ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN · PDF fileHALAMAN PERSETUJUAN . USULAN PENELITIAN...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI

KECEPATAN

Disusun oleh : WILLIAM YOHANES S

M0211075

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Februari, 2016

i


commit to user

HALAMAN PERSETUJUAN

USULAN PENELITIAN S1

Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran dari Sensor Fiber Optik untuk Kendaraan berjalan sebagai Fungsi Kecepatan

Diusulkan Oleh

William Yohanes S

M0211075

Telah Disetujui oleh

Pembimbing 1

Ahmad Marzuki S.Si., Ph.D Tanggal …………..

NIP 19680508 1997021001

ii


commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

USULAN PENELITIAN S1

Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran Sensor Fiber Optik untuk Kendaraan Berjalan sebagai Fungsi Kecepatan

Diusulkan oleh :

William Yohanes S

M0211075

Telah diujikan didepan Dewan Penguji Ujian Proposal Pada tanggal ……….

1. Ahmad Marzuki S.Si,. Ph.D Tanggal : ……… NIP. 19680508 1 997021 001

2. Drs. Hery Purwanto. M.Sc Tanggal : ………… NIP. 19590518 198703 1002

3. …………………………….. Tanggal : ……… NIP.

4. ……………………………. Tanggal : ……… NIP.

iii


commit to user

iv


commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran dari Sensor Fiber Optik untuk Kendaraan Berjalan sebagai Fungsi Kecepatan.

Yang ditulis oleh:

Nama NIM

: William Yohanes S : M0211075

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada: Hari Tanggal

: Kamis : 3 Maret 2016

Anggota Tim Penguji: 1. Dra. Riyatun, M.Si. NIP. 196802261994022001

2. Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si.

NIP. 19810518 200501 2 002

3. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D.

NIP. 19680508 199702 1 001

4. Drs. Hery Purwanto., M.Sc NIP. 19590518 198703 1002

Disahkan pada tanggal 21-03-2016

.

ii


commit to user

iii


commit to user

PERNYATAAN KEASLIAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN” adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing dan sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya, jika ada maka telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, Februari 2016

William Yohanes S

NIM M0211075

iii


commit to user

MOTTO

“sepintar-pintar nya anak masih pintar kedua orang tuanya karena tanpa perjuangan dan pemikiran kedua orang tua nya maka kepintaran anak tersebut

akan sia-sia”

(My Mother)

“You’ll never know until you have tried” (buku sinar dunia)

“Quitter never win and the winner never quit“ (Iwan Sunito)

“diatas langit masih ada langit”

(anonim)

iv


commit to user

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada :

Ibu dan Bapak-Ku Tercinta

Kakak ku ersayang

Teman - Teman Fisika 2011

Almamaterku

v


commit to user

ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI

KECEPATAN

WILLIAM YOHANES S

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Penyebab Fenomena kerusakan jalan diakibatkan salah satunya yaitu kelebihan muatan. Salah satu teknologi untuk mengatasi faktor kelebihan muatan yaitu menggunakan sensor WIM (Weight In Motion). Tujuan dari penelitian ini adalah merancang sensor WIM berbasis fiber optic skala lapangan dan mengetahui pengaruh kecepatan kendaraan terhadap lebar puncak signal keluaran. Prinsip kerja dari penelitian ini adalah kendaraan dengan muatan yang bervariasi melintasi fiber sensor dan sensor kecepatan dimana fiber sensor digunakan untuk memperoleh signal loss keluaran dari kendaraan ketika melintasi fiber sensor sedangkan sensor kecepatan untuk menentukan kecepatan yang bergerak saat melintasi fiber sensor. Metode skripsi ini adalah menentukan lebar puncak signal loss keluaran yang dihasilkan saat kendaraan menekan sensor sehingga dapat menentukan nilai impuls dan waktu sentuh pada sensor dari kendaraan. Pada Grafik besaran impuls disebut luasan di bawah kurva (A) sedangkan waktu sentuh pada sensor disebut kurva FWHM. Dari eksperimen, diperoleh semakin besar kecepatan kendaraan melintasi fiber sensor maka kurva FWHM dan impulsnya semakin kecil dan jika semakin kecil kecepatan kendaraan melintasi fiber sensor maka kurva FWHM dan impulsnya semakin besar. Nilai tingkat kepercayaan dari hasil uji tekan sampel fiber sensor adalah 92 %. Dari hasil ini penelitian ini disarankan untuk membuat variasi beban kendaraan yang lebih sistematis dan presisi agar didapatkan nilai ketidakpastiannya serta memperhitungkan faktor tekanan ban agar dihasilkan nilai waktu kontak yang lebih akurat.

Kata Kunci : Serat Optik, Sensor Beban Bergerak, Kurva FWHM, Luasan dibawah kurva.

vi


commit to user

vii


commit to user

THE ANALYSIS OF PEAK WIDTH FROM SIGNAL LOSS OUTPUT ON OPTICAL SENSOR FOR SPEED VEHICLE AS

VELOCITY FUNCTION

WILLIAM YOHANES S

Department of Physics, Mathematics and Natural Science Faculty, Sebelas Maret University

ABSTRACT

The Phenomenom of damage roads was caused by overloading. One of the technology for contributing overloading problems was Weight In Motion sensor. The purposes of research was designed WIM sensor made fiber optic in the scale field and known factor from vehicle’s velocity for peak width signals output. The work principle of research was the vehicles with variance load ran through fiber sensor and velocity sensor which fiber sensor used to get signal loss output while the velocity sensor to got velocity dynamic when ran through fiber sensor.. These method was found peak width from signal loss which released the vehicles run through fibre sensor so found the impules and the pressing time. From the experiments, it could be obtained that the impulse and the pressing time would decrease if the velocity vehicles increased. Impulse was called (area under curve) although pressing time vehicles called (FWHM Curve) in the Graphic. The Precision Number from fiber sensor sampel from pressure test by MTM tool was 96%. From these result, we can suggest for make load variance more systemic and precision so get small error and determine the pressure factor of tire so the pressing time more accurate.

viii


commit to user

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Doa dan kasih senantiasa penulis haturkan kepada-Nya sebagai pembimbing dan seluruh manusia.

Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar sarjana sains ini penulis beri judul ” ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN”. Terselesaikannya skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi saya. Setelah sekitar dua semester penulis harus berjuang untuk bisa menyelesaikan skripsi ini tepat waktu. Dengan segala suka dan dukanya, pada akhirnya skripsi ini terselesaikan juga. Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan skripsi ini penulis ucapkan terima kasih. Atas bantuannya yang sangat besar selama proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara khusus penulis sampaikan kepada:

1. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D selaku Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan skripsi.

2. Bapak Drs. Hery Purwanto. M.Sc selaku Pembimbing II yang telah memberikan semangat dan bimbingan yang pantang menyerah dalam penyusunan skripsi.

3. Bapak. Dr. Eng. Budi Purnama, M.Si selaku Pembimbing Akademis 4. Bapak, Ibu dosen serta Staff di Jurusan Fisika FMIPA UNS. 5. Ibu dan Bapak, atas semua dukungan doa, kasih sayang, dan kesabaran dalam

mendidik. 6. Rekan kerja Lab Optik Dan Fotonik Universitas Sebelas Maret Surakarta 7. Rekan - rekan angkatan Fisika 2011 yang telah memberikan semangat.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin. Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini dapat bermanfaat.

ix


commit to user

PUBLIKASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN” telah dipublikasikan pada satu tempat yaitu Sebelas Maret University Institutional Repository (UNS-IR), pada tanggal 4 Januari 2016, Universitas Sebelas Maret Surakarta

x


commit to user

v

DAFTAR ISI Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN .................................................................... iii

HALAMAN MOTTO ................................................................................. iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. v

HALAMAN ABSTRAK ............................................................................. vi

HALAMAN ABSTRACT .......................................................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................ viii

HALAMAN PUBLIKASI .......................................................................... ix

DAFTAR ISI ............................................................................................... x

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiii

DAFTAR SIMBOL ..................................................................................... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah .......................................................... 1

1.2. Batasan Masalah ...................................................................... 3

1.3. Rumusan Masalah ................................................................... 4

1.4. Tujuan Penelitian ..................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian ................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................

2.1. Pemantulan dan Pembiasan .................................................... 5

2.2. Anatomi Serat Optik ............................................................... 7

2.3. Perambatan Cahaya dalam serat Optik ................................... 7

2.3.1 . Pemantulan Internal Total ......................................... 7

2.3.2 Numerical Aperture ………………………………… 9

2.4 Rugi-rugi pada Fiber Optik .................................................... 9

2.4.1.1 Pembengkokan Makro ............................................. 9

2.4.1.2 Pembengkokan Mikro ............................................. 10

2.4.2 Jari-jari Kelengkunga ............................................ 11

2.5. Prinsip dan Tipe Sensor Serat Optik ……………………… 12

2.6 WIM (Weight In Motion) ....................................................... 13

2.6.1 WIM berbasis Sensor Piezoelektric ...................................... 15


commit to user

vi

2.6.2 Pembengkokan Makro (Macro Bending) …………….. 16 2.6.3 WIM berbasis serat optic ……………………………... 17

2.7 Tumbukan dan Impuls………………………………………… 17 2.8 Kecepatan ……………………………………………………... 18 2.9 Kekalan Energi dan Momentum dalam Tumbukan…………… 19 2.10. Akuisisi data …………………………………………………. 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................ 22

3.2. Alat dan Bahan yang Penelitian ............................................. 22

3.2.1. Alat yang Digunakan ................................................... 22

3.2.2. Bahan yang Digunakan ................................................ 22

3.2.3. Software Penunjang yang Digunakan .......................... 22

3.3. Metode Penelitian ................................................................... 23

3.3.1. Penyiapan Alat dan Bahan ........................................... 24 3.3.2. Pembuatan fiber sensor dan sampel karet RTV 588 ... 25 3.3.3. Pembuatan Sumber Cahaya, Kotak Hitam

Detektor Cahaya ......................................................... 25

3.4. Pembuatan ADC Arduino dan Perangkat lunak .................... 26

3.5. Pengujian Beban .................................................................... 28

3.6. Pengujian Elastisitas tekanan dengan karet RTV ................. 28

3.7. Proses Pengambilan Data ...................................................... 28

3.8 Analisa Data ………………………………………… ........ 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................

4.1. Hasil Penelitian ……………………………………………. 32 4.2. Uji Kebocoran kotak hitam ………………………………… 32

4.3 Sistem ADC dan program akuisisi data …………………… 32

4.4. Fiber Sensor .......................................................................... 35 4.5 Pengujian modulus young fiber sensor ................................. 36

4.6 Kalibrasi Data ……………………………………………… 41

4.7 Signal Loss keluaran sebagai fungsi kecepatan ..................... 42

4.8 Pengaruh Kecepatan pada Tinggi Puncak Terukur ………… 46

BAB V PENUTUP ......................................................................................

5.1. Kesimpulan .......................................................................... 50

5.2. Saran .................................................................................... 50

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 52

LAMPIRAN………………………………………………………………. 54


commit to user

vii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 3.1. Pengambilan data Kurva FWHM ............................................... 30 Tabel 3.2. Pengambilan data luasan dibawah kurva (A) ............................. 30 Tabel 4.1. Penjelasan Fitur Perangkat Lunak ............................................. 34 Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Karet RTV 588 ........................................ 37


commit to user

viii

DAFTAR GAMBAR Halaman

Gambar 2.1. Sudut pantul ϴ1’ sama dengan sudut datang ϴ1 ................... 6 Gambar 2.2. Struktur Serat Optik ............................................................... 7 Gambar 2.3. Pemantulan internal total ....................................................... 8

Gambar 2.4. Mekanisme Jalannya Cahaya pada Peristiwa Pembengkokan

Macro .................................................................................... 10

Gambar 2.5. .Peristiwa rugi-rugi akibat pembengkokan Mikro …………. 10 Gambar 2.6 Grafik rugi-rugi dari Bending terhadap variasi jumlah lilitan pada serat optic ..................................................................... 12 Gambar 2.7. Tipe dan Sensor Serat Optik.................................................. 13

Gambar 2.8 WIM berbasis Piezoelektric ………………………………… 13 Gambar 2.9. WIM berbasis Bending Plate………………………………... 16

Gambar 2.10 WIM berbasis serat optik ..................................................... 17 Gambar 2.11. Gaya rata-rata bekerja �⃗� dalam selang waktu Δ𝑡 menghasilkan

impuls yang sama (�⃗� Δ𝑡 ) seperti gaya sebenarnya ............ 18 Gambar 2.12.Skema sensor serat optik ....................................................... 20 Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian ........................................................ 27

Gambar 3.2. Fiber Sensor ........................................................................... 28

Gambar 3.3. Cetakan gypsum...................................................................... 29

Gambar 3.4. Silinder Berulir ....................................................................... 29

Gambar 3.5. Tabung ................................................................................... 29

Gambar 3.6. Pompa .................................................................................... 29 Gambar 3.7. Rangkaian detektor cahaya.................................................... 30

Gambar 3.8. Rangkaian sumber cahaya ..................................................... 30

Gambar 3.9. Interface Arduino IDE ........................................................... 32

Gambar 3.10. Pin out board Arduino ......................................................... 32 Gambar 3.11 Display Photogate Velocity Meter …………………………….. 33 Gambar 3.12. Puncak-puncak transmitansi pada beban kendaraan ........... 30 Gambar 3.13.Lebar ban kendaraan menyentuh Fiber sensor ..................... 34

Gambar 4.1. Display Sistem Weight In Motion Data Acquisition.............. 37 Gambar 4.2. Cetakan Gypsum .................................................................. 39 Gambar 4.3. Silinder Berulir ……………………………………………. 39 Gambar 4.4. Pelapisan Fiber Sensor ........................................................ 34 Gambar 4.5. Fiber sensor sebelum dilakukan tekana……..……………. 37 Gambar 4.6. Grafik hubungan gaya dan pertambahan panjangan pada Fiber sensor ........................................................................... 42 Gambar 4.7. Fiber Sensor di Tersusun rapianggap sebagai kumpulan pegas yang ........... 42


commit to user

ix

Gambar 4.8. Pegas yang terkena gaya penekan oleh massa ...................... 38 Gambar 4.9. Grafik hasil uji tekan fiber sensor ………………………… 39 Gambar 4.10. Fiber optic sebelum ditekan ............................................... 43 Gambar 4.11. Prinsip pengukuran bobot kendaraan menggunakan jembatan

timbang …………………………………………………… 46 Gambar 4.12 Signal loss keluaran hasil tekanan ban kendaraan. ............. 47 Gambar 4.13. Grafik hubungan FWHM dengan kecepatan pada massa bervariasiFiber sensor diberi tekanan …………………….. 48 Gambar 4.14. Grafik hubungan luasan di bawah kurva dengan kecepatan Pada massa bervariasi ............................................... …….. 49 Gambar 4.15. Rugi-rugi transmitansi oleh beban kendaraan berjalan …… 50 Gambar 4.16. Hubungan transmitansi dengan waktu pada kecepatan Bervariasi …………………………………………………. 52 Gambar 4.17. Penelitian Batenko pada kecepatan 70 km/jam…….. 53 Gambar 4.18. Penelitian Batenko pada kecepatan 90 km/jam ……….…… 53


commit to user

x

DAFTAR SIMBOL

Satuan 𝑛1 = Indeks Bias Medium Pertama 𝑛2 = Indeks Bias Medium Kedua 𝜃1 = Sudut Sinar Datang Dengan Garis Normal Derajat 𝜃2 = Sudut Sinar Bias Dengan Garis Normal Derajat 𝜃𝑐 = Sudut Kritis Derajat ∅𝑖 = ∅1 = Sudut Datang Derajat ∅𝑟 = Sudut Pantul Derajat 𝜃𝑚𝑎𝑘𝑠 = Sudut Maksimum Derajat 𝛥 = Indeks Bias Relatif Core dengan Cladding 𝑁𝐴 = Numerical Aparture Derajat 𝑉 = Parameter Serat Optik 𝜋 = 3,14 𝜆 = Panjang Gelombang m 𝑑 = Diameter Core m 𝑧 = Jarak Penjalaran Gelombang Cahaya m 𝐸𝑂 = Medan Gelombang Awal J 𝐸𝑍 = Medan Evanescent J dp = Penetration Depth m 𝑅 = Radius Kelengkungan Serat Optik m 𝑅𝑐 = Jari-jari Kritis (Critical Radius) m 𝐾 = Kelengkungan m-1 𝐾𝑚𝑎𝑘𝑠 = Kelengkungan Maksimum m 𝑇 = Transmitansi Cahaya a.u 𝐼𝑚𝑜𝑑 = Intensitas Modulasi Watt/m2 𝐼𝑟𝑒𝑓 = Intensitas Referensi Watt/m2 𝑑𝐵 = Deci-Bell (Satuan Atenuasi) dB 𝑃𝑚𝑜𝑑 = Daya Modulasi Watt 𝑃𝑟𝑒𝑓 = Daya Refernsi Watt 𝐶1 = Konstanta 𝐶2 = Konstanta 𝛼 = Koefisien Atenuasi km-1 𝐼𝑖𝑛 = Intensitas Cahaya Masuk Watt/m2 𝐼𝑜𝑢𝑡 = Intensitas Cahaya Keluar Setelah N Lilitan Watt/m2 ℃ = suhu Celcius 𝑟 = Radius Core m Δ𝑖 = Indeks Bias Relatif Core Dengan Cladding 𝛾𝐵 = Pelemahan Intensitas Cahaya dB 𝑉𝑚𝑜𝑑 = Tegangan Modulasi Volt 𝑉𝑟𝑒𝑓 = Tegangan Referensi Volt 𝑃𝑑𝑒𝑡 = Daya Diterima Detektor Watt 𝑃𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 = Daya Masuk Watt 𝑎 = Faktor Kesebandingan

x


commit to user

xi

𝐼 = Arus Listrik Ampere 𝑉𝑖𝑛 = Tegangan Ateuator Cahaya Volt 𝑉𝑜𝑢𝑡 = Tegangan Modulasi Cahaya Volt Δ𝛼 = Perubahan Sudut Radian Atau Derajat Δ𝑠 = Perubahan Jarak m 𝐹 = Gaya N 𝑘 = Kostanta Pegas N/m 𝛥𝐿 = Penambahan Panjang Bahan m 𝐴 = Luas Bahan m2 𝑒 = Nilai Regangan Bahan N/m2 𝜎 = Nilai Tegangan Bahan N/m2 𝐸 = Modulus Elastisitas Bahan

xi


commit to user

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Tabel pengukuran kebocoran pada kotak hitam ................... 51

Lampiran 2. Pengukuran luasan dibawah kurva(A) pada V bervariasi .... 52

Lampiran 3. Pengukuran kurva FWHM pada kecepatan bervariasi ......... 53 Lampiran 4. Hasil pengukuran transmitansi dengan keceptan bervariasi

Pada massa 3190 kg ............................................................... 56 Lampiran 5. Hasil pengukuran manual jembatan timbang ....................... 62 Lampiran 6. Data uji tekan ........................................................................ 63 Lampiran 7. Pengukuran puncak transmitansi pada kecepatan bervariasi massa 4374 kg ..................................................................... 64 Lampiran 8. Pengukuran puncak transmitansi pada kecepatan bervariasi pada massa 5625 kg ............................................................ 73 Lampiran 9. Pengukuran puncak transmitansi dengan kecepatan bervariasi pada massa 7649 kg ............................................................ 74

xii

ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN · PDF fileHALAMAN PERSETUJUAN . USULAN PENELITIAN...

Documents

Transcript of ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN · PDF fileHALAMAN PERSETUJUAN . USULAN PENELITIAN...