PERANCANGAN SENSOR SERAT OPTIK UNTUK PENGUKURAN PERGESERAN OBYEK DALAM ORDE MIKRON MENGGUNAKAN SERAT OPTIK MULTIMODE
WIDYANA - 2406100093
PENDAHULUAN Kebutuhan suatu alat pengukuran pergeseran obyek dalam orde mikron dan trend perkembangan sensor berbasis optik sebagai sensor pengukuran pergeseran obyek dalam orde mikron. BATASAN MASALAH TUGAS AKHIR, Menggunakan satu sumbu pergeseran/ satu dimensi(sumbu x) Menggunakan lensa objektif mikroskop. Mikrometer yang digunakan mempunyai skala pergeseran sebesar 10µm Serat optik yang digunakan yaitu serat optik multimode dengan diameter 62,5 µm Tidak ada penyerapan (faktor absorbsi) intensitas oleh lensa
TUJUAN
untuk mengetahui bagaimana system perancangan sensor serat optik untuk pengukuran pergeseran obyek dalam orde mikron , dan juga untuk mengetahui jenis serat optik yang sesuai yang dapat digunakan sebagai sensor pergeseran obyek dalam skala mikron, serta mengetahui parameter-parameter yang terdapat di dalamnya.
BAB II. DASAR TEORI SERAT OPTIK Kabel Serat Optik merupakan kabel yang terbuat dari SiO2 dan GeO2 , yang menggunakan cahaya untuk mengirimkan informasi (data). Cahaya yang membawa informasi dapat dipandu melalui serat optik berdasarkan fenomena fisika yang disebut total internal reflection (pemantulan sempurna). BA GIAN – BAGIAN SERAT OPTIK
Serat optik dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu: Serat optik single mode dan multi mode Serat optik yang digunakan dalam perancangan sensor serat optik kali ini yaitu serat optik multimode. Serat optik multimode dapat dibedakan menjadi dua macam, seperti pada gambar di bawah ini;
Gambar Karakteristik Fiber Optic Multimode Step Index
Gambar Karakteristik Fiber Optic Multimode Gradded Index
Serat Optik yang digunakan dalam tugas akhir kali ini yaitu fiber optic multimode dengan spesifikasi di samping ini;
NUMERICAL APERTURE Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah serat untuk menangkap cahaya, NA = n sin θa. Pada lensa NA dapat digunakan sebagai perhitungan panjang fokus jika berdasarkan gambar berkas di bawah ini, Berdasarkan gambar di samping maka didapatkan persamaan; tan θ = D/2f Sehingga f dapat dihitung, yaitu; f = tan θ/2D
ELEMEN SISTEM PENGUKURAN & KARAKTERISTIK SENSOR
Jenis – jenis karakteristik sensor: • Range / Jangkauan Range atau jangkauan dapat menunjukkan daerah kerja elemen sistem pengukuran • Span nilai variasi maksimum dari input atau output, maka untuk Span input = Imax – Imin , dan Span output = Omax – Omin • Linearitas Suatu elemen dikatakan linier jika nilai hubungan antara input dan output mengikuti persamaan garis lurus. • Sensitivitas Sensitivitas merupakan besar perubahan output yang terjadi terhadap perubahan input tertentu • Resolusi Resolusi merupakan nilai terkecil yang mampu dideteksi oleh suatu alat
BAB III PERANCANGAN DAN METODOLOGI
Flowchart pengerjaan perancangan sensor serat optik untuk pengukuran pergeseran obyek dalam orde mikron dapat dilihat pada gambar disamping
Susunan peralatan percobaan serat optik sebagai alat pengukur pergeseran obyek dapat dilihat pada gambar di bawah ini,
Keterangan : MD : Microdisplacement (pergeseran secara mikron L : Lensa PD : Photodetektor FO : Fiber Optic (Serat optik)
SPESIFIKASI PERALATAN YANG DIGUNAKAN
KARAKTERISASI SENSOR SERAT OPTIK UNTUK PENGUKURAN PERGESERAN OBYEK DALAM ORDE MIKRON
Karakterisasi yang akan dicari : 1. Range/Jangkauan Sensor 2. Span 3. Linieritas 4. Sensitivitas 5. Resolusi
Karakterisasi yang dicari dapat diketahui berdasarkan spesifikasi alat, persamaan dan grafik hasil penelitian
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Berdasarkan gambar susunan peralatan pada gambar 3.1 maka percobaan dilakukan dengan posisi pertama serat optik diletakkan tepat pada titik fokus lensa, sehingga nilai terbesar yang tampak pada detektor keluaran terdapat pada pengukuran pertama dan akan mengalami penurunan tegangan keluaran pada pengukuran selanjutnya. Sesuai dengan perubahan obyek dalam orde mikron (X) Pengukuran yang dilakukan dapat berupa pergeseran maju dari titik fokus dan mundur dari titik fokus pada sumbu X
PERHITUNGAN PANJANG FOKUS TIAP LENSA LENSA DENGAN NA = O,25
NA = n sin θ Sehingga θ = 14,477 0 Berdasarkan gambar; tan θ = D/2f f = D/2 tan θ maka f (panjang fokus) diketahui = 1,123165 cm
LENSA DENGAN NA = 0,4
NA = n sin θ Sehingga θ = 23,57810 Berdasarkan gambar; tan θ = D/2f f = D/2 tan θ maka f (panjang fokus) diketahui = 1,0314 cm
GRAFIK HASIL PERCOBAAN DENGAN MENGGUNAKAN LENSA DENGAN NA = 0,25
PERSAMAAN GRAFIK YANG MENYATAKAN HUBUNGAN ANTARA MIKRODISPLACEMENT DENGAN TEGANGAN KELUARAN V = -0,005 X + 0,351 dengan R2(koefisien korelasi) = 0,888 V = -0,011 X + 0,367 dengan R2(koefisien korelasi) = 0,918 Dengan:
V = tegangan keluaran detektor X = pergeseran obyek dalam orde mikron R2 = koefisien korelasi yang merupakan faktor pembanding plot data yang dihasilkan dengan regresi linier
GAMBAR GRAFIK HASIL PENELITIAN BERDASARKAN NA =0,4
a
b
Grafik Pergeseran maju (a) dan mundur (b)) (NA lensa 0,4)
GRAFIK PERBANDINGAN HUBUNGAN MIKRODISPLACEMENT (X) DENGAN TEGANGAN OUTPUT (V) DENGAN NA YANG BERBEDA
Gambar grafik perbandingan pergeseran maju dengan menggunakan NA = 0,25 dan NA = 0,4
Gambar grafik perbandingan pergeseran mundur dengan menggunakan NA = 0,25 dan NA = 0,4
Berdasarkan grafik di atas, maka didapatkan persamaan hubungan jarak dengan tegangan keluaran, persamaan tersebut yaitu X = 27,78 V – 0,559 dengan R2 = 0,988 sehingga nilai sensitivitas dari jarak terhadap tegangan pada alat ini yaitu 27,78 µm/volt.
Karakterisasi Sensor Fiber Optic Untuk Mengetahui Performansi Sensor Range/Jangkauan sensor Range pengukuran pada sensor serat optik sebagai pengukuran pergeseran obyek yaitu 0 – 200 µm, nilai ini merupakan range input yaitu antara Inputmin s/d Inputmax Span Span dapat diketahui dari nilai Imax – I min atau Omax – Omin, span dari sensor atau alat ukur ini yaitu 10,00 mm. Linieritas Linearitas adalah kestabilan nilai ddX. Nilai linieritas dari pengukuran yang dilakukan dapat dilihat berdasarkan persamaan grafik pada setiap percobaan, Linieritas yang dihasilkan yaitu 0,994 Resolusi Pergeseran alat Berdasarkan pengertian resolusi yang terdapat pada dasar teori maka resolusi pergeseran alat (micrometer) dengan span 10,00 mm yaitu 10 µm. Nilai presentasi resolusi pada sensor ini yaitu; 10 µm /(200 µm - 0 µm) x 100% = 5 % Sensitivitas Sensitivitas pada sensor ini yaitu 0,033 volt/µm
BAB V PENUTUP Berdasarkan percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
Dapat teramati dengan baik perubahan yang terjadi pada tegangan keluaran dengan pergeseran obyek dalam orde mikron Sensitivitas sensor yang dihasilkan yaitu 0,033 volt/µm Resolusi sensor sebesar 10 µm, sedangkan presentasi resolusi pada sensor ini yaitu; 10 µm /(200 µm - 0 µm) x 100% = 5 %, dengan Span alat ukur sebesar 10,00 mm. Berdasarkan karakterisasi yang dilakukan maka performansi dari sensor serat optik bisa digunakan sebagai alat ukur dengan pergeseran yang terjadi dalam orde mikron
DAFTAR PUSTAKA
Udd, E.,1991 Fiber optic Sensors: An Introduction for Engineers and Scientists, Wiley, New York. Yu,F, Yin,S , 2002 Fiber optic sensors. Marcel-Dekker. Krohn,D.A Fiber optic sensors-Fundamental and applications Instrument Society of America. Wiley, John & Sons. Fiber optic smart structures. INC, New Culshaw, B., and Dakin, J, ,1989 Optikal Serat Sensors:Sistems and Applications, Artech House, Boston. Krohn, D. A., , 1988. Fiber optic Sensors: Fundamental and Applications, Instrument Society of America, Research Triangle Park, North Carolina. Udd, E., 1992 editor, Fiber optic Sensors, Proceedings of SPIE, CR-44. Udd, E., , 1996 Fiber optic Smart Structures, Proceedings of IEEE, vol. 84, no. 6, 884−894.
LAMPIRAN
