19

LAPORAN RESMI FINAL PROJECT SISTEM FOTONIK KELOMPOK 4 PERANCANGAN SISTEM PENGUKURAN BERAT BERBASIS FENOMENA MACROBENDING PADA FIBER OPTIC

Disusun oleh :ANTON WIDODO(2411100004) GILANG EKA SAPUTRA(2411100020)HISKIA JUNANTA GINTING(2411100045)DHIEN KUSUMA WARDANI (2411100072)GWYN WALESA(2411100128)SAHAL ABIDY (2412100049)

Asisten :Yoga Permana NRP. 2410100098

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKAJURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2014

1

LAPORAN RESMI FINAL PROJECT SISTEMFOTONIK KELOMPOK4 PERANCANGAN SISTEM PENGUKURAN BERAT BERBASIS FENOMENA MACROBENDING PADA FIBER OPTIC

Disusun oleh :ANTON WIDODO(2411100004) GILANG EKA SAPUTRA(2411100020)HISKIA JUNANTA GINTING(2411100045)DHIEN KUSUMA W (2411100072)GWYN WALESA (2411100128)SAHAL ABIDY (2412100049)

Asisten :Yoga Permana NRP.2410100098

JURUSAN TEKNIK FISIKAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA2014

OFFICIAL FINAL REPORT PROJECT GROUP 4 PHOTONIC SYSTEMS

WEIGHT MEASUREMENT SYSTEM DESIGN BASED ON FIBER OPTIC MACROBENDING PHENOMENON

BY :ANTON WIDODO(2411100004) GILANG EKA SAPUTRA(2411100020)HISKIA JUNANTA GINTING(2411100045)DHIEN KUSUMA WARDANI (2411100072)GWYN WALESA(2411100128)SAHAL ABIDY (2412100049)

Asisten :Yoga Permana NRP.2410100098

ENGINEERING PHYSICS DEPARTMENTFACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGYSEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGYSURABAYA2014

LEMBAR PENGESAHANPROPOSAL PRAKTIKUM SISTEM FOTONIKJURUSAN TEKNIK FISIKA FTI-ITSSEMESTER GENAP 2013/2014

a. Judul: Perancangn Sistem Pengukuran Berat Berbasis Fenomena Macrobending Pada Fiber Opticb. Ketua KelompokNama: Gilang Eka SNRP: 2411 100 020Jangka waktu: 4 mingguc. Asisten : Yoga Permana (2410 100 098)Pembimbingd. Usulan laporan ke: 1

Surabaya, 9 Mei 2014Ketua Kelompok

GILANG EKA S.NRP. 2411 100 020

Asisten Pembimbing

YOGA PERMANA NRP. 2410 100 047

Koordinator Asisten

IKA PUSPITA NRP. 2410 100 090

LAPORAN FINAL PROJECT SISTEM FOTONIK KELOMPOK 4

Nama Penulis: Dhien Kusuma W, Anton Widodo, Hiskia Junanta G., Gilang Eka., Gwyn Walesa, Sahal abidyNRP: 2411100072, 2411100004, 2411100045, 2411100020, 2411100128, 2412100049Nama Asisten: Yoga Permana

AbstrakQuadruple tank merupakan kombinasi dari empat buah tangki yang interaksi antar tangkinya membuat proses lebih rumit dan merupakan sumber ketidak lineran. Untuk menjaga ketinggian air pada quadruple tank (tangki 1 dan 2) diperlukan system kontrol dengan masukan berupa gangguan dari tangki 3 dan 4, serta interaksi dari keempat tangki. Salah satu kontrol yang dapat digunakan pada quadruple tank adalah kontrol PI (Proportional Integral). Respon sistem Quadruple Tank berdasarkan monitoring masih menunjukkan ketidak stabilan level yang ada pada tanki 2 sedangkan respon sistem dari simulasi menunjukkan grafik respon sistem yang cenderung lebih stabil.Kata Kunci : Quadruple Tank, Kontrol PID, Kestabilan Level, Respon Sistem.

OFFICIAL FINAL REPORT PROJECT GROUP 4 PHOTONIC SYSTEMS

Authors Name: Dhien Kusuma W, Anton Widodo, Hiskia Junanta G., Gilang Eka., Gwyn Walesa, Sahal abidyNRP: 2411100072, 2411100004, 2411100045, 2411100020, 2411100128, 2412100049Assistances Name: Yoga Permana

AbstractQuadruple tank is a combination of four tanks that the interaction between the tanks makes the process to be more complicated and that is a source of non linearity. To maintain the water level in the quadruple tank (tank 1 and 2), its required a control system with input is disruption of tank 3 and 4, as well as the interaction of the four tanks. One of the controls that can be used in the quadruple tank is PI control (Proportional Integral). Quadruple tank system response was demonstrated by monitoring the level of instability that exist is tank 2, while the response of the simulated system response graph shows that the system tends to be more stable.Key words : Quadruple Tank, PID Control, Level Stability, Response System

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami ucapkan kepada Allah SWT, karena atas rahmat dan hidayah-Nya, kami dapat menyelesaikan penyusunan laporan final project sistem fotonik yang berjudul Perancangan Sistem Pengukuran Berat Berbasis Fenomena Macrobending Pada Fiber Optic. Semoga laporan resmi ini dapat bermanfaat.Laporan ini berisi tentang final project sistem fotonik menganai pengukuran beban dengan menggunakan fiber optic.Kami menyadari, bahwa laporan resmi yang kami susun ini masih memiliki kekurangan. Sehingga kami meminta maaf jika ada kekurangan dan kesalahan dalam laporan resmi ini. Akhir kata kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu kami dalam menyusun laporan resmi ini.

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman JuduliCover PageiiiAbstrakviAbstractviiiKATA PENGANTARxDAFTAR ISIxiiDAFTAR GAMBARxvDAFTAR TABELxviiBAB I PENDAHULUAN11.1.Latar Belakang11.2.Rumusan Masalah11.3.Tujuan21.4.Sistematika Laporan2BAB II DASAR TEORI32.1.Fiber Optic32.2.Bending42.3.Macrobending52.4.Thorlabs62.5.Laser He-Ne6BAB III METODOLOGI PERCOBAAN83.1.Peralatan83.2.Prosedur Percobaan8BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN104. 1.Hasil Percobaan104. 2.Pembahasan11BAB V PENUTUP135.1.Kesimpulan135.2.Saran13DAFTAR PUSTAKA15

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Bagian bagian serat optik [1].3Gambar 2.2. Transmisi cahaya saat bending4Gambar 2.2. Macrobending5Gambar 2.3. Thorlabs6Gambar 2.4. Mekanisme eksitasi energy pada laser HeNe7Gambar 4.1. Grafik hubungan beban dengan intensitas keluaran11

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Percobaan10

xvii

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangDewasa ini, teknologi serat optik berkembang dengan sangat pesat. Teknologi ini banyak diaplikasikan di berbagai bidang, baik bidang telekomunikasi, kedokteran, militer hingga bidang instrumentasi. Secara umum kegunaan serat optik adalah sebagai media transimi data dalam komunikasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Teknologi serat optik mampu menanggulangi kebutuhan pentransmisian data yang sangat besar serta dengan kecepatan yang tinggi. Salah satu factor dari parameter penting yang harus dipertimbangkan dalam desain suatu sistem komunikasi serat optik adalah meminimalisasi daya atau power loss yang terjadi. Namun, ternyata hal yang harus dihindari tersebut dapat dimanfaatkan untuk aplikasi dalam bidang pengukuran, yaitu aplikasi serat optik sebagai pengukur beban atau load cell. Aplikasi serat optik sebagai load cell dapat digunakan untuk berbagai hal sesuai dengan spek yang akan dibuat. Load cell yang memanfaatkan nilai loss pada serat optik ini dapat mengukur beban yang ringan hingga beban yang berat. Sehubungan dengan perancangan sitem pengukuran berbasis fotonika sebagai final project mata kuliah sistem fotonik, kelompok kami akan merancang load cell berbasis serat optik yang dapat diaplikasikan untuk mengukur beban yang ringan.

1.2. Rumusan MasalahPermasalahn yang diangkat pada percobaan ini adalah :a. Bagaimana efek penambahan beban terhadap daya yang ditaransmisikan pada serat optik?b. Bagaimana korelasi antara beban dan daya ditransmisikan pada serat optik?

1.3. TujuanTujuan dari percobaan ini adalah :a. Mengetahui efek penambahan beban terhadap daya yang ditaransmisikan pada serat optik.b. Mengetahui korelasi antara beban dan daya ditransmisikan pada serat optik.

1.4. Sistematika LaporanPenyusunan laporan ini terdiri dari 5 BAB utama. BAB I berisi tentang latar belakang, permasalahan, tujuan percobaan dan sistematika penulisan laporan. BAB II berisi dasar teori atau tinjauan pustaka yang menjadi dasar dilakukannya percobaan. BAB III metodologi, berisi tata cara pelaksanaan percobaan. BAB IV merupakan analisa data dan pembahasan. BAB V berisi kesimpulan dan saran yang dapat diberikan dari percobaan.

16

3

15

BAB IIDASAR TEORI

2.1. Fiber OpticFiber Optic adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar dari indeks bias udara. Sumber cahaya yang digunakan adalah laser karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Serat optik terdiri dari 2 bagian, yaitu cladding dan core. Cladding merupakan lapisan selubung core yang mempunyai indek bias lebih rendah daripada core, dimana cladding berfungsi memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi[1].

Gambar 2.1. Bagian bagian serat optik [1].

Prinsip kerja serat optik adalah pengiriman pulsa cahaya melalui sebuah medium dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya dalam serat optik berjalan melalui inti (core) dengan cara memantul dari kulit (cladding), karena kulit sama sekali tidak menyerap cahaya dari inti, hal ini yang disebut proses pemantulan sempurna. Pada peristiwa pemantulan sempurna tidak ada cahaya yang dibiaskan. Jika perbedaan indek bias inti (n1) dan kulit (n2) dibuat drastis, maka disebut serat optik Step Indeks (SI), selisih antara indek bias kulit dan inti disimbolkan dengan , dimana[1]:

dimana, : selisih antara indek bias kulit (cladding) dan inti (core)n1: indek bias inti (core)n2: indek bias kulit (cladding)

2.2. BendingBending yaitu pembengkokan serat optik yang menyebabkan cahaya yang merambat pada serat optik berbelok dari arah transmisi dan hilang. Sebagai contoh, pada serat optik yang mendapat tekanan cukup keras dapat menyebabkan ukuran diameter serat optik menjadi berbeda dari diameter semula, sehingga mempengaruhi sifat transmisi cahaya di dalamnya[2]. Rugi daya pelengkungan terjadi pada saat sinar melalui serat optik yang dilengkungkan, dimana sudut datang sinar lebih kecil dari pada sudut kritis sehingga sinar tidak dipantulkan sempurna tapi dibiaskan[3].

Gambar 2.2. Transmisi cahaya saat bending

Rugi-rugi akibat pelengkungan serat optik dibedakan menjadi dua macam yaitu[4]a. Macro Bending/Pembengkokan Makro Rugi-rugi macro bending terjadi ketika sinar atau cahaya melalui serat optik yang dilengkungkan dengan jari-jari lebih lebar dibandingkan dengan diameter serat optik sehingga menyebabkan hilangnya daya. Jumlah radiasi optik dari lengkungan serat tergantung kekuatan medan dan kelengkungan jari-jari.b. Micro Bending/Pembengkokan Mikro Pembengkokan mikro terjadi karena ketidakrataan pada permukaan batas antara inti dan selubung secara acak atau random pada serat optik karena proses pengkabelan ataupun ketika proses penarikan saat instalasi

2.3. MacrobendingLengkungan tajam pada sebuah kabel serat optik (macrobend) dapat menyebabkan timbulnya rugi daya yang cukup serius dan lebih jauh lagi kemungkinan terjadinya kerusakan mekanis, seperti pecahnya serat optik[6]. Dalam percobaan ini pemberian variasi beban yang diletakkan diatas fiber ligthing menyebabkan terjadinya perubahan intensitas yang ditangkap oleh thorlabs. Berikut merupkan sketsa macobending.

Gambar 2.2. Macrobending

2.4. ThorlabsUntuk mengetahui perubahan intensitas yang terjadi akibat pemberian variasi beban digunakan Thorlabs.

Gambar 2.3. Thorlabs

2.5. Laser He-NeLaser He Ne merupakan salah satu tipe laser dimana medium aktif dari laser ini adalah gas helium neon. Laser He-Ne sering digunakan dalam bidang optik dikarenakan compact, portable dan mudah digunakan sebagai sumber cahaya yang terlihat untuk berbagai keperluan seperti penilitian.Mekanisme populasi inverse pada laser He-Ne meliputi kombinasi dari tumbukan electron He dengan taranfer electron dari helium ke neon. Perbandingan campuran gas ini berkisar 90% helium dan 10% neon. Senyawa gabungan gas helium dan neon ditempatkan pada rongga tertutup, resonant cavity, yang diapit oleh dua buah cermin. Salah satu cermin memantulkan berkas foton secara sempurna dan yang lainya memantulkan sebagian. Pemantulan dari cermin ini berfungsi untuk memperkuat cahaya laser. Ketika terjadi proses penembakan gas, electron akan terakslerasi turun dari tabung yang kemudian akan menumbuk atom helium, sehingga atom tersebut akan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Gambar 2.4. Mekanisme eksitasi energy pada laser HeNe

11

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1. PeralatanBerikut ini adalah alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan:

1. Triplek 2. Karet bantalan (karet sandal) dengan modulus elastisitas sebesar 10.000 GPa3. Serat Optik4. Sumber cahaya5. Optical Power Meter

3.2. Prosedur PercobaanProsedur percobaan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut :a. Seluruh komponen alat percobaan dirangkai sesuai desainb. sumber cahaya dinyalakan dan diukur dayanya dengan menggunakan power meterc. Pijakan beban diletakkan diatas serat opticd. Daya yang keluar dari serat optic diukur lagi dengan power metere. Selisih daya sebelum dan sesudah dikenai beban dihitung perbedaannya.f. Langkah-langkah percobaan di atas diulangi dengan berat beban 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4 kg dan setiap beban diukur 4 kali.

Halaman ini memang dikosongkan

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4. 1. Hasil PercobaanBerdasarkan data yang telah diambil melalui percobaan, didapatkan hasil yang ditampilkan pada tabel dan grafik dibawah ini:

Tabel 4.1 Hasil percobaanBeban (kg)Percobaan ke-Rata-rata

12345

00.1760.1750.1750.1760.1750.1754

0.50.1670.1660.1660.1660.1660.1662

10.09790.09880.09910.09940.09960.09896

1.50.07350.07410.07450.07480.0750.07438

20.07730.03360.07790.07810.07830.06904

2.50.06350.06350.06360.06360.06370.06358

30.05250.05270.05280.05290.0530.05278

3.50.04660.04680.04690.04710.04720.04692

40.04420.04440.04460.04470.04480.04454

Gambar 4.1. Grafik hubungan beban dengan intensitas keluaran4. 2. PembahasanBerdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan, terlihat bahwa semakin bertambahnya beban, maka intensitas laser yang dibaca oleh power meter akan semakin kecil. Hal ini dapat terjadi karena gaya yang dikenai pada serat optik semakin membesar, maka terjadi bending dengan jari-jari yang semakin membesar. Karena adanya bending ini, maka propagasi cahaya akan terganggu. Jika propagasi cahaya terganggu, maka intensitas cahaya yang diterima pada power meter akan jauh lebih berkurang jika dibandingkan dengan keadaan sistem tanpa beban. Fungsi dari karet yang digunakan adalah untuk meredam tekanan pada serat optik.Untuk mencari hubungan antara beban yang digunakan dengan intensitas cahaya digunakan persamaan regresi linier. Setiap perubahan beban sebanyak 0.5 kg, terjadi penurunan daya rata-rata yang terjadi adalah 0,016 mW. Namun, penurunan daya terbesar terjadi pada saat pengukuran dari 0,5 kg ke 1 kg sebesar 0,0672 mW. Hal ini disebabkan oleh berubahnya posisi beban yang diletakkan diatas karet peredam, sehingga daya terukur menjadi kurang akurat. Sensor macrobending dengan menggunakan serat optik ini dapat digunakan untuk menunjukkan hubungan antara penurunan daya yang ditransmisikan melalui serat optik dengan beban. Namun tingkat kelinieran yang didapat melalui percobaan ini belum bisa dikatakan baik, terlihat pada grafik bahwa hasil pengukuran dengan persamaan regresinya memiliki simpangan yang jauh dengan nilai idealnya

BAB VPENUTUP

5.1. KesimpulanBerdasarkan analisa data dan pembahasan yang telah dipaparkan, maka dapat disimpulkan bahwa:1. Semakin berat beban yang akan diukur, maka loss yang terjadi pada transmisi serat optik akan semakin besar.2. Didapatkan hubungan daya dengan beban yang diberikan pada serat optik dengan koefisien korelasi sebesar 0,81443

5.2. SaranSaran yang diberikan untuk perancangan final project selanjutnya adalah sebagai berikut:1. Agar mendapatkan data yang baik, perlu diperhatikan posisi beban, sehingga tidak terjadi loss yang terlalu besar saat pengukuran.2. Pelaksanaan final project sebaiknya dilaksanakan sesuai dengan jadwal, agar dapat diselesaikan dengan maksimal.

Halaman ini memang dikosongkan

DAFTAR PUSTAKA

[1] Pratomo Dewan, Pemanfaatan Prinsip Kerja Sensor Serat Optik Pergeseran Mikro untuk Mendesain Alat Ukur Massa, Website: http://eprints.uns.ac.id/5217/2/q.pdf, diakses tanggal 24 April 2014.[2] http://eprints.uny.ac.id/8110/3/bab%202%2020%2008 306144018.pdf, diakses tanggal 24 April 2014.[3]Maharani Aninda, Pengukuran Pengaruh Kelengkungan Serat Optik terhadap Rugi Daya Menggunakan Optical Time Domain Reflectometer (OTDR). 2010. Surabaya : digilib.its.ac.id[4] Y. P. Nopi, Kuswanto Heru, Kadarisman Nur, Pengaruh Lekukan Bertekanan pada Serat Optik Plastik Terhadap Pelemahan Intensitas Cahaya. 2012. Yogyakarta : UNY[5] Gholamzadeh, Bahareh and Hooman, Nabovati. Fiber Optic Sensors. World Academy of Science, Engineering and Technology vol 42, 2008, pp. 297-307.[6] Watson, Vince, Microbending & Macrobending Power Losses in Optical Fibers. Website: www.optronicsnet.com, diakses tanggal 24 April 2014.[7] Setiono Andi, Widiyatmoko Bambang, Desain Sensor Beban Kendaraan Menggunakan Teknik Mikrobending Serat Optik, TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi vol 30 (2) 2012 : 33-36 ISSN : 0125-9121.[8] K, Fidanboylu and H.S, Efendioglu, Fiber Optic Sensors and Their Applications, 2009. 5th International Advanced Technologies Symposium (IATS09)[9] Callister, William D, Material Science and Engineering, John Wiley&Sons.Inc. 2007.

LAMPIRAN Berikut adalah gambar saat pengambilan data