William TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Oleh

Transkripsi

1 KAJI BANDING HASIL PENGUKURAN FUNGSI RESPON FREKUENSI MENGGUNAKAN PERANGKAT AKUISISI DATA MULTIPLEXING PCI-6281 DAN PERANGKAT AKUISISI DATA SEREMPAK MULTI KANAL MSA HP3566A TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh William PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN KERDIGANTARAAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 Lembar Pengesahan Tugas Sarjana Kaji Banding Hasil Pengukuran Fungsi Respon Frekuensi Menggunakan Perangkat Akuisisi Data Multiplexing PCI-6281 dan Perangkat Akuisisi Data Serempak Multi Kanal MSA HP3566A Oleh William Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Disetujui pada Tanggal: 14 Februari 2008 Pembimbing, Prof. Dr. Ir. Komang Bagiasna NIP

3 Judul Tugas Sarjana Kaji Banding Hasil Pengukuran Fungsi Respon Frekuensi Menggunakan Perangkat Akuisisi Data Multiplexing PCI-4451 dan Perangkat Akuisisi Data Serempak Multi Kanal MSA HP3566A William Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Kerdigantaraan Institut Teknologi Bandung Abstrak Fungsi Respon Frekuensi merupakan fungsi perbandingan antara respon dengan gaya eksitasi yang dinyatakan dalam domain frekuensi, dimana respon dan gaya eksitasi haruslah diukur secara serempak. Laboratorium Dinamika ITB telah mengembangkan perangkat lunak untuk analisis FRF dengan menggunakan perangkat keras akuisisi data multiplexing dan perangkat keras akuisisi data serempak multi kanal. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian untuk melihat pengaruh penggunaan kedua jenis perangkat akuisisi data tersbut pada pengukuran FRF. Pada penelitian ini telah berhasil dikembangkan dua buah perangkat lunak yang digunakan untuk mengontrol kartu akuisisi data multiplexing PCI Masingmasing perangkat lunak tersebut digunakan untuk pengukuran FRF metode eksitasi kejut dan metode swept sine. Perangkat lunak tersebut dikembangkan dengan menggunakan bahasa pemrograman LabVIEW 7.1, modul khusus Sound and Vibration Toolkit 3.1, dan driver perangkat keras NI-DAQmx 7.4. Pada penelitian ini dilakukan pengujian FRF pada pelat T dan batang tumpuan sederhana dengan menggunakan perangkat lunak yang dikembangkan dan perangkat akuisisi data acuan MSA HP3566A. Terdapat kesalahan presentasi data hasil analisis FRF oleh perangkat lunak yang dikembangkan karena tidak terdapatnya perangkat keras pendukung berupa anti-aliasing filter pada perangkat akuisisi data PCI Namun melalui peningkatan frekuensi pencuplikan, diperoleh kesalahan yang relatif kecil pada pembacaan frekuensi pribadi struktur dan relatif besar pada pembacaan besaran analisis FRF yang lain.

4 Title Final Project Comparison Evaluation of Frequency Response Function Measurement Result Using Multiplexing Data Acquisition Device PCI-6281 and Multi Channel Simultaneous Data Acquisition Device MSA HP3566A William Major Mechanical Engineering Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics Institute Technology of Bandung Abstract Frequency Response Function is a comparison function between response and excitation force which is presented in frequency domain, where the measurement of response and excitation force must be done simultaneously. ITB Dynamic Laboratory has developed softwares for FRF measurement using multiplexing data acquisition device and multi channel simultaneous data acquisition. Then, a research to see effects in using both of data acqusition devices in FRF measurement is needed. There were two softwares which is developed to control multiplexing data acquisition card PCI-6281 in this research. Each softwares can be used to do FRF measurement with impuls resopnse method and swept sine method. Those softwares were developed using LabVIEW 7.1 programming language, specific modul Sound and Vibration Toolkit 3.1, and device driver NI-DAQmx. In this research, FRF measurement was done with a T Plate and a simply supported beam structures using the developed softwares and MSA HP3566A, referenced data acquisition device. The developed softwares gave a wrong FRF measurement result since there was no anti-aliasing filter device in PCI The increased acquisition sampling rate returned small error in natural frequency reading and big error in the others FRF measurement unit reading.

5 Kata Pengantar Puji syukur kepada Sanghyang Adi Buddha, para Buddha dan para Boddhisatva atas berkah dan petunjuk Mereka sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini sebagai syarat kelulusan dari Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung. Semoga semua makhluk selalu berbahagia, semoga semua makhluk dapat terbebas dari penderitaan. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Komang Bagiasna selaku dosen pembimbing atas arahan, bimbingan, masukan, serta ilmu pengetahuan yang diberikan selama menyusun tugas sarjana ini. Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dr. Ir. Zainal Abidin selaku kepala Laboratorium Dinamika PAUIR ITB atas saran, dan ilmu pengetahuan diberikan sehingga dapat menunjang penyusunan tugas sarjana ini. Penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada: Papa, Mama, Koko, Nila, dan Devianti yang selalu memberikan doa, dana, motivasi, kasih sayang, dan berbagai hal lainnya kepada penulis selama ini. Staf Laboratorium Dinamika ITB: Kang Lutfi, Mas Sugeng, Teh Yani, dan Pak Udin yang telah membantu penulis selama melakukan penelitian di Laboratorium Dinamika. Teman-teman seangkatan di Laboratorium Dinamika: Wayan, Heber, Yudi Robin, Dony, Pande, Fikri, Wawan, Khairul, Bayu, Dhimas, Teguh, Chandra, Ikun, Lucky, Rayner, dan Adit yang telah membantu penulis selama berada di Laboratorium Dinamika. Rekan-rekan senior di Laboratorium Dinamika: Dhira, Yudha, Yeady, Diva, Thein, Aung, Sarot, Mas Feblil, Pak Noval, dan Pak Bintoro atas saran-saran dan diskusi yang diberikan. Staff TU Mesin: Pak Suryana, Pak Yadi, Pak Mulyadi, Ibu Ria dan lain-lainnya atas bantuan urusan akademik selama perkuliahan. Teman-teman Keluarga Mahasiswa Buddhis Dhammanano ITB atas semua kehangatan keluarga yang diberikan selama kuliah di ITB. i

6 Teman-teman angkatan 2003 Teknik Mesin ITB serta angkatan lainnya atas berbagai bantuan yang diberikan selama kuliah di ITB. Pihak-pihak lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu Penulis menyadari bahwa tugas sarjana ini masih memiliki banyak kekurangan. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun terhadap tugas sarjana ini. Selain itu, penulis berharap tugas sarjana ini dapat memberikan manfaat bagi mereka yang memerlukannya. Bandung, 13 Februari 2008 William ii

7 Daftar Isi Abstrak Kata Pengantar... i Daftar Isi... iii Daftar Gambar...v Daftar Tabel... vii BAB I Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Metode Penelitian Sistematika Penulisan...3 Bab II Teori Dasar Proses Akuisisi Data Perangkat Keras PCI Konsep Multiplexing Proses Pencuplikan Pengolahan Data Digital Transformasi Fourier Cepat Jumlah Data Domain Waktu (N t ) dan Domain Frekuensi (N f ) Fungsi Jendela Proses Perata-rataan (Averaging) Fungsi Respon Frekuensi (FRF) Koherensi...14 Bab III Pengembangan Perangkat Lunak Pendahuluan Organisasi Perangkat Lunak Pengatur Akuisisi Data Pengolah dan Penampil Data...25 iii

8 3.3.3 Utilitas Data Pengoperasian Perangkat Lunak Pengaturan Perangkat Keras dan Parameter Pengukuran...32 Bab IV Pengujian dan Analisis Validasi M-DAQ_FRF Pengujian FRF pada Pelat T Pengujian FRF pada Batang Tumpuan Sederhana...49 Bab V Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran...57 Daftar Pustaka...59 Lampiran A Lampiran B Lampiran C iv

9 Daftar Gambar Gambar 2.1 Diagram blok sistem akuisisi data berbasis komputer...5 Gambar 2.2 Sirkuit masukan analog perangkat M Series...7 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Sirkuit keluaran analog perangkat M Series...7 Skema rangkaian Multiplexer...8 Fenomena aliasing akibat frekuensi pencuplikan yang tidak sesuai...9 Sinyal periodik yang dibentuk dari sinyal hasil pencuplikan...11 Gambar 2.7.a Hasil FFT bila tidak terjadi kebocoran spektrum...12 Gambar 2.7.b Hasil FFT bila terjadi kebocoran spektrum...12 Gambar 2.8 Analisis Frekuensi Dua Kanal...14 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Diagram alir pengukuran menggunakan Sound and Vibration Toolkit...17 Struktur hirarki M-DAQ_FRF...18 Gambar 3.3 Front panel M-DAQ_FRF...18 Gambar 3.4 Gambar DAQmx Create Channel.vi pada block diagram 19 M-DAQ_FRF...19 Gambar 3.5 Property node DAQmx Channel pada M-DAQ_FRF...20 Gambar 3.6 DAQmx Create Channel (AI-Voltage-Basic).vi pada M-DAQ_FRF...21 Gambar 3.7 DAQmx Timing (Sample Clock) pada M-DAQ_FRF...22 Gambar 3.8 Gambar 3.9 DAQmx Start Trigger (Analog Edge).vi pada M-DAQ_FRF...22 DAQmx Start Task.vi pada M-DAQ_FRF...23 Gambar 3.10 DAQmx Read (Analog 1D Wfm NChan NSample).vi pada M-DAQ_FRF...23 Gambar 3.11 DAQmx Clear Task.vi pada M-DAQ_FRF...24 Gambar 3.12 Block diagram dari sv_overload_william.vi...25 Gambar 3.13 sv_overload_william.vi pada M-DAQ_FRF...25 Gambar 3.14 sv_eu scaling_william.vi pada M-DAQ_FRF...26 Gambar 3.15 sv_frf (mag-phase)_william.vi dan sv_frf (real-imag)_william.vi pada M-DAQ_FRF...27 Gambar 3.16 Tampilan tabulasi Time Domain pada front panel M-DAQ_FRF...28 Gambar 3.17 Block diagram sv_build waveform_william.vi...29 v

10 Gambar 3.18 Block diagram sv_get cluster_william.vi...30 Gambar 3.19 Bagian utilitas data pada M-DAQ_FRF...30 Gambar 3.20 Diagram alir M-DAQ_FRF...31 Gambar 3.21 Panel Hardware Setup dan Measurement Setup pada front panel M-DAQ_FRF...34 Gambar 4.1 Skema pegujian validasi perangkat lunak...35 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Perbandingan data hasil pengolahan antara: (a) MSA HP3566A, (b) Kanal 0 M-DAQ_FRF, dan (c) Kanal 1 M-DAQ_FRF...37 Perbandingan data hasil pengolahan antara: (a) MSA HP3566A, (b) Kanal 0 M-DAQ_Swept Sine, dan (c) Kanal 1 M-DAQ_Swept Sine...38 Skema pengujian FRF pada pelat T...40 Gambar 4.5 Foto pengujian FRF pada pelat T...40 Gambar 4.6 Struktur pelat T...41 Gambar 4.7 Penomoran 28 titik ukur pada pelat T...41 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Salah satu data stimulus dan respon pada domain waktu, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF...43 Hasil pengukuran FRF A28_8 pada span frequency 200 Hz, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF...44 Gambar 4.10 Hasil pengukuran FRF A28_26 pada span frequency 800 Hz, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF...45 Gambar 4.11 Hasil pengukuran FRF A28_26 pada span frequency 1600 Hz, MSA HP3566A dan M-DAQ_FRF...46 Gambar 4.12 Kurva FRF A28_8 M-DAQ_FRF pada span frequency 200 Hz; saat frekuensi pencuplikan 4X 2,56 span frequency (atas) dan 8X 2,56 span frequency (bawah)...48 Gambar 4.13 Skema pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana...50 Gambar 4.14 Foto pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana...51 Gambar 4.15 Kurva FRF M-DAQ_FRF pada batang tumpuan sederhana dengan frekuensi cuplik sebesar 1024 Hz...52 Gambar 4.16 Kurva FRF M-DAQ_FRF pada batang tumpuan sederhana dengan frekuensi cuplik sebesar 4096 Hz...52 Gambar 4.17 Skema pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana dengan menggunakan metode swept sine...53 Gambar 4.18 Foto pengujian FRF pada batang tumpuan sederhana dengan menggunakan metode swept sine...53 Gambar 4.19 Kurva FRF swept sine batang tumpuan sederhana...55 vi

11 Daftar Tabel Tabel 4.1 Parameter pengukuran untuk pengujian validasi perangkat lunak...36 Tabel 4.2 Perbandingan hasil pengujian validasi perangkat lunak...39 Tabel 4.3 Parameter pengukuran pada pengujian FRF Pelat T...42 Tabel 4.4 Parameter pengukuran pada pengujian FRF batang tumpuan sederhana...50 Tabel 4.5 Parameter pengukuran pada pengujian FRF swept sine batang tumpuan sederhana...54 vii