PERANCANGAN SISTEM INSTRUMENTASI ANALISA PEMANCANGAN PAKU BUMI

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM INSTRUMENTASI ANALISA PEMANCANGAN PAKU BUMI Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan matakuliah Tugas Akhir 2 oleh REZKI WINDARTA PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

2 ABSTRAKSI Accelerometer merupakan perangkat yang biasa digunakan dalam pengukuran percepatan dari suatu material yang bergetar. Strain Gauge merupakan sensor yang dapat mengukur regangan yang terjadi pada suatu material. Di dalam dunia geoteknik, accelerometer dan strain gauge dapat digunakan sebagai perangkat untuk menghasilkan sinyal data yang akan digunakan untuk menganalisa pemancangan paku bumi. Dengan menggabungkan teori fisika tentang sinyal dan teknologi perangkat keras serta lunak, maka akan dilakukan pengambilan sinyal data regangan dan percepatan dari paku bumi saat dipancang ke dalam tanah. Kata Kunci: Pile Driving Analyzer, Accelerometer, Strain Gauge, i

3 ABSTRACT An accelerometer is a device used to measured the accelerations of vibrating material. A strain gauge is a sensor used to measure the strain of a material. In geotechnics, accelerometers and strain gauges are used are hardware to produce a signal is used to analyze pile driving. Combination of physical theory about signal, hardware and software, we will take signal acquisition for strain and acceleration in pile when driving it in to earth. Keywords : Pile Driving Analyzer, Accelerometer, Strain Gauge, ii

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir Perancangan Sistim Instrumentasi Analisa Pemancangan Paku Bumi.Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Sarjana di Departemen Fisika Institut Teknologi Bandung. Penulis menyadari bahwa terselesaikannya tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu, terutama: Bapak Gunawan Handayani PhD sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan penulisan laporan ini, Bapak Dr. Wahyu Srigutomo dan Dr. Aloysius Rusli sebagai dosen penguji yang telah memberi kontribusi besar dalam bentuk pertanyaan dan saran. Seluruh dosen dan staf Laboratorium Fisika Bumi serta Departemen Fisika yang telah memberikan bimbingan dan bantuan kepada penulis. Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya terutama bagi pihak-pihak yang ingin mengembangkan penelitian ini. Bandung, September 2007 Penulis iii

5 DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi BAB I PENDAHULUAN...1 I.1 Latar Belakang...1 I.2 Rumusan masalah...2 I.3 Ruang Lingkup Kajian...2 I.4 Tujuan...3 I.5 Hipotesis...3 I.6 Metode...3 I.7 Sistematika Penulisan...3 BAB II KONSEP DASAR PENGUKURAN...5 II. 1 Tegangan dan Regangan...5 II.1.1 Tegangan...5 II.1.2 Regangan...6 II.1.3 Hukum Hooke...7 II.2 Percepatan...9 II.3 Metode Dinamik Analisa Pemancangan Paku Bumi...9 BAB III KONSEP DASAR PERANCANGAN...10 III.1 Sensor...10 III.1.1 Strain Gauge...10 III.1.2 Accelerometer...12 III.2 Pengolah Sinyal...13 III.2.1 Jembatan Wheatstone...13 III.2.2 Penguat Instrumentasi...14 iv

6 III.2.3 Rangkaian Penyangga...15 III.3 Konversi Sinyal Analog ke Digital (ADC)...16 BAB IV PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM...18 IV.1 Deskripsi Perangkat...18 IV.2 Diagram Blok Alat...19 IV.3 Fungsi dan Cara Kerja...21 IV.4 Spesifikasi Alat...23 IV.5 Perancangan Perangkat Keras...25 IV.5.1 Sinyal Strain Gauge...25 IV Sensor Strain Gauge...25 IV Jembatan Wheatstone...26 IV Penguat Instrumentasi...27 IV.5.2 Sinyal Accelerometer...30 IV Accelerometer...30 IV Penyangga...31 IV.5.3 ADC 14 bit...31 IV.6 Perancangan Perangkat Lunak...32 IV.6.1 Perancangan Algoritma Perangkat Lunak Akuisisi Data.33 IV.6.2 Virtual Instrument LABVIEW IV.6.2 Perancangan dan Realisasi sistem instrumentasi pengukuran...36 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN...38 V.1 Pengujian Rangkaian...38 V.1.1 Pengujian Respon Sensor...38 V.1.2 Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi...39 V.2 Data sinyal strain gauge dan accelerometer...40 BAB VI PENUTUP...53 VI.1 Kesimpulan...53 VI.2 Saran...53 DAFTAR PUSTAKA...ix v

7 DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Jenis-jenis Tegangan...5 Gambar II.2 Jenis-Jenis Regangan...6 Gambar II.3 Kurva Hubungan Tegangan dan Regangan...7 Gambar III.1 Perubahan Regangan dan Resistansi Strain Gauge...11 Gambar III.2 Prinsip Dasar Piezoelectric Accelerometer...12 Gambar III.3 Sirkuit Jembatan Wheatstone...13 Gambar III.4 Sirkuit Penguat Instrumentasi...14 Gambar III.5 Rangkaian penyangga...15 Gambar III.6 Blok Diagram Analog to Digital Converter...16 Gambar III.7 Pencacahan Sinyal pada Analod to Digital Converter...17 Gambar IV.1 Akuisisi data sinyal strain gauge dan accelerometer...18 Gambar IV.2 Diagram Blok Perangkat...19 Gambar IV.3 Sensor Strain gauge...25 Gambar IV.4 Rangkaian Jembatan Wheatstone...26 Gambar IV.5 Penguat Instrumentasi...28 Gambar IV.6 Rangkaian Jembatan Wheatstone dan Penguat Instrumentasi...29 Gambar IV.7 Sensor Accelerometer...30 Gambar IV.8 Basic frequency response accelerometer...30 Gambar IV.9 Rangkaian Penyangga...31 Gambar IV.10 Analog to Digital Converter 14 bit...32 Gambar IV.11 Diagram Blok ADC...32 Gambar IV.12 Block Diagram Monitoring...35 Gambar IV.13 Block Diagram Logging...36 Gambar IV.14 Front Panel Monitoring and Logging...37 Gambar IV.1 Sinyal accelerometer...39 Gambar IV.2 Grafik Hubungan input dan output penguat instrumentasi...40 Gambar IV.3 Posisi sensor strain gauge dan accelerometer...41 vi

8 Gambar IV.4 Sinyal strain gauge dan acceleromete...42 Gambar IV.5 Kurva Regangan terhadap Waktu...44 Gambar IV.6 Kurva Gaya terhadap Waktu...45 Gambar IV.7 Sinyal Strain Gauge dan Accelerometer...47 Gambar IV.8 Kurva Regangan terhadap Waktu...48 Gambar IV.9 Kurva Gaya terhadap Waktu...48 Gambar IV.10 Sinyal Strain Gauge dan Accelerometer...49 Gambar IV.11 Kurva Regangan terhadap Waktu...50 Gambar IV.12 Kurva Gaya terhadap Waktu...50 Gambar IV.13 Sinyal Strain Gauge dan Accelerometer...51 Gambar IV.14 Kurva Regangan terhadap Waktu...52 Gambar IV.15 Kurva Gaya terhadap Waktu...52 vii