SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART,...

Majelis Guru Besar

Institut Teknologi Bandung

Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010 Hak cipta ada pada penulis80

Majelis Guru Besar


Pidato Ilmiah Guru Besar

Institut Teknologi Bandung27 Maret 2010

Profesor Mitra Djamal

SENSOR DAN SISTEM SENSOR:

STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN

PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA

DI MASA DEPAN

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010ii iii

SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI

DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

Disampaikan pada sidang terbuka Majelis Guru Besar ITB,

tanggal 27 Maret 2010.

Judul:

SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI

DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

Disunting oleh Mitra Djamal

Hak Cipta ada pada penulis

Data katalog dalam terbitan

Bandung: Majelis Guru Besar ITB, 2010

viii+78 h., 17,5 x 25 cm

1. Teknologi 1. Mitra Djamal

ISBN 978-602-8468-11-4

Hak Cipta dilindungi undang-undang.Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara

elektronik maupun mekanik, termasuk memfotokopi, merekam atau dengan menggunakan sistem

penyimpanan lainnya, tanpa izin tertulis dari Penulis.

UNDANG-UNDANG NOMOR 19 TAHUN 2002 TENTANG HAK CIPTA

1. Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau memperbanyak suatu

ciptaan atau memberi izin untuk itu, dipidana dengan pidana penjara paling lama

dan/atau denda paling banyak

2. Barang siapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual

kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait

sebagaimana dimaksud pada ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama

dan/atau denda paling banyak

7 (tujuh)

tahun Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah).

5

(lima) tahun Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

Mitra Djamal

Dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa

yang telah diusahakannya. Dan bahwasanya usahanya itu kelak

akan diperlihatkan (kepadanya). Kemudian akan diberi balasan

kepadanya dengan balasan yang paling sempurna.

--- QS An Najm: 39-41 ---

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

PENGANTAR

Segala puji dan syukur kita persembahkan kepada Allah yang Maha

Rahman lagi Maha Rahim, yang telah memberikan ilmu dan hikmah

kepada hamba-Nya. Berkat kemudahan-kemudahan yang diberikan-Nya

pada penulis, memungkinkan penulis mampu menyelesaikan dan

menyampaikan orasi ini sebagai bentuk komitmen dan pertanggung-

jawaban akademik penulis yang mendapat amanah jabatan Guru Besar.

Terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Majelis Guru Besar

Institut Teknologi Bandung yang telah memberi kesempatan penulis

untuk menyampaikan orasi berjudul

Besarnya kompetisi di pasar bebas mengharuskan pengembangan

instrumen yang terus menerus, baik dari sisi kualitas, harga maupun

keandalannya. Meningkatnya kebutuhan untuk otomatisasi, keamanan

dan kenyamanan menggiring orang untuk mengembangkan sensor dan

sistem sensor baru dengan prinsip dan metoda yang berbeda-beda.

Jumlah sensor dan sistem sensor yang diperlukan juga meningkat. Saat ini

teknologi sensor telah memasuki bidang aplikasi baru dan pasar yang

semakin meluas seperti otomatif dan rumah cerdas . Pada

waktu yang bersamaan sensor dan sistem sensor juga menempati posisi

yang sangat penting untuk penelitian dan pengembangan hampir di

semua bidang.

Dalam tulisan ini disajikan beberapa fakta perkembangan teknologi

“Sensor dan Sistem Sensor: State of

the Art, Kontribusi dan Perspektif Pengembangannya di Masa Depan”

(smart home)

iv v

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

sensor pada saat ini, yang meliputi struktur sensor, teknologi pembuatan-

nya, dan proses pengolahan sinyalnya. Ke tiga komponen ini memegang

peranan yang sangat penting bagi perkembangan bidang sensor dan

sistem sensor. Beberapa kontribusi utama penulis dalam bidang sensor

dan sistem sensor dipaparkan dalam bagian ke dua tulisan ini. Kontribusi

itu meliputi pengembangan sensor koil datar dan aplikasinya untuk

mengukur getaran, pengembangan sensor magnetik dan

beberapa aplikasi penerapannya, dan pengembangan material

dan aplikasinya. Perspektif pengembangan sensor dan

sistem sensor di masa mendatang dipaparkan pada bagian ke tiga tulisan

ini. Beberapa pengamat memprediksi bahwa masa mendatang akan

ditandai oleh era otomatisasi atau robotisasi. Untuk ini diperlukan

banyak sekali sensor yang murah, ringan, berukuran kecil, , dan

dilengkapi dengan sistem komunikasi wireless. Era ini disebut juga

sebagai era sensorisasi. Suatu tantangan yang menarik.

Besar harapan kami tulisan ini dapat memberi manfaat pada bidang

sensor dan sistem sensor khususnya dan ilmu pengetahuan dan industri

umumnya.

Wassalam,

Bandung, 27 Maret 2010

fluxgate

Giant

Magnetoresistance

full

reliably

Mitra Djamal

vi vii

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

DAFTAR ISI ................................................................................................. v

1. PENDAHULUAN ............................................................................... 1

2. STATE OF THE ART TEKNOLOGI SENSOR ................................. 3

2.1. Struktur Sensor ............................................................................. 4

2.2. Teknologi Sensor ........................................................................... 9

2.3. Pengolahan Sinyal ......................................................................... 9

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

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

3. KONTRIBUSI RISET DAN PENGEMBANGAN ............................ 13

3.1. Sensor Berbasis Koil Datar........................................................... 14

3.1.1 Sensor Getaran ..................................................................... 15

3.1.2 Pemodelan Sensor Getaran ................................................ 18

3.1.3 Tranformasi Fourier ............................................................ 21

3.2. Sensor Berbasis Fluxgate ............................................................. 28

3.2.1. Prinsip Sensor Fluxgate ..................................................... 28

3.2.2. Desain dan Pengembangan Sensor Fluxgate ................. 32

3.2.3. Pengembangan Sensor Fluxgate dengan

Teknologi PCB ..................................................................... 34

3.2.4. Aplikasi Sensor Fluxgate ................................................... 35

3.2.4.1. Sebagai Sensor Medan Magnet Lemah DC ....... 36

DAFTAR ISI

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

R&D3% rumah

3%lingkungan

3%

otomotif26%

teknologipengolahan

19%

perlengkapanprofesional

4%

komunikasi &IT9%

medis10%

bangunan11%

lainnya12%

viii 1

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

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

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

3.2.4.5. Sebagai Sensor Getaran ........................................ 42

3.3. Sensor berbasis Material GMR .................................................... 44

3.3.1.Pendahuluan ........................................................................ 44

3.3.2.Prinsip GMR ......................................................................... 46

3.3.3.Aplikasi Sensor GMR .......................................................... 50

3.3.3.1. Pengukuran Medan Magnetik ............................ 50

3.3.3.2. Pengukuran Arus .................................................. 51

3.3.3.3. Pengukuran Putaran ............................................. 52

3.3.3.4. Aplikasi GMR untuk Biosensor .......................... 54

4. PENGEMBANGAN SENSOR DI MASA DEPAN: SUATU

PERSPEKTIF ......................................................................................... 55

4.1. Revolusi Industri Tahap ke Tiga ................................................. 55

4.2. Sistem Sensor Smart Terintegrasi ............................................... 58

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

REFERENSI .................................................................................................. 63

CURRICULUM VITAE .............................................................................. 71

SENSOR DAN SISTEM SENSOR:

STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF

PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN

1. PENDAHULUAN

Besarnya kompetisi di pasar bebas mengharuskan pengembangan

instrumen yang terus menerus baik dari sisi kualitas, harga maupun

keandalannya. Meningkatnya kebutuhan untuk otomatisasi, keamanan

dan kenyamanan menggiring orang untuk mengembangkan sensor dan

sistem sensor baru dengan prinsip dan metoda yang berbeda-beda.

Jumlah sensor dan sistem sensor yang diperlukan juga meningkat. Saat ini

teknologi sensor telah memasuki bidang aplikasi baru dan pasar yang

semakin meluas seperti otomatif dan rumah cerdas . Pada

waktu yang bersamaan sensor dan sistem sensor juga menempati posisi

yang sangat penting untuk penelitian dan pengembangan hampir di

semua bidang.

[1]

[2] [3](smart home)

Gambar 1:

Ekstrapolasi data kebutuhan sensor

tahun 2010 [4]

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

radiasi

mekanik

termal

kimia

magnet

listrik

pengolahan

sinyal

rasio kinerja

terhadap biaya

teknologi

2 3

Dari data mengenai pasar sensor dunia diketahui bahwa perkem-

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

kat 4.5% setiap tahunnya, dengan prediksi komposisi kebutuhan pada

tahun 2010 ditunjukkan pada Gambar 1. Terlihat bahwa pasar otomotif

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

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

Tantangan utama teknologi sensor masa kini adalah mengukur

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

meningkatkan nilai informasi sensor dengan menggunakan metoda-

metoda pengukuran yang sudah dikenal. Dalam pengembangan sensor

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

pengukuran-pengukuran khusus perlu dikembangkan untuk meningkat-

kan kemampuan sensor. Dalam hal ini perlu dikompromikan antara

biaya dan permintaan.

[4]

[5]

[6]

Gambar 2: Performansi sensor sebagai fungsi dari teknologi yang digunakan

dan sistem pengolah sinyalnya .[5]

Peningkatan kemampuan sensor secara umum dapat dicapai dengan

melakukan pemilihan yang tepat terhadap teknologi manufaktur,

struktur sensor dan pengolah sinyalnya. Penggunaan teknologi baru

untuk menghasilkan sensor-sensor tertentu tidak langsung berkaitan

dengan peningkatan kemampuan sensor secara menyeluruh. Semakin

banyak langkah-langkah teknologi proses yang dilakukan dalam

membuat sensor atau sistem sensor maka akan semakin rumit teknik-

teknik yang diperlukan untuk mengatasi efek-efek sensor yang tidak

diinginkan. Oleh karena itu untuk mendapatkan kemampuan sensor atau

sistem sensor yang optimal perlu dipilih kombinasi yang tepat antara

teknologi dengan sistem pengolah sinyal yang digunakan seperti dapat

dilihat pada Gambar 2.

Secara umum sensor didefinisikan sebagai piranti yang mengubah

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

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

[5]

[7]

2. STATE OF THE ART TEKNOLOGI SENSOR

Gambar 3:

Definisi sensor [7]

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

StrukturSensor

PengolahanSinyal

TeknologiManufaktur

4 5

Kemampuan suatu sensor atau sistem sensor ditentukan oleh

interaksi yang kuat dari tiga komponen utama pembentuknya, seperti

struktur sensor, teknologi manufaktur dan algoritma pengolah sinyal-

nya. Perkembangan teknologi sensor juga dipengaruhi oleh perkem-

bangan dari ketiga bidang ini (Gambar 4).

[1]

2.1. Struktur Sensor

Bagian inti suatu sistem sensor adalah elemen sensor. Bagian ini

mengubah besaran fisika atau kimia yang diukur menjadi sinyal analog

elektronik (Gambar 5). Sinyal analog ini oleh unit pra pengolah sinyal

diubah menjadi sinyal digital.

Gambar 4: Tiga komponen utama pembentuk teknologi sensor .[1]

Gambar 5: Struktur dasar suatu sistem sensor .[1]

Dengan semakin murahnya piranti pengubah sinyal analog ke digital,

sistem pengolah sinyal semakin bergeser dari sistem level tinggi ke level

sensor. Adanya fasilitas pengolahan sinyal digital pada sensor berkon-

tribusi pada peningkatan kemampuan sensor, misalnya untuk mengatasi

variasi keluaran sensor akibat proses fabrikasi yang dapat dilakukan

dengan mudah saat konfigurasi sensor. Untuk memudahkan integrasi

antara sistem sensor dengan sistem level yang lebih tinggi diperlukan

suatu sistem antarmuka yang tepat. Sistem ini dipenuhi oleh bus sensor.

antarmuka

sensorbesaran

yang diukur

sinyal analog

sinyal digital

pra-pengolah sinyal

sinyal kompatibel bus

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

m Sensor Posisi

Defleksi

z

GayaInersia

GayaPemulih

Fa

Fel

I

pengolahan sinyal

pra-pengolahsinyal

sensor

unit tes mandiri dankalibrasi mandiri

informasi tambahantentang perilaku sensor

besaran yangdiukur

parametereksitasi

Besaran hasilpengukuran

6 7

Gambar 6: Struktur sensor dengan tes mandiri dan kalibrasi mandiri .[1]

Dalam perkembangan belakangan ini, sistem sensor dilengkapi

dengan sistem tes mandiri (selft test) dan sistem kalibrasi mandiri

yang terintegrasi dalam proses desain. Desain sensor semacam

ini memberikan banyak keuntungan, antara lain peningkatan kehandalan

dan mereduksi biaya instalasi dan biaya pemeliharaan. Struktur sensor

dengan sistem tes mandiri dan kalibrasi mandiri berbeda dengan struktur

sistem sensor standar, karena disini diperlukan informasi tambahan

tentang perilaku sensor (Gambar 6). Secara umum, diperlukan informasi

khusus tentang perilaku sensor dan batasan kemampuan sensor.

Keadaan sensor dapat dimonitor dengan membandingkan keluaran

sensor dengan nilai keluaran yang diprediksi berdasarkan hubungan

(self

calibration)

[1]

yang telah diketahui sebelumnya. Sebagai contoh sensor percepatan

dengan struktur lingkar tertutup (Gambar 7). Gaya inersia

yang bekerja pada massa dikompensasi oleh gaya pemulih yang

dihasilkan secara elektronik. Dalam hal ini, test mandiri dapat dilakukan

dengan menggunakan gaya pemulih yang sudah diketahui.

(closed loop)

[6]

Untuk kalibrasi mandiri, keluaran sensor dari masukan yang sudah

tertentu digunakan untuk menghitung parameter sensor. Melalui

kalibrasi mandiri, pengaruh efek penuaan dapat diperhitungkan,

sehingga batas ketelitian pengukuran selama proses pengukuran dapat

dijamin. Penempatan test mandiri dan kalibrasi mandiri secara

terintegrasi di dalam sistem sensor memungkinkan desain sistem sensor

yang bebas kalibrasi. Sebagai contoh pengukuran temperatur bebas

Gambar 7: Sensor percepatan dengan struktur lingkar tertutup .[6]

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 20108 9

kalibrasi berdasarkan prinsip hubungan p-n yang telah dikembangkan

oleh Kanoun.[8]

Metoda yang dikembangkan [8] mengukur temperatur dengan

menggunakan arus sebagai besaran pengarah . Dengan

cara ini ketergantungan pada sifat-sifat sensor dapat dieliminasi.

Keuntungan utama dari metoda ini adalah bahwa karakteristik i-u dari

suatu hubungan p-n tidak dipengaruhi oleh variasi manufaktur dan

semua parameter dapat diukur secara simultan. Proses perhitungan ini

diulang pada setiap proses pengukuran temperatur, sehingga tidak ada

parameter yang tidak diketahui yang harus ditentukan sebelum

pengukuran. Prinsip pengukuran ini memungkinkan pengukuran

(steering quantity)

Gambar 8: Pengukuran temperatur bebas kalibrasi berdasarkan

prinsip hubungan p-n karakteristik i-u. [8]

temperatur tanpa mengkalibrasi sensor pada temperatur referensi.

Perkembangan yang sangat pesat pada teknologi sensor saat ini

dimungkinkan karena adanya teknologi mikro. Teknologi ini menawar-

kan biaya produksi yang murah, ukuran yang lebih kecil, konsumsi daya

yang lebih rendah, dan kehandalan yang lebih tinggi dibandingkan

teknologi yang sebelumnya.

Diantara teknologi-teknologi mikro yang ada,

adalah teknologi mikro yang paling banyak dikembangkan orang. Hal

ini disebabkan karena bahan silisium mempunyai sifat-sifat yang baik,

seperti bebas dari kesalahan histeresis dan mempunyai sifat mekanik yang

baik.

Adanya fluktuasi beberapa parameter yang terjadi selama proses

fabrikasi, menyebabkan terjadinya variasi manufaktur. Faktor-faktor

pengaruh seperti temperatur, tekanan, dan kelembaban dapat

mempengaruhi karakteristik sensor. Efek penuaan dalam beberapa hal

dapat mempengaruhi karakteristik sensor, seperti perubahan sensitivitas

atau pergeseran titik nol.

2.2. Teknologi Sensor

2.3. Pengolahan Sinyal

silicon micromachining

[9,10]

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Elemen Sensor

Faktor -Faktor

pengaruh

Besaran

yang diukur

Rangkaian Operasi

Perlindungan terhadap

kelebihan tegangan

Penguatan ,

Linierisasi,

Konversi Sinyal

Pengolahan

Sinyal Analog

A/D-Converter

Amplitudo

Frekuensi

Koreksi terhadap

faktor pengaruh ,

Toleransi Manufaktur ,

Efek lama

penyimpanan

Perhitungan dari

Nilai Pengukuran

Pengolahan

Sinyal Digital

Model

Nilai

yang diukur

Antarmuka Sensor

Besaran

yang diukurSinyal

Sensor

PerbedaanManufaktur

Faktor - faktorpengaruh

EfekPenuaan

Pengolahan Sinyal

10 11

Gambar 9: Pengolahan sinyal sensor. [1]

Pengolahan sinyal sensor ditujukan untuk mengatasi efek-efek

pengaruh sehingga didapat nilai yang terbaik dari hasil

pengukuran (Gambar 9). Dengan teknik pengolahan sinyal yang sesuai

maka karakteristik sistem sensor dan ketelitiannya dapat ditingkatkan

secara signifikan.

Sinyal keluaran dari suatu elemen sensor seringkali lemah atau sangat

lemah. Untuk mendapatkan keluaran yang baik, sinyal ini perlu

diperkuat, proses penguatan ini dilakukan oleh bagian pra pengolah

sinyal. Dalam proses pra pengolah sinyal dilakukan beberapa hal, antara

lain: pengukuran-pengukuran khusus untuk memastikan proses,

(influence factors)

2.3.1. Pengolahan sinyal sensor secara individu

pemilihan struktur sensor, penguatan sinyal, penyekalaan, linierisasi, dan

konversi sinyal (Gambar 10).

Gambar 10: Pengolahan sinyal sensor secara individu .[1]

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201012 13

Sensor ultrasonik sangat peka terhadap gangguan panas, misalnya

akibat turbulensi udara dan akibat pergerakan gorden. Sensor gelombang

mikro dapat mendeteksi objek di luar ruang pengamatan dan dapat

memberikan informasi yang salah akibat gangguan gelombang elektro-

magnetik. Kombinasi dari ke dua detektor ini dan penggunaan pengolah

sinyal yang tepat memberikan hasil deteksi yang lebih dipercaya

, karena ke dua sensor dipengaruhi oleh gangguan-gangguan

yang berbeda.

Sistem multi sensor juga digunakan untuk mengukur konsentrasi gas.

Penggunaan satu sensor untuk mengukur konsentrasi gas biasanya tidak

cukup untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat. Penggunaan

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

terlalu mahal, sehingga sulit diterapkan untuk banyak hal. Penggunaan

beberapa sensor gas yang harganya relatif murah dalam suatu sistem

multi sensor dapat meningkatkan kehandalan dan ketepatan hasil

pengukuran yang cukup signifikan.

Sedikitnya ada 3 topik riset utama yang telah dikembangkan dan

masih berjalan sampai saat ini, yakni sensor berbasis koil datar, sensor

berbasis fluxgate, dan pengembangan material sensor berbasis bahan

(GMR).

(reliability)

Giant Magnetoresistance

[12]

3. KONTRIBUSI RISET DAN PENGEMBANGAN

Gambar 11: Pengenalan objek menggunakan sistim multi sensor. [11]

2.3.2. Pengolahan sinyal sistem multi sensor

Secara umum, sistem satu sensor hanya dapat menghasilkan

informasi dari suatu keadaan lingkungan, sedangkan sistem multi sensor

mengkombinasikan banyak data yang dihasilkan dari banyak sensor yang

bekerja dengan prinsip yang sama dan/atau berbeda untuk mengukur

besaran yang sama. Tujuan penggunaan sistem multi sensor adalah

mendapatkan efek-efek sinergi untuk meningkatkan kualitas dan

keberadaan informasi dari keadaan lingkungan yang sama.

Umumnya sistem multi sensor digunakan untuk mendapatkan

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

bisa diperoleh hanya dari satu sensor saja. Sebagai contoh penggunaan

sensor ultrasonik dan sensor gelombang mikro untuk

mendeteksi keberadaan suatu objek, misalnya penyusup

(Gambar 11).

(microwave)

(intruder)

[11]

objek

v

Rx

Tx

TxRx

Modul

Ultrasonik

Modul

Gelombang

Mikro

A/D

A/D

m(t)

v(t)

Unit pengolahan

Pergeseran Doppler

Δl0

Pergeseran Doppler

Δl0

Koinsidens

frekuensi

Gerak/kecepatanv

m

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201014 15

3.1. Sensor berbasis koil datar

Gambar 12 menunjukkan sistem sensor koil datar. Prinsip fisis sebuah

sensor koil datar adalah berdasarkan arus eddy. Jika pada koil datar

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

pada bahan konduktor akan terjadi arus eddy. Arus eddy ini akan

menghasilkan induksi magnetik. Induktansi total antara koil datar

dengan bahan konduktor merupakan fungsi dari jarak antara ke

duanya.

Elemen sensor digunakan sebagai bagian dari osilator LC. Frekuensi

resonansi osilator adalah fungsi dari jarak. Dengan menggunakan

rangkaian PLL dilakukan perubahan dari frekuensi

resonansi menjadi tegangan. Gambar 13 menunjukkan tegangan keluaran

sensor sebagai fungsi jarak.

[13]

[14,15,16]

(Phase Locked Loop)

Gambar 12: Sensor koil datar: (a) elemen koil datar dan

(b) elemen koil datar di depan suatu bahan konduktor.

(a) (b)

Gambar 13: Tegangan keluaran sensor sebagai fungsi jarak.

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

mV/µm.

Salah satu aplikasi dari elemen koil datar adalah sensor getaran.

Sistem sensor getaran ini terdiri dari elemen koil datar, massa seismik,

pegas dan kerangka (Gambar 14b). Sistem sensor ini telah dipatenkan.

3.1.1. Sensor getaran

[15]

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

dan (b) diagram blok sensor.

objek

H

Djdj

h

koil datar

1

2

3

4

4

3

2

1

pegas massa seismik

bodi

elemen koil datar

(a) (b)

800

600

400

200

00 50 100 150 200

Vo (mV)

jarak ( m)�

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201016 17

Sensor getaran ini ditempelkan pada objek yang akan diukur

getarannya. Getaran suatu objek akan menggetarkan kerangka sensor.

Getaran pada kerangka sensor akan menggetarkan massa seismik. Elemen

koil datar yang diletakkan di depan massa seismik digunakan untuk

mengukur posisi massa seismik setiap saat. Dengan mengetahui posisi

massa seismik setiap saat maka dapat ditentukan frekuensi dan amplitudo

getaran yang diukur.

Menurut hukum Hooke , jika amplitudo getaran massa seismik

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

datar akan mengukur posisi dari massa seismik secara dinamis. Menurut

hukum Nyquist, minimum frekuensi sampling harus dua kali dari

frekuensi sistem bergetar . Dengan menggunakan

[17]

[18] Fast Fourier

Gambar 15: Desain massa seismik dan pegas.

Gambar 16: Sistem getaran harmonik sederhana.

Gambar 16 memperlihatkan sebuah sistem getaran harmonik

sederhana. Dari hukum Hooke diperoleh hubungan:

, (1)

dengan masing-masing massa seismik, percepatan massa

seismik, tetapan pegas dan perpindahan pegas. Frekuensi resonansi dari

massa seismik adalah:

(2)

Karakteristik dari sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan

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

kepekaan massa seismik memiliki nilai maksimalnya. Dengan memilih

nilai dan yang tepat dari bahan sensor, dapat ditentukan f yang sesuai

dengan frekuensi kerja sensor. Gambar 17 menunjukkan karakteristik dari

m, a, k, y

k m 0

kyma

m

kπf

2

10

Gambar 15 menunjukkan desain massa seismik dan pegas. Untuk

keperluan ini diperlukan bahan dengan kelentingan yang baik. Bahan

dengan spesifikasi seperti ini dipenuhi oleh CuBe.

massa seismik m

pegas

Transformation (FFT), data posisi diubah menjadi frekuensi.

Hubungan antara massa seismik, tetapan pegas, frekuensi dan

amplitudo getaran dapat ditentukan dengan model getaran harmonik

sederhana.

k

my

deteksi getaran

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

percepatan (g)

V0

(mV

)

f = 50 Hz

63

8

10

125

f = Hz

f = 0 Hz

f = 0 Hz

f = Hz

18 19

Gambar 17: Karakteristik sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan.

3.1.2. Pemodelan Sensor Getaran

Kalibrasi dilakukan untuk menentukan karakteristik dari sensor

getaran yang dikembangkan. Sebagai kalibrator, sebuah sistem-kalibrator

Bruel & Kjaer Type 4345 digunakan. Gambar 18 menunjukkan tegangan

keluaran sensor sebagai fungsi percepatan pada frekuensi yang berbeda-

beda. Dari Gambar 18 terlihat adanya hubungan linier antara percepatan

dan tegangan keluaran sensor. Melalui pendekatan garis lurus dapat

ditentukan model matematis sistem sensor getaran dengan tegangan

keluaran sensor sebagai fungsi dari frekuensi dan amplitudo getaran

dalam bentuk:

afmf,aVo(3)

dengan dan masing-masing adalah percepatan, frekuensi, dan

kemiringan kurva. Parameter kemiringan m adalah fungsi dari frekuensi.

Dari Gambar 19, dengan menggunakan pendekatan matematika

diperoleh hubungan:

(4)

a, f, m

f.

f..fm

00601

3300315

Gambar 18: Tegangan keluaran sensor sebagai fungsi percepatan

pada frekuensi yang berbeda-beda.

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

sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan pada percepatan 0.2 g.

Tegangan keluaran diukur sebagai fungsi dari frekuensi. Frekuensi

resonansi sistem pegas dicapai pada frekuensi 155 Hz.

f (Hz)

V0

(Vp

p)

V0 (Vpp)

0 50 100 150 200

30

25

20

15

10

5

0

Model untuk f= 50 Hz

63

8

10

125

Model untuk f= Hz

Model untuk f= 0 Hz

Model untuk f= 0 Hz

Model untuk f= Hz

Pengukuran untuk f= 50 Hz

63

8

10

125

Pengukuran untuk f= Hz



Pengukuran untuk f= Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

percepatan (g)

V0

(mV

)

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201020 21

Dengan memasukkan persamaan (4) ke persamaan (3) diperoleh

tegangan keluaran sebagai fungsi dari frekuensi dan amplitudo getaran:

(5)

Berdasarkan model matematis sensor pada persamaan (5) dapat

ditentukan kesalahan relatif sensor yang dikembangkan (Gambar 21).

Dari Gambar 21 diketahui bahwa kesalahan relatif sensor yang

dikembangkan lebih kecil dari 3%. Pada frekuensi 50 Hz terdapat

kesalahan yang cukup besar. Kesalahan ini berasal dari jaringan listrik.

Sensor posisi mengukur massa seismik sebagai fungsi dari waktu.

Untuk getaran, dua informasi yang diperlukan, yaitu amplitudo dan

frekuensi. Kedua informasi dapat diperoleh secara langsung dengan

menggunakan transformasi Fourier. Dengan menggunakan transformasi

Fourier data posisi diubah menjadi frekuensi. Puncak spektrum

transformasi Fourier menunjukkan komponen frekuensi dan amplitudo

menunjukkan kuat getaran. Misalnya fungsi posisi massa seismik adalah

dan transformasi Fourier dalam bentuk :

(6)

Menurut hubungan Parseval, dapat dilihat bahwa ada korelasi linear

antara amplitudo posisi dan amplitudo transformasi Fourier .

Oleh karena data posisi dari massa seismik dan waktu diambil secara

diskrit, maka dibutuhkan transformasi Fourier waktu diskrit atau

(DFT).

3.1.3. Transformasi Fourier

x(t) X( )

Discrete-time Fourier Transform

�

(7)

[18]

f.

af..f,aVo

00601

3300315

Gambar 20: Parameter kemiringan m sebagai fungsi frekuensi.

Gambar 21: Kesalahan relatif dari sensor getaran yang dikembangkan.

�� deXtx tj)(

dtetxX tj�� )(

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0 50 100 150

pendekatan

Data

Frekuensi (Hz)

nila

im

f= 50 Hz

63

8

10

125

f= Hz

f= 0 Hz

f= 0 Hz

f= Hz

Percepatan (g)

Kes

alah

anR

elat

if(%

)

f=50

Hz

f=63

Hz

f=80

Hz

f=100

Hz

f=125

Hz

f Hz( )0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

7

6

5

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Am

pli

tud

oF

FT

percepatan (g) = 0,7












2500

2000

1500

1000

500

0

57

59

61

63

65

67

f (Hz)

22 23

(8)

(9)

Sering kali, sinyal-sinyal ini memilki durasi yang cukup panjang.

Dalam kasus seperti ini sangat penting menggunakan prosedur

komputasi yang efisien. Salah satu teknik yang sangat efisien untuk

perhitungan DFT dengan durasi yang terbatas adalah algoritma

(FFT). Algoritma ini digunakan untuk menghitung hasil

pengukuran sensor yang dikembangkan.

Gambar 22 menunjukkan data tegangan keluaran sensor sebagai

fungsi dari waktu dengan sumber frekuensi 130 Hz dan sampling

frekuensi 28 kHz.

Fast

Fourier Transform

2

2

1 )( deXnxnj

n

nj denxX ][

Gambar 22: Data tegangan keluaran sensor yang dikembangkan sebagai fungsi

dari waktu dengan frekuensi sumber 130Hz dan frekuensi sampling 28kHz

Transformasi Fourier (FFT) dari data pada Gambar 22 ditunjukkan

pada Gambar 23.

Gambar 23 menunjukkan korelasi yang baik antara frekuensi puncak

spektrum FFT dengan frekuensi sumber (130Hz).

Gambar 24 menunjukkan spektrum FFT, dengan amplitudo FFT seba-

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

Gambar 23: Spektrum Transformasi Fourier dari data Gambar 22.

Gambar 24: Spektrum FFT, dengan amplitudo FFT sebagai fungsi

dari frekuensi dan percepatan pada frekuensi sumber 62Hz.

Waktu (ms)

Teg

angan

Kel

uar

an(V

)

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

-0,5

-1

-1,5

-2

-2,5

7,7 15,4 23,07 30,7 38,5

Am

pli

tudo

FF

T

f (Hz)

f =130 Hzp

150 300 450

1000

800

600

400

200

0

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201024 25

Dari Gambar 24 terlihat bahwa puncak amplitudo FFT terletak di

frekuensi getaran sistem (62Hz) dan amplitudo FFT adalah linear

terhadap percepatan yang diberikan (Gambar 25).

Gambar 27 menunjukkan amplitudo FFT sebagai fungsi dari

frekuensi pada percepatan yang berbeda-beda.

Gambar 27 memperlihatkan bahwa peningkatan percepatan

menyebabkan peningkatan intensitas FFT dengan amplifikasi yang

berbeda dengan frekuensi yang berbeda, tetapi dengan kecenderungan

yang sama. Intensitas FFT minimum dihasilkan pada daerah sekitar

frekuensi 40 Hz. Frekuensi ini sesuai dengan frekuensi sumber penggetar

yang diberikan. Menurut [6] karakteristik sensor ini dapat didekati

dengan polinom berdasarkan metode fungsi dasar. Dengan metode ini

amplitudo sebagai fungsi dari frekuensi dan percepatan dapat

ditulis dalam bentuk:

(10)

FFT A f a

Selanjutnya akan ditentukan model sensor dari spektrum FFT.

Gambar 26 menunjukkan amplitudo spektrum FFT sebagai fungsi

percepatan dan frekuensi.

Gambar 25: Hubungan antara amplitudo dan percepatan FFT.Gambar 27: Amplitudo spektrum FFT sebagai fungsi frekuensi pada

percepatan yang berbeda-beda.

Gambar 26:

Amplitudo spektrum FFT

sebagai fungsi dari frekuensi

dan percepatan. f

awfavauf,aA

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

0 0.2 0.4 0.6

Data f = 39,5 Hz

Model

Percepatan (g)

Am

plit

udo

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

Am

pli

tudo

FF

T

0.5

Frekuensi (Hz)

Percepatan

(g)

25 40 50 63 80

0.4

0.3

0.2

0.1

6000

5000

4000

3000

2000

1000

010 20 30 40 50 60 70 80 90

a = 0.5g

a = 0.4g

a = 0.3g

a = 0.2g

a = 0.1g

Frekuensi (Hz)

Am

pli

tud

oF

FT

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010 2726

dengan dan adalah parameter yang merupakan fungsi

dari percepatan . Menggunakan data dalam Gambar 27, parameter dari

dan dapat ditentukan :

(11)

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

u(a), v(a) w(a)

a

u(a), v(a) w(a)

(12)

(13)

2520009951258199492 a.a..au

a..av 751292512

2540867131352637778185 a.a..aw

( a )

( b )

( c )

Gambar 28: Parameter dan sebagai fungsi dari percepatan .u, v, w a

Dengan menggunakan model sensor yang ditunjukkan pada

persamaan (10) diperoleh kesalahan relatif sensor kurang dari 6%

(Gambar 32).

Gambar 29: Kesalahan relatif model sensor menggunakan spektrum FFT.

100

50

0

V(a)

V(a) = 12.25 + 129.57*a

0.2 0.4 0.6a

0.60.50.40.30.20.1

100000

80000

60000

40000

20000

0

w(a)

a

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

0

-1000

-2000

-3000

u(a)

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

a0.2 0.4 0.6

Percepatan (g)

Frekuensi (Hz)

Kes

alah

anR

elat

if(%

)

6

4

2

0

-2

-4

-625

4063

800.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201028 29

3.2. Sensor berbasis fluxgate

3.2.1. Prinsip Sensor Fluxgate

Sensor adalah sensor magnetik yang bekerja berdasar

perubahan flux magnetik disekitar elemen sensor . Elemen sensor

terdiri dari kumparan primer , kumparan sekunder

dan inti ferromagnetik , seperti ditunjukkan gambar

(30a). Berdasarkan arah medan eskitasi yang dihasilkan oleh kumparan

eksitasi, maka elemen sensor fluxgate terdiri dari dua, yaitu: sensor

fluxgate orthogonal: arah medan eksitasi tegak lurus arah medan

eksternal yang di ukur, sedangkan parallel sensor fluxgate : arah medan

medan eksitasi sejajar dengan medan eksternal yang diukur, seperti

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

fluxgate

fluxgate (excitation coil)

(pick-up coil) (core)

[19]

Pada metoda pengukuran kuat medan magnet didasarkan

pada hubungan antara kuat medan magnet yang diberikan dengan

fluks medan magnet induksi . Jika yang dihasilkan berasal dari

masukan berupa gelombang pulsa bolak-balik, maka dalam keadaan

saturasi pada keluaran akan timbul gelombang harmonik genap,

gelombang harmonik ke dua, yang besarnya sebanding dengan medan

magnet luar yang mempengaruhi inti dan arahnya sebanding dengan arah

medan magnet luar. Prinsip pengukuran ini dapat ditunjukkan gambar

31.

fluxgate,

H

B B

H

B

Gambar 30: Konfigurasi dasar kumparan elemen sensor fluxgate. [20]

Gambar 31: Prinsip kerja sensor .fluxgate [21]

Prinsip kerja sensor ketika mengukur perubahan medan

magnet luar ditunjukkan pada Gambar 31. Prinsip kerja sensor magnetik

fluxgate

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

(a) (b)

(c)

Inti

ferromagnetikKumparan

eksitasi

Kumparan

pick-up

Kumparan pick-up

Kumparan eksitasiInti

ferromagnetik

Intiferromagnetik

Kumparan pick-up

Kumparan eksitasi

Aruseksitasi

H ext

H exc

V out+

-

Arus eksitasi

V out+-

H exc

H ext

Hexc Hexc

t tHext

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)

t t

t t

t t

d�dt

d�dt

Vout Vout

Bext = 0 Bext � 0

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010 31

penting karena menentukan sensitivitas dan akurasi dari sensor .

Disamping itu inti harus bersifat robus terhadap pengaruh luar seperti

vibrasi akustik dan deformasi mekanik. Bahan yang memenuhi

persyaratan tersebut Vitrovac dan METGLASS. Vitrovac atau kaca logam

Co Fe Si B 6025 mempunyai permeabilitas relatif yang tinggi, yaitu

sekitar 100000. Penggunaan pita Vitrovac memungkinkan desain sensor

dengan ukuran yang cukup kecil dan robus.

Untuk mengevaluasi tegangan keluaran sensor digunakan

fungsi transfer. Fungsi transfer suatu sensor magnetik

menggambarkan hubungan antara tegangan keluaran Vo dengan medan

magnet yang diukur. Fungsi transfer dapat dihitung menggunakan

pendekatan polinomial kemudian mencari komponen frekuensi yang ada

di dalam kerapatan fluks magnetik inti sensor. Penggunaan pendekatan

polinomial teknik harmonisa kedua akan memudahkan untuk menyeder-

hanakan fungsi transfer ke dalam komponen frekuensi . Perubahan flux

magnetik yang berasal dari kumparan eksitasi ditangkap oleh kumparan

pick-up dalam bentuk tegangan listrik. Komponen tegangan keluaran

harmonisa kedua dari kumparan pick-up adalah:

(14)

Dengan adalah amplitude medan exksitasi, jumlah lilitan pick-

up, luas penampang inti, kecepatan sudut, h medan eksternal dan

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

bahwa tegangan keluaran harmonisa ke dua adalah berbanding lurus

[23]

[24]

66.5 3.5 12 18

ext

refmax

fluxgate

fluxgate

V

B N

A

out2h

o

�

thhaNABV refexthout �� 2sin3 2

max302

30

fluxgate

B 0;

B =0;

B 0 B =0

B 0

B =0 B 0

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

eksitasi dengan medan magnet luar (c) kurva magnetisasi dalam

keadaan saturasi pada (d) kurva magnetisasi dalam keadaan

saturasi pada ; (e) perubahan fluks terhadap waktu pada ; (f)

perubahan fluks terhadap waktu pada ; g) tegangan keluaran sensor

pada ; (h) tegangan keluaran sensor pada .

Tegangan keluaran V dari elemen sensor diolah dengan menggu-

nakan rangkaian pengolah sinyal. Pengolah sinyal sensor terdiri dari

beberapa bagian, yaitu diffrensiator, detektor, sinkronisasi fasa,

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

ext

ext

ext

ext ext

ext

ext ext

�

�

�

�

out

Karakteristik tegangan keluaran sensor dipengaruhi oleh

banyak faktor antara lain: jumlah lilitan eksitasi dan , dimensi

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

lapisan inti frekuensi dan arus eksitasi . Pemilihan bahan inti sangat

fluxgate

pick-up

[20,21,22]

Generator Sensor Pengolah sinyal Penyearah Displai

Dua kali frekuensi(2fo)

osilator

Buffer

Gambar 32: Skema Diagram Pengolahan Sinyal Sensor.

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201032

dengan kuat medan yang diukur.

Untuk meningkatkan efektifitas dan efisiensi sensor

dilakukan berbagai upaya oleh para peneliti seperti perbaikan pada

desain struktur sensor, rangkaian pengolah sinyal dan meminiatur

ukuran sensor dalam orde yang lebih kecil . Selain itu teknik

pembuatan sensor juga makin berkembang mulai dari metode

konvensional sampai metode dalam bentuk printed circiut board (PCB)

atau integrated circuit (IC) seperti:

evaporasi dan sputtering ,

kombinasi dari beberapa metode tersebut disebut hybrid technology.

Metode pembuatan elemen sensor di atas mempunyai proses

yang sangat komplek sehingga mengakibatkan harga proses pembuatan

mahal, sensitivitasnya yang dihasilkan rendah karena luas penampang

menjadi kecil, dan keterbatan dalam jumlah lilitan dalam

solenoide . Beberapa nilai sensitivitas sensor yang telah berhasil

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

13100T/V , 20.000V/T , 241 V/T , 0,510 V/T . Selain itu sensor dengan

resolusi tinggi yang beredar dipasaran sangat mahal harganya.

Berdasarkan perkembangan sensor magnetik , maka kami

mencoba mengembangkan model geometri elemen sensor dengan

konfigurasi tunggal dengan inti ferromagnetik dan

[25,26]

[27,22,28,29]

[20,25,26,30,31]

[32,33]

[34]

[31] [35] [32]

[36] [16] [29] [20]

3.2.2. Desain dan Pengembangan Sensor Fluxgate

fluxgate

electroplated/electroplating, chemical

etching, flex-foil, photolithograpy,

fluxgate

(cross-sectional)

fluxgate

fluxgate

pick-up dual-probe pick-

33

up (race-track)ganda dengan bentuk inti oval . Kedua geometri elemen

sensor tersebut ditunjukkan Gambar 33.

Geometri elemen sensor bagian (b) memiliki kelebihan antara lain

medan eksitasi kedua sisi sama besar sehingga dapat mengurangi noise .

Berdasarkan hasil desain elemen sensor di atas dan untuk keperluan

tulisan ini kami memilih salah satu hasil desain elemen sensor yang telah

kami buat, seperti ditunjukkan Gambar 34.

[29]

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

(b) pick-up ganda .[22,23]

H ext

plastik

Kumparanpick-up

Kumparaneksitasi

Vitrovac 6025

Iref

Vout

H extH exc

H exc H exc

Vout

Kumparanpick-up

Kumparan eksitasi

Arus eksitasi

Intiferromagnetik

Lexc

(a) (b)

Gambar 34:

Foto hasil desain elemen sensor fluxgate.

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Elemen sensor di atas memiliki konfigurasi 2x40 untuk lilitan eksitasi,

2x70 untuk dan inti Ferromagnetik 10 lapis yang terbuat dari

Metglas 2705M (2x0.02 mm). Hasil desain elemen sensor ini mempunyai

dimensi yang kecil, yaitu 1.5 x 0.5 cm.

Dalam pembuatan elemen sensor dengan teknik PCBs memiliki tiga

tahapan proses, yaitu (1). Desain teknik, (2). Desain fisik PCBs, (3),

Pencetakan ke PCBs. Setiap tahap memerlukan perangkat lunak tertentu.

Ketiga perangkat lunak tersebut adalah Computer Aided Engineering

(CAE), Computer Aided Design (CAD) dan Computer Aided

Manufacturing (CAM) . Untuk mendapatkan hasil yang diharapkan

semua proses mempunyai keterkaitan yang sangat erat dan tidak dapat

dipisahkan. Untuk pembuatan elemen sensor fluxgate dengan teknik

PCBs yang sangat menentukan adalah: dan (jalur) yang

mengantikan sistim gulungan kawat yang dilakukan selama ini. Hasil

desain dengan teknologi PCBs ditunjukkan Gambar 35. Hasil

karakterisasi masing-masing sensor dirangkum dalam Tabel 1. Terlihat

daerah linier sangat kecil tetapi sensitivitasnya tinggi, kesalahan absolut

dan relatif masih besar. Selain itu ukuran sensor yang diperoleh masih

sangat besar. Sensor dengan pick-up tunggal dan PCB 4 lapis memberikan

hasil lebih baik dari yang lainnya .

pick-up

footprint track

3.2.3. Pengembangan Sensor Fluxgate Dengan Teknologi PCB

[37]

[38]

Tabel 1. Hasil karakterisasi sensor dengan teknologi PCBs

3.2.4. Aplikasi Sensor Fluxgate

Sensor magnetik dengan prinsip dapat dipergunakan untuk

mengukur medan maganetik DC, AC (khusus frekuensi rendah) dan

mempunyai sensitivitas yang sangat tinggi. Kawahito, , 1998

menemukan sensitivitas sensor adalah 2.7 mV/µT, sedangkan

pada efek Hall sekitar 0,0005 mV/µT untuk bahan Si, dan pada

magnetoresistif sekitar 0.1 mV/µT. Kelebihan lain sensor adalah

ukurannya kecil, kebutuhan daya rendah, dan mempunyai kestabilan

yang tinggi terhadap temperatur dengan koefisien sensitivitas temperatur

fluxgate

et al

fluxgate

fluxgate

[34]

Gambar 35: Foto sensor dengan teknologi PCB: (a) pick-up ganda dua lapis,

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

No Sensor Daerah Linier/Sensitivitas

Kesalahanabsolut

Kesalahanrelatif

Sensor F8 ± 2 uT/ 14.1 mV/µT 0.108 µT 2.76 %

Sensor F9 Respon keluaran diperoleh tetapi keluaran tidak linier

Sensor F10 ± 6 uT/ 25.6 mV/µT 0.84 0.86

34 35

(a) Sensor F8 (a) Sensor F9 (a) Sensor F10

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

30 ppm/ C dan koefisien offset 0.1 nT.

Untuk menguji kehandalan sensor yang dikembangkan kami

mencoba mengaplikasikan untuk berbagai pengukuran. Aplikasi yang

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

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

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

aplikasi untuk getaran.

Aplikasi terhadap pengukuran mineral magnetik didasarkan pada

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

aplikasi sensor terhadap pengukuran medan manet dapat terlihat

pada Gambar 36.

�

fluxgate

fluxgate

3.2.4.1. Sebagai Sensor Medan Magnet Lemah DC.

Dari Gambar 36 tampak bahwa daerah linier terdapat pada daerah

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

hubungan linier antara tegangan keluaran sensor dengan kuat medan

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

Gambar 37. Tampak dari gambar bahwa kurva linierisasi sensor masih

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

yang kurang simetris. Karena ukuran inti yang cukup kecil, yaitu panjang

30mm, lebar 1mm dan ketebalan 0,1 mm, sangat sulit untuk melilitkan

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

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

dalam membuat sensor tersebut selain cara manual.

� �

Gambar 36: Karakteristik keluaran sensor magnetik yang dibuat.fluxgate

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

Untuk mengetahui kesalahan sensor, keluaran daerah kerja sensor

didekati dengan persamaan linier. Dari Gambar 37 terlihat bahwa

36 37

Tegangan

Kelu

ara

n(m

V)

Medan Magnetik ( T)�

-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100

15

10

5

0

-5

-10

-15

Tegangan

Kelu

ara

n(m

V)

Medan Magnetik ( T)�

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

15

10

5

0

-5

-10

-15

y = 0.3016x + 0.0124

R = 0.99992

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

keluaran sensor dapat didekati dengan persamaan linier (15):

V = 0.3016x + 0.0124, (15)

Dari persamaan (15) dapat diketahui sensitivitas sensor 301,46 mV/ T,

dengan kesalahan absolut 0.0135 T dan kesalahan relatif 0.017% .

Prototip sensor terhadap pengukuran mineral magnetik ditunjukkan

Gambar 38a dan 38b. Pengukuran respon bahan magnetik dilakukan

dengan cara menggerakkan sensor pada permukaan yang sudah diberi

koordinat x dan y (a), sedangkan bahan magnetik yang diukur berupa

potongan besi dengan panjang dan diameter 1 cm diletakkan dibawah

permukaan tersebut pada jarak 1.5 cm. Sistem dan hasil pengukuran

ditunjukkan Gambar 38.

Berdasarkan Gambar 38c dapat diketahui bahwa sensor fluxgate

dapat mendeteksi keberadaan bahan magnetik yang disembunyikan di

bawah permukaan. Hasil akan dikembangkan lebih jauh untuk

mendeteksi bahan-bahan mineral magnetik yang berada di bawah

permukaan bumi.

out

�

�[39]

(a) (b)

Gambar 38: Set-up pengukuran bahan magnet: (a) posisi sensor,

(b) posisi bahan magnet, (c) hasil pengukuran.

Gambar 39: Pengukuran arus pada kawat [40]

3.2.4.2. Sebagai Sensor Kuat arus

Untuk uji coba dilakukan dengan menghitung arus yang mengalir

pada kawat lurus dengan mendeteksi medan magnet yang dipancarkan.

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

medan magnet diletakkan saling memotong tegak lurus di atas jalur

tersebut. Pada jalur PCB dilewatkan arus mulai dari 0,1 mA, sampai 1900

mA dengan interval tertentu. Pengukuran dilakukan dengan jarak sensor

yang berbeda-beda. Sistem pengukuran arus ditunjukkan Gambar 39.

38 39

(c)

B(

T)

�

Y(cm) X(cm)

0.3

0.2

0.1

0

-0.1

21

0-1

-2 -5

-5

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Pada percobaan ini dilakukan pengukuran pada tiga jarak yang

berbeda yaitu 4 mm, 8 mm, dan 18 mm. Aplikasi terhadap pengukuran

arus, terlihat bahwa keluaran sensor bersifat linier dan kuadratis.

Pendekatan kuadratis diaplikasikan untuk daerah pengukuran arus 0-

1900mA, dan pendekatan linier dilakukan untuk daerah pengukuran arus

0-100mA. Dari kedua cara pendekatan tersebut diperoleh kesalahan

maksimum yang relatif kecil, untuk daerah 0-1900mA kesalahan

maksimumnya adalah 4.6 % untuk jarak pengukuran 4 mm, 2.3 % untuk

jarak pengukuran 8 mm, dan 1.4 % untuk jarak pengukuran 18 mm. Untuk

daerah pengukuran arus yang kecil kesalahan dapat lebih dihindari, hal

ini terbukti ketika dilakukan pengukuran pada daerah arus 0-100mA,

kesalahan maksimum pengukuran pada daerah ini adalah 1.64% (18mm),

0.62 % (8mm) dan 0.9 % (4mm) .

Aplikasi sensor fluxgate sebagai alat ukur muai menggunakan desain

kumparan pick-up tunggal . Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa

sensor muai yang dibuat dapat mengukur panjang pemuaian dalam

rentang pengukuran maksimum sampai 3.68 mm, dengan sensitivitas 250

mV/mm. Kesalahan absolut dari pengukuran dengan sensor muai ini

sebesar 0.037 mm, sedangkan kesalahan relatifnya sebesar 0.68%. Set-up

saat pengukuran ditunjukkan Gambar 40.

[37]

[41]

3.2.4.3. Sebagai Sensor Muai Panjang

Gambar 40: Pengukuran muai panjang.

Gambar 41: Sistem pengukuran jarak menggunakan sensor .fluxgate

3.2.4.4. Sebagai sensor jarak (proximity sensor)

Pengukuran jarak dengan mikrometer digital ditunjukkan gambar 41.

Karakteristik pengukuran jarak di tunjukkan gambar 42. Berdasarkan

gambar 42 didapatkan hubungan antara jarak dengan tegangan keluaran

sensor secara matematis dapat dedekati dengan persamaan:

V= - 0,1045X + 2,8162 (16)

x dalam dan y dalam . Hal ini berarti bahwa perubahan jarak

yang terjadi antara target dengan sensor berbanding terbalik dengan

karakteritik keluaran sensor, semakin jauh dari target karakteristik

tegangan keluaran makin kecil dan sebaliknya. Berdasarkan sensor

mm volt

40 41

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

mampu mendeteksi perubahan jarak dengan resolusi 10 µm, kesalahan

absolut 0.12 µm dan kesalahan relatif 2.5% . Kemampuan mendeteksi

perubahan jarak dalam orde yang sangat kecil membuka peluang untuk

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

[42]

Karakteristik statik sensor diukur pada jarak 15 sampai 50 mm,

parameter amplitudo dan frekuensi diukur dengan multimeter digital

HP34401A dan display frekuensi yang terukur diamati dengan labview 8.

Sensor Fluxgate yang dikembangkan dapat mendeteksi getaran objek

pada rentangan 55 sampai 360 Hz, rentangan frekuensi ini diperoleh pada

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

adalah 2 Hz dan 0.75%

Untuk aplikasi sensor pada frekeunsi rendah juga telah dilakukan.

Optimasi statik terhadap jarak maksimum (amplitudo maksimum) antara

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

44 menunjukkan pegukuran getaran pada frekuensi rendah . Fluxgate

sebagai sensor getaran frekuensi rendah mampu mendeteksi frekuensi

sumber 0.14 sampai 1.15 Hz dengan kesalahan absolut 0.017 Hz dan

kesalahan relatif 1.3%. Kemampuan sensor fluxgate dalam mengukur

gataran dalam frekuensi rendah dapat di kembangkan sebagai alat ukur

getaran gempa.

[39]

[44]

Gambar 42: Respon tegangan keluaran terhadap jarak target.

3.2.4.5. Sebagai Sensor Getaran.

Aplikasi sensor fluxgate terhadap getaran dilakukan dengan cara

menempatkan sensor fluxgate dekat objek yang bergetar. Posisi sensor ini

tidak bersentuhan dengan objek yang bergetar. Set-up pengukuran

ditunjukkan gambar 43.

Gambar 43: Aplikasi fluxgate untuk mengukur getaran. [43] Gambar 44: Skema dan photo pengukuran frekuensi rendah[40]

42 43

y = -0.1045x +2.8162

R = 0.99612

2

1.9

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

1.2

8.5 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5

Jarak (mm)

Tegangan

(volt)

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

3.3. Sensor Berbasis GMR

3.3.1. Pendahuluan

Magnetoresistance

magnetoresistance

giant magnetoresistance

“spintronics”

up down

(resistance)

(spin-dependent scattering)

adalah perubahan resistansi logam bila berada

dalam medan magnet luar. Efek yang sangat besar

dinamakan dengan (GMR). Efek GMR merupakan

topik penelitian dasar selama akhir tahun 1980-an. Fenomena GMR ini

menyedot banyak perhatian peneliti dan menjadi sebuah area penelitian

terapan yang luas. Dalam waktu yang relatif singkat, penerapannya mulai

terlihat dalam bentuk perbaikan divais memori dan sensor. Area

penelitian yang menarik ini, dinamakan dengan , dimana

transport elektron bergantung spin dalam multilayer logam memainkan

peranan yang sangat penting. Penemuan GMR ini berdampak besar pada

teknologi sensor dan penyimpanan data magnetik.

Efek GMR merupakan efek mekanika kuantum yang diamati dalam

struktur lapisan tipis yang terdiri lapisan feromagnetik yang dipisahkan

oleh lapisan nonmagnetik. Basis fisika dari efek GMR ini berhubungan

dengan kenyataan bahwa spin elektron memiliki dua nilai yang berbeda

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

melintasi material yang telah dimagnetisasi, salah satu jenis spin mungkin

mengalami hambatan yang berbeda daripada yang dialami

oleh jenis spin lainnya. Sifat ini menunjukkan adanya hamburan

bergantung spin .

Kajian fisika dari GMR berdasarkan pada pengaruh spin terhadap

sifat konduksi dan sifat penerobosan elektron-elektron dalam

logam feromagnetik. Perbedaan sifat konduksi mayoritas dan minoritas

dari spin elektron dalam logam feromagnetik pertama kali diamati oleh

Mott. Secara kualitatif, GMR dapat dijelaskan dengan menggunakan

model Mott ini. Ada dua hal yang diusulkan oleh Mott: pertama

konduktivitas listrik dalam logam dapat diuraikan dalam hubungannya

dengan dua saluran konduksi bebas; yang pertama berhubungan dengan

elektron dengan dan yang lain berhubungan dengan elektron

dengan . Kedua, di dalam logam feromagnetik laju hamburan

dari dan elektron-elektron sangat berbeda. Menurut

Mott arus listrik semata-mata dibawa oleh elektron-elektron dari pita

valensi dengan massa efektif rendah dan mobilitas tinggi. Pita valensi

memainkan peran penting dalam menyediakan keadaan akhir untuk

hamburan elektron-elektron dalam pita . Dalam feromagnetik pita

adalah bertukar-pisah , sehingga rapat keadaan elektron-

elektron pada tingkat energi Fermi tidak sama untuk dan .

Peluang hamburan dalam keadaan ini sebanding dengan kerapatannya,

sehingga laju hamburan bergantung spin, atau dengan kata lain

hamburan berbeda untuk kedua saluran konduksi di atas.

Penemuan GMR telah membuka peluang untuk penerapannya dalam

banyak bidang aplikasi. Beberapa divais yang bekerja berdasarkan

fenomena GMR ini telah dikembangkan. Diantara divais tersebut

misalnya: perekaman magnetik pada , sensor medan magnet

dan memori .

(tunneling)

spin up

spin down

spin up spin down

sp d

sp d

( exchange-split )

spin up spin down

hard disk drive

non-volatile

44 45

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

3.3.2. Prinsip GMR

Lapisan tipis GMR mempunyai struktur yang berbeda-beda dan

masing-masing struktur memiliki efek ( MR ) yang

berbeda pula. Struktur GMR terdiri dari struktur

dan . Struktur merupakan stuktur

dasar GMR yang terdiri dari tiga lapisan dengan susunan bahan

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

merupakan struktur yang diberi lapisan pengunci

, sedangkan struktur , adalah struktur dengan

pengulangan lapisan feromagnetik/non magnetik (FM/NM) dengan

indeks n adalah jumlah pengulangan. Ketiga struktur tersebut dapat

terlihat pada gambar 45.

Fenomena GMR dalam multilayer feromagnetik dapat dijelaskan

dengan argumentasi Mott, yakni: (1) konduktivitas listrik dalam logam

dapat diuraikan dalam hubungannya dengan dua saluran konduksi

bebas; yang pertama berhubungan dengan elektron dengan dan

yang lain berhubungan dengan elektron dengan , (2) di dalam

logam feromagnetik laju hamburan dari dan elektron-

elektron sangat berbeda.

magnetoresistance

sandwich, spin valve

(sandwich pinned) multilayer sandwich

spin

valve sandwich (pinning

layer) multilayer

spin up

spin down

spin up spin down

n Gambar 45: Struktur lapisan tipis GMR: (a) , (b) ,

dan (c) .

sandwich spin valve

multilayer

Tinjau konfigurasi feromagnetik seperti Gambar 45, dan

diasumsikan bahwa hamburan kuat terjadi untuk elektron dengan spin

antiparalel terhadap arah magnetisasi, sedangkan hamburan lemah

terjadi untuk elektron dengan spin paralel terhadap arah magnetisasi.

Anggapan ini menggambarkan asimetri dalam rapat keadaan pada

tingkat Fermi yang bersesuaian dengan argumentasi Mott yang kedua.

Dalam Gambar 46, diperlihatkan lintasan elektron dalam dua saluran spin

. Diasumsikan lintasan bebas rata-rata elektron lebih besar

dari ketebalan lapisan dan arus mengalir dalam bidang lapisan. Untuk

magnetisasi paralel pada (c) elektron melewati lapisan tanpa

dihamburkan sedangkan elektron dengan mengalami

hamburan kuat dalam kedua lapisan feromagnetik, menghasilkan

multilayer

(spin channels)

spin up

spin down

46 47

(a)

FM

FM

NM

(b)

(c)

FM

FM

NM

NM

FM

FM

FM

Lapisan

pengunci

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

resistivitas total kecil.

Untuk magnetisasi antiparalel pada (d), keduanya dan

mengalami hamburan kuat dalam satu lapisan feromagnetik,

sehingga resistivitas total dalam multilayer menjadi tinggi. Model ini

dinamakan dengan model konduksi dua arus, seperti diperlihatkan

dalam Gambar 46.

spin up spin

down

Gambar 46:Ilustrasi tranport elektron dalam multilayer feromagnetik untuk

(a) magnetisasi paralel, dan (b) magnetisasi antiparalel. (c) dan

(d) Model rangkaian resistor untuk magnetisasi paralel dan antiparalel .[45]

Hamburan bergantung spin diusulkan oleh Baibich, dkk , yang

didasarkan pada argumen Mott. Baibich menyimpulkan bahwa

probabilitas sebuah elektron dihamburkan pada antarmuka antara

[46]

lapisan ferromagnetik dan lapisan non-magnetik ketika melewati dan

masuk ke dalam lapisan feromagnetik, bergantung pada arah spin dan

arah momen magnet lapisan. Hamburan yang bergantung spin

merupakan fenomena mekanika kuantum dimana lintasan bebas rata-rata

elektron dalam logam magnetik, dan perubahan resistivitasnya

dipengaruhi oleh orientasi relatif dari spin elektron konduksi dan momen

magnet material magnetik.

Penerapan material GMR sebagai sensor medan magnet, memiliki

kelebihan dibandingkan sensor lainnya yakni: sensitivitas yang tinggi,

harga murah, konsumsi daya rendah dan ukuran kecil. Selain itu,

pemasangan sensor GMR tidak bersentuhan dengan rangkaian yang

diukur, sehingga mengurangi kesalahan pengukuran. Dengan adanya

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

bidang ini, dan beberapa paper telah pula dipublikasikan dalam beberapa

jurnal dan prosiding .[47,48,49,50,51,52,53,54,55]

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

B. kondisi saat resistansi tinggi.

48 49

spin up spin down spin up spin down

R R

R R

R R

R R

(a) (b)

(d)(c)

arus“spin up”

arus“spin down”

konfigurasiparallel

konfigurasianti-parallel

arus“spin up”

arus“spin down”

(a) (b)

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Gambar 48. Konfigurasi JembatanWheatstone

Gambar. 49. Hasil pengukuran dalamkonfigurasi jembatan Wheatstone

3.3.3. Aplikasi Sensor GMR

3.3.3.1. Pengukuran Medan Magnetik

I

H I

Dalam aplikasi sensor medan magnetik, sensor yang sudah

terintegrasi dalam jembatan Wheatstone dimasukkan kedalam kumparan

solenoida. Perubahan medan magnet solenoida akan menyebabkan peru-

bahan keluaran tegangan jembatan Wheatstone. Kumparan solenoida

dililitkan pada sebuah tabung silinder yang terbuat dari tembaga. Panjang

selenoida 240 mm, diameter sekitar 41.6 mm. Jumlah lilitan kawat sekitar

200 buah, dengan diameter kawat sekitar 0.4mm. Dari hasil kalibrasi

diperoleh hubungan medan magnet aplikasi yang dialami sample

terhadap arus induksi sebagai fungsi linier berikut: H(I) = 1.9568I - 0.043,

dimana induksi magnetik dalam µT dan arus induksi dalam mA.

Konfigurasi Jembatan ditunjukkan gambar 48. Hasil

pengukuran karakteristik sensor dengan ketebalan lapisan magnetik 10

nm dengan ketebalan lapisan non magnetik 2 nm dan 6 nm ditunjukkan

pada gambar 49.

Wheatstone

3.3.3.2. Pengukuran Arus

Dalam aplikasi sensor arus, film tipis sandwich GMR diletakkan

diatas saluran yang dialiri arus, seperti gambar 50:

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

Gambar 51: Foto set up peralatan pengukuran arus.

Setting peralatan pengukuran arus ditunjukkan seperti gambar 51

berikut.

Hasil pengukuran arus ditunjukkan pada Gambar 52.

Gambar 52: Hasil keluaran sensor

terhadap pengukuran arus.

50 51

substrat

filmArus

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Gambar 53. Keluaran sensor terhadaparus yang dilewatkan pada kawat

Gambar 54. Kesalahan absolut dankesalahan relatif pengukuran arus

Dari gambar 52 dapat dilihat bahwa medan yang dapat dideteksi oleh

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

perbedaan jarak antara arus dan permukaan ). Oleh karena itu

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

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

mAditunjukkan seperti gambar 53.

sandwich

Kesalahan absolut maksimum dan kesalahan relatif maksimum

pengujian adalah masing-masing 1.65 mV dan 5.77% pada arus 300 mA.

Kesalahan absolut dari keluaran sensor di atas ditunjukkan dalam

Gambar 54.

Sensor GMR yang peka terhadap medan magnet dapat digunakan

untuk menghitung pulsa yang ditimbulkan oleh magnet tetap yang

ditempelkan pada roda atau motor yang akan dihitung putarannya.

3.3.3.3. Pengukuran Putaran

Sensor magnet akan mendeteksi putaran ketika magnet tetap menjauh

dan mendekat ketika melekat pada piringan roda, akibatnya akan timbul

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

dengan menggunakan pencacah mikrokontroller, lalu langsung ditampil-

kan pada displai. Gambar 55 menunjukkan sistem roda yang dipasang

magnet tetap. Setting peralatannya ditunjukkan dalam gambar 56.

Gambar 55. Set up sensor GMR untuksensor putaran

Gambar 56. Setting peralatansensor putaran

Gambar 57. Tegangan keluaran motor

terhadap putaran/detik.

Gambar 58. Kesalahan relatif sensor

putaran

Hasil pengukuran sensor putaran ini diperlihatkan dalam Gambar 57.

Kesalahan relatif pengukuran putaran di atas ditunjukkan pada masing-

masing Gambar 58.

52 53

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

3.3.3.4. Aplikasi GMR untuk Biosensor

Dalam beberapa tahun terakhir ini, divais sensor

(GMR) telah menunjukkan potensi yang besar sebagai elemen untuk

mendeteksi biomolekul .

Hambatan sensor GMR berubah bila medan magnet dikenakan pada

sensor, sehingga biomolekul yang dilabeli secara magnetis dapat

menimbulkan sinyal. Dibandingkan dengan pendeteksi optik tradisional

yang sekarang banyak digunakan dalam biomedis, sensor GMR, lebih

sensitif, portabel dan memberikan pembacaan elektronik sepenuhnya .

Selain itu, sensor GMR murah dan fabrikasinya saat ini kompatibel

dengan teknologi VLSI , sehingga sensor GMR

dapat dengan mudah diintegrasikan dengan elektronik dan mikrofluida

untuk mendeteksi banyak analit yang berbeda pada sebuah chip tunggal.

Salah satu contoh penerapan biosensor GMR adalah pada pendeteksian

DNA. Langkah-langkah pendeteksian DNA oleh biosensor diperlihatkan

dalam gambar 59.

giant magnetoresistive

(Very Large Scale Integration)

[56,57,58,59]

[49]

Gambar 59: Prinsip biosensor GMR: (a) imobilisasi probe DNA;

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

dan deteksi medan mereka oleh biosensor GMR .[49]

4. PENGEMBANGAN SENSOR DI MASA DEPAN: SUATU

PERSPEKTIF

4.1. Revolusi Industri Tahap ke Tiga

Menurut Johan H. Huijsing perkembangan teknologi otomatisasi

mengalami tiga tahap, yaitu tahap mekanisasi, tahap informatisasi, dan

tahap sensorisasi seperti ditunjukkan gambar 60. Pertama tahap mekani-

sasi yaitu saat manusia mulai mengembangkan mesin-mesin untuk

industri, seperti mesin uap, mesin bakar, motor listrik, dan mesin jet.

Tahap pertama ini melahirkan revolusi industri yang pertama. Tahap ke

dua yakni era ketika manusia mulai mengembangkan logika artifisial dan

komunikasi seperti komputer dan internet yang melahirkan revolusi

informasi. Penemuan sensor-sensor baru yang ukurannya semakin kecil,

harganya semakin murah, beratnya semakin ringan, kemampuannya

semakin besar, memungkinkan manusia mengembangkan penginderaan

secara buatan. Sensorisasi bersama-sama dengan mekanisasi dan

[7]

54 55

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

informatisasi akan melahirkan revolusi industri tahap ke tiga yang

ditandai dengan mulainya era otomatisasi penuh dan robotisasi.

Gambar 60: Sensorisasi: revolusi industri tahap ke tiga .[50]

Tanda-tanda ke arah ini sudah mulai tampak, misalnya dengan

diciptakannya sistem kontrol otomatis penuh pesawat terbang modern

seperti diperlihatkan gambar 61.

Gambar 61: Sistem pesawat otomatis penuh, contoh integrasi dari

mekanisasi, informatisasi, dan sensorisasi[50].

Dalam sistem ini terdapat banyak sensor untuk memonitor banyak

parameter di pesawat, seperti tekanan, temperatur, posisi dan parameter

lainnya. Komputer untuk memproses sinyal, melakukan komunikasi,

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

sistem ini terlihat jelas bagaimana mekanisasi, informatisasi dan

sensorisasi saling bekerjasama yang memungkinkan pesawat terbang

secara autopilot.

Perkembangan yang sangat maju pada otomatisasi teknologi pesawat

terbang, sayangnya belum banyak diikuti oleh perkembangan otomatisasi

di bidang lainnya, misalnya sampai saat ini belum ada mobil yang dapat

berjalan secara otomatis penuh. Masalah utamanya adalah bahwa untuk

otomatisasi kendaraan bermotor (mobil) diperlukan banyak sekali sensor

seperti ditunjukkan Gambar 62. Dengan teknologi sensor yang ada

sekarang hal ini belum memungkinkan, karena untuk itu mobil menjadi

terlalu berat, terlalu banyak kabel, terlalu mahal untuk diproduksi.

56 57

Mekanisasi Informasi Sensorisasi

1900 1950 2000 2050

sensor komputer aktuator

Gambar 62: Sensor-sensor pada sebuah mobil.

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

sensor

pengolahansinyal mikrokontroler sistim bus

Untuk mengatasi masalah ini maka teknologi sensor yang akan

datang harus dapat mereduksi biaya, berat, dan ukuran suatu sistem

sensor dan mudah diintegrasikan. Persyaratan ini dapat dipenuhi oleh

suatu sistem sensor smart yang terintegrasi .

Beberapa tahun belakangan ini banyak usaha dilakukan orang untuk

meningkatkan kehandalan sensor dan sistem sensor dan sekaligus

menurunkan biaya fabrikasi. Terutama akan dikembangkan sensor dan

sistem sensor pada bidang-bidang yang banyak pemakainya, seperti

kendaraan bermotor, perumahan (misalnya untuk keamanan, pengaturan

sirkulasi udara, pengaturan temperatur, pengaturan kelembaban),

transport makanan atau gudang tempat penyimpanan makanan (misal-

nya temperatur, kelembaban, konsentrasi gas) sehingga harga perbuah

sensor atau sistem sensor bisa ditekan pada harga yang rendah.

Tujuan ke depan adalah mebuat sensor atau sistem sensor yang smart,

terintegrasi, punya sistem bus, dan dapat direalisasikan dalam teknologi

chip yang murah sebagai MCM . Gambar 63.

menunjukkan suatu sistem sensor smart terintegrasi yang dilengkapi

dengan elemen sensor, pengolah sinyal, mikrokontroler dengan pengu-

bah analog ke digital, dan sistem bus. Mikrokontroler memungkinkan

pengolahan sinyal secara digital, sistem bus digital menawarkan

kemudahan kontak/komunikasi dan kemudahan konfigurasi dalam suatu

sistem instrumentasi.

(integrated smart sensor system)

(Multi-Chip-Module)

4.2. Sistem Sensor Smart Terintegrasi

Gambar 63: Sistem smart sensor dalam teknologi multichip.

Konsekuensi penggunaan dari struktur sistem smart sensor seperti ini

dan juga penggunannya untuk komponen instrumentasi lainnya

mengarahkan kita pada bentuk sistem instrumentasi seperti pada gambar

64. Disamping sistem sensor terintegrasi dengan intelegensi terdesen-

tralisasi suatu sistem instrumentasi dapat juga dilengkapi dengan smart

aktor yang dilengkapi dengan algorima pengontrolnya.

58 59

Proses Teknis

ES

PSA

ADC

μC

SB

elemen sensor

pengolah sinyalanalog

pengubahanalog-digital

mikrokontroler

sistim bus

SB

unit kontrol pusat UKP

PC

SB

TPK

pengguna

tampilan danpapan ketik

EA

DE

DAC

μC

SB sistim bus

mikrokontroler

pengubahdigital-analog

daya elektronik

elemen aktuatorES

PSA

ADC

μC

SB

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

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

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

berfungsi mengatur/mengontrol sistem bus dan bisa juga digunakan

untuk melakukan pengolahan sinyal secara khusus, misalnya untuk

mengolah atau mengenal citra. Melalui suatu papan ketik dan displai

pengguna dapat berkomunikasi dengan sistem teknis, misalnya untuk

menkonfigurasi atau melakukan konfigurasi baru terhadap sistem.

Biaya produksi sistem instrumentasi seperti ini ditentukan oleh

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

teknologi rekayasa, dan teknologi perangkat lunak yang digunakan.

Untuk menekan biaya produksi perlu dilakukan pemilihan teknologi

pembuatan yang tepat.

Pada kesempatan yang berbahagia ini perkenankanlah dengan segala

kerendahan hati, saya sampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada

pimpinan dan anggota Majelis Guru Besar ITB atas kehormatan yang

diberikan kepada saya untuk menyampaikan orasi ini di hadapan para

hadirin sekalian.

Terima kasih yang begitu dalam dan tak bertepi kepada ayahanda

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

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

Hardjokusumo, yang doa, kasih sayang dan pengorbanannya tak pernah

�

UCAPAN TERIMA KASIH

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

keluarga yang selalu memberi dukungan kepada saya untuk meraih

jenjang pendidikan tertinggi. Dengan ketulusan dan segenap cinta, terima

kasih untuk Prastuti Indreswari pasangan hidup saya yang dengan

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

banyak mendorong saya agar senantiasa bertekad untuk menjadi manusia

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

Pranidhana dan Daryanda Dwiammardi yang selalu menginspirasi dan

berjiwa besar karena haknya atas saya yang terampas.

Terima kasih yang mendalam kepada para guru dan pendidik yang

telah berjasa membimbing dan mendidik saya sejak SD. Tebet Barat I,

Jakarta, SMPN 43, Jakarta, SMAN 3, Jakarta, Institut Teknologi Bandung,

Universitat des Bundeswehr München Jerman sehingga saya bisa menjadi

insan seperti ini.

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

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

Buchari yang telah memberikan rekomendasi kepada saya untuk

menduduki jabatan akademik ini.

Tak lupa saya sampaikan penghargaan yang tinggi kepada Prof.

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

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

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

(Technische Universit t München, ) atas kerjasamanya, diskusi-

Jerman

ä Jerman

60 61

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

diskusi sehingga memungkinkan kami terus belajar. Terima kasih kepada

Prof. Dr. Ing. Hans-Dieter Liess (Universit t der Bundeswehr M nchen,

) atas kerjasama yang baik selama. Secara khusus saya ucapkan

terima kasih kepada Dr. Sutrisno atas bimbingan dan promosinya sejak

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

kasih kepada Dr. Umar Fauzi, Dr. Sutarno dan Dr. Suparno Satira untuk

diskusi-diskusi yang bermanfaat. Tak lupa terima kasih yang mendalam

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

kasih kepada teman-teman dosen di Fisika yang selalu memberikan

inspirasi, diskusi yang bermanfaat dan lingkungan kerja yang

menyenangkan. Untuk teman-teman di KK Fisika Teoretik Energi Tinggi

dan Instrumentasi atas kerjasama dan dukungannya. Terima kasih kepada

para Guru Besar FMIPA ITB, yang telah memberi dukungan promosi

kepada saya. Terima kasih kepada saudara Yulkifli, saudara Ramli,

saudara Rahmondia yang banyak membantu saya dalam penelitian dan

penyiapan tulisan ini. Terima kasih dan penghargaan yang tinggi juga

saya sampaikan kepada staf pengajar, mantan mahasiswa, mahasiswa

bimbingan, karyawan ITB serta pihak-pihak yang telah banyak membantu

dan tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

Tentunya tiada gading yang tak retak, perkenankanlah dengan segala

kerendahan hati, permohonan maaf saya atas ungkapan dan ucapan yang

tidak berkenan dan jauh dari kesempurnaan ini. Mudah-mudahan

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

- ä ü

Jerman

mengalir juga pahalanya kepada siapapun.Amien.

1. Traenkler, H.-R.: , Proc.

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

2. Marek, J.: , Proc.

Eurosensors XIII, The Hague, Niederlande, 12-15 September 1999, hal.

1-8.

3. Traenkler, H.-R.: ,

Laporan penelitian:”Verteilte intelligente Mikrosysteme fuer den

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

4. Intechno: ”, Intechno Consulting, Basle,

Switzerland, 05.1999.

5. Traenkler, H.-R., Kanoun, O., Pawelczak, D.

”, Proc. Internasional

Conference on Instrumentation, Communication and Information

Technology (ICICI) 2007, 8-9Agustus 2009, hal. 1-7.

6. H.-R. Traenkler, E. Obermeier,

, Springer, 1998.

7. Gerard C.M. Meijer (ed.), , John Willey & Sons,

2008.

8. O. Kanoun:

, IEEE Transaction on

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

Agustus 2000.

REFERENSI

”Core Technologies for Sensor Systems”

”Microsystems for Automotive Applications”

”Zukunftsmark Intelligente Hausinstrumentierung”

’Sensor Market 2008

:’Evolution of Sensor

Elements towards Smart Sensor Systems

Sensortechnik, Handbuch fuer Praxis und

Wissenschaft

Smart Sensor System

“Modelling the P-N Junction I-U Characteristic for an Accurate

Calibration-Free Temperature Measurement”

62 63

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

9. Gessner.T., Dotzel W., Hiller K., Kufmuann C., Kurth S.:’

P.211-220, VDI Barichte Nr. 1530,200.

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

, P. 223-224, Proc. of

Eurosensors 87, September 1987, Cambridge.

11. Ruser H., Jena, A. V., Magori V., Trankler H.R., :

, Proc.

of Sensor 99, Numberg, C3.3, 1999

12. Mitra Djamal: ”,

VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 15, Nr. 96, VDI Verlag, 1992

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

14. Mitra Djamal., ,

KFI, Vol. 7, No. 2, Juli 1996

15. Mitra Djamal,.

, No. Paten ID 0 021 804.

16. Yulkifli,

, Laporan Tesis S2, ITB, 2002.

17. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J., John

Willey & Sons, 2008.

18. Oppenheim,A. V., Prentice Hall, 1983

19. Zorlu, O., P. Kejik, R.S. Popovic, 2007:

, J. Sensor and

Actuator, 135, pp. 43-49.

20. Mitra Djamal, 2007:

, J. Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, III, pp.

Mikromechanische Sensoren und Aktoren – Funktionsprint-zipein,

Technologien und applikationen”

“A

quart micromachined close loop accelerometer’

A Low-cost Ultrasonic-

micromawe multisensory for Roboust Sensing of Velocity and Range

“Untersuchungen zur Zuverlaessigkeit von Gassensoren

University Physics

A study of Flat Coil Sensor for Measuring Displacements

Indonesian paten pending, “Sistem Sensor Getaran

Menggunakan Koil Datar”

Desain dan Pembuatan alat Ukur Tekanan Udara Berbasis Sensor

Koil Datar

Fundamentals of Physics,

Signals and Systems,

An Orthogonal Fluxgate-type

Magnetic Microsensor with Electroplated Permalloy Core

Sensor Magnetik Fluxgate dan Aplikasinya untuk

Pengukuran Kuat Arus

51-69.

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

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

22 – 23, 2009, Bandung, Indonesia.

22. Yulkifli, Mitra Djamal, Khairurrijal, Deddy Kurniadi, Pavel Ripka:

, Proc. ICICI-BME,

November, 23-25, 2009, Bandung.

23. Ripka, P., 2001a: ,Artec House

24. Nielsen O V, Petersen J R, Primdahl F, Brauert O., Hernando B,

FernandezA, Merayo, J M G and Ripka P,

J. of Meas. Sci.

Technology, (1995) 1099-1115.

25. Mitra Djamal. et al.:

, Laporan

Penelitian Hibah Bersaing XII, 2005.

26. Baschirotto, A. E. Dallago, P. Malcovati, M. Marchesi, G. Venchi, 2006:

, IEEE Transaction on Mangetics, 42 No. 6 pp.

1670-1680.

27. Park, H.S., Jun, S.H., Won Y.C., Dong S.S., Kyoung W.N., Sang O.C.,

2004:

, J. Sensor andActuator, 114, pp 224-229.

28. Wang, Y., Gang Liu, Yin X., Jianzhong Y., Yangchao T., 2006:

, J. of

Physics: Conference Series 34, pp 880-884

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

Configurations

The

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

Double Pick-up Coils to the Demagnetization Factor

Magnetic Sensor and Magnetometers

Development, construction and

analysis of the ‘Oersted” fluxgate magnetometer,

Desain dan Pembuatan Sensor Medan Magnet

Fluxgate Presisi Tiga Dimensi Menggunakan Metoda Posisi Pulsa

Development and Comparative Analysis of Fluxgate Magnetic Sensor

Structure in PCB Tecnology

Development of MicroFluxgate Sensors with Electroplated Magnetic

Cores for Electronic Compas

Fabrication

ot the Three-dimensional Solenoid Type Micra Magnetic Sensor

64 65

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201066 67

29. Fan, J., X.P Li, P. Ripka, 2006:

. J. of Apllied Physics, 99, pp. 08B3111-

08B3113.

30. Kubik, J., L. Pavel, P. Ripka, 2006:

, J. Sensor andActuator, 130, pp 184-188.

31. Dezuari, O., Eric Belloy, Scott E., Gilbert, Martin A., M. Gijs, 1999:

, IEEE

Transaction on Magnetics, 35, pp. 2111-2117.

32. Belloy, E., S.E. Gilbert, O. Dezuari, M. sancho, M.A.M. Gijs, 2000:

, J.

Sensor andActuator, 85, pp 304-309.

33. Ripka, P., 2001b: , J. Sensor and

Actuator,A9. pp. 65-69.

34. Chiesy,L., P. Kejik., B., Janosossy, R.S., Popovic, 2000:

, J. Sensor andActuator, 82, pp, 174-180.

35. Tipek, A., P. Ripk, Terence O, J. Kubik, 2004:

, J. Sensor andActuator, 115, pp. 286-292.

36. Kawahito, S., Y. Tadakoro, 1996:

, Porc. International Conference on Microelectronics

ICME, H.R , P. 85-89., Bandung, Indonesia .

37. SELC, 2008: , SELC Sumber

elektronic, Bandung.

38. Mitra Djamal, Yulkifli, Agung Setiadi, Rahmondia N.Setiadi:

, disampaikan pada SNBM, 26 November Batan, Serpong.

Diterbitkan pada Jurnal Sains Materi Indonesia (JUSAMI) 2009

(Inpress).

Low Power Ortogonal Sensor with

Electroplated Ni Fe /Cu Wire

PCB recetrack Fluxgate Sensor with

Improved Temperatur Stability

New

Hybrid Technology for Planar Fluxgate Sensor Fabrication

A

Hybrid Technology for Miniaturised Inductive Device Applications

Micro-fluxgate Sensor with Close Core

CMOS Planar 2D

Micro-Fluxgate Sensor

PCB Technology Used

Fluxgate Sensor Construction

High-Performance Micro Fluxgate

Magnetics Sensors

Penuntun Layanan PCB Purwarupa

Desain

Awal Elemen Sensor Fluxgate Berbasis Teknologi Printed Circuit Booards

(PCB)

80 20

39. Djamal, M., R. N. Setiadi,:

,

Jurnal Proceedings ITB, 2006.

40. Mitra Djamal,

, Indonesian Journal of Physics Vol 17 No. 1, January 2006,

Hal. 7-14

41. Ismu Wahyudi, ,

Laporan Thesis S2, ITB, 2009

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

Proc. CSSI 2007, Serpong Tanggerang- Indonesia.

43. Mitra Djamal,Rahmondia N. Setiadi, Yulkifli:

Proc. ICMNS,

Indonesian, 2008.

44. G. Handayani, M. Djamal, W. Triyoso: "

,

Laporan Kemajuan Program Hibah Kompetitif Peneltian Sesuai

Prioritas Nasional Batch I , 2009

45. E. Y. Tsymbal and D.G.Pettifor (2001).

, dalam Solid State Physics, ed. by H. Ehrenreich and

F. Spaepen, Vol. 56 ,Academic Press, 2001, pp.113-237.

46. Baibich, M.N., Broto, J.M., Fert, A.,Nguyen Van Dau, F.,Petroff, F.,

Etienne, P., Creutz,A., Friederich,A., Chazelas, Giant

, J, Phys. Rev. Lett. 68 (1998)

pp. 2472 – 2475.

47. M. Djamal, Ramli, Yulkifli, Khairurrijal,

Pengukuran Medan Magnet Lemah

Menggunakan Sensor Magnetik Fluxgate dengan Satu Kumparan Pick-Up

Design and Development Fluxgate Magnetometer and Its

Applications

Prototip Sensor Muai Berbasis Fluxgate Magnetometer

Designing and

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

Proximity,

Preliminary Study of

Vibration Sensor Based on fluxgate Magnetic Sensor,

Desain dan Pengembangan

Sensor Getaran dan Aplikasinya Untuk Online Monitoring Gempa"

Perspectives of Giant

Magnetoresistance

Magnetoresistance

of (001) Fe/(001) Cr Magnetic Superlattices

Growth of NiCoFe/Cu/NiCoFe

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Sandwich for Giant Magnetoresistance Material by Opposed Target

Magnetron Sputtering

“Effect of Ferromagnetic Layer

Thickness on the Giant Magnetoresistance Properties of NiCoFe/Cu/NiCoFe

Sandwich”

KFI,

Proc. of 2004 Annual

Physics Seminar,

Characteristic

of Giant Magnetoresistance CoFe/Cu/CoFe Sandwich on Si (100) Substrates

in Perpendicular Geometry Grown by dc-Sputtering

“Design and

development of magnetic sensors based on giant magnetoresistance (GMR)

materials”

“Effect of Cu Layer

Thickness on Giant Magnetoresistance Properties of NiCoFe/Cu/NiCoFe

Sandwich”

“Giant Magnetoresistance

Material and Its Potential for Biosensor Applications”

, Proc. International Conference on Material for

Advanced Technologies (ICMAT), Singapore, 28 June – 3 July 2009.

48. Ramli, Mitra Djamal, and Khairurrijal,

Proceeding 3rdAsian Physic Symposium (APS) 2009, ISBN:

978-979-98010-5-0, Bandung, 22 – 23 July 2009. pp 65 – 67.

49. T. Saragi, M. Djamal, Khairurrijal and M. Barmawi, Vol. 14, No. 3,

p. 83-86, 2003

50. T. Saragi, M. Djamal, Darsikin and M. Barmawi,

Sept. 30-Oct.1, Bandung (2004).

51. Togar Saragi, Mitra Djamal, Darsikin, and M. Barmawi,

, Physics Journal of the

Indonesian Physical Society,A7 (2005) 0219.

52. M. Djamal, Darsikin, Togar Saragih, M. Barmawi,

, J. Materials Science Forum Vols. 517 (June 2006) pp. 207-211

53. Mitra Djamal, Ramli, Yulkifli, and Khairurrijal,

Proc. on ICCAS-SICE 2009 Fukuoka, Japan, August 18-21,

2009, pp. 365-368.

54. Mitra Djamal, Ramli and Khairurrijal,

Proc. ICICI-BME,

Indonesia, 2009.

55. Baselt, D.R., Lee, G.U., Natesan, M., Metzger, S.W., Sheehan, P.E.,

Colton, R.J., 1998. Biosens. Bioelectron. 13, 731–739.

56. Li, G., S zun, S., Wilson, R.J., White, R.L., Pourmand, N.,Wang, S.X.,

2006. , 126, 98–106.

57. Ferreira, H.A., Graham, D.L., Feliciano, N., Clarke, L.A., Amaral,

M.D., Freitas, P.P., 2005. . 41 (10), 4140–4142.

58. Schotter, P.B. Kamp, A. Becker, A. Puhler, G. Reiss and H. Brückl,

, Biosensors and Bioelectronics 19 (10), 1149 -

1156 (2004).

Sensor and Actuators A

IEEE Trans. Magn

“Comparison of a prototype magnetoresistive biosensor to standard

fluorescent DNA detection”

68 69

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201070 71

Nama Istri : Ir. Hj. Prastuti Indreswari MM

Nama Anak : - Rakanda Pranidhana

- Daryanda Dwiammardi

RIWAYAT PENDIDIKAN:

S3, Universitaet der Bundeswehr Muenchen, Bidang Teknik

Pengukuran dan Otomatisasi, 1992.

S1, Institut Teknologi Bandung, Jurusan Fisika, 1984.

�

�

RIWAYAT JABATAN FUNGSIONAL:

Asisten Ahli Madya 1986

Asisten Ahli 1993

Lektor Muda 1995

Lektor Madya 1997

Lektor 2000

Lektor Kepala 2001

Guru Besar 2009

�

�

�

�

�

�

�

CURRICULUM VITAE

Nama : MITRA DJAMAL

Tempat, tgl lahir : Jakarta, 22 Mei 1960

Alamat Kantor : Gedung Fisika FMIPA ITB,

Jl. Ganesha 10 Bandung 40132

Pekerjaan : Staf pengajar Prodi Fisika,

FMIPA, ITB.

Bidang Keahlian : Teknik Pengukuran dan

Otomatisasi

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201072 73

RIWAYAT PENUGASAN di ITB:

PENGHARGAAN:

PENULISAN JURNAL:

Mitra Djamal

Mitra Djamal,

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

• Ketua “Indonesian German Conference” 11-13 Juli 2001

• Anggota Steering Committee 33 International Physics

Olympiad, 21-30 Juli 2002

• Anggota Pembuatan Proposal Program B Jurusan Fisika FMIPA

• Anggota Tim Verifikasi Usul Angka Kredit FMIPA 2004-2005

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

• Ketua konferensi internasional ICICI 2007, 8-9 Agustus 2007

• Ketua Kelompok Keahlian Fisika Teoretik Energi Tinggi dan

Instrumentasi, sejak 1 Januari 2008.

• Ketua konferensi internasional ICICI-BME 2009, 23-25

Nopember 2009.

• Ketua PIC Strengthening Research Division Program IMHERE,

FMIPA, sejak Oktober 2009.

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

Januari 2010.

• Piagam Tanda Kehormatan Presiden Republik Indonesia

Satyalancana Karya Satwa 10 tahun, 15 April 2003.

1. , Sensor, .

Kontribusi Fisika ITB, Jurusan Fisika, FMIPA, ITB, vol.1 No. 2,

Juli 1990.

2. E.F. Rianto, .

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

rd

Elemen Kunci dalam Pengukuran

Studi Awal Ruang Suhu Terkontrol

No. 1, Januari 1996.

3. ,

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

p. 25-28.

4.

, Kontribusi Fisika Indonesia,

Vol. 8 No. 1, Jan. 1997, p. 14 – 19.

5. ,

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

6. ,

Proceeding Institut Teknologi Bandung, Vol. 31, No. 2, 1999.

7. Raka, IGN.

KFI, Vol. 10 No. 4, Oct. 1999.

8. Wahyudi and

,

Physics Journal of the IPS Proceeding Supplement A6 (2002)

0510 - 17 Juli 2002.

9. Wildian and Physics

Journal of the IPS Proceeding Supplement A6 (2002) 0512 - 17

Juli 2002.

10. Togar Saragi, Khairurrijal dan M. Barmawi,

Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 14, No. 3, 2003, Hal. 83-86.

11. Togar Saragi, , Darsikin, and M. Barmawi,

, Physics Journal of the Indonesian Physical Society,

Mitra Djamal

Mitra Djamal,

Mitra Djamal,

Mitra Djamal,

Mitra Djamal,

Mitra Djamal,

Mitra Djamal,

Mitra Djamal,

Mitra Djamal

A study of a flat coil sensor for measuring

displacements

Peranan Elektronika/Mikroelektronika Dalam

Perkembangan Instrumentasi Fisika

Peranan Matematika dalam Sistem Sensor Modern

Design of Flat Coil Sensor for Coin Identification

Desain dan Pembuatan pH Meter

Digital,

Development of an Electronics

Balance Using a Flat Coil Sensor and Microcontroller AT 89C51

A GMR based Current Sensor,

Deposition of NiFeCo Thin Film for Giant Magnetoresistance (GMR)

Material by dc-Unbalanced Magnetron Sputtering Method,

Characteristic of Giant Magnetoresistance CoFe/Cu/CoFe Sandwich

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

Sputtering

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 201074 75

A7 (2005) 0219.

12. , Darsikin, Togar Saragih, M. Barmawi,

Trans Tech

Publication Ltd, Swiss, 2006.

13. ,

IJP, Vol. 17 No. 1, January 2006, 7-14.

14. , IJP, Vol. 17

No. 4, January 2006, 103-107.

15. R. N. Setiadi,

,

PROC. ITB Sains & Tek. Vol 38 A, No. 2. 2006, 99-115.

16. ,

, Indonesian Journal of Physics (IJP), Vol. 17

No. 1, January 2006, 7-14.

17. , Indonesian

Journal of Physics (IJP), Vol. 17 No. 1, January 2006, 7-14.

18. ,

, Jurnal Sains & Teknologi Nuklir, Vol. VIII,

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

19.

Jurnal Sains & Teknologi Nuklir, Vol. VIII,

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

20. Suyatno, Yulkifli dan Rahmondia N. Setiadi,

, Jurnal

Materi Indonesia, edisi khusus Oktober 2007, 207-214.

21. Yulkifli, Rahmondia N. S., Suyatno, ,

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal,

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal,

Mitra Djamal,

Mitra Djamal

Design and

Development of Magnetic Sensors based on Giant Magnetoresistance

(GMR) Materials, Functional Materials and Devices,

Design and Development of Fluxgate Magnetometer

and Its Applicacations,

Sensor Modeling of a Vibration Sensor,

Pengukuran Medan Magnet Lemah

Menggunakan Sensor Magnetik Fluxgate dengan Satu Koil Pick-Up

Design and Development of Fluxgate Magnetometer

and Its Applications

Sensor Modeling of a vibration sensor,

Sensor magnetik fluxgate dan aplikasinya untuk

mengukur kuat arus

Sensor magnetik fluxgate dan aplikasinya untuk

mengukur kuat arus,

Sensor Magnetik Fluxgate Karakteristik dan Aplikasinya

Linieritas

Tegangan Keluaran Sensor Magnetik Fluxgate Menggunakan Elemen

Sensor Multi Core,

Simulation of Mobile Robot

Navigation System Using Combination Method of A* Algorithm with

Virtual Force Field

The Influence of Ferromagnetic Core, Pick-up Coil Winding

Number and Enviromental Temperature to the Output Signal of a

Fluxgate Magnetic Sensor,

Development of Visible Light Absortion Measurement for

Concentrated Dye Solution based on Attenuated Total Reflection

Technique and Improvement on its Analysis Method

Desain dan Pembuatan Sensor Medan Magnet

Fluxgate Presisi Tiga Dimensi Menggunakan Metoda Posisi Pulsa,

Desain dan Pengembangan Sensor Magnetik

Resolusi Tinggi dan Beberapa Aplikasinya,

Desain dan Pengembangan Sensor Mekanik

Berbasis Koil Datar,

Desain dan pengembangan sensor magnetik

fluxgate berbasis teknologi printed circuit boards (PCBs) dan

Jurnal Materi Indonesia, Edisi khusus,

Oktober 2007, 215-219,.

22. Harri Sapto Wijaya, ,

, Indonesian Journal of Physics, Vol. 18 No. 1,

Januari 2007, 15-19.

23. Yulkifli, Rahmondia N.S., , Khairurrijal, Deddy

Kurniadi,

Indonesian Journal of Physics, Vol. 18

No. 3, July 2007, p 77-80.

24. Hendro, Wirawan, , dan Rahmat Hidayat,

, Indonesian

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

1. (PI),

RUT IX, DIKTI, 2004-2006.

2. (PI),

Hibah Bersaing, DIKTI,

2007-2008.

3. (PI),

Hibah Kompetensi, DIKTI, 2008-2009.

4. (PI),

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

RESEARCH AWARD:

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

aplikasinya untuk sensor getaran

Desain dan

Pengembangan Sensor Getaran dan Aplikasinya untuk Online

Monitoring Gempa Riset,

Development of new

Giant Magnetoresistance (GMR) material with spin valve structure

using OTMS reactor

Pegembangan Material Giant

Magnetoresistance (GMR) dan Aplikasinya untuk Sensor Getaran,

Desain dan Pengembangan

Sensor Magnetik Resolusi Tinggi dan Beberapa Aplikasinya,

Pembuatan Material Giant

Magnetoresistance (GMR) untuk Sensor Magnetik

Desain

dan Pembuatan Sensor Magnetrik Berbasis Giant Magnetoresistance

(GMR),

Pegembangan

Sensor Magnetik Presisi medan Lemah Menggunakan Material Giant

Magnetoresistance (GMR)

Desain dan Pegembangan

Sensor Magnetik Fluxgate Sensitivtias Tinggi Menggunakan Model

Ellips-Multicore Double Pick-up dan Aplikasinya,

, Hibah KK ITB, 2009.

5. Gunawan Handayani (PI), (Anggota),

Hibah Kompetitif Penelitian Sesuai

Prioritas Nasional, DIKTI, 2009.

6. (PI), Yulkifli, Rahmondia,

, 2008, ASAHI GLASS FOUNDATION.

7. (PI), Khairurrijal,

Riset KK ITB, 2008.

8. (PI), Komang Bagiasna,

Riset

Hibah Pasca, DIKTI, 2007-2008.

9. (PI), Rahmondia,

, Riset KK ITB,

2006.

10. (PI), Khairurrijal, Munawar Agus Riyadi,

RUT, KMRT, 2002-2004.

11. Yulkifli (PI), , Khairurrijal dan Ramli,

, Hibah Bersaing, 2009.

12. Hufri (PI), Yulkifli,

Hibah Bersaing,

DIKTI, 2009.

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal,

PATEN:

PENULISAN BUKU:

Mitra Djamal

Mitra Djamal

Mitra Djamal;

Mitra Djamal

Mitra Djamal

REVIEWER:

PEMBICARA:

• Judul paten “Sistem Sensor Getaran Menggunakan Koil Datar”,

No. Paten ID 0 021 804, 27 Agustus 2008.

1. ,

, VDI, Germany, 1992.

2. ; , 2006.

3. , 2006.

4. J. Mark (Ed.); , bab Untersuchungen zur

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

Aachen, 2006.

5. ,

, ITB, 2009.

6. (Ed.),

, Penerbit ITB, 2009.

1. IEEE Journal Sensor

2. Indonesian Journal of Physics (IJP)

3. Journal Sains & Teknologi Nuklir.

1. Invited speaker pada International Conference of Functional

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

6-8 Juni 2005.

2. Invited speaker pada The 9th Conference on Instrumentation

and Control 2007, Bandung, Feb. 2007.

Untersuchungen zur Zuverlaessigkeit von

Gassensoren

Diktat kuliah FI6172 Elektronika Industri

Diktat kuliah FI4171 Sistem Sensor

Reiz der Sensorik

Development of vibration sensor based on flat coil

element

Kapita Selekta Fisika Teoretik Energi Tinggi dan

Instrumentasi

76 77

Majelis Guru Besar


Majelis Guru Besar


Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

Prof. Mitra Djamal

27 Maret 2010

3. Invited speaker pada International Conference on

Instrumentation, Communications, Information Technology, and

Biomedical Engineering (ICICI-BME), Bandung 2009.

4. Invited speaker pada Applied University Ravensburg

Weingarten, Ravensburg, Jerman, Oktober 2002.

5. Invited speaker pada Universität der Bundeswehr München,

Jerman, 16 Juli - 1 Agustus 2006.

78 79

SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART,...

Documents

Transcript of SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART,...