PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR Pusa' Teknologi Akselera'or dan Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008

Transkripsi

1 Pusa' Teknologi Akselera'or dan Proses Bahan PEMBUATAN SURVEY METER DIGITAL MODEL BEM 721D MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AT89S52 Nurhidayat S, Jumari, Djuningran Puslitbang Teknologi Maju- BATAN Yogyakarta ABSTRAK PEMBUATAN SURVEY METER DIGITAL MODEL BEM 721D MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER A T89S52. Beta gamma survey meter ada/ah a/at untuk memonitor tingkat radiasi dari lingkungan lokasi yang diperkirakan ada benda atau zat radioaktif. Survey meter digital terdiri dari detektor GM, penyedia tegangan rendah DC, penyedia tegangan tinnggi DC, pembentuk pulsa, mikrokontroler A TB9S52 sebagai counterltimer dan LCD 16x2 sebagai penampil data. Data yang ditampi/kan berupa cacah per menit (cpm) dan paparan radiasi dalam mr/h. Pengujian sub sistem diperoleh hasi/: keluaran catu daya tegangan tinggi DC 950 V, tegangan riple 10 mv, stabilitas tegangan 99,904 %, faktor regulasi tegangan 0,22 %. Pada rangkaian pembentuk pulsa diperoleh hasi/ : tinggi pulsa keluaran 4 V, lebar pulsa 20 J1Sdan tegangan noise 7 mv, sedangkan pada counterltimer diperoleh hasi/ linieritas pencacahan ~ = 0,9999. Untuk pengujian seluruh sistem di/akukan dengan Chi Square Test (X2) menggunakan sumber standar Sr-90 dan hasilnya X2 =12,119 menunjukkan harga yang cukup baik. Data hasi/ pengujian dapat diartikan bahwa survey meter yang dibuat telah berfungsi dengan baik dan memenuhi standar yang ditentukan dalam instrumentasi nuklir. ABSTRACT CONSTRUCTION OF THE DIGITAL SURVEY METER MODEL BEM 721D USING A T89S52 MICROCONTROLLER. Beta gamma survey meter is the instrument for monitoring radiation level from location which is estimated containing radioactive substance. The digital survey meter consist of GM detector, DC low voltage power supply, DC high voltage power supply, A TB9S52 microcontroller as counterltimer and LCD 16x2 as data display. The data is displayed in count per minute and mr/hour. On a sub system testing are DC high voltage power supply and pulse shaping circuit. Data result from the sub system test can be known as output rating of DC high voltage power supply 950 V, ripple voltage 10 mv, high voltage stability 99,904% and regulation factor 0,22%. For pulse shaping circuit to get data value output amplituda 4 V, pulse width 20 J1Sand noise voltage is 7 mv. So for counterltimer testing to get linearity counting s~stem 0,9999. From the whole system test have been done witt1 Chi Square Test(X) using source standard Sr-90 and from the test result is to get X2=12, 119 the obtained is good enough. The data test result it means that the survey meter has been made is in a good function and suitable to the standard that is recommended for nuclear instrumentation system. PENDAHULUAN Untuk mengetahui ada dan tidaknya radiasi nuklir di suatu tempat/ lin~kungan maka diperlukan alat ukur radiasi [1, salah satu diantaranya adalah beta gamma survey meter digital yaitu suatu ala! yang digunakan untuk mengukur intensitas radiasi beta/gamma dan hasil pengukuran ditampilkan dalam bentuk digital[2j Pada dasarnya survey meter digital terdiri dari detektor GM, penyedia tegangan rendah DC, penyedia tegangan tinggi DC, Pembentuk pulsa, mikrokontroller sebagai counter/timer dan LCD sebagai penampil data. 460 ISSN Nurhidayat, dkk

2 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Mengingat perkembangan teknologi yang semakin pesat khususnya perkembangan teknologi semikonduktor maka sekarang telah berkembang teknologi mikrokontroler yang dapat dipakai untuk mengendalikan suatu peralatan secara otomatis mikrokontrolert3,4]. melalui program yang Dengantertanam teknologi dalam mikrokontroler dapat digunakan untuk mengolah dan menyimpan data dengan mudah. Oleh karena itu survey meter digital ini memanfaatkan mikrokontroller AT89S52 sebagai counter/timer, dengan menggunakan mikrokontroler rangkaian counter/timer lebih sederhana dan praktis karena pencacah dan pewaktu hanya diwakili oleh satu chip IC tipe AT89S52. Hal lain yang sangat menguntungkan dari penggunaan mikrokontroler AT89S52 adalah harganya murah, mudah didapat, handal, mempunyai akurasi tinggi serta mudah dalam operasi dan pemrogramannya [5]. Tujuan kegiatan ini adalah dalam rangka pengembangan survey meter digital menggunakan teknologi mikrokontroler untuk meningkatkan unjuk kerja dan efisiensi alat. (cpm) yang ditampilkan pada baris atas dan dalam mr/hour pada baris bawah LCD 16x2. Jadi dalam sekali pengukuran dapat dilihat dua besaran pencacahan sekaligus. Rangkaian penyedia tegangan tinggi Rangkaian penyedia tegangan tinggi sepeti disajikan pada Gambar 2. DASAR TEORI Blok diagram survey meter digital disajikan pada Gambar I. I D,wn~ OM Teg. Tinggi DC Pembentu k Pulsa Mikrokont roler A T89S52 a. -I : I f! : I! :,:m;n~ L:J R~~ah Gambar I. Blok diagram survey meter digital model BEM 72ID Prinsip kerja blok diagram diatas adalah sebagai berikut : Penyedia daya tegangan rendah DC berfungsi untuk mencatu daya seluruh sistem elektronik survey meter digital. Penyedia day a tegangan tinggi DC berfungsi untuk mencatu detektor GM agar detektor dapat bekerja. Rangkaian pembentuk pulsa berfungsi sebagai penguat pembalik dan pembentuk pulsa sehingga akan keluar pulsa kotak standar TTL dengan tinggi pulsa 4V dan lebar pulsa 20~S[3]. Pulsa tersebut selanjutnya masuk kesistem pencacah IC mikrokontroller AT89S52 untuk dihitung jumlah pulsa keluaran detektor GM dalam cacah per menit Gambar 2. Rangkaian penyedia tegangan tinggi Cara ketja rangkaian tegangan tinggi Gambar 2. Rangkaian induktansi LI pacta trafo primer dan Capasitor C berfungsi sebagai osilator gelombang sinus kemudian pulsa sinus tersebut dikuatkan oleh transistor Q6, selanjutnya pulsa akan diteruskan ke liiitan L2 untuk diinduksikan pada liiitan sekunder L3 trafo step up untuk dinaikkan amplitudonya. Tegangan tinggi yang masih AC tersebut disearahkan dengan dioda penyearah dan tegangan riplenya disaring dengan rangkaian filter, besar keluaran tegangan tinggi dibatasi oleh dioda zener terpasang. Transistor Q4 dan Qs berfungsi sebagai umpan balik (feedback) tegangan referensi osilator. Rangkaian pembentuk pulsa Rangkaian pembentuk pulsa terdiri dari penguat pembalik, pembentuk pulsa dan penguat audio, seperti disajikan pada Gambar 3. Gambar 3. Rangkaian pembentuk pulsa Nurhidayat, dkk. ISSN

3 Pusat Teknologi Akselerator don ProsesBahan Yogyakart:a, 28 Agustus 2008 Detektor OM berfungsi untuk mengubah sinar radiasi beta dan gamma menjadi pulsa listrik yang berpolaritas negatip dengan tinggi pulsa ± ] 50 my, kemudian pulsa listrik tersebut dikuatkan oleh transistor Q, dan dibalik pulsanya menjadi pulsa positip dengan tinggi pulsa ± 3V dan selanjutnya pulsa tersebut dimasukkan kerangkaian pembentuk pulsa ]C CD 400] untuk dibentuk menjadi pulsa kotak dengan tinggi pulsa 4V - 5V, pulsa ini siap dimasukkan pada rangkaian counter. Pulsa keluaran transistor Q, juga masuk ke rangkaian penguat audio untuk indikator suara yang menunjukkan adanya radiasi yang datang dan diindikasikan dengan suara load speaker. Rangkaian Counter Survey Meter Flow chart program counter survey meter digital disajikan pada gambar 5. Gambar 5. Flow chart program counter survey meter digital Gambar 4. Rangkaian Counter/Timer Survey meter Prinsip kerja rangkaian Counter berbasis mikrokontroler AT89S52 untuk beta gamma survey meter seperti disajikan pada Gambar 4 adalah : Kristal ] 1,0592 MHz berfungsi sebagai clock dari timer IC AT89S52, T, sebagai masukan (menerima pulsa masukan), P20 - P2.7sebagai keluaran LCD sebagai penampil data cacahan, PIO- PI2 (SI-S3) berfungsi sebagai seting sistem operasi[3]. Tombol switch yang tersedia ada 3 buah ( Start, Stop, Reset), S 1 terhubung ke PIO berfungsi sebagai "Start" proses pencacahan telah dimulai, proses cacahan looping sampai tombol stop ditekan. Apabila tombol "Stop" (S2 - PIJ ditekan, maka proses pencacahan akan berhenti walaupun proses looping belum selesai. Apabila tombol "Reset" (S) - P12) ditekan maka cacahan akan ter-reset semua. Port P20 - P2.7 dipakai sebagai keluaran counter yang selanjutnya pulsa keluaran counter tersebut akan diteruskan ke LCD 16x2. Modul LCD ini berfungsi sebagai media penampil informasi cacah radiasi yang terdeteksi detektor GM. Informasi yang ditampilkan berupa tampilan angka yang menunjukkan cacah radiasi yang ditangkap oleh detektor OM dalam cacah per menit (cpm) dan paparan radiasi dalam nlr/hour. Paparan (X) Paparan adalah kemampuan radiasi sinar x atau gamma untuk menimbulkan ionisasi di udara da]am volume tertentu. Pada sistem Sl, satuan paparan adalah coulomb/kilogram (C/kg). C/kg adalah besar paparan yang dapat menyebabkan terbentuknya muatan listrik sebesar satu coulomb pada suatu elemen volume udara yang mempunyai massa 1kg. Satuan lama adalah roentgen. 1 R=2,58x10-4 Clkg Laju paparan adalah besar paparan per satuan waktu dan diberi simbol X. Satuan laju paparan dalam Sl adalah C/kg.jam dan satuan lama R/jam atau mr/jam. Nilai laju paparan pada jarak r meter dari sumber radiasi gamma berbentuk titik dengan aktivitas sebesar A curie adalah: X= f.a r2 Dengan: x= laju paparan (R/jam) f = faktor gamma (R.m2/Ci.jam) A = aktivitas (Ci) R = jarak (m) TATA KERJA Langkah Kerja I. Merencana rangkaian Counter/Timer berbasis mikrokontroler AT89S ISSN Nurhidayat, dkk

4 PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan ProsesBahan 2. Merencana layout PCB Counter/Timer dan sistem elektronik lain Pengujian komponen yang akan dipasang baik pasipfmaupun aktif. 4. Pemasangan komponen pada PCB. 5. Pengujian sistem elektronik pembentukan pulsa. 6. Pembuatan program peneaeahan pada mikrokorttroler dengan menggunakan program BASCOM Download program kedalam IC AT89S52 menggunakan Down loader HB Pengujian Iinieritas peneaeahan mikrokontroller dengan tampilan LCD. 9. Pengujian seluruh sistem dengan melakukan uji stabilitas peneaeahan dengan metode Chi Square Tes t (Xl) [6.7J. 10. Pengujian survey meter digital dengan sumber Cs-137. II. Analisis hasil pengujian dan pembuatan laporan. Alat dan bahan penelitian I. Pulse Generator Model OL-3 dan Pulse Generator Philips PM Frequency Counter Textronix type DC Multimeter Analog Sanwa type YX-360TR. 4. Oscilloscope Kenwood 40 MHz, kabel coaxial dan Toollset. 5. AC-DC Differential Volt Meter merk Fluke Model - 893A. Tegangan Tinggi (Volt) Cacah/10 detik Dari data tabel I dapat dibuat grafik seperti pada Oambar J ~ /// ; 1::00 2 tooo ~ 500 Ii.~ 600 ::00 o :"':!o ax, 6:::tj 8-1J oro Ea:i 9QO >;120 94) :D T~9 l109g1{von;. Oambar 6. Orafik plateau detektor OM Ludlum model 44-6 SIN Pengujian GM inverter dan pembentuk pulsa Table 2. hasil pengujian rangkaian OM inverter dan pembentuk pulsa l Bagianyang diuji ~ HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian tegangan kerja detektor GM Pengujian dilakukan untuk mengetahui tegangan kerja detektor OM. Detektor OM yang digunakan Merk Ludlum model 44-6 serial: Pengujian detektor OM dengan sumber Sr 90 dengan aktivitas 10 mci pada jarak 10 em dalam waktu 10 detik. beban detektorgm beban 87 Tabel I. Hasil pengujian tegangan kerja detektor OM Tegangan Tinggi Cacah/ (Volt) detik Pengujian penyedia Daya Tegangan Tinggi Table 3. Hasil pengujian Tegangan tinggi DC Tegangan. Konsumsiarus Frekuensiosilator TeQanQankeluaran BaQianyanQdiuii keluarandengan Faktorregulasi Tegangan Stabilitastegangan keluarantanpa rippel V 0-0,22% 1,25kHz 99,904% 25mA 10mV Terukur beban 950V V Diharapkan <50mA< <0,5% - 25 khz mv V V% 6 5 Pengujian Stabilitas Tegangan Tinggi DC dengan Alat Tes Beban Dari tabel 4 hasil pengujian stabilitas tegangan kemudian disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Oambar 7. Nurhidayat, dkk. ISSN

5 PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusot Teknologi Akselerotor don Proses Bahan Tabel 4. Hasil pengujian stabilitas tegangan tinggi DC Tabel 5. Data hasil pengujian linieritas peneaeahan. Frekuensi Meter Waktu (WIB) TeQ. 930,10 929,95 930, ,05 929, ,40 930,30 930,75 930,65 930,50 930,70 930,60 930,55 930, ,00 929,85 930,35 Tinaai (V) Counter LCD. (cacah/detik) (cacah/detik) Dari tabel 5 diatas disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar = : ~ {;OOOO70000 Freku~nsl meter (Hz) Gambar 8. Grafik linieritas peneaeahan Pengujian stabilitas pencacahan (Chi square Test) Sumber radiasi standar Sr-90 ; Aktivitas sumber =lomrad ( 1983). Jarak detektor ke sumber = IDem; Waktu caeah = 5 detik Wak1u (WIB) 1 Gambar 7. Grafik Stabilitas Tegangan Tinggi DC Tabel 6. Data hasil pengujian stabilitas peneacahan Cacah pq (Xi 122~) X)2 Pengujian linieritas pencacahan terhadap counter/timer. Dengan pulsa masukan dari pulse genera/or; waktu eaeah = I detik. 464 ISSN Nurhidayat, dkk

6 Xi = Cacah (Xi) (Xi X = 1082 L (Xi-X) X)2 PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan x = f.a = 0.34x5.359xI0-6 = 0 182mR I h 2 ~, r 0.1 Dari pengukuran diperoleh cacah per menit 305 cacah, jadi faktor konversi cacahan ke mr/h dapat dihitung : Faktor Konversi = _X_ = 0,182 = 0, Cacah 305 PEMBAHASAN Menghitung harga Chi Square Test ( X") dengan persamaan betikut : "'X X)2 ' X2= LJ 1- = = X 1082 ' Untuk pengukuran sebanyak 20 kali dan tingkat kepercayaan terhadap alat 99%, maka didapatkan harga Chi Square Test (X2) = 12,199. Pengujian Survey meter dengan sumber Standard Cs-137 Pengujian ini dengan menggunakan sumber Radiasi Cs-137 dengan Aktifitas sebesar : 10 /lci (18 Juni 1981) Tabel 7. Data hasil pengujian survey meter dengan sumber Cs-137 Jarak(cm) ,050 0,101 0,318 0,178 mrih 1, cpm Perhitungan paparan radiasi (X) Menggunakan sumber radiasi, Cs-137 yang diketahui : Ao = \O/lCi TI/2 = 30tahun tpembuatan = I \981 t = 27 tahun At = Ao.e-(0.69Jrrl/2), At = I Oe -(0,693/30) x 27 = 5,359 /lci Dengan aktivitas sumber 5,359 /lci, faktor gamma 0,34 R.m2/Ci.jam dan jarak 10 cm diperoleh perhitungan Iflju paparan: 1. Dari pengujian tegangan kerja detektor GM diperoleh panjang plateau 100 V dari 900 V sampai dengan 1000 V, maka tegangan kerja detektor GM tersebut adalah 950 V. 2. Dalam pengujian rangkaian pembentuk pulsa dilakukan dengan menggunakan masukan dari Pulse Generator, dan hasilnya keluar pulsa kotak dengan tinggi pulsa 4 V, tegangan noise 7 mv, lebar pulsa 20 JlS dan dati lebar pulsa ini menunjukkan bahwa kemampuan counting maksimum adalah Hz. 3. Dari grafik pengujian stabilitas tegangan tinggi diperoleh harga ketidak-stabilan tegangan (~V) = 930,75 V - 929,85 V = 0,9 V, atau dalam % adalah (~V N)x I 00 % = (0,9V 1930, 75V) x 100 % = 0,096 %, jadi stabilitas tegangan tinggi = 100 % - 0,096 % = 99,904 %, harga ini masuk dalam ring stabilitas tegangan yang ditetapkan yaitu dati 95 %-100 %, hal ini menunjukkan bahwa sistem tegangan tinggi yang dibuat mempunyai stabilitas tegangan yang sangat baik dan telah memenuhi syarat untuk digunakan. 4. DaTi grafik hasil pengujian linieritas pencacahan counter maka diperoleh harga linieritas pencacahan R2 = 0,9999, harga ini berarti counter yang dibuat mempunyai harga linieritas yang cukup baik, karena harga R2 semakin mendekati I berarti linieritasnya semakin baik. 5. Untuk pengujian kestabilan pencacahan menggunakan sumber radiasi standar Sr-90 dengan mengambil tingkat kepercayaan 99 % dan n = 20, diperoleh hasil harga Chi Square Test (X2) = 12,199 sedang batasan X2yang diijinkan hams berada pada 10,117 < X2 < 30,114. Jadi apabila harga X2 dimasukkan menjadi 10,117 < 12, I99 < 30,114. maka harga X2 tersebut telah masuk pada rentang yang ditentukan, berarti alat mempunyai tingkat stabilitas pencacahan cukup baik. 6. Dari data pengukuran diperoleh paparan sebesar 0.\78 mr/h, sedangkan secara perhitungan 0,182 mr/h pada jarak I0 cm, maka besarnya penyimpangan actual dan perhitungan adalah ~X = aktual - perh itungan X 100% perhitungan Nurhidayat, dkk. ISSN

7 Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan KESIMPULAN X100% ,1 % Dari data hasil pengujian dan pembahasan dalam pembuatan survey meter digital dapat ditarik kesimpulan sebagai barikut : I. Detektor GM jenis ludlum model 44-6 serial: yang dipakai memiliki tegangan ketja 950 V. 2. Penyedia daya tegangan tinggi DC yang dibuat mempunyai harga stabilitas tegangan tinggi sangat baik sebesar 99,99 %. 3. Counter berbasis Mikrokontroler AT89S52 yang dibuat dengan mempunyai harga linieritas pencacahan dan stabilitas pencacahan yang baik dan memenuhi syarat untuk digunakan dalam instrumentasi nuklir khususnya untuk Surveymeter Digital. 4. Dari pengujian diperoleh hasil penyimpangan 2, I % dari perhitungan paparan radiasi dengan sumber standar Cs Secara keseluruhan Survey Meter Digital model BEM 721D yang dibuat telah berfungsi dengan baik, mempunyai akurasi dan stabilitas pencacahan yang baik dengan demikian telah dapat meningkatkan unjuk kerja yang lebih baik dari generasi sebelumnya. UCAPAN TERIMA KASIH Diucapkan terima kasih kepada rekanrekan Balai Elektromekanik yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan pembuatan survey meter berbasis mikrokontroler ini, sehingga dapat selesai sesuai target dan dapat berfungsi dengan baik. DAFTAR PUSTAKA 2. ANONIM, Petunjuk Pemakaian dan Perbaikan "Beta - Gamma surveymeter DIN 720", Yogyakarta, JUMARI dkk, 2005, Rancang bangun counter/timer untuk sistem pencacah nuklir menggunakan mikrokontroller AT89C51, Yogyakarta.: Proseding Seminar Nasional Pengelolaan Perangkat Nuklir. 4. PUTRA, AGFIANTO E, (2002), Belajar Mikrokontroller AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Gava Media, Yogyakarta. 5. WIRANTO, DKK, (2004), Diklat Aplikasi Mikrokontroler dalam Instrumentasi Nuklir, Pusdiklat-BA TAN, Jakarta. 6. ANONIM, IAEA - TECDOC-363, (1986), Selected Topics In Nuclear Electronics, VIENNA-AUSTRIA. 7. ANONIM, IAEA - TECDOC 317, (1984), Quality Control of Nuclear Medicine Instruments, VIENNA, AUSTRIA. TANYA JAWAB Dewita ~ Apa bedanya alat ini dengan beberapa alat yang sarna yang telah dibuat (beberapa makalah yang telah diproseding terdahulu). ~ Konversi cacah ke mr/jam kelihatannya dilakukan dengan perhitungan, bagaimana hasilnya dibandingkan dengan pengukuran yang dilakukan survey meter yang terkalibrasi (sekunder kalibrasi). Nurhidayat ~ Alat ini lebih simple, dan mudah dalam penggunaanjarum dan tampi/an LCD. ~ Untuk kalibrasi dengan alat lerkalibrasi diperoleh perbedaan sebesar I%.. I. WARDHANA, W.A, 1985, System Deteksi dan Detektor nuklir, Pusdiklat BATAN. 466 ISSN Nurhidayat, dkk