Rancang Bangun Sensor Suhu Menggunakan Serat Optik Berstruktur Singlemode-Multimode- Singlemode dan Optical Time Domain Reflectometer

Transkripsi

1 Rancang Bangun Sensor Suhu Menggunakan Serat Optik Berstruktur Singlemode-Multimode- Singlemode dan Optical Time Domain Reflectometer Tegar Bestariyan, Agus Muhamad Hatta Laboratorium Rekayasa Fotonika-Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri- Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 6 Indonesia tegar_best@ep.its.ac.id, amhatta@ep.its.ac.id Abstrak Telah dilakukan perancangan sensor suhu menggunakan serat optik berstruktur Singlemode- Multimode-Singlemode (SMS) dan Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) sebagai alternatif sensor suhu konvensional. Peralatan utama yang digunakan dalam penelititan ini adalah serat optik singlemode graded index, serat optik multimode graded index dan step index, fusion splicer, hot plate, termometer dan OTDR. Dalam penelitian ini digunakan variasi panjang serat optik multimode 5,6,7 dan 8 cm, serta panjang gelombang 3 nm dan 55 nm. Penelitian ini dilakukan dengan mengamati perubahan respon logaritmik dari OTDR, beserta rugi daya serat optik berstruktur SMS saat diberikan perubahan suhu dari 4- C setiap kenaikan 5 C. Penelitian ini diakhiri dengan karakterisasi sensor. Berdasarkan hasil penelitian, performansi terbaik dihasilkan pada panjang serat optik multimode graded index 5 cm dengan sensitivitas,6696 db/ C, linearitas,978835, resolusi,49 x - C dan hysteresis 7,8 % untuk panjang gelombang operasi 3 nm, dan sensitivitas,683 db/ C, linearitas,97755, resolusi 5,94 x - C dan hysteresis,986 % untuk panjang gelombang operasi 55 nm. Kata kunci: pengukuran suhu, serat optik berstruktur SMS, OTDR I. PENDAHULUAN.. Latar Belakang Pengukuran suhu penting dilakukan di berbagai sektor dalam industri, karena suhu memiliki efek yang signifikan pada bahan dan proses pada tingkat molekuler []. Suhu secara mikroskopis menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan, maupun gerakan ditempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut []. Teknik konvensional yang banyak digunakan saat ini adalah dengan menggunakan thermocouple, yaitu berupa sambungan (junction) dua jenis logam atau logam campuran, yang salah satu sambungan logam tadi diberi perlakuan suhu yang berbeda dengan sambungan lainnya dan mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik []. Dalam perkembangan ilmu optik mengenai sensor, sensor suhu serat optik seperti Long Period Gratings (LPGs) telah banyak dikembangkan. Pada sensor suhu serat optik ini, serat optik kemudian akan dilewatkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan saat diberikan perlakuan dengan suhu yang berbeda akan menghasilkan perubahan respon pada intensitas atau power dari cahaya yang dilewatkan tersebut [3]. Pemilihan serat optik sebagai sensor karena memiliki berbagai keunggulan yaitu karena ukurannya yang kecil, dapat melewatkan cahaya, tahan terhadap interferensi elektromagnetik (EMI), pasif secara kimiawi, bandwidth yang lebar, sensitivitas yang tinggi, tidak terkontaminasi lingkungan, dan kemampuannya sebagai sensor terdistribusi [4]. Akhir-akhir ini, serat optik struktur singlemode multimode singlemode (SMS) telah banyak dikembangkan untuk berbagai aplikasi karena biayanya yang murah dan kemudahan fabrikasinya. Beberapa aplikasi penggunaan serat optik SMS telah banyak dilakukan, seperti sensor suhu, strain, refraktometer, edge filter untuk pengukuran panjang gelombang, dan sebagai band pass filter [5]. Serat optik SMS dibuat dengan cara penyambungan bagian serat optik multimode pada kedua ujungnya dengan dua buah serat optik singlemode menggunakan fusion splicer. Dengan pemilihan jenis serat optik singlemode dan multimode (numerical aperture, jejari core) serta panjang bagian multimode, maka dapat diperoleh karakterisitik yang berbeda untuk berbagai aplikasi [6-7]. Untuk sensor suhu menggunakan serat optik berstruktur SMS tipe graded index telah digunakan teknik pengukuran pergeseran spektral panjang gelombang ketika diberi variasi suhu [5]. Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) telah banyak digunakan untuk mengevaluasi konektor dan splice, mengukur loss per unit panjang, serta menunjukkan letak suatu kesalahan pada sistem jaringan komunikasi serat optik. OTDR juga dapat menentukan jenis event diatas pada beberapa titik (multipoint), sehingga dapat digunakan untuk sistem pengukuran multipoint [8]. Maka pada tugas akhir ini akan dilakukan kajian penggunaan OTDR untuk mengukur suhu pada sensor serat optik SMS. Kajian ini penting dilakukan sebagai penelitian awal untuk basis pengembangan sensor suhu yang menggunakan serat optik SMS... Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang serat optik berstuktur SMS sebagai sensor suhu maka dapat ditentukan permasalahan dalam tugas akhir ini yaitu bagaimana pembuatan dan optimasi serat optik berstruktur SMS

2 sebagai sensor suhu serta penggunaan OTDR untuk mengukur suhu pada sensor serat optik berstruktur SMS?.3. Batasan Masalah Adapun batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :. Perancangan sensor dibatasi sebagai fungsi panjang serat optik multimode. Digunakan panjang gelombang operasi OTDR 3 nm dan 55 nm 3. Serat optik yang digunakan adalah singlemode graded index (ITU-T Recommendation G655),multimode graded index( ITU-T Recommendation G65) dan Thorlabs IR multimode step index 4. Digunakan kenaikan suhu setiap 5 C dalam pengujiannya. 5. Alat uji suhu yang digunakan mempunyai resolusi kenaikan C 6. Pengujian suhu dilakukan pada range perubahan suhu sebesar 4- C 7. Digunakan JDSU MTS 8 Series dan Agilent E6C Mini OTDR untuk pengukuran rugi daya..4. Tujuan Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah untuk membuat sensor suhu menggunakan serat optik berstruktur SMS dan mengembangkan teknik pengukuran suhu menggunakan OTDR. II. DASAR TEORI Pada bagian ini dibahas mengenai teori-teori yang berkaitan dangan pengerjaan tugas akhir ini, yaitu mengenai sensor, suhu, serat optik, serat optik berstruktur Singlemode- Multimode-Singlemode, dan Optical Time Domain Reflectometer.. Sensor.. Definisi Sensor Dari beberapa referensi didapatkan pengertian dari sensor seperti dibawah ini :. Sensor adalah suatu perangkat yang mendeteksi perubahan stimulus fisika yang terjadi kemudian mengubahnya menjadi sinyal yang dapat terukur dan terekam [9]. Sensor adalah suatu perangkat yang menghasilkan respon terukur untuk sebuah perubahan dalam kondisi fisik, seperti suhu dan konduktivitas termal atau perubahan konsentrasi kimia []. 3. Ada 6 macam sinyal, mekanik, termal, magnetik, elektrik, kimia, dan radiasi. Dan alat yang mengubah suatu jenis sinyal ke sinyal lain disebut transducer. Sinyal yang dihasilkan dapat bermanfaat dalam bentuk yang lain. Sedangkan peralatan yang menawarkan keluaran elektrik disebut sebagai sensor []... Karakteristik Sensor Sistem pengukuran pada umumnya terdapat empat elemen yang terkait di dalamnya, sehingga tujuan utama dari sistem pengukuran itu dapat tercapai, yaitu nilai variabel keluaran dari besaran yang diukur dapat teramati oleh observer. Empat elemen yang terdapat pada sistem pengukuran dapat digambarkan pada diagram blok blok pada Gambar.. Gambar. Elemen Elemen Sistem Pengukuran [] Keempat elemen di atas saling terkait antara satu dan yang lainnya dan merupakan urutan proses untuk merubah data sehingga menjadi suatu variabel yang dapat diukur, nilai dalam setiap elemen sistem pengukuran memiliki karakteristik - karakteristik yang harus diperhatikan yaitu []:. Range. Span 3. Linearity 4. Non-linearity 5. Sensitivity 6. Resolution 7. Hysteresis. Suhu Suhu didefiniskan sebagai tingkat atau derajat tertentu dari panas atau dinginnya sesuatu sebagai referensi pada skala tertentu. Dan juga dapat didefinisikan sebagai jumlah energi panas yang dimiliki oleh suatu benda atau sistem. Energi panas berkaitan langsung dengan energi molekular (getaran, gesekan dan osilasi partikel dalam sebuah molekul) semakin tinggi energi panas, semakin besar energi molekul []. Suhu merupakan ukuran atau besaran yang menyatakan jumlah energi panas yang dimiliki oleh suatu benda. Karena suhu merupakan pengukuran yang relatif, skala berbasis pada titik referensi harus untuk mengukur suhu dengan akurat. Skala suhu yang dipakai secara umum dan Internasional adalah ITS-9 (International Temperature Scale of 99). Di sini diberikan nilai suhu untuk 7 fase keseimbangan dari material murni. Kemudian dilakukan interpolasi diantara titiktitik suhu ini sesuai dengan span yang diperlukan. Suhu thermodinamik T dengan satuan kelvin (K) dinyatakan sebagai besaran dasar yang dapat pula dinyatakan dalam suhu (t) dalam satuan Celcius []..3 Serat Optik.3. Definisi Serat Optik Serat Optik merupakan pemandu gelombang dielektrik yang beroperasi pada frekuensi optik. Serat optik membatasi energi elektromagnetik dalam bentuk cahaya didalam permukaannya dan memandu cahaya dalam arah paralel terhadap aksisnya [3]..3. Bagian Serat optik Kebanyakan dari serat optik terbuat dari kaca yang mengandung silika (SiO ) atau silikat. Beberapa jenis serat kaca yaitu dari serat kaca high-loss dengan diameter core yang besar digunakan untuk transmisi jarak pendek hingga

3 3 serat yang sangat transparan yang biasa digunakan untuk jarak jauh. Serat plastik lebih jarang digunakan karena memiliki atenuasi yang tinggi dibandingkan dengan serat kaca. Kegunaan utama dari serat plastik untuk transmisi jarak pendek dan pada lingkungan yang berbahaya, dimana kekuatan mekanik dari serat plastik menawarkan kegunaan yang lebih dibandingkan serat kaca [3]. sangat kecil pula dan ini berarti sebuah sistem yang mahal. Singlemode dapat membawa data dengan lebih cepat dan 5 kali lebih jauh dibandingkan dengan serat optik multimode. Berdasarkan indeks bias core pada serat optik singlemode maka terdapat jenis serat optik singlemode step index (memiliki indeks bias homogen) [5].. Gambar.. Bagian-Bagian Serat optik [4].3.3 Prinsip Pemanduan Cahaya Prinsip pemanduan cahaya dalam serat optik berdasarkan total internal reflection [3]. Sudut yang menentukan terjadinya total internal reflection dinamakan sudut kritis. Sudut kritis dapat ditentukan dari hukum snellius, sehingga diperoleh (.3) Dimana n, n, dan n adalah indeks bias medium luar serat optik, indeks bias core dan indeks bias cladding secara berurutan. Sedangkan θ,max adalah sudut penerimaan maksimum dan θ c adalah sudut kritis. Maka untuk terjadi total internal reflection sudut masuknya sinar terhadap aksis serat optik besarnya harus kurang dari θ,max, sehingga sudut yang terbentuk antara permukaan core-cladding melebihi sudut kritisnya..3.4 Tipe Serat optik Berdasarkan faktor struktur dan properti sistem transmisi yang sekarang banyak diimplementasikan, teknologi serat optik terbagi atas dua tipe yaitu:. Serat Optik Singlemode Serat Optik singlemode memiliki banyak arti dalam teknologi serat optik. Dilihat dari faktor properti sistem transmisinya, singlemode adalah sebuah sistem transmisi data berwujud cahaya yang didalamnya terdapat satu buah indeks sinar tanpa terpantul yang merambat sepanjang media tersebut dibentang seperti yang ditunjukkan pada gambar.3. Satu buah sinar yang tidak terpantul di dalam media optik tersebut membuat teknologi serat optik yang satu ini sedikit mengalami gangguan dalam perjalanannya. Itu juga lebih banyak gangguan yang berasal dari luar maupun gangguan fisik saja [5]. Singlemode dilihat dari segi strukturalnya merupakan teknologi serat optik yang bekerja menggunakan inti (core) serat optik yang berukuran sangat kecil yang diameternya berkisar 8 sampai mikrometer. Singlemode dapat membawa data dengan bandwidth yang lebih besar dibandingkan dengan multimode, tetapi teknologi ini membutuhkan sumber cahaya dengan lebar spektral yang Gambar.3. Serat Optik Singlemode Step Index [5]. Serat Optik Multimode Sesuai dengan namanya, teknologi ini memiliki kelebihan dan kekurangan yang diakibatkan dari banyaknya jumlah sinyal cahaya yang berada di dalam media serat optik-nya. Sinar yang berada di dalamnya lebih dari satu buah. Serat optik multimode merupakan teknologi transmisi data melalui media serat optik dengan menggunakan beberapa buah indeks cahaya di dalamya. Cahaya yang dibawanya tersebut akan mengalami pemantulan berkali-kali hingga sampai di tujuan akhirnya [3]. Sinyal cahaya dalam teknologi serat optik multimode dapat dihasilkan hingga mode cahaya. Banyaknya mode yang dapat dihasilkan oleh teknologi ini bergantung dari besar kecilnya ukuran core dari serat optik dan sebuah parameter yang diberi nama Numerical Aperture (NA). Seiring dengan semakin besarnya ukuran core dan membesarnya NA, maka jumlah moda di dalam komunikasi ini juga bertambah. Ukuran core serat optik multimode secara umum adalah berkisar antara 5 sampai dengan mikrometer. Biasanya ukuran NA yang terdapat pada serat optik berkisar antara, hingga,9. Dengan ukuran yang besar dan NA yang tinggi, maka terciptalah teknologi serat optik multimode ini. Jenis serat optik berdasarkan indeks bias core pada serat optik multimode dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu serat optik multimode step index (indeks bias core homogen), perambatan sinar pada serat optik jenis ini ditunjukkan pada gambar.4, dan serat optik multimode graded index (indeks bias core semakin mendekat ke arah cladding semakin kecil, perambatan sinar pada serat optik jenis ini ditunjukkan pada gambar.5. Gambar.4. Serat Optik Multimode Step index [4] Gambar.5. Serat Optik Multimode Graded index [4]

4 4.4 Serat Optik Berstruktur Singlemode-Multimode- Singlemode (SMS) Struktur serat optik SMS (Singlemode Multimode Singlemode) merupakan suatu struktur yang terdiri dari serat optik singlemode yang identik yang secara aksial yang di kedua ujungnya disambungkan dengan serat optik multimode seperti ditunjukkan Gambar.6. Pada microbend sensor, rugi daya tipikal pada SMS stuktur 3-6 kali lebih besar daripada pada microbend sensor konvensional [5]. Pada serat optik berstruktur SMS hanya fundamental mode yang ter-couple masuk pada input dan ter-couple keluar pada ujung serat optik multimode. Kondisi tersebut dapat terjadi ketika spot size dari fundamental mode dari serat optik singlemode dan multimode benar-benar cocok dan juga tidak ada misalignment aksial pada sambungan. Jika kondisi tersebut tidak dapat dipenuhi, high order mode dari serat optik multimode akan tereksitasi atau tercoupling keluar pada input/output ujung serat optik multimode. Selanjtnya, pada serat optik multimode, saat propagation constant pada berbagai moda hampir sama, daya yang ter-couple pada keluaran serat optik singlemode diharapkan sangatlah sensitif pada beda fasa yang dibentuk oleh mode-mode pada ujung output serat optik multimode, maka kinerja atau performansi dari serat optik berstruktur SMS sangatlah tergantung pada panjang gelombang operasi dan juga panjang dari serat optik multimode [6]. Gambar.8. Penentuan Attenuasi dari Sinyal Backscattering [8] III. METODE Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai metodologi yang digunakan dalam penelitian ini. Metode yang dilakukan untuk mencapai tujuan dari tugas akhir ini ditunjukkan pada gambar 3. MULAI Perencanaan dan desain sensor suhu SMS fiber Pembuatan sensor suhu SMS fiber Pengujian dengan OTDR Gambar.6. Skematik Serat Optik Berstruktur SMS [6].5 Optical Time Domain Reflectometer.5. Prinsip Kerja OTDR Salah satu metode untuk mengukur attenuasi adalah menggunakan metode Optical Backscattering (Optical Time Domain Reflectometer - OTDR): pulsa-pulsa pendek cahaya di-couple di salah satu ujung serat optik. Cahaya akan terhambur ke segala arah oleh rayleigh scattering, dan sebagian kembali ke ujung serat optik dan terdeteksi (gambar.7). Dengan metode ini, dimungkinkan untuk membuat kurva attenuasi sepanjang serat optik yang berhubungan dengan local disturbances [8]. tidak Sensor SMS bekerja (rugi daya terukur) ya Uji suhu dengan variasi jenis dan panjang multimode Pengambilan data (respon dan transmitted power di OTDR) Analisa data statistik, pembahasan dan penarikan kesimpulan Penyusunan laporan dan penyampaian hasil laporan Gambar.7. Pembentukan Sinyal Backscattering [5] Pada gambar.8, sinyal Backscattering ditunjukkan pada sebuah skala logaritmik sepanjang serat optik. Pada ujung awal dan akhir serat optik terjadi pantulan yang memperkuat sinyal Backscattering. MULAI SELESAI Gambar 3..Flowchart Pengerjaan Tugas Akhir

5 5 Adapun peralatan dan bahan yang digunakan dalam tugas akhir ini diantaranya:. Serat optik singlemode graded index (ITU-T Recommendation G-655) dan SMF-8(TM) fiber, Singlemode graded index (Corning Optical fiber), multimode graded index( ITU-T Recommendation G- 65) dan Thorlabs IR multimode step index. Fusion Splicer Fujikura FSM-55 dan Compact Fusion Splicer type-5e Sumitomo Electric 3. Patchord fiber 4. Hot plate 5. JDSU MTS 8 series OTDR dan Agilent E6C Mini OTDR 6. Fiber Cleaver FITEL Nc S34 dan FCV- Optical Fiber Cleaver 7. Fiber Stripper Cromwell ct USA dan Fiber Stripper clauss model no.cfs- 8. Digital Termometer 6 Hoover Dam Technology (HDT) 9. Alkohol 99% Susunan peralatan dan bahan yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.. Gambar 3.. Susunan Peralatan Penelitian Rancang Bangun sensor suhu menggunakan Serat Optik Berstruktur SMS dan OTDR IV. HASIL PENELITIAN Pada bagian ini akan dibahas mengenai hasil pengujian dan karakterisasi yang diperoleh dari setiap serat optik berstruktur SMS yang telah dibuat yaitu dengan panjang serat optik multimode jenis step index dan graded index 5 cm, 6 cm, 7 cm, dan 8 cm untuk tiap penggunaan panjang gelombang operasinya, yaitu 3 nm dan 55 nm. Pengujian suhu dilakukan dalam range 4- C pada serat optik berstruktur SMS. Sedangkan karakteristik sensor didapat dari data-data yang diambil selama pengujian, yaitu suhu, rugi daya serat optik berstruktur SMS. Selanjutnya juga dilakukan pengukuran suhu pada serat optik berstruktur SMS secara multipoint ( point) sepanjang serat optik. 4. Pengujian Suhu dan Karakterisasi Sensor Serat Optik Berstruktur SMS untuk Pengukuran Suhu Setelah serat optik berstruktur SMS dibuat dengan panjang serat optik multimode yang diinginkan, maka selanjutnya dilakukan tahap pengujian dan pengambilan data (pengukuran). Untuk pengukuran SMS dengan menggunakan multimode jenis graded index (ITU-T Recommendation G- 655) dilakukan di PT. Telkom, Arnet Surabaya Timur.. Parameter-parameter pengukuran OTDR yang digunakan dalam pengukuran ini dipilih sebagai berikut : OTDR Type : JDSU MTS 8 series Wavelength Pulsewidth Range Optimize Sampling Distance Averaging Time IOR Resolution : 3 nm dan 55 nm : ns : -5 km : Dynamic : 64 cm : 3 s for 3 nm & s for 55nm :,465 (3nm),,469 (55nm) :, db Pulsewidth sebesar ns dipilih karena menghasilkan error pengukuran yang kecil, dikarenakan disesuaikan dengan panjang kabel keseluruhan yang digunakan hanya 48,7 m. Untuk pemilihan nilai IOR (index of refraction) disesuaikan dengan indeks bias core serat optik yang digunakan untuk menghasilkan keakuratan nilai hasil pengukuran. Demikian halnya dengan pemilihan optimasi pengukuran pada dynamic mode. Sampling distance sebesar 64 cm, merupakan hasil kombinasi dari pulsewidth, range dan mode optimasi yang digunakan. Dalam hal ini sampling distance berarti jarak OTDR untuk menyuplik (sampling) sepanjang serat optik yang digunakan. Sedangkan averaging time adalah hasil ratarata pengukuran dalam waktu yang telah ditentukan. Sedangkan untuk pengukuran sensor suhu SMS serat optik menggunakan jenis multimode step index ( Thorlabs IR Multimode 5/5 µm) dilakukan di Laboratorium Rekayasa Fotonika Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS. Parameter-parameter pengukuran OTDR yang digunakan dalam pengukuran ini dipilih sebagai berikut : OTDR Type : Agilent Mini OTDR E6C Wavelength : 34 nm Pulsewidth : ns Range : -4 km Optimize : Normal Sampling Distance : 7,8 cm Averaging Time : s IOR :,446 Resolution :, db Setelah penentuan parameter ukur pada OTDR, maka dilakukan pengujian pada serat optik sesuai dengan panjang serat optik multimode yang akan diuji. Pengujian suhu dilakukan dengan memberikan pemanasan menggunakan hot plate pada permukaan serat optik berstruktur SMS yang diuji. Pengaruh suhu diberikan dengan cara menaikan suhu setpoint pada hot plate setiap 5 C dari 4 C - C. Dan suhu akan dipantau oleh termometer digital untuk memastikan keakuratan dari perubahan suhu yang diberikan. OTDR memiliki keunggulan karena memiliki display berupa respon logaritmik yang merepresentasikan daya yang terdistribusi disetiap titik sepanjang serat optik yang dikur. Oleh karena itu analisa pengaruh suhu terhadap serat optik berstruktur SMS dapat dengan mudah kita lihat melalui respon tersebut. Pada respon logaritmik OTDR maupun dari display numerik terdapat dua hal yang diperhatikan dalam penelitian ini seperti ditunjukkan pada Gambar 4.(a), yaitu rugi daya yang terjadi pada serat optik berstruktur SMS, dan rugi daya total sepanjang serat optik. Gambar 4.(a), merupakan respon logaritmik untuk serat optik berstruktur SMS, dengan panjang

6 6 serat optik multimode 5 cm dan panjang gelombang operasi 3 nm dengan suhu 4 C. Untuk memperjelas pembacaan dalam pengambilan data, maka dapat dilihat pada Gambar 4.(b) yang merupakan hasil zooming respon dan rugi daya pada daerah marking (B-A). Sedangkan untuk hasil pengukuran menggunakan panjang gelombang 55 nm panjang multimode 5cm suhu 6 C dapat dilihat pada gambar 4. (c),dimana rugi daya langsung dapat terlihat tanpa melakukan marking manual seperti pada pengukuran 3 nm. (a) (b) Gambar 4. (a) Respon Logaritmik SMS 5cm 3 nm (b) Hasil Zooming Respon Logaritmik dan Rugi Daya Daerah Marking (B-A) Panjang Serat Optik SMS Multimode 5 cm dan Panjang Gelombang 3 nm dengan suhu 4 C.(c) respon logaritmik untuk panjang serat optik SMS mulitmode 5 cm dan panjang gelombang operasi 55 nm dengan suhu 6 C. Berdasarkan Gambar 4., respon logaritmik dengan adanya serat optik berstruktur SMS adalah respon untuk nonreflective event berupa penurunan daya dengan kemiringan tertentu. Pada Gambar 4. juga diperlihatkan bahwa rugi daya serat optik berstruktur SMS adalah sebesar,593 db. Rugi daya tersebut dibatasi dengan menggunakan teknik marking, dimana marking A terletak setelah 45,56 m dan marking B terletak setelah 58,99 m dari ujung awal serat optik singlemode. Daerah diantara kedua marking tersebut merupakan daerah untuk serat optik berstruktur SMS ( B-A = 3,43 m). Sedangkan rugi daya total dapat dilihat pada Result Table yang juga merupakan display numerik dari OTDR. Gambar 4. (a) merupakan respon serat optik berstruktur SMS dengan panjang serat optik multimode 6 cm dengan panjang gelombang operasi 3 nm dengan suhu 4 C. Gambar 4.(b) merupakan respon pada suhu C. Dan gambar 4.(c) memperlihatkan display multi traces perbandingan antara respon SMS 6 cm pada suhu 4 C dan C. Berdasarkan gambar 4. (a) dan (b) terlihat dari event table untuk rugi daya SMS serat optik pada saat suhu 4 C sebesar,33 db dan rugi daya total sebesar,444 db. Dan ketika suhu C terlihat bahwa rugi daya SMS menurun menjadi sebesar,9 db dan rugi daya total juga menurun menjadi,3 db. Untuk penggunaan panjang gelombang operasi 55 nm penghitungan rugi daya tidak perlu melakukan manual marking karena sudah dapat terbaca oleh OTDR dan akan ditampilkan secara otomatis pada event table.. (a)

7 7 (b) ; 6,6 ; 6, ;,557 95;, cm (naik) 5cm (turun) Gambar 4.3 Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode graded index 5cm pada Panjang Gelombang Operasi 3 nm ,5 3 3,5 ;,9 3 ;,9,5,5,5,5 6 cm (turun) 6 cm (naik) 4. Analisa Serat Optik Berstruktur SMS dengan Panjang Gelombang Operasi 3 nm Berdasarkan data-data yang telah diambil, dapat dibuat grafik-grafik hubungan suhu terhadap rugi daya serat optik berstruktur SMS serat optik berstruktur SMS yang termuat dalam Gambar untuk pengukuran suhu menggunakan serat optik SMS dilakukan dalam dua tahap yaitu pengukuran naik dan pengukuran turun, pada pengukuran naik dilakukan penaikan suhu tiap 5 C dalam range 4- C dan begitupun sebaliknya. Hal ini dilakukan untuk menguji performansi dan karakteristik sensor yang berkaitan dengan hysteresis.,5 9;,539 9;, Gambar 4.4 Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode graded index 6 cm pada Panjang Gelombang Operasi 3 nm Rugi Daya (db),5,5, ;,94 ;,369 ;,385,5,5,5,5 ;, cm turun (turun) 7 cm (naik) Gambar 4.5 Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode graded index 7 cm pada Panjang Gelombang Operasi 3 nm

8 ;,443 7;,56 4;,36 4;,335 8 cm (turun),5 8 cm (naik) Gambar 4.6 Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode graded index 8 cm pada Panjang Gelombang Operasi 3 nm,5,5,5,5,,5 5 5,95,9,85 4;,89 ;, suhu ( C) Gambar 4.7 Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode step index 5 cm pada Panjang Gelombang Operasi 34 nm. Berdasarkan Gambar , terlihat bahwa untuk tiap panjang multimode graded index maupun step index memiliki respon yang berbeda dan memiliki karakteristik yang berbeda untuk tiap kenaikan suhu. Pada Gambar 4.7, panjang serat optik multimode step index 5 cm memiliki jangkauan terbesar dan bisa mendeteksi suhu dari 4- C, dengan kecenderungan rugi daya yang semakin tinggi. Sedangkan untuk multimode jenis graded index yang memiliki jangkauan pendeteksian suhu terbesar adalah panjang serat optik multimode 6 cm pada panjang gelombang 3 (Gambar 4.4) Rugi daya serat optik berstruktur SMS berstruktur SMS memiliki pola penurunan rugi yang sedikit berbeda untuk masing-masing panjang, jenis multimode dan panjang gelombang operasi. Perbedaan panjang gelombang, jenis multimode dan panjang multimode akan mengakibatkan perbedaan nilai event yang terjadi sepanjang serat optik, seperti absorbsi oleh material serat optik, bending, scattering, termasuk juga rugi daya karena penggunaan serat optik berstruktur SMS [6]. Hal ini membuktikan bahwa pengukuran rugi daya menggunakan OTDR memiliki 3,5,5 5 cm kelebihan karena dapat mengamati langsung kejadian spesifik yang terjadi sepanjang serat optik dan dapat menentukan lokasi dimana kejadian itu berlangsung. Rugi daya serat optik berstruktur SMS bervariasi bergantung pada panjang serat optik multimode dan panjang gelombang operasi OTDR yang digunakan. Kombinasi panjang serat optik multimode dan panjang gelombang operasi OTDR menentukan banyaknya moda yang terjadi sepanjang panjang serat optik multimode. Panjang serat optik multimode, sebenarnya membatasi daerah terjadinya interferensi dari moda-moda yang terjadi. Jika terjadi interferensi maksimum atau yang disebut re-imaging pada panjang serat optik multimode tertentu, rugi daya serat optik berstruktur SMS paling minimum. Selanjutnya rugi daya akan semakin besar atau semakin kecil tergantung dari panjang serat optik multimode yang digunakan pada panjang gelombang yang sama. Hal ini berkaitan dengan moda-moda yang hilang terutama high-order mode pada panjang serat optik multimode tersebut [5,8]. Semakin menjauhi titik re-imaging semakin besar rugi daya yang terjadi. Semakin mendekati titik reimaging semakin kecil rugi daya yang terjadi. Berdasarkan grafik respon rugi daya terhadapa suhu untuk penggunaan panjang gelombang 3 nm, pada panjang serat optik optik multimode graded index 5 cm, 7 cm dan 8 cm terjadi penurunan rugi daya pada pengujian suhu dengan range berturut-turut -95 C, - C, dan 7-4 C. Penurunan ini memiliki arti bahwa saat diberikan perubahan suhu, akan mengakibatkan perubahan struktur dari serat optik, menjadikannya mendekati titik re-imaging (moda-moda yang hilang semakin sedikit). Sedangkan untuk rugi daya serat optik multimode graded index dengan panjang 6 cm yang naik sebagai akibat perubahan suhu dalam rentang 9- C, dan untuk multimode step index dengan panjang 5 cm dalam rentang 4- C mengalami kenaikan rugi daya. Kenaikan rugi daya menunjukkan bahwa sifatnya yang menjauhi titik reimaging. Karakteristik dalam suatu alat pengukuran sangat penting untuk diketahui,sehingga dapat mengetahui performansi atau kinerja suatu sensor atau alat ukur tersebut. Karakteristik yang ditinjau pada sensor serat optik berstruktur SMS untuk pengukuran suhu dengan menggunakan OTDR pada panjang gelombang 3 nm adalah range, span, linieritas, resolusi, hysteresis dan sensitivitas. Karakteristik tersebut ditunjukkan pada Tabel 4.. Pada Tabel 4. ditunjukkan karakteristik range sensor yang meliputi adalah range input berupa suhu dan range output pada masing-masing panjang serat optik multimode. Sedangkan range pengukuran pada sensor serat optik berstruktur SMS untuk pengukuran suhu yaitu 4 C. Kemudian ditunjukkan karakteristik span sensor untuk span input suhu dan span output pada masing-masing panjang serat optik multimode. Span didapatkan dari nilai I max I min atau O max O min,. Span input suhu adalah C.

9 9 Range Span Tabel 4. Range Input Suhu, Range Output Rugi Daya SMS, resolusi, linearitas, sensitivitas, dan hysteresis dengan Panjang Gelombang Operasi 3 nm Karakteristik sensor Lmmf (cm) 5 (MMSI) 5 (MMGI) 6 (MMGI) 7 (MMGI) 8 (MMGI Input suhu ( C) Output (naik) rugi daya (db),89-,9,576 6,39 Output (turun) rugi daya (db) -,557 6,6,544 -,9,539,9,385,94,385,369,335,443,36,56 Input suhu ( C) Output (naik) rugi daya (db), 4,733,358,99,8 Output (turun) rugi daya (db) - 4,549,363,984,696 Resolusi ( C),658,49x - 3,95x - 4,6x - 3,3x - Linearitas,849,978835,9584,949845,96837,5,5 95;,773 95;,76,8,6,4,,8,6,4 9;,8, 9;, cm (naik) 5cm (turun) Sensitivitas (db/ C),79,6696,53,4635,375 Hysteresis (%) - 7,88 7,9 4,748,6 Berdasarkan Tabel 4., untuk panjang serat optik multimode step index (MMSI) 5cm memiliki range dan span input terbesar yaitu berturut-turut 4- C dan 6 C. sedangkan untuk panjang serat optik multimode graded index (MMGI) 5 cm menghasilkan range output dan span output terbesar yaitu berturut-turut sebesar,576-6,39 db (naik),,557-6,6 db (turun) dan 4,733 db (naik), 4,549 db (turun). Selanjutnya, nilai linieritas dari pengukuran yang dilakukan dapat dilihat berdasarkan koefisien korelasi pada hasil pengukuran. Sedangkan untuk mengetahui sensitivitas dari sensor yang telah dibuat, dapat ditinjau dari kemiringan garis yang dihasilkan berdasarkan hasil pengukuran dari masing-masing panjang serat optik multimode dengan panjang gelombang operasi OTDR 3 nm. Kemiringan atau sensitivitas (K) tersebut didekati dengan menggunakan regresi linier. Jika kita meninjau dari rugi daya yang terjadi pada serat optik berstruktur SMS dengan penggunaan panjang gelombang operasi 3 nm, maka serat optik berstruktur SMS dengan panjang serat optik multimode graded index (MMGI) 5 cm memiliki sensitivitas yang paling tinggi dibandingkan dengan yang lain, yaitu sebesar 6, db/ C, linearitas sebesar,978835, resolusi,49 x - C dan hysteresis 7,88 %. Sebenarnya untuk linearitas dan sensitivitas disini tidak dapat dibandingkan karena tiap panjang mulitmode memiliki range pengukuran suhu yang berbeda. Hal tersebut dapat dijadikan karakteristik masingmasing sensor untuk range input suhu tersebut. 4.3 Analisa Serat Optik Berstruktur SMS dengan Panjang Gelombang Operasi 55 nm Data-data hasil pengukuran pada penggunaan panjang gelombang operasi 55 nm ditunjukkan pada Gambar Gambar 4.8 Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode graded index 5cm pada Panjang Gelombang Operasi 55 nm,9,8,7,6,5,4,3,, ;,7 85;,94 9;,7 9;,7 5 5 Gambar 4.9 Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode graded index 6 cm pada Panjang Gelombang Operasi 55 nm,8,6,4,,8,6,4, ;,68 ;,86 5;,94,,8,6,4, ;,86, ,6,4,6,4, 6cm turun 6cm naik, 5 cm (naik) 5 cm (turun),8

10 Gambar 4. Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode 7 cm pada Panjang Gelombang Operasi 55 nm Gambar 4. Hubungan suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS untuk panjang multimode graded index 8 cm pada Panjang Gelombang Operasi 55 nm. Berdasarkan Gambar , dapat dilihat bahwa terjadi perbedaan tren nilai rugi daya dari serat optik berstruktur SMS pada penggunaan panjang serat optik multimode graded index untuk setiap variasi panjang pada panjang gelombang 55 nm jika dibandingkan dengan penggunaan panjang gelombang 3 nm, pada panjang gelombang 55 nm menghasilkan pola perubahan rugi daya yang berbeda (berkebalikan) dengan saat digunakan panjang gelombang operasi 3 nm. Hal ini membuktikan bahwa panjang gelombang operasi mempengaruhi moda-moda yang merambat didalam serat optik. Dengan demikian titik reimaging atau tempat terjadinya interferensi maksimum juga berubah pada penggunaan panjang gelombangoperasi OTDR yang berbeda. Seperti halnya pada penggunaan panjang gelombang 3 nm, karakteristik pada sensor serat optik berstruktur SMS untuk pengukuran suhu dengan menggunakan OTDR pada panjang gelombang 55 nm, ditinjau dari range, span, linieritas, hysteresis dan sensitivitas sensor. Range pengukuran pada sensor serat optik berstruktur SMS untuk pengukuran suhu yaitu 4 C. Hal ini berarti span input adalah 6 C. Range input suhu dan range output rugi daya, linearitas, sensitivitas, resolusi, dan hysteresis pada masing-masing panjang serat optik multimode untuk panjang gelombang 55 nm ditunjukkan Tabel 4.. Panjang serat optik multimode 5 cm menghasilkan range input terbesar dengan span input sebesar C untuk rugi daya serat optik berstruktur SMS. Sedangkan panjang serat optik multimode 8 cm memiliki range output terbesar dengan span output sebesar,567 db. Hal tersebut ditunjukkan Tabel 4..,6,4,,8,6,4, ;,94 65;,345 5;,455 5;,9 5 5,5,5,5 8 cm (turun) 8 cm (naik) Tabel 4. Range Input Suhu, Range Output Rugi Daya SMS, resolusi, linearitas, sensitivitas, dan hysteresis dengan Panjang Gelombang Operasi 55 nm Karakteristik Lmmf (cm) sensor 5 (MMGI) 6 (MMGI) 7 (MMGI) 8 (MMGI) Input suhu ( C) Output (naik) Range rugi daya (db),8,773,7 -,7,68,86,345,9 Output (turun) rugi daya (db),8,76,7,94,94,86,94,455 Input suhu ( C) Output (naik) Span rugi daya (db),555,855,558,567 Output (turun) rugi daya (db),48,87,53,6 Resolusi ( C) 5,94x -,8x - 4,7x - 5,33x - Linearitas,97755,98375,975435,9495 Sensitivitas (db/ C),683,78,3,8745 Hysteresis (%),986 3,59 6,44,5 4.4 Pengukuran suhu Multipoint Penelitian ini dilakukan sebagai penelitian awal untuk dapat dilakukan pengukuran suhu multipoint menggunakan OTDR. Maka pada bagian ini juga dilakukan penelitian pada serat optik berstruktur SMS dengan pemasangan secara multipoint. Penelitian dilakukan dengan penggunaan panjang serat optik multimode pada panjang gelombang 55 nm dengan pertimbangan rugi daya total yang kecil. Hasil penelitian dengan penggunaan serat optik optik multimode yang dipisahkan sejauh 56,89 m, dengan panjang total serat optik yang digunakan 48, m ditunjukkan Gambar 4.4. Gambar 4. (a) Respon Logaritmik Pengukuran Serat Optik Berstruktur SMS Multipoint suhu 4 C (b) perbandingan

11 pada saat suhu 4 C dan C dengan Panjang Serat Optik Multimode dan Panjang Gelombang Operasi 55 nm Sedangkan rugi daya total yang terjadi sepanjang serat optik yang digunakan ditunjukkan Gambar 4.3. tertentu disepanjang serat optik. Meskipun jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain memiliki sensitivitas yang sangat kecil, namun keunggulan dari OTDR yaitu dapat mendeteksi titik dimana terjadi perubahan suhu sepanjang serat optik yag telah dipasang sensor suhu SMS serat optik. Rugi daya serat optik berstruktur SMS dan SMS menunjukkan linieritas pada range input 4- C.. Gambar 4.3 Result Table Pengukuran Serat Optik Berstruktur SMS Multipoint dengan Panjang Serat Optik Multimode dan Panjang Gelombang Operasi 55 nm pada saat suhu 4 C. Berdasarkan Gambar 4.3, terjadi slope (nonreflective event) karena adanya serat optik multimode sepanjang serat optik singlemode. Slope pertama menunjukkan perubahan daya yang ditransmisikan karena serat optik berstruktur SMS, sedangkan slope kedua menunjukkan perubahan daya yang ditransmisikan karena serat optik berstruktur SMS. Pengujian dalam penelitian ini dilakukan dengan memberikan suhu yang sama pada waktu yang sama dengan menggunakan satu hot plate. Hasil pengujian untuk serat optik berstruktur SMS multipoint dan panjang gelombang operasi 55 nm ditunjukkan Gambar 4.4.,5,5, SMS (naik) SMS (turun) SMS (naik) SMS (turun) Gambar 4.4 Hubungan Suhu terhadap Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS dan Rugi Daya Serat Optik Berstruktur SMS pada Panjang Serat Optik Multimode graded index dan Panjang Gelombang Operasi 55 nm Pada Gambar 4.4 diperoleh bahwa serat optik berstruktur SMS dan SMS memilliki pola perubahan rugi daya yang berbeda karena terdapat error pengukuran panjang serat optik multimode. Hal ini disebabkan kurang presisinya pemotongan serat optik multimode dalam orde mikrometer. Perbedaan panjang serat optik multimode dalam orde mikrometer, berarti memiliki pengaruh pada posisi dari titik re-imaging sehingga akan dihasilkan rugi daya yang berbeda (sensitif terhadap panjang serat optik multimode yang digunakan). Pada penelitian ini juga dibuktikan keunggulan penggunaan OTDR dalam pengukuran suhu, dimana OTDR dapat fokus pada kejadian-kejadian yang terjadi pada titik-titik V. KESIMPULAN DAN SARAN 5. Kesimpulan Berdasarkan hasil yang telah didapatkan serta meninjau kembali permasalahan beserta batasannya, tujuan, dapat dirumuskan beberapa kesimpulan yang diperoleh dalam pelaksanaan tugas akhir ini, yaitu:. Telah dilakukan pembuatan dan perancangan awal sensor suhu menggunakan serat optik berstruktur SMS dan pengembangan teknik pengukuran suhu multipoint menggunakan OTDR JDSU MTS 8 series dan Agilent E6C Mini OTDR. Sensor suhu dapat bekerja dengan baik untuk setiap panjang serat optik multmode 5, 6, 7, dan 8 cm dengan panjang gelombang 3 dan 55 nm.. Sensor suhu serat optik berstruktur SMS dengan panjang serat optik multimode dan panjang gelombang tertentu memiliki karakteristiknya masing-masing. Pada penggunaan panjang gelombang 3 nm dan 55 nm panjang serat optik multimode graded index 5 cm memiliki karakteristik terbaik secara keseluruhan, panjang serat optik multimode graded index 5 cm memiliki performansi yang paling baik dengan sensitivitas,6696 db/ C, linearitas,978835, resolusi,49 x - C dan hysteresis 7,8 % untuk panjang gelombang operasi 3 nm, dan sensitivitas,683 db/ C, linearitas,97755, resolusi 5,94 x - C dan hysteresis,986 % untuk panjang gelombang operasi 55 nm. 5. Saran Dalam penelitian tugas akhir ini, terdapat beberapa hal yang perlu diperbaiki baik dari tinjauan teoritis maupun aplikatif. Oleh sebab itu, validasi dan penelitian lebih lanjut sangat diperlukan. Saran yang dapat diberikan penulis terkait dengan pengembangan penelitian ini adalah sebagai berikut:. Perlu dilakukan pemotongan serat optik multimode yang lebih presisi dalam orde mikrometer agar hasil fabrikasi sensor memiliki karakteritik yang sama.. Untuk elemen pengontrol suhu perlu menggunakan alat yang lebih presisi dan tertutup agar pengaruh suhu pada serat optik benar-benar terjaga dari pengaruh suhu lingkungan,sehingga data hasil pengukuran lebih presisi. 3. Untuk pengukuran suhu pada serat optik berstruktur SMS multipoint, dipertimbangkan kembali penggunaan panjang serat optik multimode dan panjang gelombang operasi yang cocok pada selisih jarak peletakan serat optik multimode yang lebih pendek untuk mengetahui seberapa banyak serat optik multimode yang dapat dipasang pada dynamic range tertentu.

12 VI. DAFTAR PUSTAKA [] S.Wilson, Jon. 4. Sensor Technology Handbook. Elsevier: USA [] Martha Marie Day, Ed.D., Anthony Carpi, Ph.D. "Temperature," Visionlearning Vol.SCI-(5),3. php?mid=48 [3] T. Venugopalan et al,, Characterization of long period gratings written in three different types of optical fibre for potential high temperature measurements, City University. [4] Gholamzadeh, Bahareh and Nabovati,Hooman. 8. Fiber Optic Sensors. World Academy of Science, Engineering and Technology. [5] Qian Wang et al, 8, Investigation on Single-Mode- Multimode-Single-Mode Fiber Structure.Journal Of Lightwave Technology Vol.6,No.5. [6] Saurabh Mani Tripathi et al, 9, Strain and Temperature Sensing Characteristics of Single- Mode Multimode Single-Mode Structures. [7] Hatta,Agus M. et al.. Strain sensor based on a pair of singlemode-multimode singlemode fiber structures in a ratiometric power measurement scheme. Dublin Institute of Technology :Ireland [8] Ziemann, Olaf et al. 8. POF Handbook-Optical Short Range Transmission Systems.Springer :Berlin [9] Anonim b.. /sensors/intro.html [] Anonim c F5/ [] PallaÁs-Areny, Ramon.. Sensors and Signal Conditioning-nd Edition. A Wiley-Interscience publication:usa [] Bentley, John P Principles of Measurement Systems 3rd edition. Prentice Hall : USA [3] Keiser, Gerd.99. Optical Fiber Communication. McGraw-Hill Book : Singapore [4] Anonim d.. m_content&view=article&id=47:apa-itu-fiberoptik&catid=48:teknologi-komunikasi&itemid=6 [5] Hafid Erya P.. Pengembangan Metode Pengukuran Strain Menggunakan Serat Optik Berstruktur Singlemode Multimode Singlemode Dan Optical Time Domain Reflectometer. ITS :Surabaya. [6] Kumar,Arun et al. 3. Transmission characteristics of SMS fiber optic sensor structures. Indian Institute of Technology : India. [7] Anonim e.. Alat Ukur Sistem Komunikasi Serat Optik-Optical Time Domain Reflectometer. Lab. Sistem Elektronika STT Telkom :Bandung BIODATA PENULIS: Nama : Tegar Bestariyan TTL : Bima, 3 Mei 989 Alamat : Jl. Rondu No.4 BTN Rontu Bima-NTB Riwayat Pendidikan :. SDN 6 Bima MTsN Padolo Bima SMAN Kota Bima Teknik Fisika ITS 7-