JURNAL Teori dan Aplikasi Fisika
Vol. 03 , No.02,juli 2015
Analisis Pola Interferensi Pada Interferometer Michelson Sebagai Pendeteksi Ketebalan Bahan Transparan Dengan Metode Image Processing Menggunakan Sensor Charge Couple Device (CCD) Warsito, Sri Wahyu Suciyati, Aptridio S Yusuf JurusanFisika FMIPA Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro No. 1 Gedong Meneng, Bandar Lampung 35145 Email:
[email protected],
[email protected] Diterima (27 April 2015), direvisi ( 21 Mei 2015 ) Abstract. Detection of transparent acrylic material and glassthickness did by observing the change in the fringe pattern formed on a Michelson interferometer. Fringe pattern that formed when the Michelson interferometer has not been given a sample, used as a starting or considered under normal conditions. Changes in the fringe pattern without sample given by the fringe pattern when given samples of acrylic and glass, is used as the value of the thickness of the observed sample. Observations were made with the help of CCD sensors on cameras. The results obtained from the image, processed to show the value of the changes that may occur. From the experiments that have been done obtained that thickness of 2 mm acrylic is 0,8 mm and 3 mm acrylic is 1,7 mm. For measuring glass thickness obtained that thickness of 1 mm glass is 0,6 mm, 2 mm glass is 0,8 mm and 3 mm glass is 2.1 mm. Keywords: Interferometer Michelson, thickness of glass and acrylic, ccd sensor Abstrak. Deteksi ketebalan bahan transparan akrilik dan kaca dilakukan dengan cara mengamati perubahan pola frinji yang terbentuk pada interferometer michelson. Pola frinji yang terbentuk pada saat interferometer michelson belum diberikan sampel, digunakan sebagai data awal atau dianggap dalam kondisi normal. Perubahan pola frinji tanpa diberikan sampel dengan pola frinji saat diberikan sampel akrilik dan kaca, digunakan sebagai nilai ketebalan dari sampel yang diamati. Pengamatan dilakukan dengan bantuan sensor ccd yang terdapat pada kamera. Hasil dari gambar yang didapatkan, diolah hingga dapat menunjukan nilai perubahan yang terjadi. Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh tebal akrilik 2 mm sebesar 0,8 mm dan akrilik 3 mm sebesar 1,7 mm. untuk pengukura ketebalan kaca didapatkan tebal kaca 1 mm sebesar 0,6 mm, kaca 2 mm sebesar 0,8 mm dan kaca 3 mm sebesar 2,1 mm. Kata kunci: Interferometer Michelson, ketebalan kaca dan akrilik, sensor ccd
PENDAHULUAN Alat optik interferometer Michelson memiliki banyak kegunaan salah satunya yakni, sebagai alat ukur. Interferometer Michelson pada awalnya digunakan untuk mengukur panjang gelombang dari berkas
cahaya. Pada perkembangannya interferometer Michelson dapat digunakan untuk mengukur indeks bias, ketebalan bahan, konsentrasi larutan. Pengukuran atau pendeteksian ketebalan membutuhkan tingkat sensitivitas yang tinggi. 221
Warsito dkk: Analisis Pola Interferensi Pada Interferometer Michelson Sebagai Pendeteksi Ketebalan Bahan Transparan Dengan Metode Image Processing Menggunakan Sensor Charge Couple Device (CCD) Pada prinsipnya, interferometer Michelson mampu mengukur perubahan pengukuran dalam nilai yang kecil, akan tetapi dibatasi oleh perubahan orde pola frinji pada interferensi yang terjadi. Penambahan sensor ccd yang terdapat pada kamera, digunakan untuk memudahkan dan membantu proses analisa data secara digitalisasi menggunakan software Borland Delphi dan Matlab. Dalam penelitian ini dirancang alat interferometer Michelson yang terintegrasi dengan kamera, sehingga data yang diperoleh dapat dianalisis untuk mendapatkan nilai perubahan ketebalan sampel yang diuji. Perubahan pola frinji pada saat salah satu berkas cahaya diberikan sampel terjadi karena adanya cahaya yang terserap oleh sampel, dan waktu periode jatuhnya gelombang yang berubah. Pola frinji terbagi menjadi dua, yaitu pola terang dan pola gelap. Pola frinji yang terbentuk, terjadi karena adanya peristiwa interferensi cahaya. Interferensi adalah bertemunya dua buah gelombang atau lebih, sehingga terjadinya penggabungan secara superposisi atau lebih pada sebuah titik (Tipler, 2001). Interfernsi terbagi menjadi dua, interfernsi instruktif dan destruktif. Interfernsi instruktif yaitu interferensi yang terjadi apabila dua buah gelombang bertemu dengan fase yang sama sehingga saling menguatkan. Sedangkan interferensi destruktif ialah bertemunya dua buah gelombang cahaya dengan fase yang berbeda, sehingga saling meniadakan atau melemahkan (sugito dkk, 2005). Gambar 1 merupakan gambar dari interferensi konstruktif, dimana dua buah gelombang yang ada memiliki fase yang sama sehingga saling menguatkan. 222
Gambar 1. Interferensi konstruktif amplitudo
Interferometer Michelson merupakan suatu alat yang dirancang untuk menghasilkan pola interferensi dari perbedaan lintasan optiknya (Nugroho dkk, 2009). Sensor ccd merupakan sensor yang terdapat pada kamera. Sensor ini berfungsi mengubah cahaya menjadi elektron yang kemudian diubah menjadi gambar seperti aslinya (Riyanti dkk, 2009). Pengolahan hasil gambar yang didapatkan biasa disebut dengan image processing. Tujuan dilakukannya proses image processing untuk memudahkan analisis gambar menggunakan bantuan komputer. METODE PENELITIAN Analisis pola frinji dilakukan dengan cara Melihat perubahan pola frinji pada saat lintasan optik diberikan sampel dari sebelum diberikan sampel. Proses pertama yang dilakukan dalam melaksanakan penelitian dengan cara melakukan kalibrasi interferometer Michelson. Kalibrasi alat interferometer Michelson dilakukan dengan cara mensejajarkan berkas cahaya datang dengan berkas cahaya pantul tanpa melewati beam splitter. Setelah berkas cahaya datang dan pantul sejajar, kalibrasi
JURNAL Teori dan Aplikasi Fisika
selanjutnya dengan cara mencari dua buah tiitik dengan cara melewatkan berkas cahaya melalui beam splitter. Setelah dua buah titik berkas cahaya bersatu dalam satu titik, pola interferensi berupa pola frinji gelap dan terang dapat terlihat. Dalam penelitian ini alat dan bahan yang digunakan berupa satu set alat interferometer Michelson, laser He-Ne, kamera webcam logitech c270, Kaca 1 mm, 2 mm, 3 mm, akrilik 2 mm dan akrilik 3 mm. Diagram alir dari penelitian yang dilakukan ditunjukan oleh Gambar 2.
Vol. 03 , No.02,juli 2015
Proses dalam pengambilan data dilakukan dengan cara melakukan pengulangan hingga 5 kali. Pengulangan dalam proses pengambilan data dilakukan untuk menggurangi noise dalam proses pengambilan data. Dari 5 data gambar yang telah didapatkan, dilakukan penggabungan menjadi satu sehingga hanya satu data gambar yang kemudian akan dianalisis. Gambar yang didapatkan dianalisis nilai greylevelnya. Perbedaan nilai greylevel pada saat belum diberikan sampel dijadikan data awal atau data acuan. Nilai perubahan dari sebelum diberikan sampel (tanpa sample) dengan setelah diberikan sampel dijadikan data perubahan ketebalan sampel. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 2. Diagram alir penelitian
Data yang didapatkan dari perlakuan yang dilakukan merupakan perubahan jarak dalam skala satuan pixel. Konversi satuan pixel ke dalam satuan panjang (mm) dilakukan dengan cara mengkalibrasi kamera yang digunakan. Jarak kamera terhadap layar tempat pola frinji ditangkap harus sama selama pengambilan data. Proses kalibrasi dilakukan dengan cara mengukur besarnya perubahan pixel pada setiap 1 mm pengukuran. Dari pengukuran yang telah dilakukan didapatkan nilai perubahan 14 pixel untuk setiap perubahan 1 mm. Gambar 3 merupakan grafik kalibrasi kamera untuk mengkonversi satuan pixel menjadi satuan panjang (mm). hasil kalibrasi dari jarak pixel ke dalam panjang (mm) mendapatkan nilai grafik linear y = 10,70x + 3,153, dimana nilai y adalah nilai panjang pixel dan nilai x adalah nilai perubahan jarak dalam satuan (mm). 223
Warsito dkk: Analisis Pola Interferensi Pada Interferometer Michelson Sebagai Pendeteksi Ketebalan Bahan Transparan Dengan Metode Image Processing Menggunakan Sensor Charge Couple Device (CCD)
Gambar 3. Grafik kalibrasi kamera
Data hasil pengukuran didapatkan dengan cara menarik garis tegak lurus dari terang pusat hingga frinji terakhir. Nilai greylevel pada garis yang diamati tersebut dijadikan acuan nilai pola terang dan gelap. Nilai greylevel pada garis yang memiliki nilai greylevel tinggi merepresentasikan nilai pola terang. Sedangkan untuk nilai greylevel rendah menunjukan posisi pada saat pola gelap. Pengamatan dilakukan dengan cara mengamati pola gelap pada saat belum diberikan sampel, kemudian dibandingkan dengan pola gelap saat diberikan sampel. perubahan yang terjadi pada kedua pola gelap tersebut diamati selisihnya, sehingga mendapatkan perubahan panjang pixel.
Gambar 5. Rancangan alat penelitian
Rancangan alat interferometer Michelson yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 5. pada Gambar 5, rangkaian alat penelitian terdiri dari satu set alat interferometer michelson, kamera dan laptop. Proses dilakukan dengan cara mengambil gambar pola frinji yang terbentuk dari peristiwa interferensi pada interferometer Michelson dengan menggunakan kamera. Gambar yang dihasilkan. Disimpan pada laptop yang nantinya akan dianalisis dengan software pengolahan citra.
(a)
Gambar 4. Pola frinji yang telah diberikan perlakuan penarikan garis
Gambar 4 menunjukan pola frinji yang dibeeri perlakuan penarikan garis.
224
(b)
(c) Gambar 6. (a) pola frinji tanpa sampel (b) pola frinji sampel akrilik 2 mm (c) pola frinji sampel akrilik 3 mm.
JURNAL Teori dan Aplikasi Fisika
(a)
Vol. 03 , No.02,juli 2015
(b)
(c) Gambar 7. (a) Pola frinji pada sampel kaca 1 mm (b) pola frinji pada sampel kaca 2 mm (c) pola frinji pada sampel kaca 3 mm
Dari penelitian yang dilakukan didapatkan nilai perubahan pola frinji dari pola frinji tanpa sampel ke pola frinji yang diberikan sampel. pola frinji tanpa sampel dijadikan titik acuan pengukuran karena merupakan pola frinji asli sebelum diberikan perlakuan. Sampel akrilik 2 mm pada saat dianalisis nilai ketebalannya mendapatkan nilai sebesar 0,8 mm. sedangkan untuk akrilik 3 mm mendapatkan nilai sebesar 1,7 mm. pengujian sampel kaca 1 mm mendapatkan nilai sebesar 0,6 mm. pada pengujian sampel kaca 2 mm didapatkan nilai ketebalan sebesar 0,8 mm. untuk ketebalan kaca 3 mm hasil yang didapatkan sebesar 2,1 mm. Tabel 1. Data perubahan jarak pola frinji dan pengukuran ketebalan NO
Sampel
1
Tanpa Sampel Akrilik 2mm Akrilik 3mm Kaca 1mm Kaca 2mm Kaca 3mm
2 3 4 5 6
Gelap
1
Gelap 2
ΔL
60 Pixel 85 Pixel 59 Pixel 73 Pixel 68 Pixel 52 Pixel
122 Pixel 135 Pixel 110 Pixel 125 Pixel 118 Pixel 88 Pixel
62 pixel 50 pixel 41 pixel 52 pixel 50 pixel 36 pixel
Perubaha n jarak frinji (Δx)
0 pixel 12 pixel 21 pixel 10 pixel 12 pixel 26 pixel
Hasil ketebal an
0 mm 0,8 mm 1,7 mm 0,6 mm 0,8 mm 2,1 mm
Tabel 1 merupakan tabel yang menunjukan data hasil dari penelitian yang dilakukan. Hasil yang didapatkan dari proses penelitian yang dilakukan masih belum mendekati nilai aslinya. Banyak sekali faktor eksternal maupun internal yang mempengaruhi hasil yang didapatkan. faktor eksternal dapat terjadi akibat ganguan dari cahaya lingkungan sekitar, sehingga menyebabkan nilai greylevel yang didapatkan mengalami perubahan. Faktor internal dapat disebabkan dari noise yang terjadi pada alat yang dirancang, karena apabila terdapat gerakan sedikit atau gangguan getaran sedikit saja akan mempengaruhi pola frinji yang terbentuk.
KESIMPULAN DAN SARAN Pengukuran dilakukan dari pola gelap akan lebih akurat bila dibandingkan dengan pola terang. Karena bentuk pola gelap 1 dan pola gelap 2 hampir sama, tidak seperti bentuk terang pertama yang bulat penuh tidak seperti terang kedua. Hal tersebeut dapat mempengaruhi tingkat kejelasan greylevel yang ditunjukan, karena perbedaannya sangat mencolok. Pengamatan yang dilakukan mendapatkan nilai ketebalan untuk akrilik 2 mm sebesar 0,8 mm, akrilik 2 mm sebesar 1,7 mm, kaca 1 mm sebesar 0,6 mm, kaca 2 mm sebesar 0,8 mm dan kaca 3 mm sebesar 2,1 mm. perbedaan nilai ketebalan asli dengan yang didapatkan dalam penelitian dapat ditangulangi dengan cara ala yang dirancang ditambahkan peredam noise getaran sehingga lebih stabil dan pengambilan data dilakukan pada ruang kedap cahaya.
225
Warsito dkk: Analisis Pola Interferensi Pada Interferometer Michelson Sebagai Pendeteksi Ketebalan Bahan Transparan Dengan Metode Image Processing Menggunakan Sensor Charge Couple Device (CCD) DAFTAR PUSTAKA Tipler, P. (2001). Fisika Untuk Sains danTeknik Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Sugito, H., Wahyu, Firdausi, k. s., & mahmudah, s. (2005). Pengukuran Panjang Gelombang Sumber Cahaya Berdasarkan. Berkala Fisika, Vol.8, No.2, April 2005, hal 37-44. ISSN : 1410 - 9662.
226
Riyanti, M. E., Usman, K., & Rizal, A. (2009). DeteksidanKlasifikasi Penyakit Anemia (Defesiensi Besi, Hemolitik). Bandung: Skripsi S1 Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Telkom. Nugroho, S. E., Firdausi, K. S., & Marhaendarjaya, I. (2007). Penentuan Tebal Bahan Transparan (ZnO) Menggunakan Interferometer Michelson. Semarang: Skripsi S1 Fakultas MIPA, Jurusan Fisika, Universitas Diponegoro
