SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung


Pidato Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung

Profesor Mitra Djamal

SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

27 Maret 2010 Balai Pertemuan Ilmiah ITB Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

Prof. Mitra Djamal 27 Maret 2010


Hak cipta ada pada penulis


Pidato Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung 27 Maret 2010

Profesor Mitra Djamal

SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung



Hak cipta ada pada penulis


Judul: SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN Disampaikan pada sidang terbuka Majelis Guru Besar ITB, tanggal 27 Maret 2010.

Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara elektronik maupun mekanik, termasuk memfotokopi, merekam atau dengan menggunakan sistem penyimpanan lainnya, tanpa izin tertulis dari Penulis.

UNDANG-UNDANG NOMOR 19 TAHUN 2002 TENTANG HAK CIPTA 1. Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau memperbanyak suatu ciptaan atau memberi izin untuk itu, dipidana dengan pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah). 2. Barang siapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksud pada ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

Dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang telah diusahakannya. Dan bahwasanya usahanya itu kelak akan diperlihatkan (kepadanya). Kemudian akan diberi balasan kepadanya dengan balasan yang paling sempurna. --- QS An Najm: 39-41 ---

Hak Cipta ada pada penulis Data katalog dalam terbitan Mitra Djamal SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN Disunting oleh Mitra Djamal Bandung: Majelis Guru Besar ITB, 2010 viii+78 h., 17,5 x 25 cm ISBN 978-602-8468-11-4 1. Teknologi 1. Mitra Djamal


ii



iii


PENGANTAR Segala puji dan syukur kita persembahkan kepada Allah yang Maha Rahman lagi Maha Rahim, yang telah memberikan ilmu dan hikmah kepada hamba-Nya. Berkat kemudahan-kemudahan yang diberikan-Nya pada penulis, memungkinkan penulis mampu menyelesaikan dan menyampaikan orasi ini sebagai bentuk komitmen dan pertanggungjawaban akademik penulis yang mendapat amanah jabatan Guru Besar. Terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung yang telah memberi kesempatan penulis untuk menyampaikan orasi berjudul “Sensor dan Sistem Sensor: State of the Art, Kontribusi dan Perspektif Pengembangannya di Masa Depan” Besarnya kompetisi di pasar bebas mengharuskan pengembangan instrumen yang terus menerus, baik dari sisi kualitas, harga maupun keandalannya. Meningkatnya kebutuhan untuk otomatisasi, keamanan dan kenyamanan menggiring orang untuk mengembangkan sensor dan sistem sensor baru dengan prinsip dan metoda yang berbeda-beda. Jumlah sensor dan sistem sensor yang diperlukan juga meningkat. Saat ini teknologi sensor telah memasuki bidang aplikasi baru dan pasar yang semakin meluas seperti otomatif dan rumah cerdas (smart home). Pada waktu yang bersamaan sensor dan sistem sensor juga menempati posisi yang sangat penting untuk penelitian dan pengembangan hampir di semua bidang. Dalam tulisan ini disajikan beberapa fakta perkembangan teknologi Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

iv



v


DAFTAR ISI

sensor pada saat ini, yang meliputi struktur sensor, teknologi pembuatannya, dan proses pengolahan sinyalnya. Ke tiga komponen ini memegang peranan yang sangat penting bagi perkembangan bidang sensor dan

PENGANTAR ............................................................................................. iii

sistem sensor. Beberapa kontribusi utama penulis dalam bidang sensor

DAFTAR ISI .................................................................................................

v

1.

PENDAHULUAN ...............................................................................

1

2.

STATE OF THE ART TEKNOLOGI SENSOR .................................

3

2.1. Struktur Sensor .............................................................................

4

2.2. Teknologi Sensor ...........................................................................

9

2.3. Pengolahan Sinyal .........................................................................

9

dan sistem sensor dipaparkan dalam bagian ke dua tulisan ini. Kontribusi itu meliputi pengembangan sensor koil datar dan aplikasinya untuk mengukur getaran, pengembangan sensor magnetik fluxgate dan beberapa aplikasi penerapannya, dan pengembangan material Giant Magnetoresistance dan aplikasinya. Perspektif pengembangan sensor dan sistem sensor di masa mendatang dipaparkan pada bagian ke tiga tulisan

2.3.1 Pengolahan sinyal sensor secara individu ...................... 10

ini. Beberapa pengamat memprediksi bahwa masa mendatang akan

2.3.2 Pengolahan sinyal sistem multi sensor ............................ 12

ditandai oleh era full otomatisasi atau robotisasi. Untuk ini diperlukan banyak sekali sensor yang murah, ringan, berukuran kecil, reliably, dan dilengkapi dengan sistem komunikasi wireless. Era ini disebut juga

3.

KONTRIBUSI RISET DAN PENGEMBANGAN ............................ 13 3.1. Sensor Berbasis Koil Datar........................................................... 14 3.1.1 Sensor Getaran ..................................................................... 15

sebagai era sensorisasi. Suatu tantangan yang menarik. Besar harapan kami tulisan ini dapat memberi manfaat pada bidang sensor dan sistem sensor khususnya dan ilmu pengetahuan dan industri

3.1.2 Pemodelan Sensor Getaran ................................................ 18 3.1.3 Tranformasi Fourier ............................................................ 21 3.2. Sensor Berbasis Fluxgate ............................................................. 28

umumnya.

3.2.1. Prinsip Sensor Fluxgate ..................................................... 28 3.2.2. Desain dan Pengembangan Sensor Fluxgate ................. 32 Wassalam,

3.2.3. Pengembangan Sensor Fluxgate dengan

Bandung, 27 Maret 2010

Teknologi PCB ..................................................................... 34 3.2.4. Aplikasi Sensor Fluxgate ................................................... 35 3.2.4.1. Sebagai Sensor Medan Magnet Lemah DC ....... 36

Mitra Djamal


vi



vii


3.2.4.2. Sebagai Sensor Kuat arus ..................................... 39

SENSOR DAN SISTEM SENSOR:

3.2.4.3. Sebagai Sensor Muai Panjang .............................. 40

STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF

3.2.4.4. Sebagai Sensor Jarak (proximity sensor) ........... 41

PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

3.2.4.5. Sebagai Sensor Getaran ........................................ 42 3.3. Sensor berbasis Material GMR .................................................... 44 3.3.1. Pendahuluan ........................................................................ 44 3.3.2. Prinsip GMR ......................................................................... 46 3.3.3. Aplikasi Sensor GMR .......................................................... 50 3.3.3.1. Pengukuran Medan Magnetik ............................ 50 3.3.3.2. Pengukuran Arus .................................................. 51 3.3.3.3. Pengukuran Putaran ............................................. 52 3.3.3.4. Aplikasi GMR untuk Biosensor .......................... 54 4.

PENGEMBANGAN SENSOR DI MASA DEPAN: SUATU PERSPEKTIF ......................................................................................... 55 4.1. Revolusi Industri Tahap ke Tiga ................................................. 55 4.2. Sistem Sensor Smart Terintegrasi ............................................... 58

UCAPAN TERIMA KASIH ........................................................................ 60

1.

PENDAHULUAN Besarnya kompetisi di pasar bebas mengharuskan pengembangan

instrumen yang terus menerus baik dari sisi kualitas, harga maupun keandalannya.[1] Meningkatnya kebutuhan untuk otomatisasi, keamanan dan kenyamanan menggiring orang untuk mengembangkan sensor dan sistem sensor baru dengan prinsip dan metoda yang berbeda-beda. Jumlah sensor dan sistem sensor yang diperlukan juga meningkat. Saat ini teknologi sensor telah memasuki bidang aplikasi baru dan pasar yang semakin meluas seperti otomatif [2] dan rumah cerdas (smart home).[3] Pada waktu yang bersamaan sensor dan sistem sensor juga menempati posisi yang sangat penting untuk penelitian dan pengembangan hampir di semua bidang.

R&D 3% rumah lingkungan 3% 3% perlengkapan profesional 4%

REFERENSI .................................................................................................. 63 CURRICULUM VITAE .............................................................................. 71

komunikasi & IT 9%

otomotif 26%

medis 10%

Gambar 1: Ekstrapolasi data kebutuhan sensor [4] tahun 2010 Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

viii



bangunan 11% lainnya 12%

1

teknologi pengolahan 19% Prof. Mitra Djamal 27 Maret 2010

Dari data mengenai pasar sensor dunia diketahui bahwa perkem-

Peningkatan kemampuan sensor secara umum dapat dicapai dengan

bangan rata-rata produksi sensor dalam sepuluh tahun terakhir mening-

melakukan pemilihan yang tepat terhadap teknologi manufaktur,

kat 4.5% setiap tahunnya, dengan prediksi komposisi kebutuhan pada

struktur sensor dan pengolah sinyalnya. Penggunaan teknologi baru

[4]

tahun 2010 ditunjukkan pada Gambar 1. Terlihat bahwa pasar otomotif

untuk menghasilkan sensor-sensor tertentu tidak langsung berkaitan

menempati segmen terbesar yakni 26% dari pasar dunia, disusul dengan

dengan peningkatan kemampuan sensor secara menyeluruh. Semakin

teknologi pengolahan 19%, bangunan 11% dan kesehatan 10%.

banyak langkah-langkah teknologi proses yang dilakukan dalam

Tantangan utama teknologi sensor masa kini adalah mengukur

membuat sensor atau sistem sensor maka akan semakin rumit teknik-

besaran-besaran yang selama ini sulit atau tidak bisa diukur dan

teknik yang diperlukan untuk mengatasi efek-efek sensor yang tidak

meningkatkan nilai informasi sensor dengan menggunakan metoda-

diinginkan. Oleh karena itu untuk mendapatkan kemampuan sensor atau

metoda pengukuran yang sudah dikenal. Dalam pengembangan sensor

sistem sensor yang optimal perlu dipilih kombinasi yang tepat antara

dan sistem sensor perlu dipilih prinsip-prinsip pengukuran yang cocok,

teknologi dengan sistem pengolah sinyal yang digunakan seperti dapat

pengukuran-pengukuran khusus perlu dikembangkan untuk meningkat-

dilihat pada Gambar 2.

[5]

kan kemampuan sensor.

[6]

[5]

Dalam hal ini perlu dikompromikan antara 2.

biaya dan permintaan.

STATE OF THE ART TEKNOLOGI SENSOR Secara umum sensor didefinisikan sebagai piranti yang mengubah

besaran-besaran fisis (seperti: magnetik, radiasi, mekanik, dan termal)

rasio kinerja terhadap biaya pengolahan sinyal

[7]

atau kimia menjadi besaran listrik, seperti terlihat pada Gambar 3.

radiasi

teknologi

Gambar 2: Performansi sensor sebagai fungsi dari teknologi yang digunakan [5]

dan sistem pengolah sinyalnya . Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

2


Gambar 3: Definisi sensor

kimia

mekanik

magnet

termal

[7]


listrik

3


Kemampuan suatu sensor atau sistem sensor ditentukan oleh

antarmuka

interaksi yang kuat dari tiga komponen utama pembentuknya, seperti pr

engolah siny a-p al

struktur sensor, teknologi manufaktur dan algoritma pengolah sinyalnya.

[1]

Perkembangan teknologi sensor juga dipengaruhi oleh perkem-

sensor besaran yang diukur

bangan dari ketiga bidang ini (Gambar 4).

sin

yal analog

sinyal digital

Struktur Sensor

sin yal k om

us patibel b

[1]

Gambar 5: Struktur dasar suatu sistem sensor .

Dengan semakin murahnya piranti pengubah sinyal analog ke digital, sistem pengolah sinyal semakin bergeser dari sistem level tinggi ke level sensor. Adanya fasilitas pengolahan sinyal digital pada sensor berkon-

Teknologi Manufaktur

tribusi pada peningkatan kemampuan sensor, misalnya untuk mengatasi

Pengolahan Sinyal

variasi keluaran sensor akibat proses fabrikasi yang dapat dilakukan [1]

Gambar 4: Tiga komponen utama pembentuk teknologi sensor .

dengan mudah saat konfigurasi sensor. Untuk memudahkan integrasi antara sistem sensor dengan sistem level yang lebih tinggi diperlukan suatu sistem antarmuka yang tepat. Sistem ini dipenuhi oleh bus sensor.

2.1. Struktur Sensor Bagian inti suatu sistem sensor adalah elemen sensor. Bagian ini mengubah besaran fisika atau kimia yang diukur menjadi sinyal analog elektronik (Gambar 5). Sinyal analog ini oleh unit pra pengolah sinyal diubah menjadi sinyal digital. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

4



5


yang telah diketahui sebelumnya. Sebagai contoh sensor percepatan pengolahan sinyal

dengan struktur lingkar tertutup (closed loop) (Gambar 7). Gaya inersia

pra-pengolah sinyal

yang bekerja pada massa dikompensasi oleh gaya pemulih yang dihasilkan secara elektronik. Dalam hal ini, test mandiri dapat dilakukan

besaran yang diukur

sensor

Besaran hasil pengukuran

dengan menggunakan gaya pemulih yang sudah diketahui.

[6]

parameter eksitasi

Gaya Fa Inersia

unit tes mandiri dan kalibrasi mandiri informasi tambahan tentang perilaku sensor

Defleksi z

m [1]

Gambar 6: Struktur sensor dengan tes mandiri dan kalibrasi mandiri .

Sensor Posisi

Gaya Fel Pemulih

Dalam perkembangan belakangan ini, sistem sensor dilengkapi

I

dengan sistem tes mandiri (selft test) dan sistem kalibrasi mandiri (self calibration) yang terintegrasi dalam proses desain. Desain sensor semacam [6]

ini memberikan banyak keuntungan, antara lain peningkatan kehandalan dan mereduksi biaya instalasi dan biaya pemeliharaan. Struktur sensor dengan sistem tes mandiri dan kalibrasi mandiri berbeda dengan struktur sistem sensor standar, karena disini diperlukan informasi tambahan tentang perilaku sensor (Gambar 6). Secara umum, diperlukan informasi khusus tentang perilaku sensor dan batasan kemampuan sensor.

Gambar 7: Sensor percepatan dengan struktur lingkar tertutup .

Untuk kalibrasi mandiri, keluaran sensor dari masukan yang sudah tertentu digunakan untuk menghitung parameter sensor. Melalui kalibrasi mandiri, pengaruh efek penuaan dapat diperhitungkan, sehingga batas ketelitian pengukuran selama proses pengukuran dapat

[1]

dijamin. Penempatan test mandiri dan kalibrasi mandiri secara

Keadaan sensor dapat dimonitor dengan membandingkan keluaran

terintegrasi di dalam sistem sensor memungkinkan desain sistem sensor

sensor dengan nilai keluaran yang diprediksi berdasarkan hubungan

yang bebas kalibrasi. Sebagai contoh pengukuran temperatur bebas


6



7


kalibrasi berdasarkan prinsip hubungan p-n yang telah dikembangkan

temperatur tanpa mengkalibrasi sensor pada temperatur referensi.

[8]

oleh Kanoun.

2.2. Teknologi Sensor Perkembangan yang sangat pesat pada teknologi sensor saat ini dimungkinkan karena adanya teknologi mikro. Teknologi ini menawarkan biaya produksi yang murah, ukuran yang lebih kecil, konsumsi daya yang lebih rendah, dan kehandalan yang lebih tinggi dibandingkan teknologi yang sebelumnya. Diantara teknologi-teknologi mikro yang ada, silicon micromachining adalah teknologi mikro yang paling banyak dikembangkan orang.

[9,10]

Hal

ini disebabkan karena bahan silisium mempunyai sifat-sifat yang baik, Gambar 8: Pengukuran temperatur bebas kalibrasi berdasarkan prinsip hubungan p-n karakteristik i-u.

[8]

seperti bebas dari kesalahan histeresis dan mempunyai sifat mekanik yang baik.

2.3. Pengolahan Sinyal Metoda yang dikembangkan [8] mengukur temperatur dengan menggunakan arus sebagai besaran pengarah (steering quantity). Dengan cara ini ketergantungan pada sifat-sifat sensor dapat dieliminasi. Keuntungan utama dari metoda ini adalah bahwa karakteristik i-u dari suatu hubungan p-n tidak dipengaruhi oleh variasi manufaktur dan semua parameter dapat diukur secara simultan. Proses perhitungan ini diulang pada setiap proses pengukuran temperatur, sehingga tidak ada

Adanya fluktuasi beberapa parameter yang terjadi selama proses fabrikasi, menyebabkan terjadinya variasi manufaktur. Faktor-faktor pengaruh seperti temperatur, tekanan, dan kelembaban dapat mempengaruhi karakteristik sensor. Efek penuaan dalam beberapa hal dapat mempengaruhi karakteristik sensor, seperti perubahan sensitivitas atau pergeseran titik nol.

parameter yang tidak diketahui yang harus ditentukan sebelum pengukuran. Prinsip pengukuran ini memungkinkan pengukuran Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

8



9


Faktor - faktor pengaruh

pemilihan struktur sensor, penguatan sinyal, penyekalaan, linierisasi, dan konversi sinyal (Gambar 10).

Efek Penuaan

Perbedaan Manufaktur

Antarmuka Sensor

Faktor -Faktor pengaruh

Penguatan , Linierisasi, Konversi Sinyal

Sensor Besaran yang diukur

Sinyal

Besaran yang diukur

Elemen Sensor Pengolahan Sinyal Analog Perlindungan terhadap kelebihan tegangan Rangkaian Operasi

Pengolahan Sinyal

Gambar 9: Pengolahan sinyal sensor.

Amplitudo Frekuensi

[1]

A/D-Converter

Pengolahan sinyal sensor ditujukan untuk mengatasi efek-efek pengaruh (influence factors) sehingga didapat nilai yang terbaik dari hasil

Perhitungan dari Nilai Pengukuran

Model

Koreksi terhadap faktor pengaruh , Toleransi Manufaktur , Efek lama penyimpanan

pengukuran (Gambar 9). Dengan teknik pengolahan sinyal yang sesuai maka karakteristik sistem sensor dan ketelitiannya dapat ditingkatkan secara signifikan.

Pengolahan Sinyal Digital

2.3.1. Pengolahan sinyal sensor secara individu Sinyal keluaran dari suatu elemen sensor seringkali lemah atau sangat

Nilai yang diukur

lemah. Untuk mendapatkan keluaran yang baik, sinyal ini perlu diperkuat, proses penguatan ini dilakukan oleh bagian pra pengolah sinyal. Dalam proses pra pengolah sinyal dilakukan beberapa hal, antara

[1]

Gambar 10: Pengolahan sinyal sensor secara individu .

lain: pengukuran-pengukuran khusus untuk memastikan proses, Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

10



11


2.3.2. Pengolahan sinyal sistem multi sensor

Sensor ultrasonik sangat peka terhadap gangguan panas, misalnya

Secara umum, sistem satu sensor hanya dapat menghasilkan

akibat turbulensi udara dan akibat pergerakan gorden. Sensor gelombang

informasi dari suatu keadaan lingkungan, sedangkan sistem multi sensor

mikro dapat mendeteksi objek di luar ruang pengamatan dan dapat

mengkombinasikan banyak data yang dihasilkan dari banyak sensor yang

memberikan informasi yang salah akibat gangguan gelombang elektro-

bekerja dengan prinsip yang sama dan/atau berbeda untuk mengukur

magnetik. Kombinasi dari ke dua detektor ini dan penggunaan pengolah

besaran yang sama. Tujuan penggunaan sistem multi sensor adalah

sinyal yang tepat memberikan hasil deteksi yang lebih dipercaya

mendapatkan efek-efek sinergi untuk meningkatkan kualitas dan

(reliability), karena ke dua sensor dipengaruhi oleh gangguan-gangguan

keberadaan informasi dari keadaan lingkungan yang sama.

yang berbeda.

Umumnya sistem multi sensor digunakan untuk mendapatkan

Sistem multi sensor juga digunakan untuk mengukur konsentrasi gas.

informasi yang akurat dan handal dari besaran yang diukur, tetapi tidak

Penggunaan satu sensor untuk mengukur konsentrasi gas biasanya tidak

bisa diperoleh hanya dari satu sensor saja. Sebagai contoh penggunaan

cukup untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat. Penggunaan

sensor ultrasonik dan sensor gelombang mikro (microwave) untuk

alat-alat analisa memberikan hasil yang cukup baik, tetapi harganya

mendeteksi keberadaan suatu objek, misalnya penyusup (intruder)

terlalu mahal, sehingga sulit diterapkan untuk banyak hal. Penggunaan

(Gambar 11).

beberapa sensor gas yang harganya relatif murah dalam suatu sistem

[11]

multi sensor dapat meningkatkan kehandalan dan ketepatan hasil Tx Rx objek

Modul Gelombang Mikro

m(t)

A/D

pengukuran yang cukup signifikan.

Unit pengolahan Pergeseran Doppler Δl0 Koinsidens frekuensi

m

3.

Gerak/kecepatan

Tx

KONTRIBUSI RISET DAN PENGEMBANGAN

v

Rx v

[12]

Sedikitnya ada 3 topik riset utama yang telah dikembangkan dan Modul Ultrasonik

v(t)

A/D

Pergeseran Doppler Δl0

masih berjalan sampai saat ini, yakni sensor berbasis koil datar, sensor berbasis fluxgate, dan pengembangan material sensor berbasis bahan

Gambar 11: Pengenalan objek menggunakan sistim multi sensor. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

12

[11]


Giant Magnetoresistance (GMR).


13


800 Vo (mV)

3.1. Sensor berbasis koil datar

600 400 koil datar

200

objek

jarak (mm)

4

0

3

0

2 1

Dj

50

100

150

200

dj

1 2

Gambar 13: Tegangan keluaran sensor sebagai fungsi jarak.

3 4

h

H

(a)

Dari Gambar 13 dapat diketahui bahwa sensor memiliki kepekaan 2,6

(b)

mV/µm. Gambar 12: Sensor koil datar: (a) elemen koil datar dan (b) elemen koil datar di depan suatu bahan konduktor.

3.1.1. Sensor getaran Gambar 12 menunjukkan sistem sensor koil datar. Prinsip fisis sebuah sensor koil datar adalah berdasarkan arus eddy.

[13]

Jika pada koil datar

dialiri arus ac dan di depannya diletakkan suatu bahan konduktor, maka

Salah satu aplikasi dari elemen koil datar adalah sensor getaran. Sistem sensor getaran ini terdiri dari elemen koil datar, massa seismik, pegas dan kerangka (Gambar 14b). Sistem sensor ini telah dipatenkan.

[15]

pada bahan konduktor akan terjadi arus eddy. Arus eddy ini akan menghasilkan induksi magnetik. Induktansi total antara koil datar dengan bahan konduktor merupakan fungsi dari jarak antara ke duanya.

pegas

[14,15,16]

massa seismik bodi

Elemen sensor digunakan sebagai bagian dari osilator LC. Frekuensi resonansi osilator adalah fungsi dari jarak. Dengan menggunakan rangkaian PLL (Phase Locked Loop) dilakukan perubahan dari frekuensi resonansi menjadi tegangan. Gambar 13 menunjukkan tegangan keluaran

(a)

Gambar 14: Sensor getaran yang dikembangkan: (a) prototip sensor

sensor sebagai fungsi jarak. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

elemen koil datar (b)

dan (b) diagram blok sensor.

14



15


Gambar 15 menunjukkan desain massa seismik dan pegas. Untuk keperluan ini diperlukan bahan dengan kelentingan yang baik. Bahan dengan spesifikasi seperti ini dipenuhi oleh CuBe.

Transformation (FFT), data posisi diubah menjadi frekuensi. Hubungan antara massa seismik, tetapan pegas, frekuensi dan amplitudo getaran dapat ditentukan dengan model getaran harmonik sederhana.

massa seismik m pegas

k

y m

deteksi getaran

Gambar 16: Sistem getaran harmonik sederhana. Gambar 15: Desain massa seismik dan pegas.

Gambar 16 memperlihatkan sebuah sistem getaran harmonik

Sensor getaran ini ditempelkan pada objek yang akan diukur getarannya. Getaran suatu objek akan menggetarkan kerangka sensor.

sederhana. Dari hukum Hooke diperoleh hubungan:

ky ,

ma

(1)

Getaran pada kerangka sensor akan menggetarkan massa seismik. Elemen

dengan m, a, k, y masing-masing massa seismik, percepatan massa

koil datar yang diletakkan di depan massa seismik digunakan untuk

seismik, tetapan pegas dan perpindahan pegas. Frekuensi resonansi dari

mengukur posisi massa seismik setiap saat. Dengan mengetahui posisi

massa seismik adalah:

massa seismik setiap saat maka dapat ditentukan frekuensi dan amplitudo getaran yang diukur. Menurut hukum Hooke

[17]

f0

1 π 2

k m

(2)

, jika amplitudo getaran massa seismik

Karakteristik dari sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan

kecil, maka akan linier dengan amplitudo sistem bergetar. Elemen koil

ditunjukkan pada Gambar 17. Untuk sistem sensor, lebih baik jika

datar akan mengukur posisi dari massa seismik secara dinamis. Menurut

kepekaan massa seismik memiliki nilai maksimalnya. Dengan memilih

hukum Nyquist, minimum frekuensi sampling harus dua kali dari

nilai k dan m yang tepat dari bahan sensor, dapat ditentukan f0 yang sesuai

frekuensi sistem bergetar[18]. Dengan menggunakan Fast Fourier

dengan frekuensi kerja sensor. Gambar 17 menunjukkan karakteristik dari


16



17


sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan pada percepatan 0.2 g. Tegangan keluaran diukur sebagai fungsi dari frekuensi. Frekuensi resonansi sistem pegas dicapai pada frekuensi 155 Hz.

m f

(3)

a

dengan a, f, dan m masing-masing adalah percepatan, frekuensi, dan kemiringan kurva. Parameter kemiringan m adalah fungsi dari frekuensi. Dari Gambar 19, dengan menggunakan pendekatan matematika

30

diperoleh hubungan:

25

V0 (Vpp)

Vo a , f

20

m

15 . 03 0 . 33 f 1 0 . 006 f

f

V0 (Vpp)

15

(4)

50

10

45

5

40 35

0

f = 50 Hz

0

50

100

150

200

V0 (mV)

30

f (Hz)

25

f = 63 Hz

20

f = 80 Hz

15

f = 100 Hz

10

f = 125 Hz

5 0

Gambar 17: Karakteristik sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

percepatan (g)

3.1.2. Pemodelan Sensor Getaran

Gambar 18: Tegangan keluaran sensor sebagai fungsi percepatan pada frekuensi yang berbeda-beda.

Kalibrasi dilakukan untuk menentukan karakteristik dari sensor getaran yang dikembangkan. Sebagai kalibrator, sebuah sistem-kalibrator

50 45

Bruel & Kjaer Type 4345 digunakan. Gambar 18 menunjukkan tegangan

40 Model untuk f= 50 Hz

35

keluaran sensor sebagai fungsi percepatan pada frekuensi yang berbeda-

dan tegangan keluaran sensor. Melalui pendekatan garis lurus dapat ditentukan model matematis sistem sensor getaran dengan tegangan keluaran sensor sebagai fungsi dari frekuensi dan amplitudo getaran

V0 (mV)

beda. Dari Gambar 18 terlihat adanya hubungan linier antara percepatan

Model untuk f= 63 Hz

30

Model untuk f= 80 Hz

25

Model untuk f= 100 Hz Model untuk f= 125 Hz

20

Pengukuran untuk f= 50 Hz

15

Pengukuran untuk f= 63 Hz Pengukuran untuk f= 80 Hz

10


5


0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

percepatan (g)

dalam bentuk: Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

Gambar 19: Model matematika dari sistem sensor getaran yang dikembangkan.

18



19


Dengan memasukkan persamaan (4) ke persamaan (3) diperoleh tegangan keluaran sebagai fungsi dari frekuensi dan amplitudo getaran: 15 . 03 0 . 33 f 1 0 . 006 f

a, f

Vo

a

(5)

Berdasarkan model matematis sensor pada persamaan (5) dapat ditentukan kesalahan relatif sensor yang dikembangkan (Gambar 21). Dari Gambar 21 diketahui bahwa kesalahan relatif sensor yang dikembangkan lebih kecil dari 3%. Pada frekuensi 50 Hz terdapat kesalahan yang cukup besar. Kesalahan ini berasal dari jaringan listrik.

100 90

3.1.3. Transformasi Fourier

nilai m

80 70

pendekatan

60

Data

Sensor posisi mengukur massa seismik sebagai fungsi dari waktu.

50

Untuk getaran, dua informasi yang diperlukan, yaitu amplitudo dan

40 30

frekuensi. Kedua informasi dapat diperoleh secara langsung dengan

20 10

menggunakan transformasi Fourier. Dengan menggunakan transformasi

0 0

50

100

150

Frekuensi (Hz)

Fourier data posisi diubah menjadi frekuensi. Puncak spektrum transformasi Fourier menunjukkan komponen frekuensi dan amplitudo

Gambar 20: Parameter kemiringan m sebagai fungsi frekuensi.

menunjukkan kuat getaran. Misalnya fungsi posisi massa seismik adalah

f= 50 Hz

x t

X (w ) e j w t d w

(6)

f= 63 Hz f= 80 Hz f= 100 Hz f= 125 Hz

X w

x (t ) e

jw t

(7)

dt

Menurut hubungan Parseval, dapat dilihat bahwa ada korelasi linear [18]

f= 125 Hz

f= 100 Hz

f= 80 Hz

antara amplitudo posisi dan amplitudo transformasi Fourier . f= 63 Hz

7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Percepa 0.9 tan (g)

f= 50 Hz

Kesalahan Relatif (%)

x(t) dan transformasi Fourier X(w) dalam bentuk :

f (Hz)

Oleh karena data posisi dari massa seismik dan waktu diambil secara diskrit, maka dibutuhkan transformasi Fourier waktu diskrit atau Discrete-time Fourier Transform (DFT).

Gambar 21: Kesalahan relatif dari sensor getaran yang dikembangkan. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

20



21


1 2

x n

X(

)e

x[ n ]e

j n

j n

(8)

d

Transformasi Fourier (FFT) dari data pada Gambar 22 ditunjukkan

2

pada Gambar 23. (9)

d

1000

n

Sering kali, sinyal-sinyal ini memilki durasi yang cukup panjang. Dalam kasus seperti ini sangat penting menggunakan prosedur komputasi yang efisien. Salah satu teknik yang sangat efisien untuk

Amplitudo FFT

X

fp=130 Hz

800 600 400 200

perhitungan DFT dengan durasi yang terbatas adalah algoritma Fast 0

150

Fourier Transform (FFT). Algoritma ini digunakan untuk menghitung hasil

300

450

f (Hz)

pengukuran sensor yang dikembangkan. Gambar 23: Spektrum Transformasi Fourier dari data Gambar 22.

Gambar 22 menunjukkan data tegangan keluaran sensor sebagai fungsi dari waktu dengan sumber frekuensi 130 Hz dan sampling frekuensi 28 kHz.

Gambar 23 menunjukkan korelasi yang baik antara frekuensi puncak spektrum FFT dengan frekuensi sumber (130Hz).

gai fungsi dari frekuensi dan percepatan pada frekuensi sumber 62 Hz.

percepatan (g) = 0,1

2500

Amplitudo FFT


2000

15,4

23,07

30,7

38,5


1500


1000

Waktu (ms)


500 percepatan (g) = 0,7

0

65

63


67

f (Hz)


61

57

7,7

59

Tegangan Keluaran (V)

Gambar 24 menunjukkan spektrum FFT, dengan amplitudo FFT seba3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5

percepatan (g) = 0,6 percepatan (g) = 0,7 percepatan (g) = 0,8 percepatan (g) = 0,9

Gambar 22: Data tegangan keluaran sensor yang dikembangkan sebagai fungsi dari waktu dengan frekuensi sumber 130Hz dan frekuensi sampling 28kHz

Gambar 24: Spektrum FFT, dengan amplitudo FFT sebagai fungsi dari frekuensi dan percepatan pada frekuensi sumber 62Hz.


22



23


Dari Gambar 24 terlihat bahwa puncak amplitudo FFT terletak di frekuensi getaran sistem (62Hz) dan amplitudo FFT adalah linear

Gambar 27 menunjukkan amplitudo FFT sebagai fungsi dari frekuensi pada percepatan yang berbeda-beda.

terhadap percepatan yang diberikan (Gambar 25). 6000 5000 Model

4000

Amplitudo

Amplitudo FFT

Data f = 39,5 Hz

4500 3500 3000 2500

5000

a = 0.5g

4000

a = 0.4g

3000

a = 0.3g

2000

a = 0.2g

1000

a = 0.1g

2000 1500 1000

0

500

10

20

30 40 50 Frekuensi (Hz)

0 0

0.2

0.4

60

70

80

90

0.6

Percepatan (g) Gambar 25: Hubungan antara amplitudo dan percepatan FFT.

Gambar 27: Amplitudo spektrum FFT sebagai fungsi frekuensi pada percepatan yang berbeda-beda.

Selanjutnya akan ditentukan model sensor dari spektrum FFT. Gambar 26 menunjukkan amplitudo spektrum FFT sebagai fungsi

Gambar 27 memperlihatkan bahwa peningkatan percepatan menyebabkan peningkatan intensitas FFT dengan amplifikasi yang

percepatan dan frekuensi.

berbeda dengan frekuensi yang berbeda, tetapi dengan kecenderungan yang sama. Intensitas FFT minimum dihasilkan pada daerah sekitar

5000 4500

frekuensi 40 Hz. Frekuensi ini sesuai dengan frekuensi sumber penggetar

3500 3000 2500 2000

Amplitudo FFT

4000

yang diberikan. Menurut [6] karakteristik sensor ini dapat didekati dengan polinom berdasarkan metode fungsi dasar. Dengan metode ini

1500

Gambar 26:

amplitudo FFT A sebagai fungsi dari frekuensi f dan percepatan a dapat

1000

pa

500

Amplitudo spektrum FFT

ditulis dalam bentuk:

0

sebagai fungsi dari frekuensi

rce

Pe

0.5 0.4 0.3

tan

0.2

(g)

0.1 25

50

40

63

80

Frekuensi (Hz)


dan percepatan.

24


A a, f

u a


v a

f

w a f

(10)

25


u(a) = -492.99+12581*a+20091.5 *a*a

dengan u(a), v(a) dan w(a) adalah parameter yang merupakan fungsi

0.2

dari percepatan a. Menggunakan data dalam Gambar 27, parameter dari

0.4

0.6

a

0

u(a), v(a) dan w(a) dapat ditentukan : 492 . 99

u a v a

12 . 25

w a

8185 . 77

12581 . 95 a

20009 . 5 a

2

(11) (12)

129 . 75 a

352637 . 31 a

408671 . 5 a 2

(13)

-1000

u(a) -2000

seperti dapat dilihat pada Gambar 28 (a), (b) dan (c). -3000 (c)

V(a) = 12.25 + 129.57*a Gambar 28: Parameter u, v, dan w sebagai fungsi dari percepatan a.

100 V(a) 50

Dengan menggunakan model sensor yang ditunjukkan pada persamaan (10) diperoleh kesalahan relatif sensor kurang dari 6%

0 0.2

0.6

0.4

a

(Gambar 32).

(a)

6

Kesalahan Relatif (%)

w(a) = 8185.77 + 352637.31*a - 408671.5*a*a 100000 80000

w(a) 60000

4 2 0 0.5

-2

40000

0.4

-4

20000

0.3

-6 25

0 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

a

0.2 40

Frek

63

uens

i (H

0.1

tan

pa erce

(g)

P

80

z)

(b) Gambar 29: Kesalahan relatif model sensor menggunakan spektrum FFT. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

26



27


3.2. Sensor berbasis fluxgate

Pada metoda fluxgate, pengukuran kuat medan magnet didasarkan pada hubungan antara kuat medan magnet H yang diberikan dengan

3.2.1. Prinsip Sensor Fluxgate Sensor fluxgate adalah sensor magnetik yang bekerja berdasar perubahan flux magnetik disekitar elemen sensor

[19]

. Elemen sensor

fluxgate terdiri dari kumparan primer (excitation coil), kumparan sekunder (pick-up coil) dan inti ferromagnetik (core), seperti ditunjukkan gambar (30a). Berdasarkan arah medan eskitasi yang dihasilkan oleh kumparan eksitasi, maka elemen sensor fluxgate terdiri dari dua, yaitu: sensor fluxgate orthogonal: arah medan eksitasi tegak lurus arah medan eksternal yang di ukur, sedangkan parallel sensor fluxgate : arah medan

fluks medan magnet induksi B. Jika B yang dihasilkan berasal dari masukan H berupa gelombang pulsa bolak-balik, maka dalam keadaan saturasi pada keluaran B akan timbul gelombang harmonik genap, gelombang harmonik ke dua, yang besarnya sebanding dengan medan magnet luar yang mempengaruhi inti dan arahnya sebanding dengan arah medan magnet luar. Prinsip pengukuran ini dapat ditunjukkan gambar 31.

Hexc

Hexc

medan eksitasi sejajar dengan medan eksternal yang diukur, seperti

t (a)

ditunjukkan Gambar (30b) dan (30c).

(a)

Inti ferromagnetik

Kumparan pick-up

(b)

Kumparan eksitasi

Kumparan eksitasi

Inti ferromagnetik

H exc

(c)

dF dt

V out -

H ext Kumparan pick-up

t

+

Arus eksitasi

(c)

(e)

Vout Kumparan pick-up

(g)

H exc H ext

Kumparan eksitasi Arus eksitasi

Inti ferromagnetik +

V out

Hext

(b) t

dF dt t

Vout t

(d)

(f)

(h)

t

t

t

B ext ¹ 0

B ext = 0

-

Gambar 31: Prinsip kerja sensor fluxgate.

(a). Konfigurasi dasar elemen sensor fluxgate (b). Konfigurasi paralel elemen sensor fluxgate (c). Konfigurasi ortogonal elemen sensor fluxgate

[21]

Prinsip kerja sensor fluxgate ketika mengukur perubahan medan Gambar 30: Konfigurasi dasar kumparan elemen sensor fluxgate. [20]


28


magnet luar ditunjukkan pada Gambar 31. Prinsip kerja sensor magnetik Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

29


[23]

fluxgate. (a) Medan eksitasi tanpa medan magnet luar Bext=0; (b) Medan

penting karena menentukan sensitivitas dan akurasi dari sensor

eksitasi dengan medan magnet luar Bext¹0; (c) kurva magnetisasi dalam

Disamping itu inti harus bersifat robus terhadap pengaruh luar seperti

keadaan saturasi pada Bext=0; (d) kurva magnetisasi dalam keadaan

vibrasi akustik dan deformasi mekanik. Bahan yang memenuhi

saturasi pada Bext¹0; (e) perubahan fluks terhadap waktu pada Bext=0; (f)

persyaratan tersebut Vitrovac dan METGLASS. Vitrovac atau kaca logam

perubahan fluks terhadap waktu pada Bext¹0; g) tegangan keluaran sensor

Co66.5Fe3.5Si12B186025 mempunyai permeabilitas relatif yang tinggi, yaitu

pada Bext=0; (h) tegangan keluaran sensor pada Bext¹0 .

sekitar 100000. Penggunaan pita Vitrovac memungkinkan desain sensor

Tegangan keluaran Vout dari elemen sensor diolah dengan menggu-

.

dengan ukuran yang cukup kecil dan robus.

nakan rangkaian pengolah sinyal. Pengolah sinyal sensor terdiri dari

Untuk mengevaluasi tegangan keluaran sensor fluxgate digunakan

beberapa bagian, yaitu diffrensiator, detektor, sinkronisasi fasa,

fungsi transfer. Fungsi transfer suatu sensor magnetik fluxgate

integtrator, dan penguat akhir. Secara skematik terlihat pada Gambar 32:

menggambarkan hubungan antara tegangan keluaran Vo dengan medan magnet yang diukur. Fungsi transfer dapat dihitung menggunakan

osilator

pendekatan polinomial kemudian mencari komponen frekuensi yang ada di dalam kerapatan fluks magnetik inti sensor. Penggunaan pendekatan

Buffer

polinomial teknik harmonisa kedua akan memudahkan untuk menyederGenerator

Sensor

Pengolah sinyal

Penyearah

Displai

hanakan fungsi transfer ke dalam komponen frekuensi

[24]

. Perubahan flux

magnetik yang berasal dari kumparan eksitasi ditangkap oleh kumparan Dua kali frekuensi (2fo)

pick-up dalam bentuk tegangan listrik. Komponen tegangan keluaran harmonisa kedua Vout2h dari kumparan pick-up adalah:

Gambar 32: Skema Diagram Pengolahan Sinyal Sensor.

V out 2 h

2 3 B 0 NA w a 3 h ext h ref

max

sin 2w t

(14)

Karakteristik tegangan keluaran sensor fluxgate dipengaruhi oleh

Dengan Bo adalah amplitude medan exksitasi, N jumlah lilitan pick-

banyak faktor antara lain: jumlah lilitan eksitasi dan pick-up, dimensi

up, A luas penampang inti, w kecepatan sudut, hext medan eksternal dan

geometri elemen sensor, sifat dan jenis material inti ferromagnetik, jumlah

hrefmax adalah medan referensi dari eksitasi, Dari persamaan (14) terlihat

lapisan inti frekuensi dan arus eksitasi Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

30

[20,21,22]

. Pemilihan bahan inti sangat Prof. Mitra Djamal 27 Maret 2010

bahwa tegangan keluaran harmonisa ke dua adalah berbanding lurus Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

31


dengan kuat medan yang diukur.

[25,26]

up ganda dengan bentuk inti oval (race-track). Kedua geometri elemen sensor tersebut ditunjukkan Gambar 33.

3.2.2. Desain dan Pengembangan Sensor Fluxgate

Inti ferromagnetik

H ext

Untuk meningkatkan efektifitas dan efisiensi sensor fluxgate

Arus eksitasi Lexc

plastik

dilakukan berbagai upaya oleh para peneliti seperti perbaikan pada Kumparan pick-up

desain struktur sensor, rangkaian pengolah sinyal dan meminiatur ukuran sensor dalam orde yang lebih kecil

H exc

H ext Kumparan eksitasi Kumparan pick-up

[27,22,28,29]

. Selain itu teknik

pembuatan sensor juga makin berkembang mulai dari metode

H exc

Kumparan eksitasi I ref

konvensional sampai metode dalam bentuk printed circiut board (PCB)

Vitrovac 6025

atau integrated circuit (IC) seperti: electroplated/electroplating, chemical

V out

etching, flex-foil, photolithograpy, evaporasi dan sputtering

[20,25,26,30,31]

kombinasi dari beberapa metode tersebut disebut hybrid technology.

H exc V out

(b)

(a)

, Gambar 33: Geometri elemen sensor fluxgate: (a) pick-up tunggal dan

[32,33]

(b) pick-up ganda

[22,23]

.

Metode pembuatan elemen sensor fluxgate di atas mempunyai proses yang sangat komplek sehingga mengakibatkan harga proses pembuatan

Geometri elemen sensor bagian (b) memiliki kelebihan antara lain

mahal, sensitivitasnya yang dihasilkan rendah karena luas penampang

medan eksitasi kedua sisi sama besar sehingga dapat mengurangi noise [29].

(cross-sectional) menjadi kecil, dan keterbatan dalam jumlah lilitan dalam

Berdasarkan hasil desain elemen sensor di atas dan untuk keperluan

solenoide

[34]

. Beberapa nilai sensitivitas sensor fluxgate yang telah berhasil [31]

[35]

diperoleh penelti sebelumnya antara lain : 60V/T , 3760 V/T , 28 V/T [36]

13100T/V , 20.000V/T

[16]

, 241 V/T

[29]

, 0,510 V/T

[32]

,

tulisan ini kami memilih salah satu hasil desain elemen sensor yang telah kami buat, seperti ditunjukkan Gambar 34.

[20]

. Selain itu sensor dengan

resolusi tinggi yang beredar dipasaran sangat mahal harganya. Berdasarkan perkembangan sensor magnetik fluxgate, maka kami mencoba mengembangkan model geometri elemen sensor dengan Gambar 34: Foto hasil desain elemen sensor fluxgate.

konfigurasi pick-up tunggal dengan inti ferromagnetik dual-probe dan pick-


32



33


Elemen sensor di atas memiliki konfigurasi 2x40 untuk lilitan eksitasi, 2x70 untuk pick-up dan inti Ferromagnetik 10 lapis yang terbuat dari Metglas 2705M (2x0.02 mm). Hasil desain elemen sensor ini mempunyai dimensi yang kecil, yaitu 1.5 x 0.5 cm. (a) Sensor F8

(a) Sensor F9

(a) Sensor F10

3.2.3. Pengembangan Sensor Fluxgate Dengan Teknologi PCB Gambar 35: Foto sensor dengan teknologi PCB: (a) pick-up ganda dua lapis,

Dalam pembuatan elemen sensor dengan teknik PCBs memiliki tiga tahapan proses, yaitu (1). Desain teknik,

(2). Desain fisik PCBs, (3),

Pencetakan ke PCBs. Setiap tahap memerlukan perangkat lunak tertentu. Ketiga perangkat lunak tersebut adalah Computer Aided Engineering (CAE), Computer Aided Design (CAD) dan Computer Aided Manufacturing (CAM)

(b) pick-up tunggal dua lapis, (c) pick-up tunggal 4 lapis.

[37]

. Untuk mendapatkan hasil yang diharapkan

semua proses mempunyai keterkaitan yang sangat erat dan tidak dapat

Tabel 1. Hasil karakterisasi sensor dengan teknologi PCBs Daerah Linier/ Sensitivitas

Kesalahan absolut

Kesalahan relatif

Sensor F8

± 2 uT/ 14.1 mV/µT

0.108 µT

2.76 %

Sensor F9

Respon keluaran diperoleh tetapi keluaran tidak linier

Sensor F10

± 6 uT/ 25.6 mV/µT

No Sensor

0.84

0.86

dipisahkan. Untuk pembuatan elemen sensor fluxgate dengan teknik PCBs yang sangat menentukan adalah: footprint dan track (jalur) yang

3.2.4. Aplikasi Sensor Fluxgate

mengantikan sistim gulungan kawat yang dilakukan selama ini. Hasil desain dengan teknologi PCBs ditunjukkan Gambar 35. Hasil karakterisasi masing-masing sensor dirangkum dalam Tabel 1. Terlihat daerah linier sangat kecil tetapi sensitivitasnya tinggi, kesalahan absolut dan relatif masih besar. Selain itu ukuran sensor yang diperoleh masih sangat besar. Sensor dengan pick-up tunggal dan PCB 4 lapis memberikan

Sensor magnetik dengan prinsip fluxgate dapat dipergunakan untuk mengukur medan maganetik DC, AC (khusus frekuensi rendah) dan mempunyai sensitivitas yang sangat tinggi. Kawahito, et al

[34]

, 1998

menemukan sensitivitas sensor fluxgate adalah 2.7 mV/µT, sedangkan pada efek Hall sekitar 0,0005 mV/µT untuk bahan Si, dan pada magnetoresistif sekitar 0.1 mV/µT. Kelebihan lain sensor fluxgate adalah

[38]

hasil lebih baik dari yang lainnya .

ukurannya kecil, kebutuhan daya rendah, dan mempunyai kestabilan yang tinggi terhadap temperatur dengan koefisien sensitivitas temperatur Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

34



35


30 ppm/°C dan koefisien offset 0.1 nT.

Dari Gambar 36 tampak bahwa daerah linier terdapat pada daerah

Untuk menguji kehandalan sensor fluxgate yang dikembangkan kami

medan magnet antara -40mT hingga 40mT. Pada daerah ini terdapat

mencoba mengaplikasikan untuk berbagai pengukuran. Aplikasi yang

hubungan linier antara tegangan keluaran sensor dengan kuat medan

kami jelaskan dalam tulisan ini antara lain: (1) aplikasi untuk pengukuran

magnet yang diukur. Daerah kerja sensor magnetik ini dapat dilihat pada

medan magnetik lemah dan bahan ferromagnetik, (2) aplikasi untuk

Gambar 37. Tampak dari gambar bahwa kurva linierisasi sensor masih

pengukuran kuat arus listrik, (3) aplikasi untuk sensor jarak, dan (4)

kurang linier, hal ini dapat disebabkan oleh lilitan pada kumparan primer

aplikasi untuk getaran.

yang kurang simetris. Karena ukuran inti yang cukup kecil, yaitu panjang 30mm, lebar 1mm dan ketebalan 0,1 mm, sangat sulit untuk melilitkan

3.2.4.1. Sebagai Sensor Medan Magnet Lemah DC.

kawat email dengan diameter 0.1mm pada inti tersebut secara manual.

Aplikasi terhadap pengukuran mineral magnetik didasarkan pada

Sampai saat ini belum dikatahui cara lain yang lebih mudah dan presisi

sifat sensor yang dapat mengukur medan magnet lemah (± 20 µT). Untuk

dalam membuat sensor tersebut selain cara manual.

aplikasi sensor fluxgate terhadap pengukuran medan manet dapat terlihat Tegangan Keluaran (mV)

Tegangan Keluaran (mV)

pada Gambar 36.

15 10 5 0 -100

-75

-50

-25 -5 0

y = 0.3016x + 0.0124

25

50

75

15

2

R = 0.9999

10 5

-40

-30

-20

-10

0 0 -5

10

20

30

40

-10 -15

100

Medan Magnetik (mT)

-10 -15

Gambar 37: Keluaran medan magnet pada daerah kerja ±40mT.

Medan Magnetik (mT)

Gambar 36: Karakteristik keluaran sensor magnetik fluxgate yang dibuat.

Untuk mengetahui kesalahan sensor, keluaran daerah kerja sensor didekati dengan persamaan linier. Dari Gambar 37 terlihat bahwa


36



37


keluaran sensor dapat didekati dengan persamaan linier (15): (15)

Dari persamaan (15) dapat diketahui sensitivitas sensor 301,46 mV/mT, dengan kesalahan absolut 0.0135 mT dan kesalahan relatif 0.017% . [39]

B(mT)

Vout = 0.3016x + 0.0124,

0.3 0.2 0.1 0 -0.1 2

-5 1 0

Prototip sensor terhadap pengukuran mineral magnetik ditunjukkan Gambar 38a dan 38b. Pengukuran respon bahan magnetik dilakukan

-1

-2 -5

Y(cm)

X(cm)

dengan cara menggerakkan sensor pada permukaan yang sudah diberi (c)

koordinat x dan y (a), sedangkan bahan magnetik yang diukur berupa potongan besi dengan panjang dan diameter 1 cm diletakkan dibawah permukaan tersebut pada jarak 1.5 cm. Sistem dan hasil pengukuran ditunjukkan Gambar 38.

Gambar 38: Set-up pengukuran bahan magnet: (a) posisi sensor, (b) posisi bahan magnet, (c) hasil pengukuran.

3.2.4.2. Sebagai Sensor Kuat arus

Berdasarkan Gambar 38c dapat diketahui bahwa sensor fluxgate

Untuk uji coba dilakukan dengan menghitung arus yang mengalir

dapat mendeteksi keberadaan bahan magnetik yang disembunyikan di

pada kawat lurus dengan mendeteksi medan magnet yang dipancarkan.

bawah permukaan. Hasil akan dikembangkan lebih jauh untuk

Sebagai kawat digunakan jalur pada PCB yang panjangnya 20 cm. Sensor

mendeteksi bahan-bahan mineral magnetik yang berada di bawah

medan magnet diletakkan saling memotong tegak lurus di atas jalur

permukaan bumi.

tersebut. Pada jalur PCB dilewatkan arus mulai dari 0,1 mA, sampai 1900 mA dengan interval tertentu. Pengukuran dilakukan dengan jarak sensor yang berbeda-beda. Sistem pengukuran arus ditunjukkan Gambar 39.

(a) Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

Gambar 39: Pengukuran arus pada kawat

(b)

38



39

[40]


Pada percobaan ini dilakukan pengukuran pada tiga jarak yang berbeda yaitu 4 mm, 8 mm, dan 18 mm. Aplikasi terhadap pengukuran arus, terlihat bahwa keluaran sensor bersifat linier dan kuadratis. Pendekatan kuadratis diaplikasikan untuk daerah pengukuran arus 01900mA, dan pendekatan linier dilakukan untuk daerah pengukuran arus 0-100mA. Dari kedua cara pendekatan tersebut diperoleh kesalahan

Gambar 40: Pengukuran muai panjang.

maksimum yang relatif kecil, untuk daerah 0-1900mA kesalahan maksimumnya adalah 4.6 % untuk jarak pengukuran 4 mm, 2.3 % untuk jarak pengukuran 8 mm, dan 1.4 % untuk jarak pengukuran 18 mm. Untuk

3.2.4.4. Sebagai sensor jarak (proximity sensor) Pengukuran jarak dengan mikrometer digital ditunjukkan gambar 41.

daerah pengukuran arus yang kecil kesalahan dapat lebih dihindari, hal ini terbukti ketika dilakukan pengukuran pada daerah arus 0-100mA, kesalahan maksimum pengukuran pada daerah ini adalah 1.64% (18mm), [37]

0.62 % (8mm) dan 0.9 % (4mm) . Gambar 41: Sistem pengukuran jarak menggunakan sensor fluxgate.

3.2.4.3. Sebagai Sensor Muai Panjang Aplikasi sensor fluxgate sebagai alat ukur muai menggunakan desain

Karakteristik pengukuran jarak di tunjukkan gambar 42. Berdasarkan

[41]

kumparan pick-up tunggal . Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa sensor muai yang dibuat dapat mengukur panjang pemuaian dalam rentang pengukuran maksimum sampai 3.68 mm, dengan sensitivitas 250

gambar 42 didapatkan hubungan antara jarak dengan tegangan keluaran sensor secara matematis dapat dedekati dengan persamaan: V= - 0,1045X + 2,8162

(16)

mV/mm. Kesalahan absolut dari pengukuran dengan sensor muai ini sebesar 0.037 mm, sedangkan kesalahan relatifnya sebesar 0.68%. Set-up

x dalam mm dan y dalam volt. Hal ini berarti bahwa perubahan jarak yang terjadi antara target dengan sensor berbanding terbalik dengan

saat pengukuran ditunjukkan Gambar 40.

karakteritik keluaran sensor, semakin jauh dari target karakteristik tegangan keluaran makin kecil dan sebaliknya. Berdasarkan sensor Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

40



41


mampu mendeteksi perubahan jarak dengan resolusi 10 µm, kesalahan absolut 0.12 µm dan kesalahan relatif 2.5%

[42]

Karakteristik statik sensor diukur pada jarak 15 sampai 50 mm,

. Kemampuan mendeteksi

parameter amplitudo dan frekuensi diukur dengan multimeter digital

perubahan jarak dalam orde yang sangat kecil membuka peluang untuk

HP34401A dan display frekuensi yang terukur diamati dengan labview 8.

mengaplikasikan menjadi sensor tekanan, aliran, proximity, dan getaran.

Sensor Fluxgate yang dikembangkan dapat mendeteksi getaran objek

Tegangan (volt)

pada rentangan 55 sampai 360 Hz, rentangan frekuensi ini diperoleh pada 2 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2

jarak statik 30 mm. Kesalahan absolut dan relatif geratan masing-masing

y = -0.1045x +2.8162 R2 = 0.9961

adalah 2 Hz dan 0.75%

[39]

Untuk aplikasi sensor pada frekeunsi rendah juga telah dilakukan. Optimasi statik terhadap jarak maksimum (amplitudo maksimum) antara 8.5

9.5

10.5

11.5

12.5

13.5

14.5

probe sensor dengan objek bergetar diperoleh ketika jarak 2 cm. Gambar [44]

Jarak (mm)

44 menunjukkan pegukuran getaran pada frekuensi rendah . Fluxgate

Gambar 42: Respon tegangan keluaran terhadap jarak target.

sebagai sensor getaran frekuensi rendah mampu mendeteksi frekuensi sumber 0.14 sampai 1.15 Hz dengan kesalahan absolut 0.017 Hz dan

3.2.4.5. Sebagai Sensor Getaran.

kesalahan relatif 1.3%. Kemampuan sensor fluxgate dalam mengukur

Aplikasi sensor fluxgate terhadap getaran dilakukan dengan cara

gataran dalam frekuensi rendah dapat di kembangkan sebagai alat ukur

menempatkan sensor fluxgate dekat objek yang bergetar. Posisi sensor ini

getaran gempa.

tidak bersentuhan dengan objek yang bergetar. Set-up pengukuran ditunjukkan gambar 43.

Gambar 43: Aplikasi fluxgate untuk mengukur getaran. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

42

[43]


[40]

Gambar 44: Skema dan photo pengukuran frekuensi rendah Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

43


3.3. Sensor Berbasis GMR

sifat konduksi dan sifat penerobosan (tunneling) elektron-elektron dalam

3.3.1. Pendahuluan

logam feromagnetik. Perbedaan sifat konduksi mayoritas dan minoritas

Magnetoresistance adalah perubahan resistansi logam bila berada dalam medan magnet luar. Efek magnetoresistance yang sangat besar dinamakan dengan giant magnetoresistance (GMR). Efek GMR merupakan topik penelitian dasar selama akhir tahun 1980-an. Fenomena GMR ini menyedot banyak perhatian peneliti dan menjadi sebuah area penelitian

dari spin elektron dalam logam feromagnetik pertama kali diamati oleh Mott. Secara kualitatif, GMR dapat dijelaskan dengan menggunakan model Mott ini. Ada dua hal yang diusulkan oleh Mott: pertama konduktivitas listrik dalam logam dapat diuraikan dalam hubungannya dengan dua saluran konduksi bebas; yang pertama berhubungan dengan elektron dengan spin up dan yang lain berhubungan dengan elektron

terapan yang luas. Dalam waktu yang relatif singkat, penerapannya mulai terlihat dalam bentuk perbaikan divais memori dan sensor. Area penelitian yang menarik ini, dinamakan dengan “spintronics”, dimana transport elektron bergantung spin dalam multilayer logam memainkan peranan yang sangat penting. Penemuan GMR ini berdampak besar pada teknologi sensor dan penyimpanan data magnetik.

dengan spin down. Kedua, di dalam logam feromagnetik laju hamburan dari spin up dan spin down elektron-elektron sangat berbeda. Menurut Mott arus listrik semata-mata dibawa oleh elektron-elektron dari pita valensi sp dengan massa efektif rendah dan mobilitas tinggi. Pita valensi d memainkan peran penting dalam menyediakan keadaan akhir untuk hamburan elektron-elektron dalam pita sp. Dalam feromagnetik pita d

Efek GMR merupakan efek mekanika kuantum yang diamati dalam

adalah bertukar-pisah ( exchange-split ), sehingga rapat keadaan elektron-

struktur lapisan tipis yang terdiri lapisan feromagnetik yang dipisahkan

elektron pada tingkat energi Fermi tidak sama untuk spin up dan spin down.

oleh lapisan nonmagnetik. Basis fisika dari efek GMR ini berhubungan

Peluang hamburan dalam keadaan ini sebanding dengan kerapatannya,

dengan kenyataan bahwa spin elektron memiliki dua nilai yang berbeda

sehingga laju hamburan bergantung spin, atau dengan kata lain

(yang dinamakan dengan spin up dan spin down). Ketika spin-spin ini

hamburan berbeda untuk kedua saluran konduksi di atas.

melintasi material yang telah dimagnetisasi, salah satu jenis spin mungkin

Penemuan GMR telah membuka peluang untuk penerapannya dalam

mengalami hambatan (resistance) yang berbeda daripada yang dialami

banyak bidang aplikasi. Beberapa divais yang bekerja berdasarkan

oleh jenis spin lainnya. Sifat ini menunjukkan adanya hamburan

fenomena GMR ini telah dikembangkan. Diantara divais tersebut

bergantung spin (spin-dependent scattering).

misalnya: perekaman magnetik pada hard disk drive, sensor medan magnet

Kajian fisika dari GMR berdasarkan pada pengaruh spin terhadap Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

44


dan memori non-volatile. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

45


Lapisan pengunci

3.3.2. Prinsip GMR FM

Lapisan tipis GMR mempunyai struktur yang berbeda-beda dan

FM NM

NM

masing-masing struktur memiliki efek magnetoresistance ( MR ) yang berbeda pula. Struktur GMR terdiri dari struktur sandwich, spin valve

(a)

FM

(b)

(sandwich pinned) dan multilayer. Struktur sandwich merupakan stuktur

FM

FM

dasar GMR yang terdiri dari tiga lapisan dengan susunan bahan FM

feromagnetik/nonmagnetik/feromagnetik (FM-NM-FM). Struktur spin

NM

valve merupakan struktur sandwich yang diberi lapisan pengunci (pinning

FM

(c)

layer) , sedangkan struktur multilayer , adalah struktur dengan pengulangan lapisan feromagnetik/non magnetik (FM/NM)n dengan

Gambar 45: Struktur lapisan tipis GMR: (a) sandwich, (b) spin valve,

indeks n adalah jumlah pengulangan. Ketiga struktur tersebut dapat

dan (c) multilayer.

terlihat pada gambar 45.

Tinjau konfigurasi multilayer feromagnetik seperti Gambar 45, dan

Fenomena GMR dalam multilayer feromagnetik dapat dijelaskan dengan argumentasi Mott, yakni: (1) konduktivitas listrik dalam logam dapat diuraikan dalam hubungannya dengan dua saluran konduksi bebas; yang pertama berhubungan dengan elektron dengan spin up dan yang lain berhubungan dengan elektron dengan spin down, (2) di dalam logam feromagnetik laju hamburan dari spin up dan spin down elektronelektron sangat berbeda.

diasumsikan bahwa hamburan kuat terjadi untuk elektron dengan spin antiparalel terhadap arah magnetisasi, sedangkan hamburan lemah terjadi untuk elektron dengan spin paralel terhadap arah magnetisasi. Anggapan ini menggambarkan asimetri dalam rapat keadaan pada tingkat Fermi yang bersesuaian dengan argumentasi Mott yang kedua. Dalam Gambar 46, diperlihatkan lintasan elektron dalam dua saluran spin (spin channels). Diasumsikan lintasan bebas rata-rata elektron lebih besar dari ketebalan lapisan dan arus mengalir dalam bidang lapisan. Untuk magnetisasi paralel pada (c) elektron spin up melewati lapisan tanpa dihamburkan sedangkan elektron dengan spin down mengalami hamburan kuat dalam kedua lapisan feromagnetik, menghasilkan


46



47


resistivitas total kecil.

lapisan ferromagnetik dan lapisan non-magnetik ketika melewati dan

Untuk magnetisasi antiparalel pada (d), keduanya spin up dan spin

masuk ke dalam lapisan feromagnetik, bergantung pada arah spin dan

down mengalami hamburan kuat dalam satu lapisan feromagnetik,

arah momen magnet lapisan. Hamburan yang bergantung spin

sehingga resistivitas total dalam multilayer menjadi tinggi. Model ini

merupakan fenomena mekanika kuantum dimana lintasan bebas rata-rata

dinamakan dengan model konduksi dua arus, seperti diperlihatkan

elektron dalam logam magnetik, dan perubahan resistivitasnya

dalam Gambar 46.

dipengaruhi oleh orientasi relatif dari spin elektron konduksi dan momen magnet material magnetik. Penerapan material GMR sebagai sensor medan magnet, memiliki kelebihan dibandingkan sensor lainnya yakni: sensitivitas yang tinggi, harga murah, konsumsi daya rendah dan ukuran kecil. Selain itu,

spin up

spin down

spin up

pemasangan sensor GMR tidak bersentuhan dengan rangkaian yang

spin down

diukur, sehingga mengurangi kesalahan pengukuran. Dengan adanya

(b)

(a)

kelebihan dari sensor GMR ini, banyak penelitian telah kami dilakukan di R

R

R

R

R

(c)

jurnal dan prosiding

R

R

R

bidang ini, dan beberapa paper telah pula dipublikasikan dalam beberapa [47,48,49,50,51,52,53,54,55]

(d)

Gambar 46:Ilustrasi tranport elektron dalam multilayer feromagnetik untuk (a) magnetisasi paralel, dan (b) magnetisasi antiparalel. (c) dan (d) Model rangkaian resistor untuk magnetisasi paralel dan antiparalel

Hamburan bergantung spin diusulkan oleh Baibich, dkk

[45]

.

arus “spin up”

arus “spin down” konfigurasi parallel

, yang

arus “spin down”

konfigurasi anti-parallel

(a)


(b)

Gambar 47: Model konduksi bebas dua arus. A. kondisi resistansi rendah dan

probabilitas sebuah elektron dihamburkan pada antarmuka antara

48

arus “spin up”

[46]

didasarkan pada argumen Mott. Baibich menyimpulkan bahwa


.

B. kondisi saat resistansi tinggi. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

49


3.3.3. Aplikasi Sensor GMR

3.3.3.2. Pengukuran Arus

3.3.3.1. Pengukuran Medan Magnetik

Dalam aplikasi sensor arus, film tipis sandwich GMR diletakkan

Dalam aplikasi sensor medan magnetik, sensor yang sudah

diatas saluran yang dialiri arus, seperti gambar 50:

terintegrasi dalam jembatan Wheatstone dimasukkan kedalam kumparan

film substrat

solenoida. Perubahan medan magnet solenoida akan menyebabkan perubahan keluaran tegangan jembatan Wheatstone. Kumparan solenoida

Arus

Gambar 50: Posisi film tipis sandwich GMR sebagai sensor arus.

dililitkan pada sebuah tabung silinder yang terbuat dari tembaga. Panjang selenoida 240 mm, diameter sekitar 41.6 mm. Jumlah lilitan kawat sekitar 200 buah, dengan diameter kawat sekitar 0.4mm. Dari hasil kalibrasi

Setting peralatan pengukuran arus ditunjukkan seperti gambar 51 berikut.

diperoleh hubungan medan magnet aplikasi yang dialami sample terhadap arus induksi I sebagai fungsi linier berikut: H(I) = 1.9568I - 0.043, dimana induksi magnetik H dalam µT dan arus induksi I dalam mA. Konfigurasi Jembatan Wheatstone ditunjukkan gambar 48. Hasil pengukuran karakteristik sensor dengan ketebalan lapisan magnetik 10 nm dengan ketebalan lapisan non magnetik 2 nm dan 6 nm ditunjukkan

Gambar 51: Foto set up peralatan pengukuran arus.

pada gambar 49. Hasil pengukuran arus ditunjukkan pada Gambar 52.

Gambar 52: Hasil keluaran sensor terhadap pengukuran arus. Gambar 48. Konfigurasi Jembatan Wheatstone


Gambar. 49. Hasil pengukuran dalam konfigurasi jembatan Wheatstone

50



51


Dari gambar 52 dapat dilihat bahwa medan yang dapat dideteksi oleh

Sensor magnet akan mendeteksi putaran ketika magnet tetap menjauh

sandwich GMR pada arus dibawah 200 mA cukup kecil (akibat adanya

dan mendekat ketika melekat pada piringan roda, akibatnya akan timbul

perbedaan jarak antara arus dan permukaan sandwich). Oleh karena itu

pulsa-pulsa dari rangkaian sensor. Kemudian pulsa-pulsa ini dihitung

rentang kerja sensor diambil di atas 200 mA. Grafik keluaran sensor

dengan menggunakan pencacah mikrokontroller, lalu langsung ditampil-

terhadap arus yang dilewatkan pada kawat untuk daerah kerja di atas 200

kan pada displai. Gambar 55 menunjukkan sistem roda yang dipasang

mAditunjukkan seperti gambar 53.

magnet tetap. Setting peralatannya ditunjukkan dalam gambar 56.

Gambar 55. Set up sensor GMR untuk sensor putaran Gambar 53. Keluaran sensor terhadap arus yang dilewatkan pada kawat

Gambar 54. Kesalahan absolut dan kesalahan relatif pengukuran arus

Gambar 56. Setting peralatan sensor putaran

Hasil pengukuran sensor putaran ini diperlihatkan dalam Gambar 57. Kesalahan relatif pengukuran putaran di atas ditunjukkan pada masing-

Kesalahan absolut maksimum dan kesalahan relatif maksimum

masing Gambar 58.

pengujian adalah masing-masing 1.65 mV dan 5.77% pada arus 300 mA. Kesalahan absolut dari keluaran sensor di atas ditunjukkan dalam Gambar 54.

3.3.3.3. Pengukuran Putaran Sensor GMR yang peka terhadap medan magnet dapat digunakan untuk menghitung pulsa yang ditimbulkan oleh magnet tetap yang ditempelkan pada roda atau motor yang akan dihitung putarannya. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

52


Gambar 57. Tegangan keluaran motor

Gambar 58. Kesalahan relatif sensor

terhadap putaran/detik.

putaran


53


3.3.3.4. Aplikasi GMR untuk Biosensor Dalam beberapa tahun terakhir ini, divais sensor giant magnetoresistive (GMR) telah menunjukkan potensi yang besar sebagai elemen untuk mendeteksi biomolekul

[56,57,58,59]

.

Hambatan sensor GMR berubah bila medan magnet dikenakan pada Gambar 59: Prinsip biosensor GMR: (a) imobilisasi probe DNA;

sensor, sehingga biomolekul yang dilabeli secara magnetis dapat

(b) hibridisasi DNA dari analit (c) pengikatan penanda magnetik

menimbulkan sinyal. Dibandingkan dengan pendeteksi optik tradisional

dan deteksi medan mereka oleh biosensor GMR

[49]

.

yang sekarang banyak digunakan dalam biomedis, sensor GMR, lebih sensitif, portabel dan memberikan pembacaan elektronik sepenuhnya

[49]

.

Selain itu, sensor GMR murah dan fabrikasinya saat ini kompatibel dengan teknologi VLSI (Very Large Scale Integration), sehingga sensor GMR dapat dengan mudah diintegrasikan dengan elektronik dan mikrofluida untuk mendeteksi banyak analit yang berbeda pada sebuah chip tunggal. Salah satu contoh penerapan biosensor GMR adalah pada pendeteksian DNA. Langkah-langkah pendeteksian DNA oleh biosensor diperlihatkan dalam gambar 59.

4.

PENGEMBANGAN SENSOR DI MASA DEPAN: SUATU PERSPEKTIF

4.1. Revolusi Industri Tahap ke Tiga [7]

Menurut Johan H. Huijsing

perkembangan teknologi otomatisasi

mengalami tiga tahap, yaitu tahap mekanisasi, tahap informatisasi, dan tahap sensorisasi seperti ditunjukkan gambar 60. Pertama tahap mekanisasi yaitu saat manusia mulai mengembangkan mesin-mesin untuk industri, seperti mesin uap, mesin bakar, motor listrik, dan mesin jet. Tahap pertama ini melahirkan revolusi industri yang pertama. Tahap ke dua yakni era ketika manusia mulai mengembangkan logika artifisial dan komunikasi seperti komputer dan internet yang melahirkan revolusi informasi. Penemuan sensor-sensor baru yang ukurannya semakin kecil, harganya semakin murah, beratnya semakin ringan, kemampuannya semakin besar, memungkinkan manusia mengembangkan penginderaan secara buatan. Sensorisasi bersama-sama dengan mekanisasi dan


54



55


informatisasi akan melahirkan revolusi industri tahap ke tiga yang ditandai dengan mulainya era otomatisasi penuh dan robotisasi.

Dalam sistem ini terdapat banyak sensor untuk memonitor banyak parameter di pesawat, seperti tekanan, temperatur, posisi dan parameter lainnya. Komputer untuk memproses sinyal, melakukan komunikasi,

Mekanisasi

Informasi

melakukan kontrol gerak aktuator, gerak mesin, gerak rudder. Dalam

Sensorisasi

sistem ini terlihat jelas bagaimana mekanisasi, informatisasi dan sensorisasi saling bekerjasama yang memungkinkan pesawat terbang 1900

1950

2000

secara autopilot.

2050

Perkembangan yang sangat maju pada otomatisasi teknologi pesawat [50]

Gambar 60: Sensorisasi: revolusi industri tahap ke tiga .

terbang, sayangnya belum banyak diikuti oleh perkembangan otomatisasi di bidang lainnya, misalnya sampai saat ini belum ada mobil yang dapat berjalan secara otomatis penuh. Masalah utamanya adalah bahwa untuk

Tanda-tanda ke arah ini sudah mulai tampak, misalnya dengan diciptakannya sistem kontrol otomatis penuh pesawat terbang modern seperti diperlihatkan gambar 61.

otomatisasi kendaraan bermotor (mobil) diperlukan banyak sekali sensor seperti ditunjukkan Gambar 62. Dengan teknologi sensor yang ada sekarang hal ini belum memungkinkan, karena untuk itu mobil menjadi terlalu berat, terlalu banyak kabel, terlalu mahal untuk diproduksi.

sensor

komputer

aktuator

Gambar 61: Sistem pesawat otomatis penuh, contoh integrasi dari mekanisasi, informatisasi, dan sensorisasi[50]. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

56

Gambar 62: Sensor-sensor pada sebuah mobil. Prof. Mitra Djamal 27 Maret 2010


57


Untuk mengatasi masalah ini maka teknologi sensor yang akan

sensor

datang harus dapat mereduksi biaya, berat, dan ukuran suatu sistem sensor dan mudah diintegrasikan. Persyaratan ini dapat dipenuhi oleh suatu sistem sensor smart yang terintegrasi (integrated smart sensor system).

pengolahan sinyal

sistim bus

mikrokontroler

4.2. Sistem Sensor Smart Terintegrasi Gambar 63: Sistem smart sensor dalam teknologi multichip.

Beberapa tahun belakangan ini banyak usaha dilakukan orang untuk meningkatkan kehandalan sensor dan sistem sensor dan sekaligus menurunkan biaya fabrikasi. Terutama akan dikembangkan sensor dan sistem sensor pada bidang-bidang yang banyak pemakainya, seperti kendaraan bermotor, perumahan (misalnya untuk keamanan, pengaturan sirkulasi udara, pengaturan temperatur, pengaturan kelembaban), transport makanan atau gudang tempat penyimpanan makanan (misalnya temperatur, kelembaban, konsentrasi gas) sehingga harga perbuah

Konsekuensi penggunaan dari struktur sistem smart sensor seperti ini dan juga penggunannya untuk komponen instrumentasi lainnya mengarahkan kita pada bentuk sistem instrumentasi seperti pada gambar 64. Disamping sistem sensor terintegrasi dengan intelegensi terdesentralisasi suatu sistem instrumentasi dapat juga dilengkapi dengan smart aktor yang dilengkapi dengan algorima pengontrolnya.

sensor atau sistem sensor bisa ditekan pada harga yang rendah.

Proses Teknis

Tujuan ke depan adalah mebuat sensor atau sistem sensor yang smart, terintegrasi, punya sistem bus, dan dapat direalisasikan dalam teknologi chip yang murah sebagai MCM (Multi-Chip-Module). Gambar 63. menunjukkan suatu sistem sensor smart terintegrasi yang dilengkapi

elemen sensor pengolah sinyal analog pengubah analog-digital

ES

ES

EA

elemen aktuator

PSA

PSA

DE

daya elektronik

ADC

ADC

DAC

pengubah digital-analog

mikrokontroler

μC

μC

μC

mikrokontroler

sistim bus

SB

SB

SB

sistim bus

dengan elemen sensor, pengolah sinyal, mikrokontroler dengan pengubah analog ke digital, dan sistem bus. Mikrokontroler memungkinkan unit kontrol pusat

pengolahan sinyal secara digital, sistem bus digital menawarkan

SB

SB

UKP

TPK

PC pengguna

kemudahan kontak/komunikasi dan kemudahan konfigurasi dalam suatu sistem instrumentasi. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

tampilan dan papan ketik

Gambar 64: Struktur sistem instrumentasi masa depan [7].

58



59


Suatu unit pengatur pusat (seperti PC, laptop, atau modul PC)

putus untuk putra-putrinya, serta kakak, adik dan saudara dari kedua

berfungsi mengatur/mengontrol sistem bus dan bisa juga digunakan

keluarga yang selalu memberi dukungan kepada saya untuk meraih

untuk melakukan pengolahan sinyal secara khusus, misalnya untuk

jenjang pendidikan tertinggi. Dengan ketulusan dan segenap cinta, terima

mengolah atau mengenal citra. Melalui suatu papan ketik dan displai

kasih untuk Prastuti Indreswari pasangan hidup saya yang dengan

pengguna dapat berkomunikasi dengan sistem teknis, misalnya untuk

kesabaran, semangat, kegigihan dan rasa optimisnya yang luar biasa telah

menkonfigurasi atau melakukan konfigurasi baru terhadap sistem.

banyak mendorong saya agar senantiasa bertekad untuk menjadi manusia

Biaya produksi sistem instrumentasi seperti ini ditentukan oleh

yang lebih baik dan lebih bermanfaat. Kedua buah hati kami Rakanda

banyak hal, antara lain teknologi mikro dan teknologi sistem mikro,

Pranidhana dan Daryanda Dwiammardi yang selalu menginspirasi dan

teknologi rekayasa, dan teknologi perangkat lunak yang digunakan.

berjiwa besar karena haknya atas saya yang terampas.

Untuk menekan biaya produksi perlu dilakukan pemilihan teknologi pembuatan yang tepat.²

Terima kasih yang mendalam kepada para guru dan pendidik yang telah berjasa membimbing dan mendidik saya sejak SD. Tebet Barat I, Jakarta, SMPN 43, Jakarta, SMAN 3, Jakarta, Institut Teknologi Bandung, Universitat des Bundeswehr München Jerman sehingga saya bisa menjadi

UCAPAN TERIMA KASIH

insan seperti ini.

Pada kesempatan yang berbahagia ini perkenankanlah dengan segala

Terima kasih kepada Prof. Ir. Lilik Hendrajaya, MSc. PhD., Prof. Dr.

kerendahan hati, saya sampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada

Freddy P. Zen, Prof. Dr. Ismunandar, Prof. Dr. Edy Soewono, dan Prof. Dr.

pimpinan dan anggota Majelis Guru Besar ITB atas kehormatan yang

Buchari yang telah memberikan rekomendasi kepada saya untuk

diberikan kepada saya untuk menyampaikan orasi ini di hadapan para

menduduki jabatan akademik ini.

hadirin sekalian.

Tak lupa saya sampaikan penghargaan yang tinggi kepada Prof.

Terima kasih yang begitu dalam dan tak bertepi kepada ayahanda

Dr.-Ing. Hans-Rolf Tränkler (Universitaet der Bundeswehr München,

almarhum H. Sjafaroeddin Djamal dan ibunda Hj. Jusniar Djamal, kepada

Jerman) atas ilmu, ide-ide, dorongan dan bimbingannya selama saya

mertua almarhum H. Soegiri Brotowasito SH dan ibu Hj. Ien Soegiri –

menempuh studi S3 hingga saat ini. Prof. Dr. rer. nat. E. Schruefer

Hardjokusumo, yang doa, kasih sayang dan pengorbanannya tak pernah

(Technische Universität München, Jerman) atas kerjasamanya, diskusi-



60


61


diskusi sehingga memungkinkan kami terus belajar. Terima kasih kepada

mengalir juga pahalanya kepada siapapun. Amien.

Prof. Dr. -Ing. Hans-Dieter Liess (Universität der Bundeswehr München, Jerman) atas kerjasama yang baik selama. Secara khusus saya ucapkan terima kasih kepada Dr. Sutrisno atas bimbingan dan promosinya sejak

REFERENSI

saya kuliah hingga menjadi staf pengajar di Jurusan Fisika ITB. Terima

1.

kasih kepada Dr. Umar Fauzi, Dr. Sutarno dan Dr. Suparno Satira untuk diskusi-diskusi yang bermanfaat. Tak lupa terima kasih yang mendalam

Indonesian German Conference, Juli 2001, hal. 1-9. 2.

1-8.

kasih kepada teman-teman dosen di Fisika yang selalu memberikan 3.

privaten Lebensbereich (VIMP)”, Neubiberg, 4 Des. 1998, hal. 10-15 4.

para Guru Besar FMIPA ITB, yang telah memberi dukungan promosi kepada saya. Terima kasih kepada saudara Yulkifli, saudara Ramli,

Traenkler, H.-R.:”Zukunftsmark Intelligente Hausinstrumentierung”, Laporan penelitian:”Verteilte intelligente Mikrosysteme fuer den

menyenangkan. Untuk teman-teman di KK Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi atas kerjasama dan dukungannya. Terima kasih kepada

Marek, J.: ”Microsystems for Automotive Applications” , Proc. Eurosensors XIII, The Hague, Niederlande, 12-15 September 1999, hal.

untuk teman seperjuangan almarhum Prof.Sukirno MSc.PhD. Terima

inspirasi, diskusi yang bermanfaat dan lingkungan kerja yang

Traenkler, H.-R.:”Core Technologies for Sensor Systems”, Proc.

Intechno: ’Sensor Market 2008 ”, Intechno Consulting, Basle, Switzerland, 05.1999.

5.

Traenkler, H.-R., Kanoun, O., Pawelczak, D.:’Evolution of Sensor

saudara Rahmondia yang banyak membantu saya dalam penelitian dan

Elements towards Smart Sensor Systems”, Proc. Internasional

penyiapan tulisan ini. Terima kasih dan penghargaan yang tinggi juga

Conference on Instrumentation, Communication and Information Technology (ICICI) 2007, 8-9 Agustus 2009, hal. 1-7.

saya sampaikan kepada staf pengajar, mantan mahasiswa, mahasiswa bimbingan, karyawan ITB serta pihak-pihak yang telah banyak membantu dan tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

6.

Wissenschaft, Springer, 1998. 7.

Tentunya tiada gading yang tak retak, perkenankanlah dengan segala kerendahan hati, permohonan maaf saya atas ungkapan dan ucapan yang

H.-R. Traenkler, E. Obermeier, Sensortechnik, Handbuch fuer Praxis und

Gerard C.M. Meijer (ed.), Smart Sensor System, John Willey & Sons, 2008.

8.

O. Kanoun: “Modelling the P-N Junction I-U Characteristic for an Accurate

tidak berkenan dan jauh dari kesempurnaan ini. Mudah-mudahan

Calibration-Free Temperature Measurement”, IEEE Transaction on

percikan tinta yang dibuat dalam tulisan ini, andai menjadi kebaikan,

Instrumentation and Measurement, hal. 901-905, Volume 49, No. 4, Agustus 2000.


62



63


9.

Gessner.T., Dotzel W., Hiller K., Kufmuann C., Kurth S.:’ Mikromechanische Sensoren und Aktoren – Funktionsprint-zipein,

51-69. 21. Yulkifli,, Mitra Djamal, Khairurrijal, Deddy Kurniadi, Pavel Ripka:

Technologien und applikationen” P.211-220, VDI Barichte Nr. 1530,200.

Demagnetization Factor of a Fluxgate Sensor Using Double Pick-up Coils

10. Delapierre G., Danel J.S., Michel F., Bost J.L., Boura A., Aujay O.,.: “A

Configurations. Proc. of The 3rd Asian Physics Symposium (APS) July

quart micromachined close loop accelerometer’, P. 223-224, Proc. of Eurosensors 87, September 1987, Cambridge.

22 – 23, 2009, Bandung, Indonesia. 22. Yulkifli, Mitra Djamal, Khairurrijal, Deddy Kurniadi, Pavel Ripka: The

11. Ruser H., Jena, A. V., Magori V., Trankler H.R., : A Low-cost Ultrasonic-

Influence of the Tape-core Layer Number of Fluxgate Sensor Using the

micromawe multisensory for Roboust Sensing of Velocity and Range, Proc.

Double Pick-up Coils to the Demagnetization Factor, Proc. ICICI-BME,

of Sensor 99, Numberg, C3.3, 1999

November, 23-25, 2009, Bandung.

12. Mitra Djamal: “Untersuchungen zur Zuverlaessigkeit von Gassensoren”, VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 15, Nr. 96, VDI Verlag, 1992

23. Ripka, P., 2001a: Magnetic Sensor and Magnetometers, Artec House 24. Nielsen O V, Petersen J R, Primdahl F, Brauert O., Hernando B,

13. Benson, H., University Physics, John Wiley & Sons, 1991.

Fernandez A, Merayo, J M G and Ripka P, Development, construction and

14. Mitra Djamal., A study of Flat Coil Sensor for Measuring Displacements,

analysis of the ‘Oersted” fluxgate magnetometer, J. of Meas. Sci. Technology, (1995) 1099-1115.

KFI, Vol. 7, No. 2, Juli 1996 15. Mitra Djamal,. Indonesian paten pending, “Sistem Sensor Getaran

Fluxgate Presisi Tiga Dimensi Menggunakan Metoda Posisi Pulsa, Laporan

Menggunakan Koil Datar”, No. Paten ID 0 021 804. 16. Yulkifli, Desain dan Pembuatan alat Ukur Tekanan Udara Berbasis Sensor

Penelitian Hibah Bersaing XII, 2005. 26. Baschirotto, A. E. Dallago, P. Malcovati, M. Marchesi, G. Venchi, 2006:

Koil Datar, Laporan Tesis S2, ITB, 2002. 17. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J., Fundamentals of Physics, John Willey & Sons, 2008.

Development and Comparative Analysis of Fluxgate Magnetic Sensor Structure in PCB Tecnology, IEEE Transaction on Mangetics, 42 No. 6 pp. 1670-1680.

18. Oppenheim, A. V., Signals and Systems, Prentice Hall, 1983 19. Zorlu, O., P. Kejik, R.S. Popovic, 2007: An Orthogonal Fluxgate-type Magnetic Microsensor with Electroplated Permalloy Core, J. Sensor and Actuator, 135, pp. 43-49.

27. Park, H.S., Jun, S.H., Won Y.C., Dong S.S., Kyoung W.N., Sang O.C., 2004: Development of MicroFluxgate Sensors with Electroplated Magnetic Cores for Electronic Compas, J. Sensor and Actuator, 114, pp 224-229. 28. Wang, Y., Gang Liu, Yin X., Jianzhong Y., Yangchao T., 2006: Fabrication

20. Mitra Djamal, 2007: Sensor Magnetik Fluxgate dan Aplikasinya untuk Pengukuran Kuat Arus , J. Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, III, pp. Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

25. Mitra Djamal. et al.: Desain dan Pembuatan Sensor Medan Magnet

64


ot the Three-dimensional Solenoid Type Micra Magnetic Sensor, J. of Physics: Conference Series 34, pp 880-884 Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

65


29. Fan, J., X.P Li, P. Ripka, 2006: Low Power Ortogonal Sensor with

39. Djamal, M., R. N. Setiadi,: Pengukuran Medan Magnet Lemah

Electroplated Ni80Fe20/Cu Wire. J. of Apllied Physics, 99, pp. 08B3111-

Menggunakan Sensor Magnetik Fluxgate dengan Satu Kumparan Pick-Up,

08B3113.

Jurnal Proceedings ITB, 2006.

30. Kubik, J., L. Pavel, P. Ripka, 2006: PCB recetrack Fluxgate Sensor with Improved Temperatur Stability, J. Sensor and Actuator, 130, pp 184-188. 31. Dezuari, O., Eric Belloy, Scott E., Gilbert, Martin A., M. Gijs, 1999: New Hybrid Technology for Planar Fluxgate Sensor Fabrication, IEEE

40. Mitra Djamal, Design and Development Fluxgate Magnetometer and Its Applications, Indonesian Journal of Physics Vol 17 No. 1, January 2006, Hal. 7-14 41. Ismu Wahyudi, Prototip Sensor Muai Berbasis Fluxgate Magnetometer, Laporan Thesis S2, ITB, 2009

Transaction on Magnetics, 35, pp. 2111-2117. 32. Belloy, E., S.E. Gilbert, O. Dezuari, M. sancho, M.A.M. Gijs, 2000: A

42. Yulkifli, Rahmondia Nanda S., Suyatno, Mitra Djamal: Designing and

Hybrid Technology for Miniaturised Inductive Device Applications, J.

Making of Fluxgate Sensor with Multi-Core Structure for Measuring of

Sensor and Actuator, 85, pp 304-309.

Proximity, Proc. CSSI 2007, Serpong Tanggerang- Indonesia.

33. Ripka, P., 2001b: Micro-fluxgate Sensor with Close Core, J. Sensor and Actuator, A9. pp. 65-69.

43. Mitra Djamal,Rahmondia N. Setiadi, Yulkifli: Preliminary Study of Vibration Sensor Based on fluxgate Magnetic Sensor, Proc. ICMNS,

34. Chiesy,L., P. Kejik., B., Janosossy, R.S., Popovic, 2000: CMOS Planar 2D Micro-Fluxgate Sensor, J. Sensor and Actuator, 82, pp, 174-180. 35. Tipek, A., P. Ripk, Terence O, J. Kubik, 2004: PCB Technology Used Fluxgate Sensor Construction, J. Sensor and Actuator, 115, pp. 286-292. 36. Kawahito, S., Y. Tadakoro, 1996: High-Performance Micro Fluxgate Magnetics Sensors, Porc. International Conference on Microelectronics

Indonesian, 2008. 44. G. Handayani, M. Djamal, W. Triyoso: "Desain dan Pengembangan Sensor Getaran dan Aplikasinya Untuk Online Monitoring Gempa", Laporan Kemajuan Program Hibah Kompetitif Peneltian Sesuai Prioritas Nasional Batch I , 2009 45. E. Y. Tsymbal and D.G.Pettifor (2001). Perspectives of Giant Magnetoresistance, dalam Solid State Physics, ed. by H. Ehrenreich and

ICME, H.R , P. 85-89., Bandung, Indonesia . 37. SELC, 2008: Penuntun Layanan PCB Purwarupa, SELC Sumber

F. Spaepen, Vol. 56 , Academic Press, 2001, pp.113-237. 46. Baibich, M.N., Broto, J.M., Fert, A.,Nguyen Van Dau, F.,Petroff, F.,

elektronic, Bandung. 38. Mitra Djamal, Yulkifli, Agung Setiadi, Rahmondia N.Setiadi: Desain Awal Elemen Sensor Fluxgate Berbasis Teknologi Printed Circuit Booards (PCB), disampaikan pada SNBM, 26 November Batan, Serpong. Diterbitkan pada Jurnal Sains Materi Indonesia (JUSAMI) 2009

Etienne, P., Creutz,A., Friederich,A., Chazelas, Giant Magnetoresistance of (001) Fe/(001) Cr Magnetic Superlattices, J, Phys. Rev. Lett. 68 (1998) pp. 2472 – 2475. 47. M. Djamal, Ramli, Yulkifli, Khairurrijal, Growth of NiCoFe/Cu/NiCoFe

(Inpress). Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

66



67


Sandwich for Giant Magnetoresistance Material by Opposed Target Magnetron Sputtering, Proc. International Conference on Material for Advanced Technologies (ICMAT), Singapore, 28 June – 3 July 2009. 48. Ramli, Mitra Djamal, and Khairurrijal, “Effect of Ferromagnetic Layer Thickness on the Giant Magnetoresistance Properties of NiCoFe/Cu/NiCoFe Sandwich” Proceeding 3rd Asian Physic Symposium (APS) 2009, ISBN: 978-979-98010-5-0, Bandung, 22 – 23 July 2009. pp 65 – 67. 49. T. Saragi, M. Djamal, Khairurrijal and M. Barmawi, KFI, Vol. 14, No. 3, p. 83-86, 2003

Colton, R.J., 1998. Biosens. Bioelectron. 13, 731–739. 56. Li, G., S zun, S., Wilson, R.J., White, R.L., Pourmand, N.,Wang, S.X., 2006. Sensor and Actuators A, 126, 98–106. 57. Ferreira, H.A., Graham, D.L., Feliciano, N., Clarke, L.A., Amaral, M.D., Freitas, P.P., 2005. IEEE Trans. Magn. 41 (10), 4140–4142. 58. Schotter, P.B. Kamp, A. Becker, A. Puhler, G. Reiss and H. Brückl, “Comparison of a prototype magnetoresistive biosensor to standard fluorescent DNA detection”, Biosensors and Bioelectronics 19 (10), 1149 1156 (2004).

50. T. Saragi, M. Djamal, Darsikin and M. Barmawi, Proc. of 2004 Annual Physics Seminar, Sept. 30-Oct.1, Bandung (2004). 51. Togar Saragi, Mitra Djamal, Darsikin, and M. Barmawi, Characteristic of Giant Magnetoresistance CoFe/Cu/CoFe Sandwich on Si (100) Substrates in Perpendicular Geometry Grown by dc-Sputtering, Physics Journal of the Indonesian Physical Society, A7 (2005) 0219. 52. M. Djamal, Darsikin, Togar Saragih, M. Barmawi, “Design and development of magnetic sensors based on giant magnetoresistance (GMR) materials”, J. Materials Science Forum Vols. 517 (June 2006) pp. 207-211 53. Mitra Djamal, Ramli, Yulkifli, and Khairurrijal, “Effect of Cu Layer Thickness on Giant Magnetoresistance Properties of NiCoFe/Cu/NiCoFe Sandwich” Proc. on ICCAS-SICE 2009 Fukuoka, Japan, August 18-21, 2009, pp. 365-368. 54. Mitra Djamal, Ramli and Khairurrijal, “Giant Magnetoresistance Material and Its Potential for Biosensor Applications” Proc. ICICI-BME, Indonesia, 2009. 55. Baselt, D.R., Lee, G.U., Natesan, M., Metzger, S.W., Sheehan, P.E.,


68



69


CURRICULUM VITAE

: MITRA DJAMAL

Nama

Tempat, tgl lahir : Jakarta, 22 Mei 1960 Alamat Kantor : Gedung Fisika FMIPA ITB, Jl. Ganesha 10 Bandung 40132 Pekerjaan

: Staf pengajar Prodi Fisika, FMIPA, ITB.

Bidang Keahlian : Teknik Pengukuran dan Otomatisasi Nama Istri

: Ir. Hj. Prastuti Indreswari MM

Nama Anak

: - Rakanda Pranidhana - Daryanda Dwiammardi

RIWAYAT PENDIDIKAN: w

S3, Universitaet der Bundeswehr Muenchen, Bidang Teknik Pengukuran dan Otomatisasi, 1992.

w

S1, Institut Teknologi Bandung, Jurusan Fisika, 1984.

RIWAYAT JABATAN FUNGSIONAL:


70


w

Asisten Ahli Madya

1986

w

Asisten Ahli

1993

w

Lektor Muda

1995

w

Lektor Madya

1997

w

Lektor

2000

w

Lektor Kepala

2001

w

Guru Besar

2009


71


RIWAYAT PENUGASAN di ITB:

No. 1, Januari 1996.

•

Kepala Laboratorium Elektronika FI: 1993-1996, 2000-2003

•

Ketua “Indonesian German Conference” 11-13 Juli 2001

•

Anggota Steering Committee 33 International Physics

3.

displacements, Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 7 No. 2, Juli 1996,

rd

Olympiad, 21-30 Juli 2002

Mitra Djamal, A study of a flat coil sensor for measuring p. 25-28.

4.

Mitra Djamal, Peranan Elektronika/Mikroelektronika Dalam

•

Anggota Pembuatan Proposal Program B Jurusan Fisika FMIPA

Perkembangan Instrumentasi Fisika, Kontribusi Fisika Indonesia,

•

Anggota Tim Verifikasi Usul Angka Kredit FMIPA 2004-2005

Vol. 8 No. 1, Jan. 1997, p. 14 – 19.

•

Ketua konferensi internasional ICICI 2005, 3-5 Agustus 2005.

•

Ketua konferensi internasional ICICI 2007, 8-9 Agustus 2007

•

Ketua Kelompok Keahlian Fisika Teoretik Energi Tinggi dan

5.

Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 8 No. 1, Jan 1997, p. 20 – 23. 6.

Instrumentasi, sejak 1 Januari 2008. •

•

Ketua konferensi internasional ICICI-BME 2009, 23-25

7.

Mitra Djamal, Raka, IGN. Desain dan Pembuatan pH Meter Digital, KFI, Vol. 10 No. 4, Oct. 1999.

Ketua PIC Strengthening Research Division Program IMHERE,

8.

Wahyudi and Mitra Djamal, Development of an Electronics

FMIPA, sejak Oktober 2009.

Balance Using a Flat Coil Sensor and Microcontroller AT 89C51,

Ketua Lab. Scanning Electron Microscope (SEM), FMIPA, sejak

Physics Journal of the IPS Proceeding Supplement A6 (2002)

Januari 2010.

0510 - 17 Juli 2002. 9.

PENGHARGAAN: •

Mitra Djamal, Design of Flat Coil Sensor for Coin Identification, Proceeding Institut Teknologi Bandung, Vol. 31, No. 2, 1999.

Nopember 2009. •

Mitra Djamal, Peranan Matematika dalam Sistem Sensor Modern,

Wildian and Mitra Djamal, A GMR based Current Sensor, Physics Journal of the IPS Proceeding Supplement A6 (2002) 0512 - 17

Piagam Tanda Kehormatan Presiden Republik Indonesia

Juli 2002. 10. Togar Saragi, Mitra Djamal, Khairurrijal dan M. Barmawi,

Satyalancana Karya Satwa 10 tahun, 15 April 2003.

Deposition of NiFeCo Thin Film for Giant Magnetoresistance (GMR) PENULISAN JURNAL: 1.

Material by dc-Unbalanced Magnetron Sputtering Method,

Mitra Djamal, Sensor, Elemen Kunci dalam Pengukuran. Kontribusi Fisika ITB, Jurusan Fisika, FMIPA, ITB, vol.1 No. 2,

2.

Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 14, No. 3, 2003, Hal. 83-86. 11. Togar Saragi, Mitra Djamal, Darsikin, and M. Barmawi,

Juli 1990.

Characteristic of Giant Magnetoresistance CoFe/Cu/CoFe Sandwich

Mitra Djamal, E.F. Rianto, Studi Awal Ruang Suhu Terkontrol.

on Si (100) Substrates in Perpendicular Geometry Grown by dc-

Kontribusi Fisika Indonesia, Jurusan Fisika, FMIPA ITB, vol. 7

Sputtering, Physics Journal of the Indonesian Physical Society,


72



73


A7 (2005) 0219.

Sensor Multi Core, Jurnal Materi Indonesia, Edisi khusus,

12. Mitra Djamal, Darsikin, Togar Saragih, M. Barmawi, Design and Development of Magnetic Sensors based on Giant Magnetoresistance

Oktober 2007, 215-219,. 22. Harri Sapto Wijaya, Mitra Djamal, Simulation of Mobile Robot

(GMR) Materials, Functional Materials and Devices, Trans Tech

Navigation System Using Combination Method of A* Algorithm with

Publication Ltd, Swiss, 2006.

Virtual Force Field, Indonesian Journal of Physics, Vol. 18 No. 1,

13. Mitra Djamal, Design and Development of Fluxgate Magnetometer and Its Applicacations, IJP, Vol. 17 No. 1, January 2006, 7-14.

Januari 2007, 15-19. 23. Yulkifli, Rahmondia N.S., Mitra Djamal, Khairurrijal, Deddy

14. Mitra Djamal, Sensor Modeling of a Vibration Sensor, IJP, Vol. 17

Kurniadi, The Influence of Ferromagnetic Core, Pick-up Coil Winding

No. 4, January 2006, 103-107.

Number and Enviromental Temperature to the Output Signal of a

15. Mitra Djamal, R. N. Setiadi, Pengukuran Medan Magnet Lemah

Fluxgate Magnetic Sensor, Indonesian Journal of Physics, Vol. 18

Menggunakan Sensor Magnetik Fluxgate dengan Satu Koil Pick-Up, PROC. ITB Sains & Tek. Vol 38 A, No. 2. 2006, 99-115.

No. 3, July 2007, p 77-80. 24. Hendro, Wirawan, Mitra Djamal, dan Rahmat Hidayat,

16. Mitra Djamal, Design and Development of Fluxgate Magnetometer

Development of Visible Light Absortion Measurement for

and Its Applications, Indonesian Journal of Physics (IJP), Vol. 17

Concentrated Dye Solution based on Attenuated Total Reflection

No. 1, January 2006, 7-14.

Technique and Improvement on its Analysis Method, Indonesian

17. Mitra Djamal, Sensor Modeling of a vibration sensor, Indonesian

Journal of Physics, Vol. 19 No. 2, April 2008, 55-59.

Journal of Physics (IJP), Vol. 17 No. 1, January 2006, 7-14. 18. Mitra Djamal, Sensor magnetik fluxgate dan aplikasinya untuk mengukur kuat arus, Jurnal Sains & Teknologi Nuklir, Vol. VIII,

RESEARCH AWARD: 1.

No. 1, Feb. 2007, 51-67.

Fluxgate Presisi Tiga Dimensi Menggunakan Metoda Posisi Pulsa,

19. Mitra Djamal, Sensor magnetik fluxgate dan aplikasinya untuk mengukur kuat arus, Jurnal Sains & Teknologi Nuklir, Vol. VIII,

RUT IX, DIKTI, 2004-2006. 2.

No. 1, Feb. 2007, 51-67.

Mitra Djamal (PI), Desain dan Pengembangan Sensor Magnetik Resolusi Tinggi dan Beberapa Aplikasinya, Hibah Bersaing, DIKTI,

20. Mitra Djamal, Suyatno, Yulkifli dan Rahmondia N. Setiadi, Sensor Magnetik Fluxgate Karakteristik dan Aplikasinya, Jurnal

2007-2008. 3.

Materi Indonesia, edisi khusus Oktober 2007, 207-214. 21. Yulkifli, Rahmondia N. S., Suyatno, Mitra Djamal, Linieritas Tegangan Keluaran Sensor Magnetik Fluxgate Menggunakan Elemen Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

Mitra Djamal (PI), Desain dan Pembuatan Sensor Medan Magnet

74


Mitra Djamal (PI), Desain dan Pengembangan Sensor Mekanik Berbasis Koil Datar, Hibah Kompetensi, DIKTI, 2008-2009.

4.

Mitra Djamal (PI), Desain dan pengembangan sensor magnetik fluxgate berbasis teknologi printed circuit boards (PCBs) dan


75


aplikasinya untuk sensor getaran, Hibah KK ITB, 2009. 5.

Gunawan Handayani (PI), Mitra Djamal (Anggota), Desain dan

PATEN: •

Judul paten “Sistem Sensor Getaran Menggunakan Koil Datar”, No. Paten ID 0 021 804, 27 Agustus 2008.

Pengembangan Sensor Getaran dan Aplikasinya untuk Online Monitoring Gempa Riset, Hibah Kompetitif Penelitian Sesuai

PENULISAN BUKU:

Prioritas Nasional, DIKTI, 2009. 6.

Mitra Djamal (PI), Yulkifli, Rahmondia, Development of new

1.

Gassensoren, VDI, Germany, 1992.

Giant Magnetoresistance (GMR) material with spin valve structure 7.

8.

using OTMS reactor, 2008, ASAHI GLASS FOUNDATION.

2.

Mitra Djamal; Diktat kuliah FI6172 Elektronika Industri, 2006.

Mitra Djamal (PI), Khairurrijal, Pegembangan Material Giant

3.

Mitra Djamal; Diktat kuliah FI4171 Sistem Sensor, 2006.

Magnetoresistance (GMR) dan Aplikasinya untuk Sensor Getaran,

4.

J. Mark (Ed.); Reiz der Sensorik, bab Untersuchungen zur

Riset KK ITB, 2008.

Zuverlässigkeit von Gassensoren, hal. 93-100. Shaker Verlag,

Mitra Djamal (PI), Komang Bagiasna, Desain dan Pengembangan

Aachen, 2006.

Sensor Magnetik Resolusi Tinggi dan Beberapa Aplikasinya, Riset

5.

Hibah Pasca, DIKTI, 2007-2008. 9.

Mitra Djamal, Untersuchungen zur Zuverlaessigkeit von

Mitra Djamal, Development of vibration sensor based on flat coil element, ITB, 2009.

Mitra Djamal (PI), Rahmondia, Pembuatan Material Giant

6.

Magnetoresistance (GMR) untuk Sensor Magnetik, Riset KK ITB,

Mitra Djamal (Ed.), Kapita Selekta Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Penerbit ITB, 2009.

2006. 10. Mitra Djamal (PI), Khairurrijal, Munawar Agus Riyadi, Desain

REVIEWER:

dan Pembuatan Sensor Magnetrik Berbasis Giant Magnetoresistance

1.

IEEE Journal Sensor

(GMR), RUT, KMRT, 2002-2004.

2.

Indonesian Journal of Physics (IJP)

3.

Journal Sains & Teknologi Nuklir.

11. Yulkifli (PI), Mitra Djamal, Khairurrijal dan Ramli, Pegembangan Sensor Magnetik Presisi medan Lemah Menggunakan Material Giant

PEMBICARA:

Magnetoresistance (GMR), Hibah Bersaing, 2009. 12. Hufri (PI), Yulkifli, Mitra Djamal, Desain dan Pegembangan

1.

Invited speaker pada International Conference of Functional

Sensor Magnetik Fluxgate Sensitivtias Tinggi Menggunakan Model

Materials and Devices (ICFMD-2005), Kuala Lumpur, Malaysia,

Ellips-Multicore Double Pick-up dan Aplikasinya, Hibah Bersaing,

6-8 Juni 2005.

DIKTI, 2009.

2.

Invited speaker pada The 9th Conference on Instrumentation and Control 2007, Bandung, Feb. 2007.


76



77


3.

Invited speaker pada International Conference on Instrumentation, Communications, Information Technology, and Biomedical Engineering (ICICI-BME), Bandung 2009.

4.

Invited speaker pada Applied University Ravensburg Weingarten, Ravensburg, Jerman, Oktober 2002.

5.

Invited speaker pada Universität der Bundeswehr München, Jerman, 16 Juli - 1 Agustus 2006.


78



79


SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

Recommend Documents