KAJIAN RUGI-RUGI AKIBAT MAKROBENDING PADA SERAT OPTIK PLASTIK BERBASIS PC Egyn Furqon Ghozali, Mohtar Yunianto, Nuryani Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Email :
[email protected]
ABSTRACT Experimental study has been conducted to analyze the losses due to the fiber optic macrobending triple bending plastic PC based models. Data retrieval is gathered by measuring the change in the value of the light intensity due to the presence of symptoms bend (bending) on optical fibers that cause the symptoms of loss-loss optical fiber application that read in WIM Acquisition program based Delphi 7. Optical fibers used are plastic optical fiber diameter of 3 mm, 0.8 mm pin diameter, 0.5 mm pin spacing and light sources is LED (λ = 676 nm). Results of the research showed that the greater the bending is given, the greater the value of losses in optical fiber will be, The trend graphs show linear with the value of the sensitivity of the sensor for R ² = 0974, so the inferred design sensor devices made have the potential to be applied as sensors weight in motion. Keyword : Plastical Fiber optic, macrobending, PC WIM sensor.
ABSTRAK Telah dilakukan kajian secara eksperimental untuk menganalisa rugi-rugi akibat makrobending pada serat optic plastik model triple bending berbasis PC. Pengambilan data dilakukan dengan mengukur perubahan nilai intensitas cahaya akibat adanya gejala bengkokan (bending) pada serat optik yang menimbulkan gejala rugi-rugi serat optik yang terbaca pada program aplikasi WIM Acquisition berbasis Delphi 7. Serat optik yang digunakan adalah fiber optik plastik berdiameter 3 mm, diameter pin 0,8 mm, jarak antar pin 0,5 mm dan sumber cahaya berupa LED (λ=676 nm). Berdasarkan hasil penelitian diperoleh bahwa semakin besar bending yang diberikan maka semakin besar pula nilai rugi-rugi serat optik, dimana diperoleh trend grafik yang linier dengan nilai sensitifitas dari sensor sebesar R² = 0.974 , sehingga disimpulkan rancangan sensor alat yang dibuat berpotensi untuk dapat diaplikasikan sebagai sensor Weight in motion. Kata kunci : Serat Optik plastik, makrobending, PC, sensor WIM.
PENDAHULUAN Kemajuan teknologi polimer terbaru memungkinkan pengenalan fiber optik plastik dalam desain sensor. Keuntungan dari metrologi optik dengan fiber optik plastik telah menarik perhatian dari masyarakat ilmiah, karena mereka memungkinkan pengembangan sistem biaya rendah atau biaya kompetitif dibandingkan dengan teknologi konvensional. Penelitian awal pada sensor fiber optik berbasis teknologi dipublikasikan di tahun 70-an dan yang pertama terkait dengan medis dan industri endoskopi fiber optik. Sensor fiber optik memiliki fitur menguntungkan beberapa: compact, ringan dan memungkinkan dalam pelaksanaan skema multiplexing. Harapan untuk produksi sensor fiber optik dengan biaya rendah atau kompetitif dibandingkan dengan teknologi konvensional masih menuntut. Plastic atau Polimer Optical Fiber (POF) dapat memenuhi harapan [1].
Cahaya yang merambat didalam kabel fiber optik dapat keluar dari fiber ketika kabel tersebut melengkung dengan jari-jari lengkungan cukup kecil, akibatnya, daya optis yang keluar dari ujung fiber, yang diterima oleh detektor cahaya akan berkurang akibat adanya kerugian (loss) ini yang dikenal sebagai macrobending loss (kerugian akibat lengkungan makro). Kerugian pun dapat terjadi bila pada fiber optik terdapat lengkungan-lengkungan mikroskopis, baik akibat cacat pada proses pembuatannya ataupun disengaja dengan menjepitkan fiber tersebut pada suatu struktur bergerigi halus. Kerugian semacam ini dinamakan microbending loss (kerugian akibat lengkungan mikro) [2]. Telah dilakukan penelitian dengan variasi pembungkus (jumlah putaran) dan jari-jari kelengkungan dengan bantuan komputer, hubungan semi-empiris antara hilangnya daya dengan parameter tersebut telah ditemukan. Dalam beberapa tahun terakhir sensor berbagai fiber lentur telah diusulkan dan jenis bending fiber optik sensor dapat digunakan untuk mengukur parameter fisik yang berbeda seperti tegangan, tekanan, ketegangan, suhu dan lain lain [3]. Telah dilakukan juga penelitian tentang desain alat ukur rugi-rugi akibat macrobending pada multi-mode optical fiber berbasis PC dengan variasi jumlah lilitan dimana hasil penelitian menunjukan alat ukur yang dibuat dapat digunakan untuk melakukan pengukuran rugi-rugi akibat macrobending dengan hasil semakin banyak jumlah lilitan maka semakin rendah intensitas cahaya [4]. Weight in Motion (WIM) adalah salah satu cara mengoptimalisasikan fungsi jembatan timbang, terutama di jalan-jalan primer atau sekunder dengan lalu lintas harian kendaraan yang relatif tinggi. WIM adalah suatu sensor berat kendaraan yang dipasang dengan cara ditanam di badan jalan (aspal). Sensor ini dapat memprediksi berat kendaraan yang melewatinya pada kecepatan tertentu tanpa harus menghentikan kendaraan. Dengan WIM, kelebihan muatan dengan seketika dapat terdeteksi cukup akurat dan kejadian seperti lolosnya angkutan barang bermuatan lebih dapat dicegah semaksimal mungkin dan tidak semua kendaraan angkutan barang harus masuk jembatan timbang statis [4]. Analisa yang akan dilakukan berupa rugi-rugi akibat macrobending pada POF, sehingga nantinya memiliki dapat diaplikasikan dengan tepat untuk jembatan timbang dengan sensor WIM. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukana untuk mengetahui pengaruh makrobending (pembengkokan) terhadap perubahan intensitas pada serat optik jenis plastik. Perangkat sensor berbasis serat optik ini terdapat beberapa bagian utama yaitu sumber cahaya, sistem makrobending, detektor, converter, lengan acuan dan pengukuran serta computer. Adapun skema penelitian ini tersaji pada gambar 1 serta rancangan alat penelitian seperti ditampilkan pada Gambar 2.
Persiapan Pengujian Alat
Pengujian Komponen
Instalasi Software
Set Up Konstanta Pegas
Alat Bending
Sumber Cahaya
Converter
flowchart program
Pengujian Sistem Pengambilan Data Pengolahan Data Analisis Data Kesimpulan
Gambar 1. Skema penelitian Alat Bending Lengan Pengukuran
2 LED
Converter
1
Detektor 2
Detektor 1 Lengan Acuan
Komputer Keterangan: Kabel tembaga Serat Optik
Gambar 2. Rancangan alat Sensor Serat Optik Berbasis Komputer Pada Penelitian ini akan diperoleh trend grafik yang linier dengan intensitas tinggi dan memiliki korespondensi satu-satu sebagai syarat bahwa alat yang dibuat dapat digunakan sebagai sensor WIM. Serat optik dilewatkan lurus pada sebuah alat bending dengan sistem triple bending kemudian diberi perlakuan penekanan dari atas. Alat bending diskemakan pada Gambar 3.
mikrometer skrup Baud penyangga jarak pegas bending
Penyangga mikrometer skrup
pin
Papan acrylic PO F
Gambar 3. Skema alat bending
HASIL DAN ANALISA PENELITIAN Pengambilan data dilakukan dengan bantuan program aplikasi WIM Acquisition yang dikembangkan sendiri dengan menggunakan Borland Delphi 7 dengan tampilan program seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. program WiM Acquisition Salah satu keluaran program adalah berupa grafik yang menampilkan besarnya intensitas cahaya referensi (serat optik tidak dilewatkan alat bending) dan receiver (serat optik dilewatkan alat bending) secara real time. Keadaan awal menyatakan bahwa ketika fiber optik belum mengalami perlakuan bending maka intensitas referensi (garis biru) dan receiver (garis merah) akan berhimpit, hal ini menandakan tidak ada loss bending. Ketika
serat optik diberi penekanan secara vertikal dari atas maka terlihat kedua intensitas akan merenggang dengan intensitas referensi tercatat menurun, hal ini menandakan terjadi loss bending. Kedua keadaan grafik ini ditunjukkan pada gambar 5 berikut.
(b) (a) Gambar 5. Intensitas referensi (biru) dan receiver (merah). (a) sebelum bending. (b) setelah bending Sistem triple bending merupakan batasan masalah dalam penelitian ini, selain itu juga pin bending dengan diameter 0,8 mm dan jaraknya 0,5 mm, serta serat optik yang digunakan memiliki diameter 3 mm. Adapun dari data-data yang telah diambil kemudian di buat dalam bentuk grafik sebagai mana dalam gambar 6 berikut
Gambar 6. Tren grafik hubungan pergeseran penekanan dan loss bending.
Gambar 6 menunjukkan hubungan antara nilai rugi-rugi yang diperoleh dengan menggunakan persamaan 3 hasil dari data yang disimpan dalam PC ketika pada sistem sensor diberi tekanan. Terlihat dari gambar 6, nilai tegangan rugi-rugi naik ketika tekanan yang diberikan pada sistem sensor juga ditambah. Koefisien regresi linear dari hubungan ini adalah 0.974. Rugi-rugi yang timbul pada serat optik dapat dihitung dengan mengingat definisi rugirugi: 1 Dimana : dB L Pi
= = =
rugi-rugi serat optik panjang serat optik daya optik yang ditransmisikan (masuk) ke dalam serat optik
Po
=
daya optik yang keluar dari serat optik
Dengan mengingat bahwa
P
V2 R
2
Maka persamaan 1 dapat ditulis menjadi 3 Dalam persamaan ini Vi dan V0 secara berurutan adalah tegangan listrik yang terukur pada program aplikasi WIM Acquisiton hasil pengukuran intensitas dari cahaya masuk ke fiber (referensi) dan cahaya yang keluar dari fiber termodulasi. KESIMPULAN Hasil penelitian telah menunjukkan bahwa semakin besar pergeseran penekanan yang dilakukan maka loss bending yang muncul juga akan semakin besar, hal ini juga ditunjukkan oleh trend grafik linier dengan nilai R² = 0.974. Dengan trend grafik dan nilai R2 tersebut maka desain dari system sensor pada penelitian ini berpotensi untuk dapat diaplikasikan sebagai sensor Weight in motion. DAFTAR PUSTAKA 1. Bilro, L., Alberto, N., Pinto J.L. and Nogueira R. 2012. Optical Sensors Based on Plastic Fiber. MDPI, Basel, Switzerland, Vol. 12, 12184-12207.
2. Waluyo, T.B., Bayuwati, D. dan Widiyatmoko, B. 2009. Karakteristik Rugi Lengkungan dengan Optical Time Domain Reflectometer untuk Penggunaannya sebagai Sensor Pergerakan Tanah. Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia, Vol. 9, 34-42. 3. Zendehnam, A., Mirzaei, M., Farashiani, A. and Farhhani I.H. 2010. Investigation of Bending Loss in a Single-Mode Optical Fiber. Indian Academy of Sciences, Vol. 74, 591603. 4. Mohtar Y., Ahmad M.,dan Zuhdi I,. 2012, Desain Alat Ukur Rugi-Rugi Akibat Macrobending pada Multi-Mode Optical Fiber Berbasis Personal Computer , Indonesian Journal of Applied Physics (2012) Vol.2 No.2, Hal 138-145 5. Kompas, 2010, Jembatan Timbang, Senin, 18 April 2011.09:30 WIB, www.kompas.com
