TUGAS SENSOR 2 Selma Damayanti 215441931 3-AEC A. SENSOR 1. Linearity
1.1. Sensor LVDT 1.1. Definisi
Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) Adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan variabel antara gandengan variabel antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-an.Pada masa sekarang sensor LVDT telah secara luas digunakan. Pada aplikasinya LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor mekanik lainnya.Untuk kali ini sensor ini diaplikasikan sebagai sensor jarak. Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua buah kumparan sekunder, dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut dililitkan pada suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan didalam rongga selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah selongsong, sedangkan kedua kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer. Kedua kumparan sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang sama. 1.2. Prinsip Kerja
1.2. Prinsip Kerja
Secara umum LVDT bekerja karena adanya perbedaan medan magnet. Medan magnet ini muncul karena adanya gerakan inti magnet yang dimasukkan ke dalam kumparan. Semakin dalam inti magnet dimasukkan ke dalam kumparan maka nilai medan magnet yang di hasilkan akan semakin besar. LVDT bekerja pada frekuensi rendah dan gerakannya linear terhadap masukan.
1.3. Tiga bentuk sinyal yang dihasilkan LVDT sensor ketika sensor tersebut mendeteksi adanya perubahan linear pada benda.
1.3. Spesifikasi
1.4. Spesifikasi LVDT (Sample LVDT LBB Series)
1.5. Dimensi 1.4. Aplikasi LVDT
Inspeksi dan Quality Control komponen otomotif
Sensor feedback untuk mesin dengan control numeric
Pengukuran dimensi perkakas presisi
Data collector untuk SPC pabrik
Robotika
Komponen otomotif (pedal gas, rem, dan sebagainya)
Mesin ATM
Suspensi Otomotif
2. Mechanical Sensor Tekanan
Pressure sensor (sensor Tekanan ) merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tekanan, yaitu dengan cara mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Sensor Tekanan diciptakan untuk mengukur tekanan suatu zat yang memiliki tekanan sangat kecil sehingga sulit untuk diukur apabila menggunakan alat pengukur biasa. Dalam pelajaran Science, kita mengenal adanya alat pengukur untuk suatu benda. Seperti contoh thermometer sebagai alat untuk mengukur suhu, anemometer untuk mengukur kecepatan angin dan speedometer untuk mengukur kecepatan suatu benda. Tekanan yang dilambangkan dalam huruf (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya, yang dilamabangkan dengan (F) persatuan luas, yang dilambangkan dengan (A). Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan atau tekanan dari unsur zat yaitu berupa cairan dan gas. Fungsi dari sensor tekanan sebenarnya adalah untuk mengubah tekanan menjadi induktasi. Berikut adalah beragam Jenis Sensor Tekanan : 1. Tabung Bourdon
Pirnsip kerja pada alat ini adalah perubahan tekanan pada kantung tersebut menyebabkan perubahan tempat inti sehingga berakibat perubahan sebuah magnetic kumparan. Kelebihan :
Tidak mudah terpengaruh perubahan temperatur
Baik dipakai untuk mengkur tekanan antara 30 – 100000 psi
Kekurangan :
Pada tekanan rendah 0 – 30 psi kurang sensitive.
2. (Linear Variabel Differential Transformer) LVDT
LVDT ini merupakan sensor tekanan yang diaplikasikan untuk sensor induksi magnetic yang berubah induksinya menjadi tekanan listrik dan berubahnya suatu posisi. Prinsip Kerja pada alat ini yaitu apabila sebuah tekanan dalam tabung itu bertambah, maka tabung itu akan menyusut perlahan bila tekanan pada tabung berkurang.
Contoh Penerapan LVDT •Sensor -sensor (perpindahan, jarak, Dan sensor mekanik lainnya) •Level fluida •Automotive Suspension •Mesin ATM Kelebihan :
Padat dan kuat, sehingga dapat digunakan pada peralatan yang berat. System operasi tanpa gesekan antara aramature dan tranformer sehingga cocok untuk pengujian material.
Sensitif, sehingga dapat mendeteksi sedikit saja perubahan.
Mampu menangani input yang berlebih.
Dapat digunakan pada lingkungan yang bervariasi.
Output mutlak.
Kekurangan :
LVDT baru bekerja jika ada kontak antara armature dan tr ansformer. Pengkuran dinamis dibatasi tidak lebih dari 1/10 dari LVDT resonansi frekuensi. Di beberapa kasus, hasilnya lebih dari 2 kHZ. Harga relative mahal
Sensor tekanan MPX4100 merupakan seri Manifold Absolute Pressure (MAP) yaitu sensor tekanan yang dapat membaca tekanan udara dalam suatu manifold. Pada dasarnya sensor tekanan MPX4100 adalah sebuah sensor tekanan yang sudah dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal dan temperatur kalibrator yang membuat sensor ini stabil terhadap perubahan suhu. Untuk akurasi pengukuran sensor ini menggunakan teknik micro machine, thin film metalization dan proses bipolar semiconductor. Bentuk fisik sensor tekanan MPX4100 cukup kecil seperti terlihat pada gambar berikut :
Bentuk fisik dari sensor tekanan MPX4100 cukup kecil sehingga dapat digunakan dengan lebih praktis dan efisien tempat peletakan sensor tekanan MPX4100 tersebut. Dengan adanya rangkaian pengkondisi sinyal, sensor ini dapat terhubung langsung pada Analog to Digital Converter. Rangkaian pengkondisi sinyal menghasilkan tegangan analog dengan Skala Penuh (Full Scale) hingga 5 Volt Feature Sensor tekanan MPX4100 Sesuai datasheet dari sensor tekanan, feature yang dimiliki oleh sensor tekanan tipe MPX4100 ini adalah sebagai berikut : 1.8% Maximum Error Over 0° to 85°C Specifically Designed for Intake Manifold Absolute Pressure Sensing in Engine Control Systems Ideally Suited for Microprocessor Interfacing Temperature Compensated Over -40°C to +125°C Durable Epoxy Unibody Element Ideal for Non-Automotive Applications
Diagram Blok Internal Sensor Tekanan MPX4100
Sensor ini mempunyai kemampuan untuk mendeteksi tekanan 15 hingga 115 kilo Pascal dan bekerja berdasarkan perbedaan tekanan antara P1 dan P2. P1 atau Pressure Side terdiri dari fluorisilicone gel yang melindunginya dari benda-benda keras. Grafik Tegangan Output Sensor Tekanan MPX4100
Gambar diatas menunjukkan perubahan tekanan terhadap tegangan output dari sensor di mana perubahan bergerak linear setelah 20 kPa. Tampak 3 buah garis pada grafik tersebut yang menunjukkan batas maksimum dan minimum error dari hasil pengukuran sensor. Sensor tekanan pada aplikasi robotik seringkali digunakan sebagai feedback mechanic di mana sistem mikrokontroler dapat mendeteksi kondisi mekanik pada saat itu. Contohnya untuk
mendeteksi kuat lemah cengkeraman robot atau menghitung beban yang diletakkan pada robot. Selain itu pengukuran tekanan kompresi pada manifold mesin (otomotif) sering menggunakan sensor tekanan MPX4100 ini karena tetap stabil dalam perubahan suhu yang tinggi Torque sensor
Torque cell adalah sensor (transduser) yang mengubah torsi menjadi sinyal output elektrik. Dua tipe torque cell yang sering dipakai adalah yang dipasang pada poros yang tetap dan yang dipasang pada poros yang berputar.
Torque cell mirip dengan load cell, terdiri dari elemen mekanik (biasanya sebuah poros dengan penampang melingkar) dan sebuah sensor (biasanya strain gauge). Tegangan puntir
terhadap torsi t diberikan:
Dimana: d = diameter poros J = momen inersia polar. Karena tegangan normal σx = σy =σz = 0 untuk untuk poros bulat yang yang diberi torsi murni, maka: 16T 1
2
xz
D
3
Regangan utama diperoleh dari persamaan diatas dan hukum hook, sebagai:
1
16T D
3
1 v E
2
16T D
3
1 v E
Respon dari strain gauge adalah:
R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 R4
16T 1 v D
3
S g E
Tegangan output strain gauge adalah; vo
16T 1 v
S g v s atau T
D 3 E
D 3 E
16(1 v) S g v s
vo Cvo
Sensor Gaya
Berfungsi untuk mengubah gaya, beban, torsi dan regangan menjadi resistansi/hambatan.Sensor ini terbuat dari kawat tahanan tipis berdiameter sekitar 1 mm. Kawat tahanan yang biasa digunakan adalah campuran dari bahan konstantan (60 % Cu dan 40 % Ni). Kawat tahanan ini dilekatkan pada papan penyangga membentuk strain gage dengan tipe-tipe: a. Bonded strain gage
Susunan kawat tahanan di dalamnya berliku-liku sehingga memudahkan pendeteksian terhadap gaya tekanan yang tegak lurus dengan arah panjang lipatan kawat, karena tekanan akan menarik kabel sehingga meregang. Dengan meregannya starin gage, maka terjadi perubahan resistansi kawat. b. Unbonded strain gage gage
Jenis strain gage yang dibentuk dengan kawat tahanan yang terpasang lurus dan simetris. Jika papan atau rangka mendapat tekanan dari luar, maka resistansinya akan bertambah.
Konstruksi strain gage :
Strain gage dipasang/ditempelkan pada logam yang lentur yang dengan permukaan yang rata agar saat logam meregang strain gage juga ikut meregang tetapi tidak bergeser dar posisinya. Dengan melengkungnya besi/logam membuat strain gage melengkung juga/meregang sehingga resistansinya berubah.
Flow sensor nsor ) Sensor Aliran Fluida ( F low S ensor
Pengukuran aliran mulai dikenal sejak tahun 1732 ketika Henry Pitot mengatur jumlah fluida yang mengalir. Dalam pengukuran fluida perlu ditentukan besaran dan vektor kecepatan aliran pada suatu titik dalam fluida dan bagaimana fluida tersebut berubah dari titik ke titik. Pengukuran atau penyensoran aliran fluida dapat digolongkan sebagai berikut: 1. Pengukuran kuantitas Pengukuran ini memberikan petunjuk yang sebanding dengan kuantitas total yang telah mengalir dalam waktu tertentu. Fluida mengalir melewati elemen primer secara berturutan dalam kuantitas yang kurang lebih terisolasi dengan secara bergantian mengisi dan mengosongkan bejana pengukur yang diketahui kapasitasnya.
Pengukuran kuantitas diklasifikasikan menurut : a. Pengukur gravimetri atau pengukuran berat b. Pengukur volumetri untuk cairan c. Pengukur volumetri untuk gas 2. Pengukuran laju aliran Laju aliran Q merupakan fungsi luas pipa A dan kecepatan V mengalir lewat pipa, yakni:
dari cairan yang
Q = A.V tetapi dalam praktek, kecepatan tidak merata, lebih besar di pusat. Jadi kecepatan terukur rata-rata dari cairan atau gas dapat berbeda dari kecepatan rata-rata sebenarnya. Gejala ini dapat dikoreksi sebagai berikut: Q = K.A.V di mana K adalah konstanta untuk pipa tertentu dan menggambarkan hubungan antara kecepatan rata-rata sebenarnya dan kecepatan terukur. Nilai konstanta ini bisa didapatkan melalui eksperimen. Pengukuran laju aliran digunakan untuk mengukur kecepatan cairan atau gas yang mengalir melalui pipa. Pengukuran ini dikelompokkan lagi menurut jenis bahan yang diukur, cairan atau gas, dan menurut sifat-sifat elemen primer sebagai berikut: a. Pengukuran laju aliran untuk cairan: 1) jenis baling-baling defleksi 2) jenis baling-baling rotasi 3) jenis baling-baling heliks 4) jenis turbin 5) pengukur kombinasi 6) pengukur aliran magnetis 7) pengukur aliran ultrasonic 8) pengukur aliran kisaran (vorteks)
Gambar Vortex shedding flowmeter, (a) flowmeter geometry, (b) response, (c) readout block diagram.
9) pengukur pusaran ( swirl ) b. Pengukuran laju aliran gas 1) jenis baling-baling defleksi 2) jenis baling-baling rotasi 3) jenis termal 3. Pengukuran metoda diferensial tekanan Jenis pengukur aliran yang paling luas digunakan adalah pengukuran tekanan diferensial. Pada prinsipnya beda luas penampang melintang dari aliran dikurangi dengan yang mengakibatkan naiknya kecepatan, sehingga menaikan pula energi gerakan atau energi kinetis. Karena energi tidak bisa diciptakan atau dihilangkan ( Hukum perpindahan energi ), maka kenaikan energi kinetis ini diperoleh dari energi tekanan yang berubah.. Lebih jelasnya, apabila fluida bergerak melewati penghantar (pipa) yang seragam dengan kecepatan rendah, maka gerakan partikel masing-masing umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa. Kalau laju aliran meningkat, titik puncak dicapai apabila gerakan partikel menjadi lebih acak dan kompleks. Kecepatan kira-kira di mana perubahan ini terjadi dinamakan kecepatan kritis dan aliran pada tingkat kelajuan yang lebih tinggi dinamakan turbulen dan pada tingkat kelajuan lebih rendah dinamakan laminer.
R D
D V
Kecepatan kritis dinamakan juga angka Reynold, dituliskan tanpa dimensi: di mana : D = dimensi penampang arus fluida, biasanya diameter ρ = kerapatan fluida V = kecepatan fluida μ = kecepatan absolut fluida
Batas kecepatan kritisuntuk pipa biasanya berada diantara 2000 dan 2300. Pengukuran aliran metoda ini dapat dilakukan dengan banyak cara misalnya: menggunakan pipa venturi, pipa pitot, orifice plat (lubang sempit), turbine flow meter, rotameter, cara thermal, menggunakan bahan radio aktif, elektromagnetik, ultar sonic dan flowmeter gyro. Cara lain dapat dikembangkan sendiri sesuai dengan kebutuhan proses. Yang dibahas dalam buku ini adalah sensor laju aliran berdasarkan perbedaan tekanan.
1. Sensor Aliran Berdasarkan Perbedaan Tekanan
Metoda ini berdasarkan Hukum Bernoulli yang menyatakan hubungan :
P 1 12 1
2
g .h1
.
P 2 12 2
2
. g .h2
dimana: P = tekanan fluida ρ = masa jenis fluida v = kecepatan fulida g = gravitasi bumi h = tinggi fluida (elevasi) v2
P1
P2
v1
h2
h1
Gambar 3.36. Hukum Kontiunitas
Jika h1 dan h2 dibuat sama tingginya maka P 1
1 2
1
2
P 2
1 2
2
2
atau
1 2
.( 1
2
2
2
) P 2
P 1
Perhatian : Rumus diatas hanya berlaku untuk aliran Laminer, yaitu aliran yang memenuhi prinsip kontinuitas.
Pipa pitot, orifice plate, pipa venturi dan flow Nozzle menggunakan hukum Bernoulli diatas. Prinsip dasarnya adalah membentuk sedikit perubahan kecepatan dari aliran fluida sehingga diperoleh perubahan tekanan yang dapat diamati.Pengubahan kecepatan aliran fluida dapat dilakukan dengan mengubah diameter pipa, hubungan ini diperoleh dari Hukum kontiunitas aliran fluida.
Perhatikan rumus berikut:
A1 . D1
A2 .D2 ,di
mana : A = luas penampang pipa,
D=
debit fluida Karena debit fluida berhubungan langsung dengan kecepatan fluida, maka jelas kecepatan fluida dapat diubah dengan cara mengubah diameter pipa. Kelompok sensor aliran:
A. Pressure based flow sensors B. Turbine flow sensors C. Jenis khusus
A. Pressure based flow sensors 1.1. Orifice Plate
Alat ukur terdiri dari pipa dimana dibagian dalamnya diberi pelat berlubang lebih kecil dari ukuran diameter pipa. Sensor tekanan diletakan disisi pelat bagian inlet (P1) dan satu lagi dibagian sisi pelat bagian outlet (P2). Jika terjadi aliran dari inlet ke outlet, maka tekanan P1akan lebih besar dari tekanan outlet P 2. Keuntungan utama dari Orfice plate ini adalah dari : 1. Konstruksi sederhana 2. Ukuran pipa dapat dibuat persis sama dengan ukuran pipa sambungan. 3. Harga pembuatan alat cukup murah 4. Output cukup besar Kerugian menggunakan cara ini adalah : 1. Jika terdapat bagian padat dari aliran fluida, maka padat bagian tersebut akan terkumpul pada bagian pelat disisi inlet. 2. Jangkauan pengukuran sangat rendah 3. Dimungkinkan terjadinya aliran Turbulen sehingga menyebabkan kesalahan pengukuran jadi besar karena tidak mengikuti prinsip aliran Laminer. 4. Tidak memungkinkan bila digunakan untuk mengukur aliran fluida yang bertekanan rendah.
P2
P1
Aliran
P1> P2
Gambar Orifice Plate
Jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu ( m 3/dt) adalah:
Q
KA2
2 g
P 1 P 2
di mana : Q = jumlah fluida yang mengalir ( m3/dt) K = konstanta pipa A2 = luas penampang pipa sempit P = tekanan fluida pada pipa 1 dan 2 ρ = masa jenis fluida g = gravitasi bumi Rumus ini juga berlaku untuk pipa venturi
1.2. Pipa Venturi
Bentuk lain dari pengukuran aliran dengan beda tekanan adalah pipa venture. Pada pipa venture, pemercepat aliran fluida dilakukan dengan cara membentuk corong sehingga aliran masih dapat dijaga agar tetap laminar. Sensor tekana pertama (P 1) diletakkan pada sudut tekanan pertama dan sensor tekanan kedua diletakkan pada bagian yang plaing menjorok ke tengah. Pipa venturi biasa dipergunakan untuk mengukur aliran cairan. Keuntungan dari pipa venturi adalah: 1.Partikel padatan masih melewati alat ukur
2. Kapasitas aliran cukup besar 3. Pengukuran tekana lebih baik dibandingkan orifice plate. 4. Tahan terhadapa gesakan fluida. Kerugiannya adalah: 1. Ukuiran menjadi lebih besar 2. Lebih mahal dari orifice plate 3. Beda tekanan yang ditimbulkan menjadi lebih kecil dari orifice plate. P1
P2
Aliran
P1> P2
Gambar Pipa Venturi 1.3. Flow Nozzle
Tipe Flow Nozzle menggunakan sebuah corong yang diletakkan diantara sambungan pipa sensor tekanan P1 dibagian inlet dan P 2 dibagian outlet.Tekanan P 2 lebih kecil dibandingkan P 1. Sensor jenis ini memiliki keunggulan diabanding venture dan orifice plate yaitu: 1. Masih dapat melewatkan padatan 2. Kapasitas aliran cukup besar 3. Mudah dalam pemasangan 4. Tahan terhadap gesekan fluida
5. Beda tekanan yang diperoleh lebih besar daripada pipa venturi 6. Hasil beda tekanan cukup baik karena aliran masih laminer P1
P2
P1> P2 Aliran fluida
1.4. Pipa Pitot
Pitot tube ialah pipa terbuka kecil dimana permukaannya bersentuhan langsung dengan aliran.Terdiri dari 2 pipa, yaitu : Static tube (untuk mengukur tekanan statis) Pipa ini membuka secara tegak lurus sampai ke aliran sehingga dapat diketahui tekanan statisnya. •
Impact/stagnation tube (untuk mengukur tekanan stagnasi = velocity head) Impact pressure selalu lebih besar daripada static pressure dan perbedaan antara kedua tekanan ini sebanding dengan kecepatan. •
Konstruksi pipa ini adalah berupa pipa biasa sedang di bagian tengah pipa diselipkan pipa kecil yang dibengkokkan ke arah inlet. Jenis pipa ini jarang dipergunakan di industri karena dengan adanya pipa kecil di bagian tengah akan menyebabkan benturan yang sangat kuat terhadap aliran fluida. Alat ini hanya dipergunakan untuk mengukur aliran fluida yang sangat lambat. Cara kerja pitot tube :
Pipa yang mengukur tekanan statis terletak secara radial pada batang yang dihubungkan ke manometer (pstat) Tekanan pada ujung pipa di mana fluida masuk merupakan tekanan stagnasi(p0) Kedua pengukuran tekanan tersebut dimasukkan dalam persamaan Bernoulli untuk mengetahui kecepatan alirannya Sulit untuk mendapat hasil pengukuran tekanan stagnasi secara nyata karena adanya friksi pada pipa. Hasil pengukuran selalu lebih kecil dari kenyataan akibat faktor C (friksi empirik)
p0
p sta t
1 2
V
2
, ( Bernoulli )
V 2( p0 p stat ) / V C 2( p0 p sta t ) /
P0 = stagnation pressure Pstat = static pressure
P1
P2
P1> P2 Aliran fluida
Prinsip dari pitot tube : Energi kinetik dikonversikan menjadi static pressure head Aplikasi pipa pitot
Mengukur kecepatan pada pesawat (airspeed) Altimeter pesawat Mengukur tekanan fluida pada wind tunnel (terowongan angin)
Skema Pipa Pitot 1.5. Rotameter
Rotameter terdiridari tabung vertikal dengan lubang gerak di mana kedudukan pelampung dianggap vertical sesuai dengan laju aliran melalui tabung (Gambar 3.41). Untuk laju aliran yang diketahui, pelampung tetap stasioner karena gaya vertical dari tekanan diferensial, gravitasi, kekentalan, dan gaya-apung akan berimbang. Jadi kemampuan menyeimbangkan diri dari pelampung yang digantung dengan kawat dan tergantung pada luas dapat ditentukan. Gaya kebawah (gravitasi dikurangi gaya apung) adalah konstan dan demikian pula gaya keatas (penurunan tekanan dikalikan luas pelampung) juga harus konstan.
Q
C ( At A f ) 1 [ At A f ) / At ]
2
Q K ( At A f ); C dan
atau
W f W ff A W ff f
2 gV t
[( At A f ) At )]2
jauhlebih kecil
Dengan mengasumsikan aliran non kompresif, hasilnya adalah sebagai berikut:
Di mana,
Q = laju aliran volume
C = koefisien pengosongan At = luas tabung Af = luas pelampung Vf = volume pelampung
Wf = berat jenis pelampung Wff = berat jenis fluida yang mengalir
Outlet
Tabung gelas
Pelampung x
Inletdibuat dari berbagai bahan untuk mendapatkan beda kerapatan yang Pelampung dapat diperlukan (Wf -Wff ) untuk mengukur cairan atau gas tertentu. Tabung sering dibuat dari gelas berkekuatan tinggi sehingga dapat dilakukan pengamatan langsung terhadap kedudukan pelampung.
B. Turbine flow sensors Turbine flow sensors
Disebut juga flow meter, menggunakan tongkat roda (paddle wheel) atau baling-baling yang diletakkan pada garis aliran. Kecepatan rotasi dari roda berbanding langsung dengan kecepatan aliran. Aliran medium akan mengeliminasi tipe sensor ini untuk beberapa aplikasi, khususnya temperatur tinggi atau fluida tipe abrasive.
Gambar Turbine Flow Sensor
C. Jenis khusus 1. Cara-cara Thermal
Cara-cara thermal biasanya dipergunakan untuk mengukur aliran udara. Pengukuran dengan menggunakan carathermal dapat dilakukan dengan cara-cara :
Anemometer kawat panas Teknik perambatan panas Teknik penggetaran
1.1. Anemometer Kawat Panas
Metoda ini cukup sederhana yaitu dengan menggunakan kawat yang dipanaskan oleh aliran listrik, arus yang mengalir pada kawat dibuat tetap konstan menggunakan sumber arus konstan. Jika ada aliran udara, maka kawat akan mendingin (seperti kita meniup lilin) dengan mendinginnya kawat, maka resistansi kawat menurun. Karena dipergunakan sumber arus konstan, maka kita dapat menyensor tegangan pada ujung-ujung kawat.Sensor jenis ini memiliki sensitivitas sangat baik untuk menyensor aliran gas yang lambat.Namun sayangnya penginstalasian keseluruhan sensor tergolong sulit. Disini berlaku rumus : 2
I Rw
di mana : I
K c hc A T w
T t
= arus kawat
Rw = resistansi kawat Kc = faktor konversi, panas ke daya listrik Tw = temperatur kawat Tt = temperatur fluida yang mengalir Hc = koefisien film (pelapis) dari perpindahan panas A
= luas perpindahan panas
(a) tertutup
(b) terbuka
Gambar. Kontruksi Anemometer Kawat Panas
Gambar Thermal-type mass flowmeters: (a) internally heated thermiostor, (b) readout, (c) separated heater tyoe, (d) heated capillry type.
1.2. Perambatan Panas
Pada teknik perambatan panas, pemanas dipasang pada bagian luar pipa, pipa tersebut terbuat dari bahan logam. Di kiri dan kanan pemanas, dipasang bahan isolator panas, dan pada isolator ini dipasang sensor suhu. Bila udara mengalir dari kiri ke kanan, maka suhu disebelah kiri akan terasa lebih dingin dibanding suhu sebelah kanan.
Sensor suhu
Sensor suhu Elemen pemanas
T1
T2
T1< T2
Aliran
Gambar. Flowmeter Rambatan Panas
Sensor suhu yang digunakan dapat berupa sensor resistif tetapi yang biasa terpasang adalah thermokopel karena memiliki respon suhu yang cepat. Sensor aliran perambatan panas tipe lama, memanaskan seluruh bagian dari saluran udara, sehingga dibutuhkan pemanas sampai puluhan kilowatt, untuk mengurangi daya panas tersebut digunakan tipe baru dengan membelokkan sebagian kecil udara kedalam sensor.
2. Flowmeter Radio Aktif
Teknik pengukuran aliran dengan radio aktif adalah dengan menembakkan partikel netron dari sebuah pemancar radio aktif.Pada jarak tertentu ke arah outlet, dipasang detector. Bila terjadi aliran, maka akan terdeteksi adanya partikel radio aktif, jumlah partikel yang terdeteksi pada selang tertentu akan sebanding dengan kecepatan aliran fluida. Teknik lain yang masih menggunakan teknik radio aktif adalah dengan cara mencampurkan bahan radio aktif kedalam fluida kemudian pada bagian-bagian tertentu dipasang detector. Teknik ini dilakukan bila terjadi kesulitan mengukur misalnya karena bahan aliran terdiri dari zat yang berada pada berbagai fase. Teknik radio aktif ini juga bila dipergunakan pada pengobatan yaitu mencari posisi pembuluh darah yang macet bagi penderita kelumpuhan.
Sumber radiasi
Aliran
Detektor mendeteksi muatan
Gambar . Flowmeter Cara Radiasi Nuklir 3. Flowmeter Elektromagnetis
Flowmeter jenis ini biasa digunakan untuk mengukur aliran cairan elektrolit. Flowmeter ini menggunakan prinsip Efek Hall, dua buah gulungan kawat tembaga dengan inti besi dipasang pada pipa agar membangkitkan medan magnetik. Dua buah elektroda dipasang pada bagian dalam pipa dengan posisi tegak lurus arus medan magnet dan tegak lurus terhadap aliran fluida. Bila terjadi aliran fluida, maka ion-ion posistif dan ion-ino negatif membelok ke arah elektroda. Dengan demikian terjadi beda tegangan pada elektroda-elektrodanya. Untuk menghindari adanya elektrolisa terhadap larutan, dapat digunakan arus AC sebagai pembangkit medan magnet. Beda potensial yang terjadi dinyatakan dengan rumus, yaitu:
Lintasan ion positif Medan magnet arah
+
Elektroda Aliran
_ Lintasan ion negatif
Gambar 3.45. Prinsip Pengukuran Aliran menggunakan Efek Hall
4. Flowmeter Ultrasonic
Flowmeter ini menggunakan Azas Doppler.Dua pasang ultrasonic transduser dipasang pada posisi diagonal dari pipa, keduanya dipasang dibagian tepi dari pipa, untuk menghindari kerusakan sensor dantyransmitter, permukaan sensor dihalangi oleh membran. Perbedaan lintasan terjadi karena adanya aliran fluida yang menyebabkan pwerubahan phase pada sinyal yang diterima sensor ultrasonic Ultra sonic
Ultra sonic
Gambar 3.46. Sensor Aliran Fluida Menggunakan Ultrasonic Flow meter dengan Efek Doppler ini memenpaatkan perubahan frekuensi, dengan rumus:
Pemisahan frekuensi pancar denga frekuensi terima dilakukan dengan heterodyne, mendapatkan HPF untuk mendapatkan sinyal AC saja
Gambar Ultrasonic (d\Doppler) flowmeter, (a) geometry, (b) response, (c) block diagram of readout.
3. Electromagnetic
Tenaga elektromagnetik yang digunakan dalam sensor elektromagnetik antara lain: I.
sensor sonar = tenaga suara
II.
sensor kamera dan ernometer = tenaga elektromagnetik
III.
sensor gravitometer = tenaga gravitasi
IV.
sensor magnetometer = tenaga magnetik
V.
sensor seismometer = tenaga seismik/getaran
I. Sensor Sonar Definisi : Sonar merupakan kependekan dari Sound Navigation and Ranging , bila diterjemahkan dalam bahasa Indonesia bisa berarti pengukuran jarak dan navigasi suara. Dengan kata lain, Sonar merupakan teknik yang digunakan untuk menentukan posisi (jarak) dan navigasi dengan menggunakan gelombang suara (akustik). Navigasi sendiri merupakan tata cara menjalankan pesawat ataupun kapal laut. Banyak metode navigasi, salah satunya adalah Sonar. Metode lainnya menggunakan kompas, Radar, GPS at aupun dengan astronomi. Prinsip Kerja : Sebelum memahami cara kerja Sonar, terlebih dahulu kita harus mengetahui bagian bagian dari Sonar. Bagian-bagian sonar adalah sebagai berikut: 1.Echo sounder 2. Hidrofon 3. Display Sedangkan cara kerja Sonar adalah sebagai berikut. Pertama, echo sounder mengemisikan gelombang suara berfrekuensi tinggi. Gelombang suara ini akan merambat dalam air. Jika mengenai obyek seperti ikan, metal, dasar laut atau benda-benda yang lain, maka gelombang suara tadi akan terpantul. Sinyal pantulan akan diterima oleh hidrofon dan ditampilkan oleh display yang menggambarkan karakteristik obyek di bawah air. Untuk mengetahui lokasi (jarak) dari obyek di bawah air, maka waktu yang dibutuhkan gelombang suara tersebut dapat digunakan untuk mencari jarak panjang gelombang yang ditempuh gelombang suara tersebut. Sedangkan jarak (posisi) aktual d dari obyek tersebut diperoleh dengan membagi dua panjang gelombang λ yang ditempuh.
Contoh: Dalam kecelakaan pesawat AirAsia QZ 8501, peralatan Sonar digunakan untuk mencari dan mendeteksi keberadaan pesawat di dasar laut. KRI Bung Tomo misalnya dikerahkan untuk SAR ( search and rescue) serpihan pesawat maupun pencarian korban dan evakuasi di selat Karimata dekat Pangkalan Bun, Kalimantan tengah. Gambar 1 mengilustrasikan Sonar yang digunakan dalam KRI Bung Tomo beserta beberapa bagiannya.
II. Sensor Kamera Definisi : Dalam fotografi digital, sensor menjadi komponen utama yang menggantikan tugas film sebagai bagian yang menangkap gambar. Sekeping sensor tersusun atas jutaan rangkaian dioda peka cahaya berukuran sangat kecil yang dinamakan piksel. Banyaknya jumlah piksel pada sensor menunjukkan resolusi yang menentukan seberapa detail sebuah foto bisa dihasilkan. Semakin tinggi resolusi dari sebuah foto maka akan semakin besar ukuran cetak maksimalnya. Adapun jenis file foto digital yang paling umum adalah berformat JPEG, sementara file RAW adalah file asli dari sensor yang belum mengalami proses pengolahan gambar di dalam kamera. Tidak semua kamera menyediakan format file RAW. File JPEG merupakan file foto hasil proses di dalam kamera mulai dari pengaturan tone, white balance, noise reduction hingga kompresi. Karena adanya kompresi itulah maka file JPEG punya ukuran yang cukup kecil, meski harus dibayar dengan adanya sedikit penurunan kualitas foto bila dibanding dengan file yang tidak dikompres. Pada kamera modern, tersedia pilihan kualitas kompresi file JPEG, biasanya ada tiga tingkatan : best/fine
: kompresi rendah, kualitas foto tinggi, tapi ukuran file agak besar
normal
: kompresi sedang, kualitas foto baik, ukuran file sedang
basic
: kompresi tinggi, kualitas foto kurang baik, tapi ukuran file kecil
Prinsip Kerja : Sensor pada kamera digital secara umum terbagi menjadi dua jenis, yaitu : -Sensor CCD : Sensor CCD (Charged Coupled Device) merupakan sensor tipe analog yang telah lama digunakan sebagai sensor kamera digital dan kamera perekam video dan memiliki kualitas hasil foto yang amat baik. Prinsip kerja sensor CCD amat sederhana, karena sensor ini hanya merubah intensitas cahaya yang mengenainya menjadi nilai tegangan yang kemudian diproses menjadi data digital oleh rangkaian Analog to Digital Converter (ADC) pada kamera digital. -Sensor CMOS : Sementara sensor CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) merupakan sensor berteknologi modern yang memiliki transistor di tiap pikselnya. Sensor CMOS dibuat dengan konsep digital-chip sehingga keluaran dari sensor ini sudah dalam bentuk data digital. Jadi kamera dengan sensor CMOS tidak lagi memerlukan rangkaian ADC tersendiri, karena keluaran dari sensor CMOS bisa langsung masuk ke prosesor kamera. Karena mekanisme kerja sensor CMOS lebih sederhana, sensor jenis ini digunakan secara luas di kamera ponsel meski dengan kualitas hasil foto pas-pasan. Seiring dengan kemajuan teknologi, sensor CMOS masa kini sudah mampu menyamai kualitas dari sensor CCD dan telah dipakai di kamera kelas atas seperti DSLR kelas pro. Salah satu keunggulan sensor CMOS adalah bisa dipakai memotret burst dengan frame rate tinggi.
III.
Sensor Gravitometer
Definisi : Survey dengan menggunakan metode gravitasi memanfaatkan nilai percepatan gravitasi diarea survey tersebut. Perubahan percepatan pada satu titik dengan titik lain disekitarnya dapat menandakan adanya perbedaan kandungan yang ada dibawah permukaan bumi. Namun, perubahan yang terjadi relative sangat kecil sehingga dalam pengukuran dengan metode gravitasi memerlukan alat ukur yang memiliki kepekaan yang sangat tinggi, dan alat tersebut dikenal dengan gravimeter. Bahakan sekarang telah dikembangkan alat mikrogravimeter. Peralatan geofisika yang digunakan untuk pengukuran gravitasi permukaan termasuk gravimeter, sebuah cara mendapatkan posisi dan sarana yang sangat akurat menentukan perubahan relative dalam ketinggian. Gravimeter dirancang untuk mengukur perbedaan yang sangat kecil dimedan gravitasi dan sebagai hasilnya merupakan instrument yang sangat halus. Gravimeter ini rentan terhadap shock mekanis selama transportasi dan penanganan.
Prinsip Kerja : Dalam gravimeter terdapat massa yang tergantung pada sebuah pegas, sehingga jika densitas batuan bawah permukaan berbeda akan menyebabkan tarikan atau gaya berbeda pula. Pada tempat yang memiliki kendungan batuan bawah permukaan dengan densitas yang lebih tinggi akan menyebabkan nilai gravitasi yang terukur lebih besar pula dan begitu pula sebaikna untuk densitas yang lebih rendah.
Contoh: - Gravimeter, instrumen yang digunakan dalam pengmbilan data di darat. A-10 gravimeter.
Alat ini bekerja dengan medeteksi anomaly yang teredam pada sensor dari perubahan gravitasi dibawah permukaan bumi. Pada jenis A-10 Gravimeter, didalamnya terdapat satu cairan, cairannya adalah liquid helium filleddewar dan suhu cairan ini 4.2K.
Gravimeter La Coste & Ronberg type G358 dan G617.
Dengan spesifikasi model zero lengh spring, skala pembacaan 0-7000 mgal dengan ketelitian 0.01 mgal. Memiliki thermostat untuk menjaga temperature ala t konstan. 2. Ada tiga jenis gravimeter yang digunakan untuk survey dilaut: Lacoste & Romberg ZLS
Chekan Am.
Dan GT-2M
Ketiga alat ini mengguanakan prinsip kerja yang sama dengan airborne gravimeter namun dilakukan modifikasi teruntama pada respon Gravity Sensor pada spectrum dari sinyal gravity · Kapal laut yang memiliki system navigasi lengkap dengan peraltan pendukung lainnya. · Altimeter adalah alat untuk mengukur ketinggian suatu titik dari permukaan laut. Biasanya digunakan untuk keperluan navigasi dalampenerbangan, pendakian, dan kegiatan yang berhubungan dengan ketinggian.
·
GPS
IV. Sensor Magnetometer Definisi : Magnet detektor dengan sensor Fluxgate Magnetometer adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mendeteksi adanya medan magnet disekitar sensor atau transducer. Rangkaian magnet detektor dengan sensor Fluxgate Magnetometer ini dibuat menggunakan sensor medan magnet Fluxgate Magnetometer. Sensor fluxgate magnetometer ini merupakan sensor kuat medan magnet yang mengukur kuat-lemahnya medan magnet secara absolut. Konstruksi dan penggunaannya juga sangat sederhana, tidak seperti rangkaian detektor medan dengan teknik BFO (Beat Frequency Oscilator). “Rangkaian Magnet Detektor Dengan Sensor Fluxgate Magnetometer” dengan menggunakan fluxgate magnetometer (FGM), yang selanjutnya disebut dengan fluxgate, sangat sederhana dan mudah dalam pengaplikasian dan konstruksinya. Selain itu alat ini berukuran kecil, mudah dibawa kemana-mana tanpa menampakkan bahwa alat ini adalah detektor medan magnet. Komponen ini merupakan salah satu kompnen yang dapat mendeteksi kuat medan magnet selain komponen hall effect sensor. Pemakaian fluxgate sedikit berbeda dengan pemakaian pada hall effect sensor karena yang dioutputkan oleh komponen fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0,5 volt dengan frekuensi tertentu yang berkaitan dengan polaritas dan kuat medan magnet yang diterima oleh fluxgate. Prinsip Kerja : Output fluxgate dapat langsung diumpankan pada gerbang logika (TTL) karena outputnya sudah pada level TTL. Teknik yang digunakan untuk mengalikasikan fluxgate hampir sama dengan teknik BFO. Frekuensi output untuk fluxgate pada kondisi normal (tanpa pengaruh medan magnet) adalah pada 64.736KHz. Sinyal dengan frekuensi ini harus diturunkan dulu menjadi sekitar 32.368KHz agar ketika dicampur dengan sinyal referensi akan terbentuk sinyal dengan frekuensi yang dapat didengarkan oleh indera penderngar manusia. Untuk membagi 2 frekuensi output dari fluxgate digunakan komponen digital D flip-flop yaitu MC4013. Pada MC4013 ini terdiri dari dua buah D flip-flop dimana salah satunya digunakan sebagai mixer dari osilator yang dibentuk dari IC opamp U2, TL081. Frekuensi output sinyal osilator ini pada 32.768KHz diumpankan pada input clock2 D flipflop. Konfigurasi ini secara tidak langsung membentuk rangkaian mixer secara digital. Output dari Q2 merupakan level digital yang mempunyai variasi frekuensi cukup baik dan dapat di dengar perubahannya. Frekuensi output Q2 berkisar pada frekuensi 100Hz.
V. Sensor Seismometer Definisi : Seismometer (bahasa Yunani: seismos: gempa bumi dan metero: mengukur) adalah alat atau sensor getaran, yang biasanya dipergunakan untuk mendeteksi gempa bumi atau getaran pada permukaan tanah. Hasil rekaman dari alat ini disebut seismogram. Prinsip Kerja : Seismograf memiliki instrumen sensitif yang dapat mendeteksi gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi. Gelombang seismik yang terjadi selama gempa tergambar sebagai garis bergelombang pada seismogram. Seismologist mengukur garis-garis ini dan menghitung besaran gempa. Dahulu, seismograf hanya dapat mendeteksi gerakan horizontal, tetapi saat ini seismograf sudah dapat merekam gerakan-gerakan vertikal dan lateral. Seismograf menggunakan dua gerakan mekanik dan elektromagnetik seismographer . Kedua jenis gerakan mekanikal tersebut dapat mendeteksi baik gerakan vertikal maupun gerakan horizontal tergantung dari pendular yang digunakan apakah vertikal atau horizontal. Seismograf modern menggunakan elektromagnetik seismographer untuk memindahkanvolatilitas sistem kawat tarik ke suatu daerah magnetis. Peristiwa-peristiwa yang menimbulkan getaran kemudian dideteksi melalui spejlgalvanometer.
4. Thermal
Sensor Suhu atau Temperature Sensors adalah suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada obyek tertentu. Sensor suhu melakukan pengukuran terhadap jumlah energi panas/dingin yang dihasilkan oleh suatu obyek sehingga memungkinkan kita untuk mengetahui atau mendeteksi gejala perubahan-perubahan suhu tersebut dalam bentuk output Analog maupun Digital. Sensor Suhu juga merupakan dari keluarga Transduser. 4.1. Termostat (Thermostat)
Thermostat adalah jenis Sensor suhu Kontak (Contact Temperature Sensor) yang menggunakan prinsip Electro-Mechanical. Thermostat pada dasarnya terdiri dari dua jenis logam yang berbeda seperti Nikel, Tembaga, Tungsten atau aluminium. Dua Jenis Logam tersebut kemudian ditempel sehingga membentuk Bi-Metallic strip. Bi-Metallic Strip tersebut akan bengkok jika mendapatkan suhu tertentu sehingga bergerak memutuskan atau menyambungkan sirkuit (ON/OFF). Thermostat sering digunakan pada peralatan listrik seperti Oven, Seterika dan Water Heater.
4.1.2. Thermistor
Thermistor adalah komponen elektronika yang nilai resistansinya dipengaruhi oleh Suhu. Thermistor yang merupakan singkatan dari Thermal Resistor ini pada dasarnya terdiri dari 2 jenis yaitu PTC (Positive Temperature Coefficient) yang nilai resistansinya akan meningkat tinggi ketika suhunya tinggi dan NTC (Negative Temperature Coefficient) yang nilai resistansinya menurun ketika suhunya meningkat tinggi. Thermistor yang dapat mengubah energi listrik menjadi hambatan ini terbuat dari bahan keramik semikonduktor seperti Kobalt, Mangan atau Nikel Oksida yang dilapisi dengan kaca. Keuntungan dari Thermistor adalah sebagai berikut :
Memiliki Respon yang cepat atas perubahan suhu.
Lebih murah dibanding dengan Sensor Suhu jenis RTD (Resistive Temperature Detector).
Rentang atau Range nilai resistansi yang luas berkisar dari 2.000 Ohm hingga 10.000 Ohm.
Memiliki sensitivitas suhu yang tinggi.
Thermistor (PTC/NTC) banyak diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika seperti Voltage Regulator, sensor suhu kulkas, pendeteksi kebakaran, Sensor suhu pada Otomotif, Sensor suhu pada Komputer, sensor untuk memantau pengisian ulang Baterai pada ponsel, kamera dan Laptop.
4.1.3. Resistive Temperature Detector (RTD)
Resistive Temperature Detector atau disingkat dengan RTD memiliki fungsi yang sama dengan Thermistor jenis PTC yaitu dapat mengubah energi listrik menjadi hambatan listrik yang sebanding dengan perubahan suhu. Namun Resistive Temperature Detector (RTD) lebih presisi dan memiliki keakurasian yang lebih tinggi jika dibanding dengan Thermistor PTC. Resistive Temperature Detector pada umumnya terbuat dari bahan Platinum sehingga disebut juga dengan Platinum Resistance Thermometer (PRT). Keuntungan dari Resistive Temperature Detector (RTD)
Rentang suhu yang luas yaitu dapat beroperasi di suhu -200 ⁰C hingga +650 ⁰C.
Lebih linier jika dibanding dengan Thermistor dan Thermocouple
Lebih presisi, akurasi dan stabil.
4.1.4. Thermocouple (Termokopel)
Thermocouple adalah salah satu jenis sensor suhu yang paling sering digunakan, hal ini dikarenakan rentang suhu operasional Thermocouple yang luas yaitu berkisar -200°C hingga lebih dari 2000°C dengan harga yang relatif rendah. Thermocouple pada dasarnya adalah sensor suhu Thermo-Electric yang terdiri dari dua persimpangan (junction) logam yang berbeda. Salah satu Logam di Thermocouple dijaga di suhu yang tetap (konstan) yang berfungsi sebagai junction referensi sedangkan satunya lagi dikenakan suhu panas yang akan dideteksi. Dengan adanya perbedaan suhu di dua persimpangan tersebut, rangkaian akan menghasilkan tegangan listrik tertentu yang nilainya sebanding dengan suhu sumber panas.
Keuntungan Thermocouple adalah sebagai berikut :
Memiliki rentang suhu yang luas
Tahan terhadap goncangan dan getaran
Memberikan respon langsung terhadap perubahan suhu.
5. Chemical
Sensor ini didesign dan digunakan untuk menganalissa keadaan ataupun adanya kadar suatu zat kimia. Sensor ini termasuk non-essensial (bukan sensor dasar). 1. Klasifikasi sensor kimia
Sensor ini diklasifikasikan berdasarkan cara deteksinya :
direct sensor
yaitu sensor yang bekerja berdasarkan reaksi kimia yang menhasilkan besaran elektrik seperti resistansi, tegangan, arus atau kapasitas ( tidak ada proses tranduser) ---
Complex sensor
Yaitu sensor yang tidak secara lansung menghasilkan besaran elektrik melainkan dibutuhkan bantuan tranduser lain pada sensornya unutk menhasilkan besaran elektrik ---
Contoh direct sensor
1. Metal Oxide Chemical Sensor Contoh sensor ini yaitu Tin Dioxide SnO2, sensor ini digunakan untuk mendeteksi gas seperti Methyl Mercaption (CH3SH) dan Ethyl Alcohol (C2H5OH). ---
Prinsip kerjanya : Pada saat SnO2 menerima konsentrasi Methyl Mercaption (CH3SH) dan Ethyl Alcohol(C2H5OH) maka SnO2 akan memanas, oksigen dihisap oleh permukaan kristal pada SnO2 maka aliran electron pada SnO2 akan terhalangi, sebaliknya jika konsentrasi Methyl Mercaption (CH3SH) dan Ethyl Alcohol (C2H5OH) maka permukaan kristal berkurang kadar oksigen, aliran electron yang terhalang dapat mengalir dan konduktivitas SnO2 meningkat. Resistansi SnO2 dapat dihitung :
Rs = tahanan sensor A = Constat spesifik bahan sensor C = gas konsentrasi α = karateristik kemiringan Rs terhdap material gas SnO2 bekerja dengan menggunakan rangkaian lain seperti gambar a, dan gambar b menggambarakn reaksi Rs terhadap konsentrasi gas 2. ChemFET ChemFET adalah sebuah field effect taransistor kimia. Sensor ini mendeteksi H2 di udara, O2 didarah, dan beberapa gas yang digunakan dalam militer seperti NH3, CO2, dan explosive gas
Pada sensor ini memiliki beberapa part penting p-type silicon pada body (lihat gbr Si) dan n-type silicon pada FET-surce dan FET-drain (lihat FET source-drain), dan ketiga part tadi dilapisi silicon dioxide (lihat oxide FET gate), kemudian diaasnya yaitu hydrogel (Ag/AgCl) dan yang apling atas adalah selective membrane (polyvinyl chloride – PVC atau polyurethane, silicone rubber, polystyrene) cara kerja : operasi pada ChemFET membutukan tegangan agar silicon dan gate elektroda dapat bekerja, Pada saat cairan yang dianalisa memilki konsentrasi bahan H2/O2 atau yang
lainnya maka electron pada permukaan semikonduktor akan membentuk jalan konduksi antara souce-drain, jadi ChemFET bekerja seperti tahanan-konduktansi, konduktansi inilah yangdapat diukur pada op-amp (diferensiator)
Contoh Complex sensor
1. Biochemical sensor Sensor ini adalh klas specila dari sensor kimia, sensor ini digunakan untuk mendeteksi organisme, sel, organel, enzim, receptor, antibodi, dan lainnya. Contoh disini yaitu bichemical sensor untuk mendeteksi enzim.
Cara kerja biochemical sensor Elemen sensor disini biasanya digunakan bioreactor untuk mendeteksi dan memberikan respon biosensor, kemudian akan dianalisa secara difusi, reaksi dari bireactor, koreaktans, interfering species dan kinetiknya
B. ATRIBUT DAN SPESIFIKASI Contoh dari Akurasi, Presisi, Resolusi dan Sensitifitas Akurasi (ketelitian)
Akurasi (ketelitian) adalah ukuran yang menyatakan nilai maksimum keseluruhan error yang diperkirakan muncul dalam pengukuran suatu variabel.Akurasi menyatakan seberapa dekat nilai hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya atau nilai yang dianggap benar. Jika tidak ada data sebenarnya atau nilai yang dianggap benar tersebut maka tidak mungkin untuk menentukan berapa akurasi pengukuran tersebut. Akurasi pengukuran atau pembacaan adalah istilah yang sangat relatif. Akurasi didefinisikan sebagai beda atau kedekatan antara nilai yang terbaca dari alat ukur dengan nilai sebenarnya. Dalam eksperiman, nilai sebenarnya yang tidak pernah diketahui diganti dengan suatu nilai standar yang diakui secara konvensional. Contoh Pernyataan Akurasi :
1. Akurasi + 2 oC menyatakan adanya ketidak pastian sebesar + 2oC dalam setiap nilai suhu yang diukur 2. Akurasi + 0,5%FS pada sebuah volmeter yang mempunyai kisaran skala penuh 5 volt, berarti dalam setiap pengukuran terdapat ketidak pastian sebesar + 0,025V. Presisi (ketepatan)
Presisi (ketepatan) adalahtingkat kedekatan antara hasil pengukuran individual dan nilai rata-ratanya. Presisi juga bisa diartikan sebagai istilah untuk menggambarkan tingkat kebebasan alat ukur dari kesalahan acak. Jika pengukuran individual dilakukan berulangulang, maka sebaran hasil pembacaan akan berubah-ubah disekitar nilai rata-ratanya. Presisi tinggi dari alat ukur tidak mempunyai implikasi terhadap akurasi pengukuran. Alat ukur yang mempunyai presisi tinggi belum tentu alat ukur tersebut mempunyai akurasi tinggi. Akurasi rendah dari alat ukur yang mempunyai presisi tinggi pada umumnya disebabkan oleh bias dari pengukuran, yang bisa dihilangkan dengan kalibrasi.
Contoh Pernyataan Presisi :
Voltmeter DC digital menunjuk nilai pengukuran 8.135 V. Jika besaran tersebut bertambah atau berkurang 1 mV, maka penunjukkannya menjadi 8.136 V atau 8.134V. Karena 1mV itu merupakan perubahan terkecil, maka alat ukur tersebut mempunyai kepresisian 1mV. Contoh Perbedaan Presisi dan Akurasi :
Berikut ini hasil pengukuran titik didih air dengan dua sensor (alat ukur) yang berbeda (termokopel dan termometer air-raksa): Alat ukur A (termokopel): T d air = (92,49 0,04)oC Alat ukur B (termometer): T d air = (100,2 0,2)oC Berdasarkan kedua hasil pengukuran tsb dapat disimpulkan: 1. Alat ukur A lebih presisi daripada B karena hasil pengukuran dengan alat ukur A memiliki ketakpastian yang lebih kecil ( 0,04oC). 2. Alat ukur B lebih akurat daripada A karena nilai rata-rata titik didih air yang diukur dengan alat ukur B (yaitu: 100,2 oC)lebih dekatdengan nilai sesungguhnya (100oC).
SENSITIVITAS
Sensitivitas adalah ukuran yang menyatakan hubungan antara perubahan keluaran dan perubahan masukan sensor. Pada alat ukur linier, sensitivitas adalah tetap. Dalam beberapa hal harga sensitivitas yang besar menyatakan pula keunggulan dari alat ukur yang bersangkutan. Alat ukur yang terlalu sensitive adalah sangat mahal, sementara belum tentu bermanfaat untuk maksud yang kita inginkan.
Contoh Sensitivitas
Misalnya, jika sensitivitas sensor temperatur sebesar 5mV/oC berarti setiap perubahan input 1oC akan muncul output sebesar 5 mV.
DYNAMIC RANGE CALCULATION
Dynamic range calculation dapat diartikan perbedaan antara nilai tertinggi dan terendah dari pengukuran, yang dapat berupa cahaya atau suara. Nilainya dapat ditampilkan sebagai rasio atau dikalikan dengan fungsi set logaritmik dengan basis 10 atau basis 2. Dynamic range biasanya dinyatakan dalam satuan Db. Gunakan formula khusus untuk menemukan rentang dinamis yang memiliki beberapa nilai yang ditetapkan dan beberapa nilai-nilai yang variabel ke perangkat yang sedang diukur.
Contoh penggunaan
Praktisi elektronik mengimplementasikan dynamic range calculation untuk diantaranya : Rasio level maksimum tertentu dari sebuah parameter, seperti power, arus, tegangan
dan frekuensi terhadap nilai minimum yang terdeteksi dari parameter tersebut. Dalam sistem transmisi, rasio dari level overload (kekuatan sinyal maksimum yang
dapat ditoleransi oleh sistem tanpa adanya distorsi sinyal) terhadap level noise dari suatu sistem. Dalam sistem atau perangkat digital, rasio dari level maksimum dan minimum sinyal
diperlukan untuk mempertahankan rasio bit error yang spesifik.
LINEARITY Definisi :
hubungan antara output dan input dapat diwujudkan dalam persamaan
garis lurus atau sebagai simpangan maksimum kurva kalibrasi terhadap suatu garis lurus.
Linearitas sangat diinginkan karena segala perhitungan dapat dilakukan dengan
mudah jika sensor dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus. (Lihat Gambar 33, “ICE”).
Linieritas dinyatakan
sebagai persentase
simpangan
maksimum
terhadap F
TRANSFER FUNCTION (FUNGSI ALIH)
Transfer function (juga disebut fungsi alih, fungsi sistem, atau fungsi jaringan) adalah representasi matematika mengenai analisa ruang dan frekuensi untuk menggambarkan hubungan antara perbandingan output dan input. Fungsi transfer yang umum digunakan dalam analisis sistem seperti single-input tunggal-output filter, biasanya dalam bidang pemrosesan sinyal, teori komunikasi, dan teori control. Istilah transfer function sering digunakan secara eksklusif untuk mengacu pada sistem linear, time-invariant (LTI). Kebanyakan sistem nyata memiliki non-linear input / output karakteristik, tapi banyak sistem ketika dioperasikan dalam parameter nominal (tidak "over-driven") memiliki perilaku yang
cukup dekat dengan linear bahwa teori sistem LTI adalah representasi yang dapat diterima dari perilaku input / output. Kalau fungsi transfer yang didapatkan itu benar, maka apapun signal yang kita berikan ke alat itu, outputnya akan dapat diprediksi, mengikuti rumus: Output = input * [transfer function] Fungsi transfer juga didefinisikan sebagai perbandingan antara transformasi Laplace keluaran (output) sistem dengan transformasi Laplace masukan (input) sistem dengan asumsi kondisi awal sama dengan nol. Penentuan fungsi transfer dapat dilakukan melalui dua cara yaitu : 1) Penurunan melalui persamaan matematis. Penentuan fungsi transfer yang dilakukan dengan penurunan persamaan secara matematis
mempersyaratkan
adanya
model
dinamika
dari
sistem
fisis
bersangkutan. Keakuratan fungsi transfer yang diperoleh bergantung pada keakuratan model dinamika fisis tersebut. 2) Pengukuran langsung terhadap sistem fisis sesungguhnya, yaitu dengan mengamati keluaran sistem fisis tersebut terhadap sinyal uji/masukan tertentu. Untuk melakukan pengukuran cara ini perlu dipahami analisis sinyal dalam kawasan(domain) waktu dan kawasan frekuensi. Transfer Function dapat ditulis seperti berikut
C(s) merupakan output, dan R(s) merupakan input
BANDWIDTH
Bandwidth / Lebar pita (bahasa Inggris: bandwidth) dalam teknologi komunikasi adalah
perbedaan antara frekuensi terendah dan frekuensi tertinggi dalam rentang tertentu. Sebagai contoh,line telepon memiliki bandwidth 3000Hz (Hertz), yang merupakan rentang antara frekuensi tertinggi (3300Hz) dan frekuensi terendah (300Hz) yang dapat dilewati oleh line telepon ini.
Contoh bandwidth Low Pass Filter
Low Pass Filter (LPF) atau Filter Lolos Bawah adalah filter yang hanya melewatkan sinyal dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) dan akan melemahkan sinyal dengan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc). Pada filter LPF yang ideal sinyal dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off (fc) tidak akan dilewatkan sama sekali (tegangan output = 0 volt). Rangkaian low pass filter RC merupakan jenis filter pasif, dengan respon frekuensi yang ditentukan oleh konfigurasi R dan C yang digunakan. Rangkaian dasar LPF dan grafik respon frekuensi LPF sebagai berikut :
Frekuensi cut-off (fc) dari filter pasif lolos bawah (Low Pass Filter,LPF) dengan RC dapat dituliskan dalam persamaan matematik sebagai berikut.
Rangkaian filter pasif LPF RC diatas terlihat seperti pembagi tegangan menggunakan R. Dimana pada filter LPF RC ini teganga output diambil pada titik pertemuan RC. Tegangan output (Vout) filter pasif LPF seperti terlihat pada rangkaian diatas dapat diekspresikan dalam persamaan matematis sebagai berikut.
Besarnya penguatan tegangan (G) pada filter pasif yang ideal maksimum adalah 1 = 0dB yang hanya terjadi pada frekuensi sinyal input dibawah frekuensi cut-off (fc). Penguatan tegangan (G) filter LPF RC pasif dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut.
Dan penguatan tegangan (G) LPF RC dapat dituliskan dalam satuan dB sebagai berikut.
Pada filtrer lolos bawah (low pass filter ,LPF) terdapat beberapa karakteristik mendasar sebagai berikut. Pada saat frekuensi sinyal input lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) (fin << fc)
maka penguatan tegangan / Gain (G) = 1 atau G=0dB. Pada saat frekuensi sinyal input sama dengan frekuensi cut-off (fc) (fin = fc) maka ω
= 1/RC sehingga penguatan tegangan / Gain (G) menjadi -3 dB atau t erjadi pelemahan tegangan sebesar 3 dB. Pada saat frekuensi sinyal input lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc) (fin >> fc)
maka besarnya penguatan tegangan (G) = 1/ωRC atau G = -20 log ωRC.
Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa Filter Lolos Rendah (Low Pass Filter, LPF)
hanya meloloskan sinyal dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) saja.
High Pass Filter High pass filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi, tetapi mengurangi
amplitudo frekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi cutoff.Nilai-nilai pengurangan untuk frekuensi berbeda-beda untuk tiap-tiap filter ini .Terkadang filter ini disebut low cut filter, bass cut filter atau rumble filter yang juga sering digunakan dalam aplikasi
audio.High pass filter adalah lawan dari low pass filter, dan band pass filter adalah kombinasi dari high pass filter dan low pass filt er. Filter ini sangat berguna sebagai filter yang dapat memblokir component frekuensi rendah yang tidak diinginkan dari sebuah sinyal komplek saat melewati frekuensi tertinggi. High pass filter yang paling simple terdiri dari kapasitor yang terhubung secara pararel dengan resistor, dimana reistansi dikali dengan kapasitor (RXC) adalah time constant (τ).Sehingga frekuensi cut off dapat dirumuskan,
Dimana f dalam satuan hertz, τ dalam sekon, R dalam ohm, dan C dalam farad.
Karakteristik High Pass Filter
Diagram Bode HPF
Narrowband Narrowband adalah merupakan pita dengan saluran sempit. Dengan kemampuan kecil.
Defenisi dari narrowband ini berbeda-beda dari berbagai industri. Defenisi dari narrowband adalah saluran nirkabel, narrowband menunjukkan bahwa saluran yang digunakan cukup sempit dan respon frekuensi dapat dianggap datar. Narrowband juga dapat digunakan dengan audio spektrum untuk menggambarkan suara yang menempati rentang frekuensi yang cukup sempit.Dalam telepon , narrowband biasanya dianggap untuk menutup frekuensi 3003400 Hz. Contoh teknologi yang tergolong narrowband ini: T-1 pada 1,54 Mps melalui media fiber optik, infra merah, gelombang mikro atau dua
pasang kabel. Jalur telepon analog pada 3000 Hz, pada POTS (Plain Old Telephone Service), atau
infrastruktur telepon biasa. Untuk memanfaatkan data digital pada teknologi ini ditambahkan
perangkat modem,
yang
berfungsi
untuk
membawa
data
dari komputer digital. BRI ISDN pada 144 kbps. Dua jalur untuk suara dan data, masing-masing pada 64 kbps.
Satu jalur untk sinyal 16 kbps.
Frekuensi Cut-Off
Adalah frekuensi keluaran yang amplitudo-nya turun 70,7% (-3dB) terhadap amplitudo frekuensi masukan-nya. nilai frekuensi saat daya daya turun menjadi setengah dari daya inputnya atau turun 3 dB. Untuk memperjelas maksud dari pengertian di atas, sil ahkan perhatikan gambar di bawah ini
Dalam gambar di atas, bandwidth di notasikan dengan huruf B, di mana bandwidth (B) merupakan selisih antara fH dan fL atau B = fH – fL, kemudian frekuensi cut-off atas dinotasikan dengan fH dan frekuensi cut-off bawah dinotasikan dengan fL. Dan satuan bandwidth untuk yang satu ini menggunakan satuan Hertz.
NOISE – COMFORT NOISE 17.1 Macam - Macam Noise
Derau atau yang biasa disebut noise adalah suatu sinyal gangguan yang bersifat akustik (suara), elektris, maupun elektronis yang hadir dalam suatu sistem (rangkaian listrik/ elektronika) dalam bentuk gangguan yang bukan merupakan sinyal yang diinginkan. Sumber derau dapat dikelompokkan dalam tiga kategori: 1. Sumber derau intrinsic yang muncul dari fluktuasi acak di dalam suatu sistemfisik seperti thermal dan shot noise. 2. Sumber derau buatan manusia seperti motor, switch, elektronika digital.
3. Derau karena gangguan alamiah seperti petir dan bintik matahari.
Macam-macam noise diantaranya:
Correlated noise: hubungan antara sinyal dan noise masuk dalam kategori ini. Karena itu, correlated noise hanya muncul saat ada sinyal.
Uncorrelated noise: noise yang dapat muncul kapanpun, saat terdapat sinyal maupun tidak ada sinyal. Uncorrelated noise muncul tanpa memperhatikan adanya sinyal atau tidak. Noise dalam kategori ini dapat dibagi lagi menjadi dua kategori umum, yaitu : 1. Eksternal Noise: Adalah noise yang dihasilkan dari luar alat atau sirkuit. Noise tidak disebabkan oleh komponen alat dalam sistem komunikasi tersebut. Ada 3 sumber utama noise eksternal: a. Atmospheric noise: Gangguan elektris yang terjadi secara alami, disebabkan oleh hal – hal yang berkaitan dengan atmosfer bumi. Noise atmosfer biasanya disebut juga static electricity. Noise jenis ini bersumber dari kondisi elektris yang bersifat alami, seperti kilat dan halilintar. Static electricity berbentuk impuls yang menyebar ke dalam energi sepanjang lebar frekuensi b. Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris yang dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deep-space noise. Noise ekstraterrestrial bisa disebabkan oleh Milky Way, galaksi yang lain, dan matahari. Noise ini dibagi menjadi 2 kategori, yaitu solar dan cosmic noise: i. Solar noise: Solar noise dihasilkan langsung dari panas matahari. Ada dua bagian solar noise, yaitu saat kondisi dimana intensitas radiasi konstan dan tinggi, gangguan muncul karena aktivitas sun-spot dan solar flare-ups. Besar gangguan yang jarang terjadi ini (bersifat sporadis) bergantung pada aktivitas sun spot mengikuti pola perputaran yang berulang setiap 11 tahun. ii. Cosmic noise: Cosmic noise didistribusikan secara kontinu di sepanjang galaksi. Intensitas noise cenderung kecil karena sumber noise galaksi terletak lebih jauh dari matahari. Cosmic noise sering juga disebut black-body noise dan didistribusikan secara merata di seluruh angkasa. c. Man-made noise: Secara sederhana diartikan sebagai noise yang dihasilkan manusia. Sumber utama dari noise ini adalah mekanisme spark-producing, seperti komutator dalammotor elektrik, sistem pembakaran kendaraan bermotor, alternator, dan aktivitas peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya, setiap saat di
rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui saklar, otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul atau terhenti. Tegangan dan arus listrik berubah secara mendadak, perubahan ini memuat lebar frekuensi yang cukup besar. Beberapa frekuensi itu memancar/menyebar dari saklar atau listrik rumah, yang bertindak sebagai
miniatur
penghantar
dan
antena.
Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise, karena bersumber dari aktivitas on/of yang bersifat mendadak. Spektrum noise cenderung besar dan lebar frekuensi bisa sampai 10 MHz. Noise jenis ini lebih sering terjadi pada daerah metropolitan dan area industri yang padat penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.
2. Internal Noise: Internal noise juga menjadi faktor yang penting dalam sistem komunikasi. Internal noise adalah gangguan elektris yang dihasilkan alat atau sirkuit. Noise muncul berasal dari komponen alat dalam sistem komunikasi bersangkutan. Ada 3 jenis utama noise yang dihasilkan secara internal, yaitu: a. Thermal noise: Thermal noise berhubungan dengan perpindahan elektron yang cepat dan acak dalam alat konduktor akibat digitasi thermal. Perpindahan yang bersifat random ini pertama kali ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown, yang mengamati perpindahan partikel alami dalam penyerbukan biji padi.Perpindahan random elektron pertama kali dikenal tahun 1927 oleh JB. Johnson di Bell Telephone Laboratories. Johnson membuktikan bahwa kekuatan thermal noise proporsional dengan bandwidth dan temperatur absolut Secara matematis, kekuatan noise adalah: N = kekuatan noise (noise power) K = Boltzmann’s proportionality constant (1.38 × 10-23 joules per Kelvin) T = Temperatur absolute B = bandwidth b. Shot noise: noise jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang tidak beraturan pada keluaran (output) alat elektronik yang digunakan, seperti pada transistor dua kutub. Pada alat elektronik, jumlah partikel pembawa energi (elektron) yang terbatas menghasilkan fluktuasi pada arus elektrik konduktor. Shot noise juga bisa terjadi pada alat optik, akibat keterbatasan foton pada alat optik. Pada shot noise, penyampaian sinyal tidak bergerak secara kontinu dan beraturan, tapi bergerak
berdasarkan garis edar yang acak. Karena itu, gangguan yang dihasilkan acak dan berlapis pada sinyal yang ada. Ketika shot noise semakin kuat, suara yang ditimbulkan noise ini mirip dengan butir logam yang jatuh di atas genteng timah. Shot noise tidak berlaku pada kawat logam, karena hubungan antar elektron pada kawat logam dapat menghilangkan fluktuasi acak. Shot noise disebut juga transistor noise dan saling melengkapi dengan thermal noise.Penelitian shot noise pertama kali dilakukan pada kutub positif dan kutub negatif tabung pesawat vakum (vacuum-tube amplifier) dan dideskripsikan secara matematis oleh W. Schottky tahun 1918. c. Transit-time noise: Arus sinyal yang dibawa melintasi sistem masukan dan keluaran pada alat elektronik, (misalnya dari penyampai (emitter) ke pengumpul (collector) padatransistor) menghasilkan noise yang tidak beraturan dan bervariasi. Inilah yang disebut dengan transit-time noise. Transit- time noise terjadi pada frekuensi tinggi ketika sinyal bergerak melintasi semikonduktor dan membutuhkan waktu yang cukup banyak untuk satu perputaran sinyal.Transit time noise pada transistor ditentukan oleh mobilitasdata yang dibawa, bias tegangan, dan konstruksi transistor. Jika perjalanan data tertunda dengan frekuensi yang tinggi saat perlintasan semikonduktor, noise akan lebih banyak dibandingkan dengan sinyal aslinya.
PLC (POWER LINE CARRIER)
PLC (Power Line Carrier) adalah suatu system yang memanfaatkan jaringan listrik sebagai media komunikasi baik untuk Pusat Kontrol, Pembangkit dan Gardu Induk. Jadi kabel transmisi bukan hanya membawa sinyal listrik (50Hz – 60Hz) tetapi juga membawa sinyal komunikasi (40KHz – 500KHz). Salah satu kelebihan dari PLC ini adalah kemampuannya untuk bisa digunakan dalam jarak yang sangat jauh(beberapa ratus kilometer) tanpa menggunakan repeater.
Sinyal PLC disisipkan pada saluran transmisi melalui perangkat PLC Coupling. Biasanya perangkat ini terdiri dari Coupling Capasitor (CC) atau Capacitive Voltage Transformer (CVT) dan PLC Line Trap jenis DLTC. PLC Coupling ini berguna untuk menolak frekwensi sinyal listrik (50Hz-60Hz) dan meluluskan frekwensi sinyal komunikasi (40KHz-500KHz), serta melindungi perangkat dari Transient Overvoltage yang disebabkan switching maupun petir. OPERATING PRINCIPLE
Accelerometer adalah sebuah tranduser yang berfungsi untuk mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur percepatan akibat gravitasi bumi. Accelerometer juga dapat digunakan untuk mengukur getaran yang terjadi pada kendaraan, bangunan, mesin, dan juga bisa digunakan untuk mengukur getaran yang terjadi di dalam bumi, getaran mesin, jarak yang dinamis, dan kecepatan dengan ataupun tanpa pengaruh gravitasi bumi. Percepatan merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu. Bertambahnya suatu kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut juga percepatan (acceleration). Jika kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya, disebut deceleration. Percepatan juga bergantung pada arah/orientasi karena merupakan
penurunan kecepatan yang merupakan besaran vektor. Berubahnya arah pergerakan suatu benda akan menimbulkan percepatan pula.
Prinsip Kerja Accelerometer
Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Accelerometer yang diletakan di permukaan bumi dapat mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik vertikalnya, untuk percepatan yang dikarenakan oleh pergerakan horizontal maka accelerometer akan mengukur percepatannya secara langsung ketika bergerak secara horizontal. Hal ini sesuai dengan tipe dan jenis sensor Accelerometer yang digunakan karena setiap jenis sensor berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh perusahaan pembuatnya. Saat ini hamper semua sensor/tranduser accelerometer sudah dalam bentuk digital (bukan dengan sistem mekanik) sehingga cara kerjanya hanya bedasarkan temperatur yang diolah secara digital dalam sat u chip.
Berikut ini adalah gambar bagaimana proses accelerometer analog (dengan sistem mekanik maupun digital) bekerja – Accelerometer digital yang bekerja berdasarakan temperatur – Accelerometer analog yang bekerja berdasarakan siste m mekanik Tipe Accelerometer Capacitive: lempengan metal pada sensor memproduksi sejumlah kapasitansi,
perubahan kapasitansi akan mempengaruhi percepatan.
Piezoelectric: kristal piezoelectric yang terdapat pada accelerometer jenis ini
mengeluarkan tegangan yang selanjutnya dikonversi menjadi percepatan.
Piezoresistive: lempengan yang secara resistan akan berubah sesuai dengan
perubahan
percepatan
Hall effect: percepatan yang dirubah menjadi sinyal elektrik dengan cara mengukur
setiap perubahan pergerakan yang terjadi pada daerah yang terinduksi magnet.
Magnetoresistive: Perubahan percepatan diketahui berdasarkan resistivitas material
karena adanya daerah yang terinduksi magnet.
Heat Transfer: percepatan dapat diketahui dari lokasi sebuah benda yang dipanaskan
dan diukur ketika terjadi percepatan dengan sensor temperatur. Terminology pada sensor percepatan +1g, posisi diam sensor searah dengan arah vertikal bumi dan menghadap ke atas) 0g, posisi diam sensor searah dengan arah horizontal bumi +1g, posisi diam sensor searah dengan arah vertikal bumi dan menghadap ke atas Linearitas, selisih maksimum dari kurva antara tegangan yang dihasilkan dan
gravitasi dengan garis lurus
Linearity=V_(out,0g)-1/2(V_(out,+1g)+V_(out,-1g)) (1) Sensitivitas, ukuran seberapa banyak perubahan yang terjadi pada hasil output
sensor berdasarkan perubahan percepatan yang dimasukan. Satuan dari sensitivitas
adalah
volts/g
sensitivity Spesifikasi Accelerometer
Spesifikasi dinamis: Sensitivitas Toleransi sensitivitas Noise Amplitudo puncak Respon frekuensi Resonansi frekuensi Temperature output dari sensitivitas Range temperatur output
Spesifikasi elektrik: Tegangan input Arus input Tegangan bias Waktu yang diperluakan untuk menyalakan accelerometer Pelindung
Spesifikasi mekanikal: Range temperatur Berat Material untuk sensor Desain sensor Material pelapis (casing)
Contoh Penggunaan Accelerometer Transportasi: Salah satu pengguaan accelerometer yang sangat umum yaitu dalam
sistem airbag yang terdapat pada kendaraan, khususnya mobil. Accelerometer ini digunakan untuk mendeteksi penurunan percepatan yang sangat besar yang biasanya terjadi ketika terjadinya tabrakan antar kendaraan. Bidang Medis: Sport Watch, berupa jam tangan olahraga yang juga dapat
menghitung berapa banyak langkah yang telah kita lakukan, menggunakan accelerometer untuk menghitung kecepatan dan jarak dari si pelari yang menggunakannya. Science and Engineering: Accelerometer banyak digunakan untuk menghitung
percepatan dan penurunan percepatan dari sebuah kendaraan. Accelerometer membantu untuk mengevaluasi performansi dari mesin dan sistem percepatan dan juga breaking system (sistem penurunan percepatan). Kecepatan yang biasa ditampilkan
pada
kendaraan
anda
umumnya
didapatkan
dari
penggunaan
accelerometer. Selain itu juga biasa digunakan untuk menghitung vibrasi pada kendaraan, mesin, bangunan, dan sistem keamanan pada kendaraan (safety installation). Accelerometer juga dapat mengkalkulasi percepatan yang diakiabatkan oleh gravitasi bumi. Accelerometer yang menghitung gravitasi secara spesifik digunakan pada gravimetry, disebut sebagai gravimeter. Notebook atau laptop juga dilengkapi dengan accelerometer untuk mengevaluasi goncangan yang dirasakan oleh laptop tersebut. Peralatan Elektronik: Accelerometer pada laptop biasanya digunakan pada sistem
Sudden Motion Sensor, yang biasa digunakan untuk mendeteksi jatuhnya laptop. Jika kondisi pada saat jatuh terdeteksi, hard disk drive yang ada akan diproteksi sehingga tidak terjadi data loss. Sekarang ini juga terdapat notebook yang menggunakan accelerometer untuk secara otomatis mengubah arah layar (menjadi miring ataupun terbalik) sesuai dengan arah monitor tersebut ditegakkan (portrait atau landscape). Terdapat juga sejumlah handphone yang menggunakan accelerometer untuk mengubah lagu yang dimainkan (Track Switching). Camera recorder menggunakan accelerometer untuk menstabilkan gambar (image stabilization). Camera digital menggunakan accelerometer untuk menu pilihan anti blur ketika mengambil gambar. Baru-baru ini Aple.Inc memperkenalkan sebuah gebrakan dengan mengkombinasikan 2 sensor gerakan yaitu antara Accelerometer dan Gyroscope pada sebuah perangkat
handphone.
Ini
akan
menyempurnakan
fitur
dari
handphone
yang
hanya
menggunakan accelerometer dalam mendeteksi gerakan. Dengan kombinasi ini maka akan didapatkan “6-axis motion sensing”/deteksi 6 sumbu gerakan yaitu 3 sumbu linier (atas-bawah, kanan-kiri, depan-belakang) dan 3 sumbu rotasi (rotasi roll,pitch and yaw seperti pada gambar 2). 1 keunggulan lagi dari kombinasi ini adalah akan didapatkan output gambar yang tiap detil gerakannya lebih halus dari pada perangkat handphone yang hanya menggunakan accelerometer. DATA FORMAT ANALOG SIGNAL
Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitude dan frekuensi. Isyarat analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan analisis fourier, suatu sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus.Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise. Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.
Catatan:
Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog. Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik. Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.
DISCREET SIGNAL
Sinyal diskrit adalah suatu sinyal yang terdiri atas sederetan elemen yang berurutan terhadap waktu, dimana salah satu atau lebih karakteristiknya membawa informasi. Karakteristik dari sinyal diskrit adalah : Amplitudo, lebar dan bentuk gelombangnya.
DIGITAL SIGNAL
Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1. Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat.
INTELLIGENT SENSOR
Dalam dunia pertelevisian, teknologi sensor pintar antara lain diaplikaiskan pada televisi LCD buatan LG, pada tipe 42LG60FR dan 42LG53FR . Pada kedua televisi itu, sensor pintar dapat secara otomatis menyesuaikan brightness, contrast, sharpness, color tone, dan juga white balance, sesuai dengan kondisi ruangan pada saat itu. Intelligent sensor mendeteksi beberapa jenis masukan (cahaya, panas, suara, gerakan, sentuhan, dll.). Intelligent sensor harus bisa melakukan tugas tugas berikut :
Memberikan sinyal digital sebagai keluaran.
Mampu mengkomunikasikan sinyal.
Mampu mengeksekusi fungsi logika dan instruksi
Unsur – unsur yang terdapat pada intelligent sensor :
Primary sensing element
Excitation control
Amplification
Analogue filtering
Data conversion
Compensation
Digital information processing
Digital communication processing
Kapasitas Teknis
Karena tugas-tugasnya dilakukan oleh mikroprosesor, setiap gadget yang mencampur sensor dan mikroprosesor biasanya disebut sebagai sensor cerdas (Intelligent Sensor). Untuk memenuhi syarat sebagai sebuah sensor cerdas, sensor dan prosesor harus menjadi bagian dari unit fisik yang sama. Sebuah sensor yang hanya berfungsi untuk mendeteksi dan mengirim sinyal diproses ke sistem eksternal yang melakukan beberapa tindakan dianggap tidak cerdas. Sistem Intelligent sensor 1. Compensation
Mampu mengdiagnosa masalah, mampu mengkalibrasi sendiri, mampu beradaptasi diagnostik terhadap kalibrasi
Sebuah sensor cerdas harus mampu menjawab berikut
Apakah output nilai yang wajar?
Apakah itu setuju dengan hasil dari sensor yang berdekatan?
Apakah laju perubahan output yang wajar?
Apakah output benar-benar mengubah?
Kompensasi
Offset kompensasi
Untuk sepenuhnya memanfaatkan jangkauan dinamis dari ADC
Keuntungan
Dengan menggunakan amplifier gain deprogram
Linearitas
Dengan menggunakan tabel look-up
Cross-sensitivitas
Suhu kontrol dan / atau kompensasi
2. Computation
Mampu mengkondisikan sinyal, mampu mereduksi data, mampu mendeteksi adanya triger Berbagai derajat perhitungan
Signal pendingin (misalnya: penyaringan)
Signal konversi (misalnya: analog ke digital)
Logic fungsi (misalnya: peristiwa memicu)
Data reduksi (misalnya: ekstraksi fitur)
Keputusan membuat (misalnya: klasifikasi)
Lanjutan
penginderaan
sistem
memiliki
struktur
hirarki
dengan
berbeda abstraksi lapisan.
LAPIS BAWAH melakukan pengolahan Sinyal penyejuk, penyaringan, konversi, peningkatan kontras
LAYER TENGAH melakukan pengolahan Informasi Fitur generasi, sinyal sensor fusi dan parameter penyetelan
LAPISAN ATAS melakukan pengolahan Pengetahuan Clustering, prediksi, klasifikasi, pengambilan keputusan, komunikasi
Gambar. Hirarki sistem struktur intelligent sensor Beberapa pendekatan proses
Klasik
Statistik pemrosesan sinyal
Analisis statistik pola
Koneksionis
Umpan-maju Multilayer jaringan saraf
Unsupervised learning
Fuzzy logic
Kontrol Fuzzy
Pemrosesan sinyal Fuzzy
Evolutionary
3.
Algoritma genetik
Pemrograman genetik
Hybrid pendekatan
Neuro-fuzzy
Neuro-genetik
Communications
Standarisasi jaringan protokol Secara
tradisional,
setiap
sistem
sensor
yang
dirancang
khusus
untuk
aplikasi yang spesifik oleh desainer yang berpengalaman Pendekatan ini memiliki beberapa keterbatasan.
Kompleksitas: sejumlah
sensor
dapat
sistem,
oleh
tingkat
kompleksitas
terdiri
dari
dikenakan
dipasang
di
yang
masing-masing desainer
dapat
berurusan.
Biaya:
sistem
sejumlah
kecil
sangat
khusus,
relatif mahal.
Fleksibilitas: sistem yang dihasilkan tidak dapat dengan mudah diperluas,
dimodifikasi, dipertahankan atau diperbaiki. Personil yang sangat terlatih diperlukan untuk fungsi ini. Solusi
Standardisasi antarmuka transduser
Listrik, mekanik, protokol komunikasi
Penambahan kemampuan komunikasi
Cita-cita: Plug-and-play sensor
4.
Otonomi, didistribusikan, re-konfigurasi sensor
Integration
Mengcoupling sensing dan perhitungan di tingkat chip & Micro elektro-mekanik sistem (MEMS) On-chip signal conditioning dan self-diagnostics merupakan seri dari ADXL
accelerometer ICs dari Analog Device yang paling cerdas.
DATA ACQUISITION COMPUTING
• Instrumentation amplifiers
• Embedded
• Filters
•Micro-controllers
• Sample and Hold
•Digital Signal Processors
• Analog to Digital Converters
•4,8,16,32-bits
• Voltage to Frequency Converters
• Monitoring devices
• Multiplexers
• Volatile memories
• Oscillators
•Static RAM
• Voltage references
•Dynamic RAM
• Sensor -specific devices
• Non-volatile memories
• Complete DAQ sub-systems
•ROM
•EEPROM •Disk -on-a-chip COMMUNICATIONS
CONTROL
• Flash
• Digital to Analog Converters
• Line drivers
• Frequency to Voltage Converters
• Line receivers
• Switches
• Bus transceivers
• Power drivers
• Bus controllers
• Actuator -specific devices
POWER SUPPLY
• AC/DC converters • DC/DC converters 5.
Other
Multi-modal, multi-dimensional, multi-layer
Aktif, mendeteksi scara otomatis
CONTOH INTELLIGENT SENSOR
Sensor di gunung berapi yang bisa mendeteksi aktivitas gunung berapi yang berupa pergerakan lava, gempa, suhu, sehingga mampu memberikan sinyal ke observatorium mengenai keadaan gunung berapi tersebut. ENVIRONMENTAL DURABILITY WATER JACKET