Qonitatul Hidayah, dkk/ Pengembangan Inklinometer Optik : Studi Awal dan Karakterisasi

103

 

 

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 2012 ISSN : 0853-0823

 

Pengembangan Inklinometer Optik : Studi Awal dan Karakterisasi

Qonitatul Hidayah1), Bambang Hermanto 2), Bambang Widiyatmoko2), Ahmad Marzuki1) 1) Fisika- F. Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Jln. Ir. Sutami 36 A Surakarta 57126 Email : netha_may@yahoo.com 2) Group THz-Photonics-Bidang Instrumentasi Fisis dan Optoelektronika, Pusat Penelitian Fisika –LIPI Kawasan PUSPITEK Serpong Tangerang 15314 Abstrak – Telah dilakukan studi pembuatan inklinometer optis menggunakan rugi rugi lengkungan dari fiber optik single mode. Suatu bandul metal dengan ujung bebas akan mendorong lingkaran fiber optik sehingga membentuk lekukan yang menyebabkan ada perubahan rugi rugi pada fiber. Pengujian sensor telah dilakukan dengan mengukur tegangan luaran dari photodetektor yang dipakai untuk mengukur perubahan intensitas luaran dari fiber optik. Dari pengukuran diketahui bahwa perubahan tegangan akan terjadi pada daerah kemiringan -0,5° sampai -21° dengan perubahan 3,687±0,099 mV/° dan 0° sampai 21° dengan perubahan tegangan 3,643±0,127 mV/°. Hasil penggujian lekukan serat optik menunjukkan bahwa pemodelan lekukan serat optik bebas mempunyai sensitivitas tinggi dan linear untuk sensor inklinometer optis. Kata kunci: lekukan fiber optik, rugi-rugi lengkungan, sensitivitas Abstract – The study of optical inclinometer has been conducted using indentation losses of single mode optical fiber. A metal pendulum with the free tip will push the loop of optical fiber so that formed indentation that causes change in the losses of the fiber. Sensor testing has been done by measuring the voltage output from the photodetector used to measure changes in output intensity of the optical fiber. From the measurement of voltage changes will occur on the slope of -0.5 ° to -21 ° with a change of 3.687±0,099 mV/° and 0 ° to 21 ° with a voltage change of 3.643±0,127 mV/ °. The indentation test showed that model of free optical fiber curvature possessed a high and linear sensitivity for optical inclinometer sensor. Key words : optical fiber curvature, curvature losses, sensitivity I. PENDAHULUAN

Tanah longsor adalah perpindahan material pembentuk lereng berupa batuan, bahan rombakan, tanah, atau campuran material tersebut bergerak ke bawah atau keluar dari struktur lereng [1]. Apalagi kondisi alam Indonesia dengan faktor-faktor penyebab geologi, topografi, dan klimatologi yang dominan menyebabkan sebagian besar daerah Indonesia rawan terhadap tanah longsor. Suatu lereng dapat dikatakan stabil atau tidak stabil dapat diketahui dari parameter sebagai berikut : material, kekuatan tanah, sudut lereng, iklim, vegetasi, dan waktu. Ada banyak alat untuk memonitoring suatu lereng, seperti : pemasangan alat-alat pemantau tinggi permukaan air tanah (piezometer), kecepatan gerakan tanah (extensometer) dan arah gerakan tanah (inclinometer) [1].

Inklinometer pada pergerakan tanah digunakan untuk mengukur atau mendeteksi arah gerakan tanah [2]. Inklinometer yang telah ada sekarang memiliki prinsip kerja baik secara mekanik murni ataupun elektronik. Salah satunya inclinometer elektrik yang dikembangkan LIPI untuk memonitoring gerakan lateral dan deformasi tanah, batuan termasuk struktur dinding penahan yang menggunakan suatu komponen micro-electro-mechanical systems (MEMS) sebagai pengukur sudut kemiringan tanah terhadap pusat gravitasi bumi [2,3].

Inklinometer tersebut terbuat dari alumunium dan berdiameter sekitar dua meter. Bila inklinometer mengalami tekanan, maka alumunium tersebut akan bengkok secara perlahan. Selama sepekan sekali alumunium silinder yang ditanam harus dideteksi dimana letak bengkoknya dan bentuk pergeserannya. Selain itu, alat ini rawan untuk dicuri karena berbahan alumunium dan sedikit lebih mahal karena bahan material yang dibutuhkan sangat banyak [3,4]. Pada tulisan ini akan dipaparkan percobaan awal sebagai dasar dari rancangan sensor pergeseran tanah dengan memanfaatkan rugi-rugi lekukan pada serat optik.

Pada penelitian ini, juga menggunakan akselerometer yang tipe ADXL330 (mempunyai 3 sumbu) [5] dan digi pass digunakan sebagai kontrol dan pembanding dengan MEMS. Penggunaan serat optik sebagai media sensor pergeseran dikarenakan kemampuan hantar serat optik yang baik bila ada salah satu bagiannya bengkok atau terjadi gangguan transmisi [6]. Apabila hal tersebut terjadi, maka dapat dipastikan bahwa ada kebocoran di bagian tersebut dan kebocoran inilah yang dimanfaatkan untuk deteksi pergeseran tanah.

Ketika sumber cahaya ditembakkan ke dalam serat optik dan terjadi pergeseran, maka serat optik yang telah di set akan mengalami perubahan ketegangan [6]. Photodetektor akan menangkap cahaya dari sumber

104 Qonitatul Hidayah, dkk/ Pengembangan Inklinometer Optik : Studi Awal dan Karakterisasi

 

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 2012 ISSN : 0853-0823

 

dalam jumlah yang telah berkurang (pelemahan sinyal). Data yang diterima inilah yang akan diubah dalam bentuk data tegangan listrik, sehingga komputer dapat membacanya secara lengkap.

II. METODE PENELITIAN

Gambar 1 menunjukkan set up alat inklinometer optis. Sumber yang digunakan adalah LED source yang mempunyai panjang gelombang 1310 nm dan pembacaan tegangan keluarannya menggunakan data akuisisi. Power supply sebagai sumber tegangan DC akselerometer. LabJack adalah pengakuisisi data yang dihubungkan dengan komputer.

Serat optik yang digunakan adalah jenis single mode. Dalam penelitian ini digunakan dua serat optik yang berwarna kuning dan putih. Diameter lekukan pada masing-masing serat optik adalah 4 cm. Data diambil dengan variasi sudut 0° sampai sudut maksimum dari housing dengan step sudut sebesar 0,5°. Pengambilan datanya dengan memantau satu-satu serat optiknya. Ketika pendulum diberi perlakuan pergeseran, pendulum akan menekan salah satu serat optik. Setelah memantau tegangan keluaran pada salah satu sisi, kemudian diganti dengan memantau bagian sisi yang lainnya. Panjang pendulum pada alat ini adalah 15,5 cm dan dari perubahan posisi pendulum akan dapat diketahui perkiraan dari pergerakan tanah. Tahapan awal dalam penelitian ini adalah mengkarakterisasi sensor akselerometer [7] pada tegangan 3,457 volt dan 4,94 volt.

Gambar 1. Set up alat inklinometer optis.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 2 memperlihatkan hasil karakterisasi

akselerometer pada sumbu x terhadap kemiringan digi pass. Gambar 2 menunjukkan bahwa besar tegangan keluaran pada sumbu x tergantung dari masukan yang diberikan pada akselerometer. Di dalam MEMS sebenarnya ada pembatasan tegangan, untuk tipe ADXL330 ini memiliki batas tegangan sebesar 3 volt. Jadi, saat diberi tegangan masukan lebih dari 3 volt seharusnya tegangan keluarannya 3 volt. Namun, setelah dilakukan beberapa percobaan karakterisasi, ternyata tegangan masukannya sama dengan tegangan keluaran. Dapat diketahui, bahwa pembatas tegangan pada MEMS tidak bekerja.

0 50 100 150 200 250 300 350 4001.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0 3,457 Volt 4,94 Volt

Tega

ngan

pad

a su

mbu

X (V

)

Kemiringan digi pass (°) Gambar 2. Grafik tegangan pada sumbu x vs

kemiringan. Dalam penelitian ini, juga dilakukan pengukuran rugi-

rugi akibat pergeseran sudut sebagai tahapan awal pada inklinometer berbasis serat optik. Gambar 3 memperlihatkan hasil pengujian pergeseran sudut dengan tegangan keluaran pada inklinometer optis.

Dari Gambar 3 dibuat grafik fitting linear pada range 0° sampai 21° untuk serat optik warna kuning dan -0,5° sampai -21° untuk serat optik warna putih. Hasil fitting linear slope kiri dan slope kanan Gambar 3 akan diperlihatkan pada Tabel 1.

Tabel 1 memperlihatkan bahwa nilai rata-rata perubahan tegangan yang terjadi pada daerah kemiringan -0,5° sampai -21° dengan perubahan 3,687±0,099 mV/° dan 0° sampai 21° dengan perubahan tegangan 3,643±0,127 mV/°. Terjadinya perbedaan antara slope kanan dan kiri pada awal terjadinya rugi-rugi serat optik karena sumber cahaya yang masuk ke inti serat tidak sama. Hal ini disebabkan karena pemantauannya satu-satu dan penggunaan serat optik sisi kanan dan kiri yang berbeda. Gambar 3 juga memperlihatkan bahwa besarnya tegangan keluaran akan meningkat seiring dengan bertambahnya pergeseran yang dikenakan pada serat optik.

Representasi pada pergerakan tanah yang kaitannya dengan percobaan pengaruh pergeseran sudut lengkungan serat optik adalah perubahan linear pendulum (d) [8,9] yang akan terukur seperti dalam persamaan (2) dari persamaan (1) dibawah ini,

sin (1) sehingga,

sin (2) Ilustrasi kesebandingan antara perubahan sudut

dengan pergerakan pendulum ditunjukkan pada Gambar 4. Berdasarkan hasil percobaan dengan menggunakan sebuah serat optik dan penggunaan persamaan (2) sudah dapat memperkirakan pergerakan sejauh 5,555 cm, dimana sudut maksimum pergeseran yang dicapai oleh pendulum adalah 21°.

Pemasangan inklinometer optik ini berbeda dengan pemasangan inklinometer elektrik. Inklinometer optik ini akan dipasang dengan menggunakan bantuan pipa besar.

Qonitatul

 

 

 

Pipa besgelincir. luar lapissedikit dpemasangsensor omenekantanah [4]

-20

Tega

ngan

kel

uara

n (V

)

Gambar 3

Tab

Pe

Gambar 4

IV. KD

bahwa pserat optserat optterjadi paperubahaperubahamemperk

Wberbasis memuaskselanjutnUntuk i

l Hidayah, dkk/

sar inilah yanSehingga hou

san tanah. Untdibanding ingan inklinomoptik berbasinkan pada ana.

-10

-0.15

-0.14

-0.13

-0.12

-0.11

-0.10

-0.09

-0.08

-0.07

Kemiring

3. Grafik tepass.

bel 1. Hasil sen

engulangan

Ulang 1 Ulang 2 Ulang 3

4. Ilustrasi ppada inkli

KESIMPULANari penelitia

perancangan stik, memiliki tik yang bebaada daerah keman 3,687±0,09an tegangan 3kirakan perges

Walaupun peraserat optik

kan, tetapi nya untuk meitu diperluka

Pengembangan

Prosiding P

ng akan masuusing inklinomtuk bahan matnklinometer emeter elektrikis fiber bragalisis tekanan

0 10

5

4

3

2

1

0

9

8

7

Ulang 1 Ulang 2 Ulang 3

an digi pass (°)

gangan keluara

nsitivitas fitting

Slope Kiri (mV/°)

3,750±0,095 3,430±0,112 3,875±0,090

pemanfaatan linometer optis.

N

an tersebut, sensor pada inilai sensitiv

as. Pada perubmiringan -0,59 mV/° dan 0,643±0,127 mseran sebesar ancangan awa

telah menumasih dip

endapatkan haan perbaikan

Inklinometer O

Pertemuan Ilmia

uk ke bagianmeter optik beterialnya sendelektrik. Selak digabung g grating. Ayang terjadi

20

an vs kemirin

linear Gambar

Slope Kana(mV/°)

3,605±0,123,684±0,123,641±0,130

engkungan ser

dapat disimnklinometer b

vitas yang besbahan tegang° sampai -21°

0° sampai 21°mV/° dan suda

5,555 cm. al inklinometeunjukkan hasperlukan peasil yang leb

n lagi pada

Optik : Studi Awa

ah XXVI HFI JaISSN : 085

n bidang erada di

diri lebih ain itu, dengan

Alat ini didalam

ngan digi

4.

an

8 3 0

rat optik

mpulkan berbasis sar pada an akan

° dengan ° dengan ah dapat

er optik il yang enelitian ih baik.

sistem

al dan Karakter

ateng & DIY, Pu53-0823

mekanik hotersebut belum

UCAPAN TETerima kasihPrabowo Purbanyak membPuslitbang Fipenelitian ini PUSTAKA[1] Halim, A

Bangun SYogyakar

[2] Timothy MicropowOF BIOMXX, NO.

[3] George InclinomeTransportpp5-9,200

[4] PPK-LK Berpotensdiakses ta

[5] Analog DDevice In

[6] Bahareh Optic Senand Techn

[7] Kimberly Freescale

[8] Dwi HWidiyatmRagam TPermukaaASTECHN– III-72.

[9] Timothy inclinome0126-3, 2

TANYA JAW

Harsojo, UG? Angka hasiinformasi nila

 Qonitatul,UN√ Tergantung≤ 1% = 3-4 d Ishafit, UAD? Apakah dadalam atau h Qonitatul,UN√ Data perubdikirimkan se

risasi

urworejo 14 Apr

ousing inklinm dapat diper

ERIMA KASh untuk Bapranto dan Ba

mbantu dalam isika- LIPI ata.

Aplikasi SensorSistem Peringarta, 2010.

G. Constandwer Tilt ProcesMEDICAL CIRYY, ZZ 2009. Machan and

eter for Geotation Projects,09.

Diknas. 2011si Longsor. Wanggal 20 Juli 2

Device. MEMS Ac, USA,2007. Gholamzadeh,

nsors, World Anology 42 2008

Tuck, Tilt Semiconductor

Hanto, Wildanmoko, dan Dwi BTunggal sebagaan Tanah,NOVA ISSN 20

D. Stark eters for lands6 July 2007.

WAB

GM il pengukuranai ketidakpast

NS g dari nilai ketdigit

D ata yang dipanya dibaca d

NS bahan intensitaecara wireless

ril 2012

nometer optirtanggungjawa

SIH pak Hendra Aapak Dwi Hmelakukan pe

as fasilitas yan

r Akselerometeatan Dini Tana

dinou and Julssing Circuit,

RCUITS AND

Victoria G othechnical In, Transportatio

1. MendeteksiWebsite: http://w

011. Accelerometer

and HoomanAcademy of Sc8,pp 297-307

Using Linearr, Arizona, 2007n Panji TBayuwati, Peng

ai Rancangan Prosiding Se

086-005, Oktob

and Hangseoslides, DOI 10

n 3 digit dibeltiannya berap

tidakpastianny

peroleh dapatdiregresi?

as cahaya ini s/gps/gsm/radi

1

k. Karena abkan.

Adinanta, BaHanto yang te

enelitian ini, ng diberikan p

er Untuk Rancah Longsor, UG

lius Georgiou,TRANSACTIOSYSTEMS, V

Bennet. Use nstrumentation n Research Bo

Rekahan Tawww.pkplk-plb.

ADXL330, An

n Nabovati, Fience, Enginee

r Acceleromet7. resna, Bambgukuran Rugi-RSensor Pergeseminar Nasiober 2009, pp II

ok Choi, S0.1007/s10346-0

lakang koma a?

ya 10% = 2 di

t dipancarkan

dipancarkan aio

105

alat

apak elah dan

pada

cang GM,

, A ONS

VOL.

of on

oard,

anah .org,

alog

Fiber ering

ters,

bang Rugi eran onal II-65

Slope 008-

dan

igit,

n di

atau