dibandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan MSA HP3566A. Pembacaan frekuensi yang dilakukan oleh MDAQ_FRF tidaklah memiliki perbedaan dengan pembacaan pada MSA HP3566A. Sementara itu, M-DAQ_Swept Sine menunjukkan selisih sebesar 2,02% dengan MSA HP3566A untuk pembacaan magnitude dan frekuensi. Berdasarkan nilai selisih yang kecil tersebut, perangkat lunak M-DAQ_FRF dan M-DAQ_Swept Sine dapat melakukan pengolahan data dengan hasil yang memuaskan.
Tabel 4.2 Perbandingan hasil pengujian validasi perangkat lunak Frekuensi [Hz]
Magnitude [V]
MSA HP3566A
30
M-DAQ_FRF M-DAQ_Swept Sine
Selisih [%] Frekuensi
Magnitude
0,495
-
-
30
0,493
0
0,4
30
0.485
0
2,02
4.2 Pengujian FRF pada Pelat T Pada penelitian ini, pengukuran FRF dilakukan dengan menggunakan metode eksitasi kejut dimana akan dilakukan perbandingan hasil pengukuran FRF antara MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF. Skema dan foto dari pengujian FRF tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5.
Pengujian dilakukan degan menggunakan struktur Pelat T yang ditumpu oleh busa penumpu yang berfungsi sebagai soft suspension, sehingga tercipta kondisi tumpuan freefree. Pada pengukuran ini, posisi kondisi accelerometer yang digunakan adalah tetap seperti yang terlihat pada Gambar 4.6. Sedangkan pemberian gaya eksitasi dilakukan pada titik 8 dan titik 26, sehingga dilakukan dua kali pengukuran FRF. Penentuan titik posisi pengukuran ini adalah berdasarkan hasil analisis pada penelitian yang dilakukan oleh Fikri [10], dimana tujuh frekuensi pribadi pertama dari struktur pelat T dapat ditentukan melalui pengukuran FRF di kedua posisi tersebut. Mengenai penomoran titik-titik posisi pengukuran, dapat dilihat pada Gambar 4.7.
39
Gambar 4.4 Skema pengujian FRF pada pelat T
MSA
PC + PCI-6281
Pelat T Impact Hammer
Gambar 4.5 Foto pengujian FRF pada pelat T
40
Pelat T
Dudukan
Accelerometer
Busa Penumpu
Gambar 4.6 Struktur pelat T
Gambar 4.7 Penomoran 28 titik ukur pada pelat T [10]
41
Pada pengujian ini, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF diatur pada parameter pegukuran yang relatif sama. Pada Tabel 4.3 dapat dilihat parameter-parameter pengukuran tersebut. Pengukuran FRF dilakukan pada span frequency yang berbeda-beda mulai dari 200 Hz, 400 Hz, 800 Hz, 1600 Hz. Pengaturan frequency lines diatur berdasarkan span frequency pengukuran, dimana resolusi pengukuran tetap dijaga sebesar 0,5 Hz. Selain itu, proses perata-rataan yang dilakukan adalah sebanyak 5 kali. Perlu diketahui, pada pengukuran ini M-DAQ_FRF mengatur kecepatan frekuensi cuplik per kanal dari kartu akuisisi data PCI6281 sebesar 2,56 kali dari span frequency.
Tabel 4.3 Parameter pengukuran pada pengujian FRF Pelat T No.
Parameter Pengukuran
MSA HP3566A
M-DAQ_FRF
1.
Span Frequency
200 – 1600
200 – 1600
2.
Frequency Lines
400 – 3200
400 – 3200
3.
Kanal aktif
2
2
4.
Rentang Tegangan Sinyal Masukan - Kanal 0
2V
2V
- Kanal 1
1V
1V
- Kanal 0
100mV/EU
100mV/EU
- Kanal 1
10.55mV/EU
10.55mV/EU
- Kanal 0
kgf
kgf
- Kanal 1
m/s2
m/s2
Fungsi Jendela
Force-Exponential
Force-Exponential
- Force Width
0,4 sec
20%
- Exp. Constant
0,1 sec
5%
Stable
RMS
5
5
5.
6.
7
8.
Sensitivitas
Engineering Unit [EU]
Perata-rataan - Tipe - Jumlah
42
Beberapa hasil pengolahan data yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.8, 4.9, 4.10, 4.11. Kurva FRF selengkapnya dapat dilihat pada bagian Lampiran B laporan tugas sarjana ini.
Gambar 4.8 Salah satu data stimulus dan respon pada domain waktu, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF 43
Gambar 4.9 Hasil pengukuran FRF A28_8 pada span frequency 200 Hz, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF
44
Gambar 4.10 Hasil pengukuran FRF A28_26 pada span frequency 800 Hz, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF 45
Gambar 4.11 Hasil pengukuran FRF A28_26 pada span frequency 1600 Hz, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF
46
Gambar 4.9 menunjukkan adanya perbedaan hasil kurva FRF antara MSA HP3566A dengan M-DAQ_FRF. Pada MSA HP 3566A, hanya ditunjukkan bahwa frekuensi pribadi yang terkait dengan rentang pengukuran tersebut adalah hanya satu buah frekuensi pribadi pelat T. Pada M-DAQ_FRF ditunjukkan adanya puncak-puncak yang lain selain puncak pada frekuensi pribadi 187 Hz. Kesalahan pembacaan pada M-DAQ_FRF yang mengakibatkan munculnya puncak-puncak frekuensi lainya adalah dikarenakan tidak adanya perangkat anti-aliasing filter pada kartu akuisisi data PCI-6281. Kartu akuisisi data PCI-6281 memang dilengkapi perangkat lowpass filter, namun besar frekuensi cut-off dari filter tersebut tidaklah dapat diubah-ubah sesuai keperluan. Akibatnya, terjadi kesalahan aliasing karena frekuensi pencuplikan ditetapkan 2,56 kali span frequency pengukuran sedangkan kandungan frekuensi sinyal masukan ada yang lebih besar daripada frekuensi pencuplikan. Kesalahan pembacaan saat pencuplikan ini mengakibatkan kesalahan presentasi kurva FRF oleh pengolah data pada M-DAQ_FRF. Jika dilakukan ekstraksi parameter modus getar dengan menggunakan data kurva FRF M-DAQ_FRF, tentu saja dapat terjadi kesalahan interpretasi akan karakteristik dinamik dari struktur pelat T.
Kesalahan aliasing yang serupa juga terjadi pada saat pengukuran dilakukan pada span frequency yang berbeda. Seperti yang terlihat pada Gambar 4.10, terdapat kesalahan presentasi data pada kurva FRF M-DAQ_FRF akibat adanya sinyal yang memiliki frekuensi di atas span frequency.
Kurva FRF M-DAQ_FRF yang ditunjukkan pada Gambar 4.11 tidak menunjukkan adanya kesalahan aliasing. Frekuensi-frekuensi pribadi yang ditunjukkan oleh kurva tersebut hampir sama persis dengan hasil kurva FRF MSA HP3566A. Hal ini mungkin terjadi karena tidak terdapat frekuensi dominan di atas 1,28 kali span frequency pengukuran yang dapat mempengaruhi hasil pencuplikan data. Sehingga, presentasi data kurva FRF tampak terlihat benar meskipun masih terdapat kesalahan aliasing pada data hasil pengukuran.
Selanjutnya, dilakukan pengujian FRF kembali pada pelat T menggunakan M-DAQ_FRF dengan menaikkan kecepatan pencuplikan perangkat akuisisi data. Percobaan ini dilakukan dengan tujuan untuk menghindari kesalahan aliasing yang muncul pada saat proses akuisisi data. Jika kecepatan pencuplikan dinaikkan, secara otomatis rentang frekuensi yang dapat
47
dicuplik dengan benar akan menjadi semakin lebar. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12 Kurva FRF A28_8 M-DAQ_FRF pada span frequency 200 Hz; saat frekuensi pencuplikan 4X 2,56 span frequency (atas) dan 8X 2,56 span frequency (bawah)
48
Pada Gambar 4.12, dapat dilihat kurva FRF A28_8 hasil pengukuran menggunakan MDAQ_FRF pada span frequency 200 Hz. Saat frekuensi pencuplikan sebesar 4 kali 2,56 span frequency, kesalahan aliasing masih terlihat jelas dengan munculnya dua buah puncak frekuensi yang bukan merupakan frekuensi pribadi dari struktur pelat T. Saat frekuensi pencuplikan dinaikkan hingga mencapai 8 kali 2,56 span frequency, kurva FRF yang dihasilkan menjadi semakin baik dan bahkan hampir serupa dengan kurva FRF A28_8 yang dihasilkan oleh MSA HP3566A. Disini dapat dibuktikan bahwa peningkatan kecepatan pencuplikan yang dilakukan dapat mengurangi kesalahan aliasing yang muncul. Pada penelitian ini, frekuensi pencuplikan maksimum yang digunakan hanya mencapai 4096 Hz untuk setiap pengukuran FRF Pelat T yang dilakukan. Data hasil pengukuran tersebut dapat dilihat pada Lampiran B dari laporan tugas sarjana ini.
Saat dilakukan perbandingan besaran FRF yang didapat dari hasil pengukuran menggunakan MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF dengan frekuensi pencuplikan 4096 Hz, diperoleh besar kesalahan minimum hanya terdapat pada data frekuensi yaitu di bawah 1%. Pada besaran lainnya (magnitude, fasa, real, dan imajiner) didapatkan besar kesalahan yang sangat besar, dimana kesalahan minimum adalah 12,28% dan kesalahan maksimum dapat mencapai 1136%. Tabel rekapitulasi perhitungan data ini dapat diperoleh pada Lampiran B dari tugas sarjana ini.
4.2 Pengujian FRF pada Batang Tumpuan Sederhana Pada batang tumpuan sederhana dilakukan dua jenis pengukuran FRF, yaitu: pengukuran FRF menggunakan metode eksitasi kejut dan pengukuran FRF menggunakan metode swept sine.
Gambar 4.13 dan 4.14 menunjukkan skema dan foto pengukuran FRF menggunakan metode eksitasi kejut. Pada pengujian ini dilakukan pengukuran FRF dengan MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF secara bersamaan dan kembali dilakukan perbandingan terhadap data hasil FRF kedua perangkat ini. Parameter pengukuran dari pengujian ini dapat dilihat pada Tabel 4.4.
49
Tabel 4.4 Parameter pengukuran pada pengujian FRF batang tumpuan sederhana No.
Parameter Pengukuran
MSA HP3566A
M-DAQ_FRF
1.
Span Frequency
400
400
2.
Frequency Lines
800
800
3.
Kanal aktif
2
2
4.
Rentang Tegangan Sinyal Masukan - Kanal 0
2V
2V
- Kanal 1
2V
2V
- Kanal 0
100mV/EU
100mV/EU
- Kanal 1
10,55mV/EU
10,55mV/EU
- Kanal 0
kgf
kgf
- Kanal 1
m/s2
m/s2
Fungsi Jendela
Force-Exponential
Force-Exponential
- Force Width
0,4 sec
20%
- Exp. Constant
0,1 sec
5%
Stable
RMS
5
5
5.
6.
7
8.
Sensitifitas
Engineering Unit [EU]
Perata-rataan - Tipe - Jumlah
Gambar 4.13 Skema pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana
50
Batang tumpuan sederhana
PC + PCI-6281
MSA
Impact Hammer
Gambar 4.14 Foto pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana
Pada pengujian ini kembali diperoleh data yang mengalami kesalahan aliasing saat menggunakan M-DAQ_FRF. Gambar 4.15 menunjukkan kurva FRF M-DAQ_FRF, saat frekuensi pencuplikan sebesar 1024 Hz per kanal. Kurva yang diperoleh mengalami distorsi yang cukup besar, sehingga analisis tidak dapat dilakukan terhadap data kurva FRF tersebut. Kurva FRF mulai tampak lebih halus dan menunjukkan data yang serupa dengan MSA saat frekuensi pencuplikan di atur menjadi 4096 Hz per kanal, seperti yang ditunjukkan gambar 4.16. Sama halnya dengan kurva FRF pelat T hasil pengujian menggunakan M-DAQ_FRF, besar kesalahan minimum adalah pada besaran frekuensi. Tabel rekapitulasi perhitungan data ini dapat diperoleh pada Lampiran B tugas sarjana ini.
Pengujian terakhir yang dilakukan pada penelitian ini adalah pengujian FRF menggunakan metode swept sine pada batang tumpuan sederhana. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak M-DAQ_Swept Sine dan kartu akuisisi data PCI-6281. Perlu diketahui, bahwa perangkat akuisisi data yang mampu melakukan pengukuran swept sine di Laboratorium Dinamika hanyalah perangkat akuisisi data PCI-4451 dan PCI-6281. Namun, perangkat lunak yang dikembangkan secara mandiri oleh Laboratorium Dinamika untuk kepentingan mengontrol kerja PCI-4451, belumlah dapat mengontrol perangkat 51
tersebut hingga dapat melakukan pengukuran swept sine. Oleh karena itu, perbandingan hasil pengukuran swept sine menggunakan M-DAQ_Swept Sine dilakukan dengan hasil pengujian FRF metode eksitasi kejut dengan MSA HP3566A.
Gambar 4.15 Kurva FRF M-DAQ_FRF pada batang tumpuan sederhana dengan frekuensi cuplik sebesar 1024 Hz
Gambar 4.16 Kurva FRF M-DAQ_FRF pada batang tumpuan sederhana dengan frekuensi cuplik sebesar 4096 Hz 52
Skema dan foto pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana dengan menggunakan metode swept sine, dapat dilihat pada Gambar 4.17 dan 4.18.
Gambar 4.17 Skema pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana dengan menggunakan metode swept sine
Load Cell dan Accelerometer
PC + PCI-6281
Shaker Conditioning Amplifier
Gambar 4.18 Foto pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana dengan menggunakan metode swept sine 53
Pengukuran FRF dengan metode swept sine ini menggunakan perangkat shaker untuk memberikan gaya sinusoidal pada frekuensi swept sine. Besar dan frekuensi gaya sinusoidal yang diberikan oleh shaker tersebut dikendalikan oleh perangkat lunak MDAQ_Swept Sine melalui luaran analog yang dimiliki kartu akuisisi data PCI-6281. Dengan demikian, pengaturan parameter pengukuran yang menyangkut gaya eksitasi sinusoidal tersebut dilakukan pada panel Sweep Settings pada M-DAQ_Swept Sine. Melalui panel tersebut, dapat ditentukan rentang frekuensi eksitasi, jumlah kenaikan, jenis kenaikan, dan amplitudo gaya eksitas yang diberikan. Tabel 4.5 berikut ini menyajikan parameter pengukuran yang ditentukan untuk pengujian FRF tersebut.
Tabel 4.5 Parameter pengukuran pada pengujian FRF swept sine batang tumpuan sederhana No. Parameter Pengukuran M-DAQ_FRF 1.
2.
Kanal masukan aktif
2
Kanal luaran aktif
1
Rentang Tegangan Sinyal - Kanal masukan 0
2V
- Kanal masukan 1
2V
- Kanal luaran 0 3.
4.
5.
Sensitivitas - Kanal 0
100mV/EU
- Kanal 1
10,55mV/EU
Engineering Unit - Kanal 0
kgf
- Kanal 1
m/s2
Sweep Settings - Tipe Sweep
Linear
- Frekuensi Start
1
- Frekuensi Stop
400
- Jumlah kenaikan
800
Pemilihan parameter pengukuran pada pengujian FRF swept sine ini, disesuaikan dengan parameter pengukuran FRF eksitasi kejut pada MSA HP3566A. Oleh karena itu, rentang
54
frekuensi eksitasi dimulai dari frekuensi 1 Hz sampai dengan frekuensi 400 Hz. Jumlah kenaikan ditentukan sebesar 800 buah kenaikan, dengan harapan resolusi pengukuran dapat mendekati 0,5 Hz.
Saat pengujian dilakukan dengan frekuensi pencuplikan sebesar 1024 Hz, hasil kurva FRF yang didapat menunjukkan adanya data yang terdistorsi pada frekuensi di atas 300 Hz. Distorsi tersebut terus berkurang seiring dengan ditingkatkannya frekuensi pencuplikan, sehingga dapat ditarik kesimpulan penyebab distorsi tersebut adalah kesalahan aliasing, yakni kesalahan pembacaan akibat frekuensi pencuplikan yang tidak memadai. Gambar 4.19 menunjukkan kurva FRF swept sine pada batang tumpuan sederhana saat frekuensi pencuplikan sebesar 4096 Hz.
Gambar 4.19 Kurva FRF swept sine batang tumpuan sederhana
Berdasarkan hasil perhitungan, terdapat kesalahan yang beda pembacaan frekuensi sebesar maksimum 2%, yang lebih besar jika dibandingkan data yang dihasilkan saat pengujian menggunakan M-DAQ_FRF. Hal ini dapat terjadi karena saat melakukan pengaturan frekuensi cuplik, M-DAQ_Swept Sine secara otomatis akan langsung juga mengatur nilai yang sama untuk frekuensi update luaran analog PCI-6281. Kemudian, frekuensi pencuplikan masukan analog per kanal diatur sebesar frekuensi cuplik yang ditentukan.
55
Mengingat kartu akuisisi data PCI-6281 adalah kartu akuisisi data multiplexing, maka dengan beda frekuensi cuplik antara masukan dan luaran analog yang mencapai dua kalinya, pembacaan data FRF swept sine akan menjadi lebih salah dibandingkan dengan data FRF eksitasi kejut.
56
