DESAIN DAN IMPLEMENTASI ALAT PENGUKUR KETEGANGAN OTOT LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh : YOHANES OXA WIJAYA 10.50.0003 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2015
I
PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul “Desain dan implementasi alat pengukur ketegangan otot” diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal . . . Juli 2015.
Semarang, . . . Juli 2015 Menyetujui,
Pembimbing
(Dr. F. Budi Setiawan, S.T., M.T.) 058.1.1994.150
Ketua Program Studi Teknik Elektro
(Dr. F. Budi Setiawan, S.T., M.T.) 058.1.1994.150
II
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir yang berjudul “ Desain dan Implementasi Alat Pengukur Ketegangan Otot ” ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila di kemudian hari ternyata terbukti bahwa tugas akhir ini sebagian atau seluruhnya merupakan hasil plagiasi, maka saya rela untuk dibatalkan, dengan segala akibat hukumannya sesuai peraturan yang berlaku pada Universitas Katolik Soegijapranata dan/atau perundang-undangan yang berlaku.
Semarang,…………….....2015
(Yohanes Oxa Wijaya) NIM: 10.50.0003
III
ABSTRAK
Pada Tugas akhir ini akan membahas tentang penggunaan dan pembuatan dua alat pengukur untuk Electromyografi atau alat pengukur ketegangan otot yang ditampilkan pada VA atau Virtual Analyzer yang menggunakan jack 3.5mm mic pada computer / laptop
yang menampilkan
kontraksi dari otot ketika otot itu meregang ataupun relaks. Dan setelah itu pengujian dilakukan di tangan, perut dan leher, setelah itu kita lakukan perbandingan karena alat ini memiliki 5 fase penampilan jadi kita dapat melihat keluaran sinyal dari filter VA,VB,VC,VD dan VE.Agar bisa menampilkan perbedaan dari sinyal keluaran yang telah melewati berbagai filter dan yang tidak melewati filter, dan membuktikan bahwa sinyal EMG yang di hasilkan ketika otot berkontraksi. Jadi total alat ini dapat menampilkan 5 sinyal untuk keadaan relaks dan 5 sinyal untuk keadaan tegang dalam 5 filter berbeda dan untuk alat kedua merupakan pengembangan dari alat pertama yang dimana untuk alat
kedua
dibuat
lebih
portable
dan
terdiri
dari
notch
filter,gain,amplifier,rectifier 1st dan rectifier 2nd. Dan bisa juga untuk mengukur menggunakan salah satu dari filter tersebut karena disambung menggunakan kabel jumper.dan input outputnya juga diberi keluaran kabel jadi bisa dilihat perblok dari alat tersebut Kata Kunci :Virtual Analyzer, Elektromyografi, filter,EMG, rectifier, amplifier, gain, jumper, input, output
IV
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan segala rahmat dan anugerahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta laporan Tugas Akhir yang berjudul “DESAIN DAN IMPLEMENTASI ALAT PENGUKUR KETEGANGAN OTOT” yang menjadi tugas studi penulis sebagai mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata. Pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini tak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Tuhan Yesus yang memungkinkan dan memberi jalan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. 2. Orang tua yang menopang, mendidik, memberi dorongan dalam hidup saya. 3. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT; selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, yang telah membimbing saya dalam penyelesaian Tugas Akhir ini dan yang juga memberikan saran, kritik, dan semangat pada saya. 4. Adik yang selalu mensupport saya 5. Mas Vincent selaku laboran yang telah memberikan banyak bantuan, dukungan, dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
V
6. Ricky Fajar yang memberikan masukan teknis untuk penulis
dalam
membuat tugas akhir ini. 7. Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang banyak membantu memberikan fasilitas sehingga pengerjaan Tugas Akhir ini dapat berjalan lancar. 8. Teman – teman elektro angkatan 2010 yang diantaranya adi citra, musa, arifin, arief, yunan, musa, eric, jefri, thomas,agus, adit, dryan, rendy untuk doa dan dukungannya. 9. Partner saya dalam tugas akhir Tan Kevin yang senantiasa membantu dalam pengerjaan saya 10. Teman – teman yang bersedia menjadi subjek dalam pengukuran saya yang antara lain : andre, santo, joanna, elwinta, enggar, ganang, bimo, rizal, topan, 11. Teman – teman Campus Ministry 12. Kakak angkatan 2009 antara lain : denny, agung, adi,vanus,kevin 13. Adik angkatan antara lain : hendra, billy, marwo, alvin, dian fajar 14. Pihak-pihak lain yang telah banyak membantu dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini, yang pada kesempatan ini tidak dapat disebutkan satu persatu.
VI
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, maka penulis sangat mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dimasa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan permohonan maaf apabila terdapat hal – hal yang kurang berkenan dalam penulisan laporan ini. Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Semarang,
Penulis
VII
Juli 2015
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL................................................................................................i PENGESAHAN ..................................................................................................II PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ...................................................II ABSTRAK ........................................................ Error! Bookmark not defined.v KATA PENGANTAR ......................................... Error! Bookmark not defined. DAFTAR ISI ..................................................... Error! Bookmark not defined.ii DAFTAR GAMBAR .......................................... Error! Bookmark not defined.i BAB I PENDAHULUAN .................................... Error! Bookmark not defined. 1.1
Latar Belakang ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.2
Perumusan Masalah ............................................................................... 2
1.3
Pembatasan Masalah .............................................................................. 2
1.4
Tujuan dan Manfaat ............................................................................... 2
1.5
Metodologi Penelitian ............................................................................ 3
1.6
Sistematika Penulisan ............................................................................ 3
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 5 2.1
Pendahuluan .......................................................................................... 5
2.2
Sejarah Pengukuran dan Peralatan EMG ................................................ 6
2.3
Teori Dari Pengukuran Ketegangan Otot ............................................... 8
2.3.1
Penjelasan Tentang Teori Yang Digunakan................................... 10
2.4
Noise dan Sinyal Gangguan ................................................................. 13
2.5
Elektroda ............................................................................................. 15
2.5.1
Elektroda Gel ............................................................................... 18
VIII
2.5.1 2.6
Elektroda Gel ............................................................................... 18
Aplikasi tampilan sinyal EMG untuk alat pertama ............................... 19
2.6.1
Pengaturan utama pada Visual Analyzer ....................................... 20
2.6.2
Pengaturan untuk input dan output ................................................ 21
2.6.3
Pengaturan penambahan filter digital ............................................ 21
2.7
Aplikasi tampilan alat kedua menggunakan Scilab ............................... 23
2.7.1
Cara kerja scilab ........................................................................... 23
2.7.2
Perintah untuk menampilkan Sinyal Spectrum .............................. 25
BAB III PERANCANGAN ALAT .................................................................... 27 3.1
Elektroda ............................................................................................. 29
3.1.1 3.2
Penguat Diferensial Sinyal ............................................................ 30
Alat pengukur ketegangan otot versi 1 ................................................. 30
3.2.1
Rangkaian AD620 ........................................................................ 31
3.2.2
Amplifier ...................................................................................... 32
3.2.3
Band Pass Filter 2nd Order ........................................................... 33
3.2.4
OP-AMP Rectifier ........................................................................ 34
3.3
Alat pengukur ketegangan otot versi 2 ................................................. 34
3.3.1
Amplifier 2nd ............................................................................... 35
3.3.2
Rectifier ....................................................................................... 36
3.3.3
Notch Filter .................................................................................. 37
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN ANALISA ............................................. 38 4.1
Pengukuran pada kulit tubuh menggunakan alat pertama ..................... 41
4.2
Pengukuran pada permukaan kulit dengan alat kedua ........................... 43
IX
4.3
Hasil Sinyal dengan menggunakan Scilab ............................................ 45
4.3.1
Pengukuran subjek dengan otot yang besar ................................... 46
4.3.2
Pengukuran subjek dengan otot yang kecil .................................... 49
4.4
Pengukuran dengan menggunakan Oscilloscope .................................. 53
BAB V P E N U T U P ..................................................................................... 56 5.1
Kesimpulan ......................................................................................... 56
5.2
Saran ................................................................................................... 57
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 58 LAMPIRAN ...................................................................................................... 60
X
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Alat pengukur ketegangan otot sederhana pertama yang diciptakan oleh Josef Marek pada tahun 1900 .................................................................................. 8 Gambar 2.2 Skema dari Aktivitas ion yang terjadi pada sel otot yang menyebabkan timbulnya listrik ...................................................................................................... 9 Gambar 2.3 Letak Elektroda A dan B dan Elektroda untuk Referensi pada permukaan kulit manusia .......................................................................................................... 10 Gambar 2.4 Anatomi otot tubuh manusia bagian depan yang digunakan untuk pemeriksaan EMG .................................................................................................. 11 Gambar 2.5 Anatomi otot tubuh manusia bagian belakang yang digunakan untuk pemeriksaan EMG .................................................................................................. 12 Gambar 2.6 Sinyal noise / gangguan pada otot tubuh manusia ................................. 15 Gambar 2.7 Aplikasi tampilan sinyal pengukuran EMG dengan menggunakan Visual Analyzer ................................................................................................................. 18 Gambar 2.8 Pengaturan utama pada Visual Analyzer ............................................... 19 Gambar2.9 Pengaturan untuk input dan output ........................................................ 20 Gambar 2.10 Pengaturan untuk penambahan filter digital ........................................ 21 Gambar 2.11 Perintah utama untuk menentukan variable x ...................................... 22 Gambar 2.12 Perintah utama untuk menampilkan sinyal .......................................... 23 Gambar 2.13 Sinyal yang ditampilkan menggunakan scilab..................................... 23
XI
Gambar 2.14 Perintah untum merubah menjadi sinyal spectrum .............................. 24 Gambar 2.15 Perintah untuk menampilkan sinyal .................................................... 24 Gambar 2.16 Contoh sinyal spectrum ...................................................................... 25 Gambar 3.1 Diagram blok dari alat pengukur ketegangan otot versi 1 ...................... 26 Gambar 3.2 Diagram blok dari alat pengukur ketegangan otot versi 2 fase 1 ............ 27 Gambar 3.3 Diagram blok dari alat pengukur ketegangan otot versi 2 fase 2 ............ 27 Gambar 3.4 Diagram blok dari alat pengukur ketegangan otot versi 2 fase 3 ............ 27 Gambar 3.5 Diagram blok dari alat pengukur ketegangan otot versi 2 fase 4 ............ 28 Gambar 3.6 Pengaturan penguatan diferensial pada bagian elektroda ....................... 29 Gambar 3.7 Alat pengukur ketegangan otot versi 1 .................................................. 30 Gambar 3.8 AD620 ................................................................................................. 30 Gambar 3.9 Rangkaian Amplifier atau penguat ....................................................... 32 Gambar 3.10 Rangkaian Band-Pass Filter 2nd Order .............................................. 33 Gambar 3.11 Rangkaian OP-AMP Rectifier ............................................................ 33 Gambar 3.12 Alat pengukur ketegangan otot versi 2 ................................................ 33 Gambar 3.13 Rangkaian AD620 untuk alat ke 2 ...................................................... 35 Gambar 3.14 Rangkaian Rectifier menggunakan TL082 .......................................... 35 Gambar 3.15 Rangkaian Notch filter dengan menggunakan TL082 .......................... 36
XII
Gambar 4.1 Titik elektroda pengukuran pada tangan ............................................... 38 Gambar 4.2 Sinyal keluaran VA pada saat otot relaksasi ......................................... 38 Gambar 4.3 Sinyal keluaran VA pada saat otot tegang ............................................. 38 Gambar 4.4 Sinyal keluaran VB pada saat relaks ..................................................... 39 Gambar 4.5 Sinyal keluaran VB pada saat tegang .................................................... 39 Gambar 4.6 Sinyal keluaran VC pada saat relaks ..................................................... 40 Gambar 4.7 Sinyal keluaran VC pada saat tegang .................................................... 40 Gambar 4.8 Sinyal keluaran VD pada saat relaks ..................................................... 41 Gambar 4.9 Sinyal keluaran VD pada saat tegang.................................................... 41 Gambar 4.10 Sinyal keluaran VE pada saat relaks ................................................... 41 Gambar 4.11 Sinyal keluaran VE pada saat tegang .................................................. 42 Gambar 4.12 Titik penempelan elektroda V1 dan V2 pada otot tegang .................... 43 Gambar 4.13 Titik penempatan elektroda VREF ..................................................... 43 Gambar 4.14 Contoh titik pengukuran pada bahu .................................................... 44 Gambar 4.15 Contoh titik pengukuran pada perut .................................................... 44 Gambar 4.16 Hasil Sinyal scilab pada saat bahu tegang ........................................... 45 Gambar 4.17 Hasil spectrum dari sinyal bahu tegang ............................................... 46 Gambar 4.18 Hasil spectrum dari sinyal bahu saat tegang zoom maksimal ............ 46
XIII
Gambar 4.19 Hasil Sinyal bahu saat relaks .............................................................. 47 Gambar 4.20 Hasil Spectrum dari sinyal pada saat relaks ........................................ 47 Gambar 4.21 Hasil spectrum dari sinyal pada saat relaks zoom ................................ 48 Gambar 4.22 Hasil sinyal bahu tegang..................................................................... 49 Gambar 4.23 Hasil spectrum dari sinyal tegang ....................................................... 49 Gambar 4.24 Hasil spectrum dari sinyal tegang zoom............................................. 50 Gambar 4.25 Hasil sinyal pada saat relaks ............................................................... 50 Gambar 4.26 Hasil spectrum dari sinyal relaks ........................................................ 51 Gambar 4.27 Hasil spectrum sinyal relaks zoom...................................................... 51 Gambar 4.28 Hasil spectrum dari sinyal zoom maksimal ......................................... 52 Gambar 4.29 Hasil sinyal keluaran dari Notch filter................................................. 53 Gambar 4.30 Sinyal keluaran dari gain .................................................................... 53 Gambar 4.31 Sinyal keluaran dari Rectifier ............................................................. 54 Gambar 4.32 Sinyal keluaran Rectifier setelah ditrim searah jarum jam ................... 54
XIV
