SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING SKRIPSI CINDY AL KINDI

Transkripsi

1 SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING SKRIPSI CINDY AL KINDI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains CINDY AL KINDI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 LEMBAR PERSETUJUAN Judul : SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING Kategori : SKRIPSI Nama : CINDY AL KINDI NIM : Program Studi : SARJANA (S-1) FISIKA Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, Juli 2013 Pembimbing II, Pembimbing I, Dwi Hanto, M.Si Dr. Marhaposan Situmorang NIP NIP Deketahui/Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP

4 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis persembahkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan kasih sayang serta karunia-nya kepada penulis hingga skripsi yang berjudul Sensor Beban Berbasis Serat Optik dengan Prinsip Mikrobending berhasil diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktu yang telah ditetapkan. Ucapan terima kasih terbesar penulis sampaikan kepada Ibunda tercinta Nurdiana dan Ayahanda tercinta Syaiful Yusmainur Saragih atas kasih sayang dan do a yang selalu dihadiahkan kepada penulis serta dukungan secara moril maupun materi. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak pihak yang mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, yaitu : 1. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua jurusan Departemen Fisika dan dosen pembimbing yang telah bersedia memberikan panduan, bantuan, perhatian serta dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dwi Hanto M.Si selaku dosen pembimbing dari Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah bersedia memberikan panduan, bantuan, serta segenap perhatian dan dorongan kepada penulis dalam melakukan penelitian untuk menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku kepala Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah memberikan izin penelitian, dan selaku penguji pada saat seminar hasil di P2F yang telah memberikan arahan dan dukungannya kepada penulis. 4. Bapak Ir. Thomas Budi Waluyo M.Eng.Sc. selaku penguji pada saat seminar hasil yang telah memberikan arahan dan dukungan kepada penulis. 5. Bapak Andi Setiono, Bapak Sigit, Mas Hendra Adinanta dari P2F LIPI yang sudah memberikan arahan dan dukungan kepada penulis. 6. Bapak Prof. Perdamean Sebayang M.Si dari Pusat Penelitian Fisika LIPI yang sudah sangat baik memberikan arahan dan dukungan serta semangatnya kepada penulis sampai penulis menyelesaikan penelitian untuk tugas akhir. 7. Seluruh Staf Pusat Penelitian Fisika LIPI yang belum disebutkan saya mohon maaf dan mengucapkan terima kasih.

5 8. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc, seketaris departeman Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengatahuan Alam Universitas Sumatra Utara 9. Seluruh staf dosen departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 10. Kak Yuspa, Kak Tini, dan Bang Jo yang selalu mempermudah segala urusan di departemen Fisika 11. Keluarga dan para saudara yang banyak mendukung secara langsung maupun tidak langsung terima kasih atas dukungannya. 12. Adik-adikku Jundi, Badar, Tata dan Batros yang menjadi semangatku. 13. Para sahabat tersayang Desy Hervina, Seri Dermayu Siregar, Sally Irvina, Tian Havwini, Kharismayanti, Hilda Ayu Marlina, Fitri Hidayati yang selalu memberikan motivasi, semangat, bantuan, pengertian, dan masih banyak lagi yang tidak mampu diungkapkan. 14. Sahabat terkasih Nurkhasanah, T Masykur Al Qaedy, Bang Khalid Lubis terima kasih atas dukungan dan semangatnya. 15. Pak Lukman, Bang Maulana (Nana), Irmawan Oktavianto terima kasih atas dukungan dan bantuannya kepada penulis. 16. Staf LIDA terkhusus pada Ibu Ratna Simatupang dan Bapak Nasruddin dan Asisten LIDA (kak Masthura, kak Mora, bang Ikhsan, bang Hilman, kak Pepi, adik-adik dan kepala laboratorium LIDA) terima kasih atas dukungannya selama ini. 17. Buat Ibunda Neneng dan kak Lina, terima kasih banyak karena telah menjadi keluarga yang baik ketika penulis melakukan penelitian di LIPI. 18. Kak Cici, kak Farida, kak Ratika terima kasih atas dukungannya. Semoga Allah SWT membalas kebaikan yang diberikan kepada penulis oleh semua pihak-pihak tersebut. Aamiin. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, sesungguhnya Allah Maha Kuasa atas apa yang dikehendaki-nya.

6 PERNYATAAN SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING SKRIPSI Saya mengetahui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Juli 2013 CINDY AL KINDI

7 SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING ABSTRAK Telah dilakukan penelitian mengenai sensor beban berbasis serat optik dengan prinsip mikrobending. Penelitian ini meliputi beberapa pengujian yaitu kesetabilan laser, pengaruh mikrobending, validitas dan reliabilitas sensor untuk mengetahui rancangan yang tepat serta tingkat respon sensor pada saat beban diletakkan diatas sensor agar dapat diaplikasikan pada sensor beban kendaraan. Pengujian tersebut menggunakan sumber laser dengan panjang gelombang 1310 nm, serat optik ragam banyak, lapisan karet, beban, kawat stainless, sensor modifikasi (buatan Pusat Penelitian Fisika), photodetektor, Data Translation DAQ, dan software Weight in Motion buatan Pusat Penelitian Fisika LIPI. Dari penelitian diperoleh beberapa hasil yaitu kesetabilan laser terpenuhi dengan uji T statistik, pengaruh mikrobending berpengaruh secara signifikan pada respon sensor beban dengan ANOVA pada tingkat signifikansi 0.05, histerisis sensor dengan error < 5 % dan validasi sensor dengan persamaan polinomial serta reliabilitas sensor terpenuhi dengan uji T statistik.

8 LOAD SENSORS BASED ON OPTICAL FIBER WITH MICROBENDING PRINCIPLE ABSTRACT Has done research on fiber-optic-based load sensor with microbending principle. This study includes some stability testing of the laser, the influence microbending, validity and reliability of the sensors to find the right design and the level of the sensor response when the load placed on the sensor so that the sensor can be applied to the vehicle load. The test uses a laser source with a wavelength of 1310 nm, many kinds of optical fiber, rubber lining, load, steel wire, modified sensor (artificial Physics Research Center), a photodetector, Data Translation DAQ, and software Weight in Motion made LIPI Physics Research Center. Obtained some results of studies that met the laser stability test statistic T, the influence microbending significant influence on the response of the load sensor with ANOVA at the 0.05 level, with the sensor hysteresis error < 5%, the sensor validation by polynomial equations and reliability of the sensor satisfied by T test statistics.

9 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel Halaman ii iii iv vi vii viii x xii Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metodologi Penelitian Tempat Penelitian Sistematika Penulisan 5 Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Teori Cahaya dan Hukum Snellius Serat Optik Prinsip dan Tipe Sensor Optik Konektor Serat Optik Sensor Photodetektor Rugi Rugi Daya Pada Serat Optik Akibat Pembengkokan

10 Pada Serat Sensor Beban dengan Serat Optik Mikrobending Pengolahan Data-data Statistik 24 Bab 3 Metodologi Penelitian 3.1 Tahapan Penelitian Pengujian Kesetabilan Laser Pengujian Pengaruh Diameter dan Jarak Kawat Terhadap Respon Sensor Beban Pengujian Validitas dan Reliabilitas Sensor Beban 32 Bab 4 Hasil dan Pembahasan 4.1 Kesetabilan Laser Pengujian Variasi Diameter dan Jarak Kawat terhadap Respon Sensor Beban Pengujian Validitas dan Reliabilitas Sensor Beban 39 Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Saran 45 Daftar Pustaka 46 Lampiran 48

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Hukum Snellius 9 Gambar 2.2 Pemantulan Dinding Serat Optik 10 Gambar 2.3 Bagian-bagian Serat Optik 11 Gambar 2.4 Karakteristik Serat Optik MultimodeStep Index 13 Gambar 2.5 Karakteristik Serat Optik Multimode Graded Index 14 Gambar 2.6 Karakteristik Serat Optik Single Mode Step Index 14 Gambar 2.7 Pembengkokan Sinar di Dalam Inti Serat Optik 19 Gambar 2.8 Peristiwa Rugi-rugi akibat Pembengkokan Mikro 20 Gambar 2.9 Sensor Intrinsik Serat Optik 21 Gambar 2.10 Skematik Sensor Mikrobending 21 Gambar 2.11 Skematik Sensor dengan Pelat Bergerigi 23 Gambar 3.1 Rancangan Sensor Beban 26 Gambar 3.2 Diagram Blok Penelitian 26 Gambar 3.3 Software Weight In Motion Based Optical Fiber 27 Gambar 3.4 Flowchart Pengujian Kesetabilan Laser 28 Gambar 3.5 Beban Uji yang diletakkan Terpusat di atas Sensor Beban 29 Gambar 3.6 Software Weight In Motion Based Optical Fiber 30 Gambar 3.7 Flowchart Pengujian Variasi Diameter dan Jarak Kawat 31 Gambar 3.8 Sensor Untuk Pengujian Validitas dan Reliabilitas 33 Gambar 4.1 Grafik Kesetabilan Laser 34 Gambar 4.2 Grafik Kesetabilan Fluktuasi Laser 35 Gambar 4.3 Grafik Pengujian Mikrobending 37 Gambar 4.4 Kurva Hiaterisis Sensor 40

12 Gambar 4.5 Grafik Validasi Sensor 42 Gambar 4.6 Grafik Validasi Beban 43 Gambar 4.7 Grafik Reliabilitas Sensor 44

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Uji T untuk Kesetabilan Laser 35 Tabel 4.2. Uji Normalitas Data 37 Tabel 4.3. Uji Homogenitas 38 Tabel 4.4. Uji ANOVA 38 Tabel 4.5. Error Histerisis 41 Tabel 4.6. Uji T Reliabilitas Sensor 44