TELAAH JURNAL ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI. VOLUME 31 No. 2, November 2013 PUSAT PENELITIAN FISIKA LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA

Transkripsi

1 TELAAH ISSN: Akreditasi No: 522/Akred/P2MI - LIPI/04/2013 JURNAL ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI VOLUME 31 No. 2, November 2013 PUSAT PENELITIAN FISIKA LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA TELAAH VOLUME 31 NO 2 HAL SERPONG NOVEMBER 2013 ISSN

2 ISSN Akreditasi No: 522/Akred/P2MI - LIPI/04/2013 TELAAH JURNAL ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI Volume 31 No.2, November 2013 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, Jurnal Telaah kembali terbit untuk untuk kedua kalinya di tahun Jurnal Telaah diterbitkan secara berkala dua kali setahun yaitu bulan mei dan november. Jurnal ini merupakan media komunikasi dan memberikan gambaran perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi di Indonesia. Jurnal Telaah menyajikan makalah yang meliputi bidang-bidang: Material, Instrumentasi, Fisika lingkungan, Energi, Optik dan Geofisika. Redaksi juga mengucapkan terimakasih atas banyaknya makalah dengan berbagai latar belakang yang masuk. Namun demikian edisi ini mencantumkan 13 artikel yang sudah dinilai layak berdasarkan seleksi yang telah dilakukan oleh editor dan mitra bestari. Beberapa artikel lain terpaksa ditolak karena tidak masuk ruang lingkup, atau perlu banyak perbaikan sehingga harus ditunda pada edisi selajutnya. Pada tahun ini, Jurnal Telaah sudah terakreditasi dengan no akreditasi 522/Akred/P2MI- LIPI/04/2013. Diperolehnya status akreditasi ini tidak lepas dari kerja keras para editor, mitra bestari dan seluruh jajaran yang terkait, terutama para penulis artikel yang telah kerja sama dengan baik, oleh karena itu atas nama Dewan Redaksi kami mengucapkan terimakasih banyak. Dengan Akreditasi ini diharapkan para kandidat peneliti, peneliti, dosen,mahasiswa dan semua pihak yang tertarik untuk menyumbangkan makalah lebih bersemangat dan lebih bergairah. Dan setiap tahun, tata cara penerimaan dan seleksi penerbitan makalah akan lebih ditingkatkan lagi. Setiap makalah yang masuk harus orisinil, tidak ada plagiat, ataupun belum pernah diterbitkan di Jurnal ataupun Prosiding manapaun dibuktikan dengan menandatangani Surat Pernyataan Tidak Pernah Menerbitkan Jurnal. Kami dewan redaksi menerima saran dan kritik dari para pembaca untuk perbaikan Jurnal Telaah agar lebih berkualitas. Semoga penerbitan Jurnal Telaah dapat menambah wawasan dan bermanfaat bagi pembaca dan perkembangan ilmu fisika dan aplikasinya. Redaksi i

3 TELAAH JURNAL ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI 522/Akred/P2MI-LIPI/04/2013 VOLUME 31 No. 2, November 2013 DAFTAR ISI Kata Pengantar... Dwi Hanto, Andi Setiono, Bambang Widiyatmoko, dan Desi Delimasari Pengukuran Karakteristik Dinamik Sensor Beban Kendaraan Berbasis Serat Optik Dwi Bayuwati dan Tomi Budi Waluyo Pengukuran Rugi Lengkungan Serat Optik Ragam Tunggal dan Pemanfaatannya sebagai Sensor Pergeseran Orde sub Milimeter Affi Nur Hidayah, dan M.M. Suliyanti Karakterisasi Laser He-Ne Anwar Muqorobin dan Pudji Irasari Analisis Respon Motor Magnet Permanen pada Saat Pengukuran Parameter Elektrik Prabowo Puranto, Prawito, Bambang Widiyatmoko, dan Suryadi Pengembangan Inklinometer Portabel untuk Pemantauan Gerakan Horisontal Tanah Lapisan Bawah Permukaan Menggunakan IC MEMS Digital ADIS Suharwaji Sentana dan Kreshna Amurwabumi Studi Hubungan antara Sifat Fisika dan Kimia untuk Penentuan Tingkat Ketuaan Buah Nenas Eka Siswanti, Adita Sutresno, dan Ferdy S. Rondonuwu Klasterisasi Air Permukiman Daerah Sumber Batubara Menggunakan Spektroskopi Inframerah Dekat Dyah Marganingrum Aplikasi Statistik untuk Mereduksi Jumlah Parameter Monitoring Kualitas Air Yuyun Irmawati, Indriyati, dan Sri Pujiastuti Perbedaan Sifat Intrinsik Gas Diffusion Electroda (GDE) Berbasis Kertas Karbon dan Kain Karbon Akibat Variasi Temperatur Press Siswanto, Aminatun, Suryani D.A, Yohana M.P, dan Haryati Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Tulang Sotong (Sepia sp.) untuk Aplikasi Bone Repair Ayu Yuswita Sari, Muljadi, dan Pandapotan Tambunan Pembuatan Magnet Permanen Barium Heksaferit dari Serbuk Sintesis dan Serbuk Komersil dengan Variasi Temperatur Sinter Joko Triwibowo, Achmad Subhan, Jan Setiawan, dan M. Irvan Alamsyah Pelapisan Karbon pada Material Katoda LiFePO 4 yang Disintesis Melalui Solid-State Pocess dengan Berbagai Sumber Karbon Dieni Mansur dan Teruoki Tago Pengolahan Limbah Bioetanol dengan Cara Hydrothermal Treatment untuk Me-Recovery Senyawa Kimia PUSAT PENELITIAN FISIKA LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA i

4 Pengukuran Karakteristik Dinamik Sensor Beban Kendaraan Berbasis Serat Optik (Dwi Hanto) Akreditasi LIPI Nomor: 377/E/2013 Tanggal 16 April 2013 Pengukuran Karakteristik Dinamik Sensor Beban Kendaraan Berbasis Serat Optik DWI HANTO, ANDI SETIONO DAN BAMBANG WIDIYATMOKO Pusat Penelitian Fisika-LIPI, Kompleks PUSPIPTEK Serpong, Tangerang Selatan, DESI DELIMASARI Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran - Kuta Selatan - Kabupaten Badung Bali, Diterima: 1 Agustus 2013 Revisi: 1 Oktober 2013 Disetujui: 6 November 2013 INTISARI: Teknologi pengukuran beban kendaraan saat ini mengarah pada penentuan beban secara berjalan atau yang lebih dikenal dengan Weight In Motion (WIM). Metode tersebut cukup membantu terutama selain menjaga keamanan berlalulintas sekaligus mengurangi kemacetan. Namun disisi lain akurasi masih menjadi kelemahan pada teknologi ini. Sisi kelemahan ini diantaranya berasal dari pengaruh dinamik kendaraan yang menyebabkan respon yang berbeda tiap kali terdapat kendaraan melintas dengan kecepatan berbeda. Pada tulisan ini telah dilakukan pengukuran karakteristik dinamik sensor beban berbasis serat optik yang dibuat oleh Pusat Penelitian Fisika LIPI. Hasil percobaan menunjukkan waktu tanggap (waktu naik sensor) dalam kisaran orde detik jika dilakukan pengukuran dalam kondisi statis. Padahal pengukuran beban kendaraan berjalan output sinyal memiliki lebar pulsa dalam orde milidetik sehingga apabila sensor digunakan untuk pengukuran beban kendaraan berjalan belum mencapai kondisi steady. Hasil kajian ini diharapkan memberikan rekomendasi untuk menentukan kompensasi perhitungan berat kendaraan dari variabel kecepatan pada software. KATA KUNCI: Weight In Motion, dinamik, waktu naik, serat optik. ABSTRACT: Now, Technology of vehicle load measurements lead to the determination of the load of running or well known as Weight In Motion (WIM). The method was quite helpful especially traffic management besides safety maintaining and reducing traffic jam. On the other hand, the accuracy was still a weakness on this technology. The weaknesses of which came from the influence of vehicle dynamics that cause different responses each time there is a passing vehicle at different speeds. In this paper has been done measuring of the dynamic characteristics of optical fiber-based load sensor made by Physics Research Center, Indonesian Institute of Sciences. The results showed that response times in the range of the sensor rise time order of seconds when measured in static conditions. Eventhough, running vehicle load measurement output signal having a pulse width in the order of milliseconds so that when the sensor was used to measure the load of running the vehicle has not reached steady state. The results of this study are expected to provide recommendations for determining compensation for vehicle weight calculation of the variable speed on the software. KEYWORDS: Weight In Motion, dynamic, rise time, optical fiber 1. PENDAHULUAN Kecelakaan lalu lintas menurut data WHO yang dipublikasikan Badan Intelejen Negara (BIN) merupakan pembunuh nomor tiga di dunia setelah jantung koroner dan TBC. Berdasarkan Outlook 2013 Transportasi Indonesia, terdapat empat faktor penyebab kecelakaan, yakni kondisi sarana dan prasarana transportasi, faktor manusia dan alam. Walaupun faktor kelalaian manusia merupakan faktor terbesar penyebab kecelakaan namun faktor kondisi sarana dan prasarana transportasi adalah faktor yang dapat diupayakan untuk pencegahan [1]. Kendaraan dengan muatan berlebih (overloading) merupakan penyebab sarana dan prasarana transportasi seperti jalan berlubang, jembatan ambruk, kapal tenggelam. Salah satu solusi untuk mencegah kerusakan sarana dan prasarana transportasi yaitu teknologi Weight In Motion (WIM). Konsep WIM telah diperkenalkan lebih dari 50 tahun yang lalu [2]. Prinsip kerja atau metode teknologi WIM adalah mendeteksi suatu berat kendaraan yang bergerak pada kecepatan tertentu di atas jalan yaitu dengan mengukur beban roda kendaraan pada saat berjalan. Berbeda dengan metode jembatan timbang, beberapa keuntungan teknologi WIM antara lain lebih efisien dan menghemat waktu, khususnya pada saat lalu lintas sibuk [3]. Hal ini akan mendukung modernisasi manajemen lalu lintas. Sejumlah sistem WIM pada jalan tol telah dikembangkan dalam kurun 5 dekade yang lalu [3-5] dengan mengaplikasikan beberapa teknologi WIM. Penelitian terkait WIM di Indonesia masih belum banyak dilakukan padahal negara ini merupakan salah negara dengan luas daratan dan laut terbesar di dunia. Diantara kegiatan penelitian tentang WIM dilakukan oleh Pusat Penelitian Fisika LIPI yaitu pengembangan sensor beban kendaraan berjalan dengan 99

5 TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 31 (2) 2013: ISSN: menggunakan serat optik [6-8]. Penggunaan serat optik ini memiliki keunggulan dibanding dengan sensorsensor sebelumnya diantaranya kebal terhadap gangguan gelombang elektromagnetik sehingga cocok untuk instalasi di area terbuka. Hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Pusat Penelitian Fisika LIPI dapat menunjukkan pengukuran beban kendaraan secara statis maupun berjalan berdasarkan axle load. Menurut Andi Setiono dkk bahwa pengukuran beban kendaraan berjalan memiliki tinggi dan lebar pulsa yang berbeda pada tiap-tiap keadaan baik perubahan beban maupun perubahan kecepatannya [6]. Hal ini mendorong penulis untuk melakukan pengukuran karakteristik dinamik terutama parameter waktu tanggap (waktu naik) dari sensor WIM yang telah dibuat Pusat Penelitian Fisika LIPI karena dengan mengetahui karakteristik tersebut dapat digunakan sebagai ralat pengukuran sehingga dapat memperbaiki kualitas pengukuran. 2. METODOLOGI PENELITIAN Sensor beban kendaraan yang telah dibuat Pusat Penelitian Fisika LIPI berbasis serat optik ini terdiri dari modulator bending, lapisan karet dan serat optik. Modulator bending berupa gerigi berbentuk segitiga dengan jarak antara puncaknya 1 cm. Modulator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 ini berfungsi untuk menimbulkan bengkokan kecil (mikrobending) pada serat optik. Adapun lapisan karet berfungsi sebagai penahan sensor agar sensor dapat mengukur beban sesuai yang diinginkan dan menahan agar serat optik tidak cepat rusak. Gambar 1. Sensor beban kendaraan berbasis serat optik. Sistem WIM yang telah dikembangkan oleh Pusat Penelitian Fisika LIPI dengan menggunakan sensor berbasis serat optik terdiri dari laser dioda dengan panjang gelombang 1310 nm, serat optik, Photodiode, Konversi A/D DT9816-S dengan sampling rate hingga 750 ks/s per kanal dan resolusi ADC 16 bit, dan PC yang dilengkapi software WIM seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Adapun secara diagram blok sistem WIM secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 2. Tampilan Software WIM. 100

6 Pengukuran Karakteristik Dinamik Sensor Beban Kendaraan Berbasis Serat Optik (Dwi Hanto) Gambar 3. Diagram Blok Instrumentasi WIM. Pengukuran karakteristik dinamik sensor WIM buatan Pusat Penelitian Fisika LIPI menggunakan miniatur truk yang merupakan replika dari tipe Mitsubishi FE 71 empat roda berukuran 78x30x25 cm dan memiliki berat kosong 226 N. Untuk mengetahui hasil pengukuran berat dalam keadaan berjalan (WIM) truk dijalankan dengan media peluncur seperti pada Gambar 4. Dari pengukuran tersebut akan diamati bentuk keluaran sensor untuk kecepatan yang berbeda. Adapun untuk mengetahui parameter pada karakteristik dinamik dilakukan percobaan dengan cara melintaskan truk di atas sensor pada setiap roda seperti pada Gambar 5. Pencatatan data dilakukan ketika ban truk melintas sesaat sebelum menginjak sensor kemudian ditunggu hingga keluaran sensor stabil atau tunak (steady) baru kemudian pencatatan dihentikan. Percobaan dilakukan dengan memberikan beban mulai dari kondisi truk dalam keadaan kosong kemudian ditambah beban diatas bak truk sebesar 200 N dan kelipatannya hingga 1000 N. Dari kedua percobaan ini kemudian dianalisa bagaimana error akibat karakteristik dinamik dengan membandingkan respon dinamik sensor dalam pengukuran diam dengan sensor benar-benar digunakan penimbangan beban berjalan. Gambar 4. Percobaan pengukuran berat kendaraan dalam keadaan berjalan. 101

7 TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 31 (2) 2013: ISSN: Gambar 5. Pengukuran karakteristik dinamik sensor beban. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil keluaran sensor WIM pada saat digunakan menimbang beban kendaraan dalam keadaan berjalan adalah berbentuk pulsa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, 7, dan 8. Setiap pulsa yang ditunjukkan pada Gambar-gambar tersebut merupakan respon dari sensor ketika dilewati roda kendaraan baik depan maupun belakang. Sebelah kiri adalah respon sensor dilewati roda depan sedangkan pulsa sebelah kanan merupakan dilewati roda belakang. Kalau diamati dari masing-masing gambar tersebut, lebar pulsa menjadi sebuah pembeda dari satu gambar dengan gambar lainnya. Ketiga grafik tersebut merupakan respon sensor ketika sama-sama menimbang beban kendaraan sebesar 626 N tetapi saat kecepatan yang berbeda, yaitu secara berturut-turut 2 km/jam; 5,2 km/jam; dan 8,1 km/jam. Gambar 6. Grafik Pengukuran Beban 626 N pada kecepatan 2 km/jam. Gambar 7. Grafik Pengukuran Beban 626 N pada kecepatan 5,2 km/jam. 102

8 Pengukuran Karakteristik Dinamik Sensor Beban Kendaraan Berbasis Serat Optik (Dwi Hanto) Gambar 8. Grafik Pengukuran Beban 626 N pada kecepatan 8,1 km/jam. Parameter lebar pulsa disini diambil dari nilai Full Width At Half Maximum (FWHM). Nilai FWHM masing-masing grafik berkisar 1,2 s; 0,6 s; dan 0,2 s secara berturut-turut untuk kecepatan kendaraan 2 km/jam; 5,2 km/jam; dan 8,1 km/jam baik untuk roda depan maupun belakang. Dari parameter lebar pulsa ini dapat ditunjukkan bahwa faktor waktu memiliki pengaruh yang penting dalam menentukan akurasi dari pembacaan sensor WIM. Oleh karena itu nilai pengukuran terhadap karakteristik dinamik sensor pada saat menimbang dalam keadaan diam perlu diketahui untuk melihat bahwa respon sensor untuk menimbang dalam kendaraan berjalan itu mempunyai seberapa besar errornya dari kondisi diam. Pengukuran karakteristik dinamik ini mengambil parameter waktu naik dari sensor. Gambar 9 menunjukkan bahwa sensor yang digunakan dalam menimbang pada kondisi diam mempunyai karakteristik waktu naik untuk mencapai kondisi stabil (steady). Analisa untuk menghitung waktu naik dilakukan dengan mencari waktu tanggap dari sensor pada saat keluaran sensor mencapai 5% sampai dengan 95% kondisi maksimum (steady) [10]. Hasil pengukuran waktu naik sensor dengan beban yang berbeda-beda ditunjukkan pada Tabel 1. Gambar 9. Hasil pencatatan karakteristik dinamik. Tabel 1. Tabel nilai waktu naik sensor No. W (N) Waktu Naik (s) Roda Depan Roda Belakang , ,5 1, ,

9 TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 31 (2) 2013: ISSN: Dari tabel di atas menunjukkan bahwa untuk beban kendaraan semakin berat memiliki waktu naik yang semakin cepat dan begitu sebaliknya. Konsekuensi dari hasil pengukuran ini adalah untuk beban yang ringan menyebabkan error pembacaan besar apalagi jika digunakan untuk mengukur beban secara berjalan pada kecepatan besar. Pada gambar sebelumnya yaitu Gambar 6, 7 dan 8, ketika beban kendaraan sebesar 626 N mempunyai FWHM sebesar 1,2 s; 0,6 s; dan 0,2 s untuk masing masing kecepatan 2 km/jam; 5,2 km/jam; dan 8,1 km/jam. Jika ditinjau dengan nilai naik pada tabel 1 di atas, yaitu sebesar 2 s pada saat beban 626 N pada roda belakang maka diperoleh error dinamik dari sensor sebesar 40%; 70%; dan 90% saat kecepatan masing-masing 2 km/jam; 5 km/jam; dan 8,1 km/jam. Besarnya error ini dapat ditindaklanjuti dengan berbagai macam diantaranya mencari bahan penahan sebagai sistem suspensi sensor yang bersifat elastis atau nilai error tersebut dapat dimasukkan sebagai nilai kompensasi pada software berdasarkan kecepatan kendaraan yang melewatinya. 4. KESIMPULAN Lebar pulsa merupakan parameter penting dalam penimbangan beban berjalan. Lebar pulsa sensor WIM berada pada daerah naik sensor oleh karena itu apabila memprediksi berat kendaraan dari kondisi statis masih terdapat error. Nilai error tersebut dapat ditindak lanjuti dengan perbaikan sistem suspensi untuk mempercepat waktu naik atau bisa memasukkan error setiap kecepatan menjadi kompensasi pada software. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementrian Riset dan Teknologi atas biaya riset dari program INSINAS 2013 pada penelitian ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ahmad Rifdatul Hisan yang telah membantu dalam pengolahan data. DAFTAR PUSTAKA [1] BIN, Kecelakaan Lalu Lintas Menjadi Pembunuh Terbesar Ketiga, diakses 9 September 2013http:// [2] Ramesh B. Malla, Amlan Sen and Norman W. Garrick, A Special Fiber Optic Sensor for Measuring Wheel Loads of Vehicles on Highways, Sensors vol 8, 2008, [3] Lee, C.E, Standards for Highway Weigh-In-Motion (WIM) Systems, ASTM Standardization News, Feb.1991; pp [4] Wyman, J.H, An Evaluation of Currently Available WIM System, In Proc. 3rd. National Conf. on Weigh-In-Motion, March 1989, pp [5] Cottrell, B. Jr, Evaluation of Weigh-In-Motion Systems, Final Report, FHWA Report FHWA/VA- 92- RB, VTRC 92-RB; Nat. Tech. Info. Service: Springfield VA, 1992,p [6] Setiono, A., Hanto, D., Widiyatmoko, B., Waluyo, T.B., Kajian Penerapan Konsep Impuls untuk Menghitung Berat Kendaraan Berjalan Menggunakan Sensor Serat Optik, Prosiding Seminar Nasional Fisika, Semarang 8 Juni ISBN: [7] Hanto, D., Al Kindi, C., Setiono, A., dan Widiyatmoko, B., Analisa Pengaruh Mikrobending untuk Aplikasi pada Sensor Beban Berbasis Serat Optik, 2013, Prosiding Seminar Nasional Fisika, Semarang 8 Juni ISBN: [8] Hanto, D., Sari, D.H., Setiono, A., Widiyatmoko, B., Rencana Alat Timbang Berbasis Serat Optik Mikrobending Menggunakan Mikrokontroler Atmega32, 2013, Prosiding Seminar Nasional Fisika, Semarang 8 Juni ISBN: [9] Bolton, W., Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol (Terjemahan), Penerbit Erlangga,