PERANCANGAN SENSOR KELEMBABAN ... -...
Transcript of PERANCANGAN SENSOR KELEMBABAN ... -...
-
1
Abstrak - Kelembaban merupakan salah satu variabel
yang sangat berpengaruh terhadap berbagai proses yang
terjadi di alam. Untuk menyelesaikan masalah kelembaban
digunakan alat ukur kelembaban yaitu salah satunya
higrometer, namun hygrometer mempunyai kelemahan mudah
terinterferensi dengan gelombang elektromagnetik. Oleh
sebab itu dibutuhkan alternatif lain untuk mengukur
kelembaban ini yaitu sensor kelembaban menggunakan serat
optik yang tidak terinterferensi dengan gelombang
elektromagnetik, dan dapat digunakan pada jarak jauh. Pada
penelitian ini telah berhasil dibuat sensor kelembaban
menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2
melalui proses sol-gel. Sensor kelembaban serat optik yang
telah dibuat ada 3 jenis ukuran panjang cladding
gelatin+CoCl2 yang dibuat berbeda-beda yaitu 2, 3, dan 4cm.
Setelah dilakukan pengukuran sensor kelembaban
menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2
didapatkan sensor kelembaban yang paling sensitif dan baik
terdapat pada panjang kupasan cladding 4 cm dengan respon
terbaik pada rentang kelembaban 87%-93%RH dan dengan
nilai korelasi sebesar 0,96. Hal ini dibuktikan bahwa pada
panjang kupasan cladding 4 cm mempunyai nilai resolusi
tinggi yaitu 0,19, nilai sensitivitas terbesar yaitu
5,17mv/%RH, nilai linearitas terbesar yaitu 0,96, nilai eror
yang paling kecil yaitu 4,06%. Pada panjang kupasan
cladding 4 cm lebih sensitif dikarenakan tebal lapisan
gelatin+CoCl2 untuk panjang 4 cm lebih tipis yaitu 10m
dibandingkan dengan tebal lapisan untuk panjang 2 cm yaitu
30m dan tebal lapisan untuk panjang 3 cm yaitu 20m.
Sensitivitas sensor juga dipengaruhi oleh ketebalan lapisan
cladding gelatin+CoCl2. Jika lapisan semakin tipis, maka
sensitivitas semakin baik.
Kata kunci : RH (Humidity Relative), Linearitas, Sensitivitas.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kelembaban adalah ukuran jumlah uap air di udara.
Jumlah uap air mempengaruhi proses-proses fisika, kimia dan
biologi di alam, oleh karena itu akan mempengaruhi
kenyamanan manusia begitupun terhadap lingkungan. Jika
besarnya kandungan uap air melebihi atau kurang dari
kebutuhan yang diperlukan, maka akan menimbulkan
gangguan dan kerusakan. Sebagai contoh, bahan makanan dan
obat-obatan yang disimpan dalam gudang penyimpanan
memerlukan kondisi kelembaban tertentu agar tidak cepat
rusak[1]
. Saat ini banyak alat ukur kelembaban yang telah
dikembangkan. Peralatan elektronik juga menjadi mudah
berkarat jika udara disekitarnya memiliki kelembaban yang
cukup tinggi. Oleh karena itu, informasi mengenai
kelembaban udara pada suatu area tertentu menjadi sesuatu hal
yang penting untuk diketahui karena menyangkut efek-efek
yang ditimbulkannya. Informasi mengenai nilai kelembaban
udara diperoleh dari proses pengukuran. Alat yang biasanya
digunakan untuk mengukur kelembaban udara adalah
higrometer.
Seiring dengan perkembangan kebutuhan akan
kecepatan, keakuratan, dan ketelitian hasil pengukuran yang
lebih tinggi maka mutlak diperlukan pengembangan alat ukur
baru. Sehubungan dengan hal itu, berbagai teknik dan material
telah dikembangkan sebagai sensor kelembaban dengan
kekurangan dan kelebihannya masing-masing. Kelemahan dari
sensor yang telah ada dalam perkembangan dunia industri
menuntut semakin dikembangkannya fiber optik sebagai salah
satu sensor. Sehingga serat optik tidak hanya digunakan
sebagai pandu gelombang optik untuk sistem komomunikasi,
tetapi dapat juga dimanfaatkan untuk membuat sensor yang
disebut dengan sensor serat optik[6]
. Oleh karena itu pada
penelitian ini akan dirancang dan dibuat sensor kelembaban
menggunakan serat optik plastic dengan cladding
gelatin+CoCl2. Probe dari sensor dibentuk lurus. Dengan
membuat probe sensor lurus diharapkan hasil yang diperoleh
akan lebih baik dari pada hasil-hasil penelitian sebelumnya
B. Permasalahan
Berdasarkan latar belakang perancangan sensitivitas
sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding
gelatin + CoCl2, maka dapat ditentukan permasalahan dalam
tugas akhir ini yaitu :
a. Bagaimana pembuatan rangkaian sensor kelembaban
menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2?
b. Bagaimana pengaruh panjang cladding gelatin+CoCl2
terhadap sensitivitas sensor kelembaban?
c. Bagaimana mendapatkan sensor kelembaban yang paling
baik diantara panjang cladding gelatin+CoCl2 yang dibuat
berbeda (2, 3, dan 4cm)?.
C. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini yaitu untuk
membuat sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan
cladding gelatin + CoCl2, untuk mengetahui pengaruh panjang
cladding gelatin + CoCl2 terhadap sensitivitas sensor
kelembaban, dan untuk mendapatkan sensor kelembaban yang
paling baik diantara panjang cladding gelatin+CoCl2 yang
dibuat berbeda (2, 3, dan 4cm).
PERANCANGAN SENSOR KELEMBABAN MENGGUNAKAN
SERAT OPTIK DENGAN CLADDING GELATIN+CoCl2
Vidia Ayu Seta : Dr.Ir. Sekartedjo, M. Sc Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology
ITS Surabaya Indonesia 60111, email : [email protected]
-
2
D. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang diberikan pada tugas akhir
ini bertujuan untuk menghindari meluasnya permasalahan
yaitu sebagai berikut :
a. Kelembaban yang diukur adalah kelembaban relatif, yaitu
perbandingan jumlah uap air di udara dengan jumlah uap
air jenuh di udara tersebut pada temperatur yang sama.
b. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED superbright
berwarna merah dengan panjang gelombang sekitar 632
nm.
c. Fotodetektor yang digunakan adalah LDR.
d. Serat optik plastik jenis single mode.
e. Panjang cladding gelatin (2, 3, dan 4cm).
II. DASAR TEORI
A. Gelatin dan CoCl2 Gelatin berasal dari bahasa latin "gelare" yang berarti
membuat beku (Glicksman 1969). Gelatin adalah salah satu
bahan hidrogel dari polimer alami yang dapat mengalami
pembengkakan (swelling), ketika menyerap air gelatin mampu
menyerap air 5-10 kali bobotnya, membentuk gel pada suhu
35C-400C dan larut dalam air panas, serta dapat berubah
secara reversible dari sol ke gel. Gelatin tidak berwarna
(transparan), tidak berbahaya, tidak berasa. Molekul-molekul
gelatin tersusun dari ribuan rantai asam amino. Rantai-rantai
protein tersebut dihubungkan secara cross-links(interaksi-
silang), karenanya terdapat lubang (rongga) diantara rantai
yang dapat menahan air[5]
.
Prinsipnya, bahan hidrogel gelatin mengalami
pembengkakan ketika menyerap air sehingga kerapatannya
berkurang yang mengakibatkan sifat optiknya juga berubah,
yaitu nilai indeks bias optiknya berkurang terhadap jumlah air
yang diserap. Polimer seperti gelatin membengkak karena air
mengisi rongga-rongga pada polimer (diameter rongga
membesar), akibatnya akan mengurangi indeks bias polimer,
sehingga indeks bias polimer akan mendekati indeks bias air.
Gelatin memiliki pori yang relative lebih besar dibandingkan
polimer-polimer sintesis. Perubahan sifat optik (indeks bias)
polimer gelatin ketika menyerap uap air dapat dimanfaatkan
sebagai material sensor kelembaban optik. Perubahan nilai
indeks bias gelatin ditentukan oleh jumlah uap air yang
diserap. Seiring dengan pembengkakkan gelatin, kerapatan
gelatin akan berkurang yang berakibat indeks biasnya
mengecil. Perubahan indeks bias gelatin terhadap konsentrasi
uap air yang diserap diberikan oleh persamaan berikut.
(1)
(2)
Dimana nps adalah indeks bias polimer saat swelling, npu
indeks bias sebelum swelling, n H2O indeks bias air, dps
diameter rongga saat swelling, dpu diamater rongga sebelum
swelling, dan f H2O fraksi uap air yang diserap. Perubahan
indeks bias pada cladding akibat swelling menyebabkan
berubahnya sudut kritis pada pemantulan internal total di
dalam inti serat optik (core), akibatnya sebagian energi cahaya
terserap oleh cladding keluar dari inti serat secara
eksponensial sebagai gelombang evanescent. Penyerapan
cahaya yang disebabkan oleh perubahan indeks bias cladding
berpengaruh terhadap besarnya intensitas cahaya yang
transmisikan, besarnya perubahan intensitas cahaya yang
ditransmisikan secara tidak langsung akibat perubahan
kelembaban. Besarnya energi cahaya yang terserap oleh
cladding sebagai gelombang evanescent, dijadikan sebagai
indikasi adanya perubahan kelembaban.
Cobalt Chloride (CoCl2) merupakan senyawa kimia.
Suatu senyawa kimia (sering hanya disebut sebagai senyawa)
adalah zat kimia murni yang terdiri dari dua atau lebih unsur
kimia yang berbeda. Dalam kasus Cobalt Chloride ada dua
unsur kimia yang terlibat - Cobalt (Co) dan dikloro (Cl2).
COCl2, merupakan senyawa menarik yang warna perubahan
dalam menanggapi kelembaban. Seiring dengan peningkatan
kelembaban, klorida perubahan warna kobalt dari langit biru
ke ungu ke merah muda.. perubahan mencolok seperti warna
membuat kobalt klorida berguna sebagai indikator
kelembaban pada instrumen cuaca.
B. Kelembaban
Kelembaban udara adalah jumlah uap air di udara
(atmosfer). Kelembaban tinggi artinya ada banyak uap air di
udara, dan kelembaban rendah berarti hanya sedikit uap air di
udara. Kelembaban udara dapat dinyatakan sebagai
kelembaban absolut dan kelembaban nisbi (relatif).
Kelembaban absolut adalah kandungan uap air (dapat
dinyatakan dengan massa uap air atau tekanannya) persatuan
volume (kg/m3). Kelembaban nisbi (relatif) adalah
perbandingan kandungan (tekanan) uap air aktual dengan
keadaan jenuhnya (g/kg)[4]
.
Kelembaban relatif (Relative Humidity / RH) adalah
istilah yang digunakan untuk menggambarkan jumlah uap air
yang terkandung di dalam campuran air-udara dalam fasa gas.
Kelembaban relatif dari suatu campuran udara-air
didefinisikan sebagai rasio dari tekanan parsial uap air dalam
campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada temperatur
tersebut. Kelembaban relatif menggunakan satuan persen dan
dihitung dengan cara berikut :
RH = P (H2O) x100% (3)
P*(H2O)
dimana :
RH adalah kelembaban relatif campuran
P (H2O) adalah tekanan parsial uap air dalam campuran dan
P*( H2O) adalah tekanan uap jenuh air pada temperatur
tersebut dalam campuran.
C. Gelombang Evanescent
Prinsip kerja sensor kelembaban menggunakan serat
optik ini didasarkan pada fenomena absorpsi gelombang
evanescent yang didasarkan pada serapan (atenuasi)
gelombang optik pada cladding. Perubahan nilai indeks bias
cladding gelatin akan menentukan besarnya intensitas cahaya
yang terserap oleh cladding, sehingga juga menentukan
intensitas gelombang optik yang ditransmisikan melalui inti
serat optik
-
3
Gambar 2.1. Gelombang Evanescent (Akhiruddin Maddu
dkk, 2006).
Fenomena gelombang evanescent diperlihatkan pada Gambar
1. Pada saat cahaya menjalar pada serat optik, sebagian
gelombang terserap ke dalam cladding dan energi gelombang
tersebut menghilang secara eksponensial, gelombang
evanescent diberikan oleh persamaan :
(4)
dimana z adalah jarak penjalaran gelombang cahaya, E0 adalah
medan gelombang mula-mula dan dp disebut penetration depth
yang dirumuskan sebagai :
(5)
Penetration depth (dp) adalah kedalaman gelombang
memasuki cladding dan n adalah rasio indeks cladding
terhadap core, dimana n = (ncladd / ncore). Gelombang cahaya
yang memasuki cladding sepanjang dp akan berkurang secara
eksponensial. Dari persamaan di atas tampak bahwa
kedalaman penetrasi gelombang evanescent bergantung pada
nilai indeks bias cladding relatif terhadap indeks bias inti.
Semakin dalam penetrasi gelombang evanescent semakin kecil
intensitas cahaya yang terpandu (ditransmisikan) melalui serat
optik[1]
.
Jika gelombang evanescent ini diserap oleh spesis-spesis
penyerap di sekitar inti serat optik yang berinteraksi dengan
medium sensing, maka akan menghasilkan fenomena
pelemahan refleksi total (attenuated total reflection) sehingga
daya keluaran serat optik akan menurun. Transmisi daya di
dalam serat optik diberikan oleh hukum Beer-Lambert
termodifikasi yang diberikan oleh
P(l) = Po exp (-l) (6)
Dimana l adalah panjang bagian serat optik yang tidak ada
cladding, Po adalah daya yang ditransmisikan melalui serat
optik tanpa adanya sepsis penyerap, dan adalah koefisien
absorpsi gelombang evanescent. Karena = f , maka
persamaan diatas dapat ditulis sebagai
P(l) = Po exp (-fl) (7)
dimana f adalah fungsi daya yang ditransmisikan melalui
cladding dan adalah koefisien absorpsi bulk[1]
.
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Alat dan Bahan
Adapun peralatan dan bahan-bahan yang dipergunakan
dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut ::
LED (Light Emiting Diode)
Power supply (adaptor) 5 volt dan 9 volt
Rangkaian Devider (Pembagi Tegangan)
Hygrometer
Magnetik stirer
LDR
Multimeter
Gelas kimia
Termometer
Serat optik plastik
Alkohol
Serbuk Gelatin
Serbuk CoCl2
3.2 Langkah Pengerjaan
Berdasarkan proses penelitian yang dilakukan terdapat
tahapan pengerjaan secara rinci dapat dilihat pada gambar 3.1
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian
Terdapat beberapa tahapan yang dilakukan dalam
penelitian ini untuk pembuatan device (hardware) sistem
monitoring kelembaban menggunakan serat optik plastik
sebagai media transmisi dan sebagai sensor, secara rinci dapat
dilihat pada diagram blok rancangan pembuatan sistem
monitoring berikut ini :
-
4
Gambar 3.2 Pembuatan Rangkaian Sensor Serat Optik Untuk
Mengukur Kelembaban
Berikut ini adalah langkah-langkah pembuatan sistem
transmisi data menggunakan serat optik plastik :
a. Rangkaian adaptor dengan tegangan output 5 volt
dihubungkan ke dalam LED agar dapat menyalakan lampu
LED superbright merah dengan range kerja tegangan 1,8
Volt 2,1 Volt.
b. LED dicoupling dengan serat optik plastik menuju ke
dalam humidity chamber yang didalamnya terdapat sensor
kelembaban menggunakan serat optik dan humidity sensor.
Kemudian serat optik plastik dikopling lagi ke LDR.
c. Tegangan keluaran dari LDR dimasukkan ke dalam
rangkaian devider untuk selanjutnya ditampilkan oleh
multimeter yang keluarannya berupa tegangan.
Sesuai diagram blok diatas, semua komponen dirangkai
seperti gambar 3.3 berikut ini :
Gambar 3.3 Rangkaian Pengujian Respon Sensor
Kelembaban
Setelah hardware disusun seperti pada gambar 3.3,
kemudian dilakukan pengukuran sensor kelembaban
menggunakan serat optik plastik dengan cladding gelatin +
CoCl2 dengan panjang yang berbeda yaitu 2, 3, dan 4 cm.
Berikut ini adalah langkah-langkahnya:
1. Serat optik plastik dengan cladding gelatin + CoCl2 untuk
panjang 2 cm diletakkan di dalam chamber.
2. Nyalakan power supply dan ukur %RH awal kemudian
%RH diturunkan mulai 70% sampai 65%, setelah itu
dialiri uap air panas yang berasal dari heater melalui pipa
ke chamber hingga RH 94%.
3. Tegangan keluaran (Voutput) dari LDR yang ditampilkan
oleh multimeter dicatat dalam tabel.
Ulangi langkah-langkah diatas untuk panjang cladding gelatin
+ CoCl2 yang lain.
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
A. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 untuk
panjang 2 cm.
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara RH (%) terhadap
tegangan (miliVolt) pada panjang kupasan
cladding 2 cm.
Berdasarkan gambar 4.1 dapat dilihat bahwa sensor
dengan panjang kupasan cladding 2 cm memiliki respon linear
untuk kenaikan RH dengan tegangan dengan tingkat korelasi
antara hasil nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya sebesar
0,957. Pada gambar grafik 4.1 terlihat lingkaran warna hitam
yang menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar
menujukkan bahwa overshoot ini terjadi pada RH 72% dengan
tegangan 453 mV sampai RH 73% dengan tegangan 480 mV.
Perubahan tegangan yang terjadi antara 453 mV dan 480 mV
sebesar 27 mV. Hal ini dikarenakan bahwa pada RH 72%
sampai 73%, uap air dari heater mulai masuk ke dalam
chamber sehingga pori-pori gelatin terisi uap air yang
mengakibatkan gelatin mengalami swelling. Hal ini sesuai
dengan karakteristik dari gelatin.
B. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 untuk
panjang 3 cm.
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara RH (%) terhadap
tegangan (miliVolt) pada panjang kupasan
cladding 3 cm.
-
5
Berdasarkan gambar 4.2 dapat dilihat bahwa sensor
dengan panjang kupasan cladding 3 cm memiliki respon linear
untuk kenaikan RH dengan tegangan dengan tingkat korelasi
antara hasil nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya sebesar
0,961. Pada gambar 4.2 terlihat lingkaran warna merah yang
menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar
menujukkan bahwa overshoot ini terjadi pada RH 72% dengan
tegangan 398 mV sampai RH 73% dengan tegangan 409 mV.
Perubahan tegangan yang terjadi antara 398 mV dan 409 mV
sebesar 11 mV. Pada panjang kupasan cladding 3 cm,
overshoot yang terjadi kecil yaitu sebesar 11 mV, jika
dibandingkan dengan panjang kupasan cladding 2 cm dan 4
cm yang memiliki beda tegangan sebesar 27 mV. Hal ini
dikarenakan tiap panjang kupasan cladding memiliki respon
yang berbeda-beda juga.
C. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 untuk
panjang 4 cm
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara RH (%) terhadap
tegangan (miliVolt) pada panjang kupasan
cladding 4 cm.
Berdasarkan gambar 4.3 dapat dilihat bahwa sensor
dengan panjang kupasan cladding 4 cm memiliki respon linear
untuk kenaikan RH dengan tegangan dengan tingkat korelasi
antara hasil nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya sebesar
0,968. Pada gambar 4.3 terlihat lingkaran warna hijau yang
menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar
menujukkan bahwa overshoot ini terjadi pada RH 72% dengan
tegangan 342 mV sampai RH 73% dengan tegangan 369 mV.
Perubahan tegangan yang terjadi antara 342 mV dan 369 mV
sebesar 27 mV. Pada panjang kupasan cladding 4 cm,
overshoot yang terjadi sama seperti pada panjang kupasan
cladding 2 cm yaitu perubahan tegangan yang terjadi sebesar
27 mV. Tetapi hasil penunjukkan tegangan antara panjang
kupasan cladding 2 cm dan 4 cm berbeda, yaitu pada RH
72%-73%, panjang kupasan cladding 2 cm menghasilkan
tegangan 398 mV-409 mV sedangkan panjang kupasan
cladding 4 cm menghasilkan tegangan 342 mV- 369 mV. Hal
ini dikarenakan tiap panjang kupasan cladding memiliki
respon yang berbeda-beda.
D. Perbandingan antara hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding
gelatin + cocl2 untuk panjang 2, 3, dan 4 cm. Untuk mengetahui perbedaan tiap panjang cladding
terhadap sensitivitas sensor kelembaban menggunakan serat
optik, maka dibuat grafik hubungan antara RH (%) dengan
tegangan (miliVolt). Tanda anak panah pada gambar 4.4
menunjukkan perbedaan range dan span dari tiap-tiap panjang
cladding. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar
grafik 4.4.
Grafik 4.4 Hasil perbandingan antara RH (%) terhadap
tegangan (miliVolt) dengan cladding
gelatin+CoCl2 untuk panjang 2, 3, dan 4 cm.
Berdasarkan gambar 4.4 dapat dilihat bahwa adanya
perbedaan dari ketiga sampel panjang cladding gelatin+CoCl2
untuk 2, 3, dan 4cm. Pada panjang kupasan cladding 2 cm
paling sensitif daripada panjang cladding 3cm dan 4 cm
karena pada panjang kupasan cladding 2 cm, perubahan antara
x (perubahan kenaikan RH) dan y (perubahan kenaikan
tegangan) paling besar jika dibandingkan dengan panjang
kupasan cladding yang lainnya. Namun linearitas yang paling
baik terdapat pada panjang kupasan cladding 3 cm dengan
nilai korelasi 0,961, Jika niai korelasi mendekati nilai 1 maka
sensor tersebut dapat bekerja dengan sangat baik dan range
untuk panjang kupasan cladding 3 cm paling besar, yaitu 80%-
93% dengan span sebesar 13 %.
E. Perhitungan Karakteristik Sensor Kelembaban Karakteristik dalam suatu sensor pengukuran sangat
penting untuk ditampilkan yaitu untuk mengetahui
performansi atau kinerja dari sensor tersebut. Berikut ini
adalah perhitungan karakteristik sensor kelembaban
menggunakan serat optik plastik sebagai media transmisi data
:
a. Range
Range menunjukkan daerah kerja elemen sistem
pengukuran. Range/Jangkauan dapat dibedakan menjadi
dua, yaitu range input dan range output. Range input
merupakan daerah antara Input Minimum hingga Input
Maksimum, sedangakn Range Output merupakan daerah
antara Output Minimum hingga Output Maksimum.
-
6
Berikut ini tabel range untuk tiap-tiap panjang kupasan
cladding :
Tabel 4.1 Range tiap-tiap panjang kupasan cladding
Panjang Kupasan
Cladding
Range
(input)
Range
(output)
2 cm 88-93% 531-568 mV
3 cm 80-93% 420-457 mV
4 cm 87-90% 419-467 mV
Jadi range sensor yang paling lebar yaitu pada panjang
kupasan cladding 3 cm.
.
b. Span
Span merupakan selisih nilai dari daerah antara input
minimum hingga input maksimum atau output minimum
hingga output maksimum dan dapat diketahui dari nilai
Imax I min atau Omax Omin. Berikut ini tabel span untuk
tiap-tiap panjang kupasan cladding :
Tabel 4.2 Span tiap-tiap panjang kupasan cladding
Panjang Kupasan
Cladding
Span
(input)
Span
(output)
2 cm 5% 37 mV
3 cm 13% 37 mV
4 cm 3% 48 mV
Jadi span sensor yang paling besar yaitu pada panjang kupasan
cladding 3 cm dengan RH 13%
.
c. Resolusi
Resolusi merupakan perubahan terkecil pada Input, tanpa
memperhatikan perubahan pada Output.
Resolusi = x 100%
Berikut ini tabel resolusi untuk tiap-tiap panjang kupasan
cladding :
Tabel 4.3 Resolusi tiap-tiap panjang kupasan cladding.
Panjang Kupasan
Cladding
Resolusi
2 cm 0,21
3 cm 0,32
4 cm 0,19
d. Sensitivitas
Sensitivitas merupakan laju perubahan O dengan
bergantung terhadap I dan dapat dituliskan dalam bentuk
berikut ini :
m = dO/dI
Berikut ini tabel resolusi untuk tiap-tiap panjang kupasan
cladding :
Tabel 4.4 Sensitivitas tiap-tiap panjang kupasan cladding
Panjang Kupasan
Cladding
Sensitivitas
(mV/RH)
2 cm 4,61
3 cm 3,04
4 cm 5,16
e. Linearitas
Linearitas merupakan hubungan yang menyatakan sifat
kelinearitasan dari input dan output. Berikut ini tabel
linearitas untuk tiap-tiap panjang kupasan cladding :
Tabel 4.5 Linearitas tiap-tiap panjang kupasan cladding
Panjang Kupasan
Cladding
Linearitas
2 cm 0,95
3 cm 0,96
4 cm 0,96
f. Eror
Eror adalah perbedaan nilai hasil pengukuran dengan nilai
hasil sebenarnya. Berikut ini tabel eror untuk tiap-tiap
panjang kupasan cladding :
Tabel 4.6 Eror tiap-tiap panjang kupasan cladding
Panjang Kupasan
Cladding
Eror
(%)
2 cm 4,77
3 cm 4,57
4 cm 4,06
F. Pembahasan Sensor kelembaban menggunakan serat optik plastik
pada cladding berbahan gelatin+CoCl2 ini sangat sensitif
terhadap perubahan kelembaban udara. Bahan gelatin dan
CoCl2 ini mempunyai persamaan sifat yaitu higroskopi (sifat
bahan yang mampu menyerap air). Ketika jumlah uap air
didalam chamber meningkat maka kelembaban udara juga
akan meningkat. Jika semakin banyak uap air yang diserap
oleh lapisan gelatin+ CoCl2, maka kerapatan lapisan tersebut
akan semakin berkurang atau merenggang yang menyebabkan
indeks bias lapisan gelatin+CoCl2 semakin besar. Sehingga
loss pada sensor kelembaban yang menggunakan serat optik
semakin besar yang berakibat intensitas yang dihasilkan
semakin kecil. Jadi hambatan di LDR semakin besar dan
tegangan yang dihasilkan juga semakin besar. Berdasarkan
teori tersebut, jika dibandingkan dengan hasil pengukuran
sensor kelembaban yang menggunakan serat optik ini sangat
cocok. Hal ini dibuktikan dengan persamaan berikut ini :
Dari persamaan diatas dapat dianalisis, jika loss (dp)
semakin besar maka ncladding juga semakin besar. Berdasarkan
grafik 4.4 dapat dilihat bahwa dari ketiga kurva tersebut
mengalami kenaikan kurva tidak begitu linear untuk tiap
kenaikan %RH dan kenaikan tegangan, selain itu dari ketiga
kurva tersebut terjadi overshoot pada 72%-73%RH. Hal ini
dikarenakan bahwa pada 72%-73%RH, uap air dari heater
mulai masuk ke dalam chamber sehingga pori-pori gelatin
terisi uap air yang mengakibatkan gelatin mengalami swelling.
Hal ini sesuai dengan karakteristik dari gelatin. Untuk tiap
panjang kupasan cladding dengan rentang pengukuran 65%-
94%RH memiliki rentang daerah sensitif berbeda-beda. Hal
ini dapat dilihat pada tabel 4.5.1 yang menunjukkan bahwa
untuk panjang kupasan cladding 3 cm memiliki daerah rentang
sensitivitas yang paling lebar yaitu 80%-93% dengan nilai
-
7
korelasi sebesar 0,96. Jika dibandingkan dengan penelitian
sebelumnya, dengan judul Pengembangan Probe Sensor
Kelembaban Serat Optik Dengan Cladding Gelatin dengan
range 42%-99%RH memiliki respon terbaik pada range 60%-
72%RH dengan nilai korelasi sebesar 0,83. Hal ini berarti,
sensor kelembaban yang menggunakan serat optik dengan
cladding gelatin+CoCl2 lebih baik daripada sensor
kelembaban dengan cladding gelatin. Sehingga cladding yang
ditambahi dengan bahan CoCl2 dapat meningkatkan
sensitivitas untuk sensor kelembaban.
Sensor kelembaban yang paling sensitif dan bagus
terdapat pada panjang kupasan cladding 4 cm. Hal ini
dibuktikan pada tabel 4.5.3 menunjukkan bahwa nilai resolusi
yang paling kecil terdapat pada panjang kupasan cladding 4
cm yaitu 0,19 RH. Tabel 4.5.4 menunjukkan bahwa nilai
sensitivitas yang paling besar terdapat pada panjang kupasan
cladding 4 cm yaitu 5,16mv/%RH. Tabel 4.5.5 menunjukkan
bahwa nilai linearitas yang paling besar terdapat pada panjang
kupasan cladding 4 cm yaitu 0,96. Pada tabel 4.5.6
menunjukkan bahwa nilai eror yang paling kecil terdapat pada
panjang kupasan cladding 4 cm yaitu 4,06%. Pada panjang
kupasan cladding 4 cm lebih sensitif dikarenakan tebal lapisan
gelatin+CoCl2 untuk panjang 4 cm lebih tipis yaitu 10m
dibandingkan dengan tebal lapisan untuk panjang 2 cm yaitu
30m dan tebal lapisan untuk panjang 3 cm yaitu 20m.
Sensitivitas sensor juga dipengaruhi oleh ketebalan lapisan
cladding gelatin+CoCl2. Jika lapisan semakin tipis, maka
sensitivitas semakin baik.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat
diamati hubungan antara RH dengan tegangan keluaran
detektor, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
Lapisan cladding gelatin+CoCl2 dapat diaplikasikan
sebagai elemen sensor kelembaban, karena sifat optik
gelatin+CoCl2 yang sensitif terhadap uap air
disamping dapat merespon perubahan kelembaban
udara dari 65%-94%RH.
Semakin panjang cladding gelatin+CoCl2, maka
semakin besar loss yang ditimbulkan, namun jika
tebal lapisan semakin tipis, maka sensitivitas sensor
kelembaban semakin tinggi.
Dari ketiga jenis ukuran panjang cladding
gelatin+CoCl2 (2, 3, dan 4 cm) didapatkan bahwa
pada panjang cladding 4 cm merupakan sensor yang
paling baik daripada panjang cladding 2cm dan 4cm
dengan respon terbaik pada rentang kelembaban
87%- 93%RH, dengan nilai korelasi sebesar 0,96.
B. Saran
Saran yang bisa disampaikan untuk mengembangkan
penelitian ini adalah :
Dilakukan perancangan sensor kelembaban
menggunakan serat optik plastik pada cladding
gelatin + CoCl2 dengan jumlah sampel ukuran
panjang cladding yang lebih banyak, agar didapatkan
hasil yang lebih baik
VI. DAFTAR PUSTAKA
[[1] Akhiruddin Maddu dkk, 2006. Pengembangan Probe
Sensor Kelembaban Serat Optik Dengan Cladding
Gelatin, 45-50.
[2] Anu Vijayan et al, 2008. Optical Fiber Based Humidity
Sensor Using Co-Polyaniline Clad. University Of Pune
: India.
[3] B. D. Gupta et al, 2001. A Novel Probe For A Fiber
Optic Humidity Sensor. Indian Institute Of Technology
Delhi : India.
[4] Bentley, John P, 1995. Principles Of Measurement
Systems 3rd edition. Prentice Hall : USA.
[5] CoCl2. www.wikipedia.org, 2 juni 2011
[6] Dimas Yoga M, 2011. Rancang Bangun Sistem
Transmisi Data Menggunakan Serat Optik Plastik
Untuk Pengukuran Suhu. ITS : Surabaya.
[7] Francisco J. Arregui et al, 2003. An Experimental Study
About Hydrogels For The Fabrication Of Optical
Fiber Humidity Sensors. Spain.
[8] Gelatin. www.wikipedia.org, 6 Juni 2011
[9] Higrometer. www.wikipedia.org, 18 februari 2011
[10] Kelembaban Relatif. www.wikipedia.org, 10 April 2010
[11] Keiser, Gerd, 1991. Optical Fiber Communication.
McGraw-Hill Book : Singapore.
[12] LED. www.wikipedia.org, Februari 2011
[13] LDR. www.wikipedia.org, 20 Oktober 2010
[14] M. Chaplin, 2003. Gelatin. www.wikipedia.org.
[15] Sunil K. Khijwania et al, 2005. An Evanescent Wave
Optical Fiber Relative Humidity Sensor With
Enhanced Sensitivity. Mississippi State University :
USA.
[16] Shinzo Muto, 2003. A Plastic Optical Fiber Sensor For
Real-Time Humidity Monitoring. University Of
Yamanashi : Japan.
[17] T. L. Yeo et al, 2008. Fiber Optic Sensor Technologies
For Humidity And Moisture Measurement. City
University : London
[18] Widyana, 2010. Perancangan Sensor Serat Optik
untuk Pengukuran Pergeseran Obyek dalam
Orde Mikrometer Menggunakan Serat Optik
Multimode. ITS : Surabaya.
Biodata Penulis:
Nama : Vidia Ayu Seta
NRP : 2407 100 036
TTL : Nganjuk, 12 Juli 1989
Alamat : Jl. Keputih Perintis 1A No 4
Surabaya
Riwayat Pendidikan:
SDN Ganung Kidul I Nganjuk
(1996-2001)
SMP Negeri 1 Nganjuk
(2001-2004)
SMA Negeri 2 Nganjuk
(2004-2007)
Jurusan Teknik Fisika ITS
(2007-2011)
-
8