Sensor Indeks Bias Larutan Menggunakan Fiber Coupler

Transkripsi

1 Sensor Indeks Bias Larutan Menggunakan Fiber Coupler Zilda Qiftia¹, Samian¹, dan Supadi¹. ¹Program Studi S1 Fisika, Departemen Fisika, FST Univesitas Airlangga, Surabaya. Abstrak. Perubahan indeks bias larutan telah mampu dideteksi menggunakan fiber coupler. Prinsip kerja sensor berdasarkan pemantulan Fresnel yang terjadi pada ujung kanal sensing yang bersentuhan dengan zat cair. Perubahan indeks bias zat cair akan mempengaruhi besarnya intensitas cahaya yang terpantul menuju detektor optis melalui kanal deteksi fiber coupler. Nilai indeks bias diukur menggunakan refraktometer abbe sebagai kalibrator. Eksperimen ini menggunakan multimode fiber coupler, laser He-Ne, detektor OPT 101, mikrovoltmeter, wadah kaca, dan perangkat pendukung seperti bangku optik, holder, serta kabel-kabel pendukung. Hasil penelitian menunjukan bahwa semakin besar nilai indeks bias zat cair maka semakin kecil tegangan keluaran detektor. Parameter-parameter sensor yang dihasilkan berupa jangkauan, nilai perubahan indeks bias terkecil yang dapat disensing, dan daerah linier yang masing-masing nilainya sebesar , 0,0002, dan 1,3481-1,4040. Nilai sensitivitas sensor yang dihasilkan sebesar -4,501 V. Kata Kunci: multimode fiber coupler, sensor indeks bias larutan.

2 Pendahuluan Indeks bias merupakan sifat fisik yang sangat sensitif. Jika komponen larutan tersebut sangat murni maka akan memungkinkan untuk mendapatkan nilai indeks bias yang sama persis pada literatur pada saat eksperimen. Ada beberapa metode yang biasa digunakan untuk mengukur indeks bias, yaitu menggunakan refraktometer yang prinsip kerjanya sesuai dengan namanya yaitu memanfaatkan refraksi cahaya, dengan hole prisma prinsip kerjanya yaitu mengamati sudut deviasi minimum yang muncul ketika sumber cahaya monokromatik keluar dari prisma kemudian diterima oleh teropong, namun kedua metode tersebut mempunyai kerumitan pada saat pengoprasian alat. Metode lain yaitu menggunakan cermin cekung (Johri Sabaryati, 2011). Prinsip kerjanya yaitu dengan memanfaatkan dengan memanfaatkan pemantulan dan pembiasan pada permukaan cairan dalam cermin cekung, dan metode interferometri yang meliputi inferometri Mach-Zender, interferometri Fabry-Perot dan Interferometri Michelson (Pedrotti dan Pedrotti, 1993) Serat optik disamping sebagai saluran transmisi komunikasi, dapat digunakan pula sebagai sensor. Fiber coupler merupakan divais optik yang terbuat dari serat optik berfungsi sebagai pembagi berkas. Dalam perkembangannya dapat dimanfaatkan sebagai sensor pergeseran (Samian, 2010), suhu (Samian, 2010), dan ketinggian air (Samian, 2011). Dalam artikel ini akan dikemukakan aplikasi fiber coupler sebagai sensor indes bias larutan. Prinsip kerja yang digunakan adalah pemantulan Fresnel. Desain Dan Mekanisme Kerja Sensor Desain sensor indeks bias larutan menggunakan fiber coupler diperlihatkan pada Gambar 1.

3 Gambar 1. Rancangan Alat Sensor Indeks Bias Larutan Mekanisme kerja sensor dalam mendeteksi indeks bias larutan yaitu cahaya keluaran dari laser yang masuk ke kanal masukan fiber coupler sebagian cahaya diteruskan ke kanal sensing yang bagian ujungnya tercelup dalam larutan yang indeks biasnya akan dideteksi. Berdasarkan hukum pemantulan Fresnel, maka sebagian berkas cahaya akan terpantul kembali ke dalam kanal sensing fiber coupler. Berkas cahaya balik tersebut sebagian akan diteruskan menuju detektor optis. Perubahan nilai indeks bias larutan akan mempengaruhi daya optis berkas cahaya balik. Dengan demikian, perubahan nilai indeks bias larutan akan terdeteksi melalui perubahan daya optis berkas cahaya balik yang diterima detektor optis. Eksperimen Peralatan yang digunakan pada eksperimen terdiri dari multimode fiber coupler, laser He-Ne, detektor OPT 101, mikrovoltmeter tipe LH 53213, wadah kaca, dan perangkat pendukung berupa bangku optik, holder, serta kabelkabel pendukung. Sampel yang digunakan adalah aquades dan larutan glukosa. Variasi larutan glukosa dilakukan dengan cara mengencerkan larutan induk. Berikut ini adalah nilai indeks bias zat cair yang sudah diukur menggunakan refraktometer abbe sebagai kalibrator:

4 Eksperimen yang diperlihatkan pada Gambar 2 dilakukan dengan menyalakan laser kemudian mendeteksi aquades dan mencatat daya optis yang terbaca melalui tegangan keluaran detektor optis dan tertera pada mikrovoltmeter. Kemudian langkah tersebut dilakukan lagi dengan mengganti larutan glukosa yang memiliki indeks bias dari yang paling kecil hingga yang paling besar. Setelah mendapatkan nilai tegangan keluaran detektor. Gambar 2. Set-Up alat penelitian Hasil Dan Pembahasan Hasil penelitian sensor indeks bias larutan menggunakan fiber coupler ini berupa tegangan keluaran detektor (Vd) terhadap perubahan indeks bias larutan menghasilkan data yang diperlihatkan pada plot grafik tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias dapat dilihat pada Gambar 3.

5 Gambar 3. Grafik hubungan tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias Dari grafik pada Gambar 3 menunjukkan rentang pendeteksian indeks bias larutan yang dilakukan sebesar , nilai tersebut merupakan nilai jangkauannya. Nilai jangkauan indeks bias tersebut dihasilkan menggunakan refraktometer abbe. Dari grafik yang dihasilkan ternyata tidak linier, akan tetapi dari hasil eksperimen masih dapat ditemukan daerah yang linier. Dengan demikian, dapat dipahami bahwa grafik data hasil eksperimen yaitu data tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias larutan masih memiliki daerah yang linier. Untuk rentang indeks bias antara terdapat hubungan yang linier antara tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias larutan yang hasilnya ditampilkan pada Gambar 4. Gambar 4. Daerah linier antara tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks Plot grafik pada Gambar 4 diatas daerah linier tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias larutan dapat diperoleh persamaan regresi linier

6 Vd = n dengan koefisien korelasinya adalah R² = Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa nilai rata-rata koefisien korelasi mendekati 1 yang artinya hubungan antara tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias adalah linier. Linieritas merupakan persyaratan umum sebuah sensor yang artinya sensor tersebut dapat menghasilkan tegangan keluaran detektor berubah secara kontinyu. Sehingga dapat dikatakan bahwa adanya linieritas dalam penelitian ini adalah sebagai parameter keberhasilan dari penelitian sensor indeks bias larutan menggunakan fiber coupler. Semakin linier grafik hubungan antara tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias larutan, maka semakin baik pula sensor tersebut. Sensitivitas sensor ini dapat dilihat dari slope grafik linier tegangan keluaran detektor terhadap perubahan indeks bias. Dari persamaan tersebut diperoleh nilai sensitivitas sensor indeks bias larutan ini sebesar -4,501 V. Dalam hal ini nilai indeks bias terkecil yang dapat dideteksi dari sistem sensor indeks bias ini sebesar 0,0002. Karena pada saat indeks bias naik sebesar 0,0002 tegangan keluaran detektor sudah bisa terbaca oleh sensor. Dari pembahasan diatas maka parameter sensor indeks bias larutan menggunakan fiber coupler diperlihatkan pada Tabel 1. Tabel 1. Parameter sensor indeks bias larutan menggunakan fiber coupler. Parameter Nilai Jangkauan Nilai perubahan indeks bias terkecil yang dapat di sensing 0,0002 Daerah linieritas 1,3481 1,4040 Sensitivitas (Volt) -4,501 Berdasarkan parameter-parameter diatas telah diketahui bahwa fiber coupler dapat digunakan sebagai sensor indeks bias larutan. Hal ini dibuktikan dari adanya perubahan tegangan keluaran detektor yang terjadi karena adanya perbedaan indeks bias larutan. Dari parameter-parameter sensor yang dihasilkan seperti terlihat pada Tabel 1.

7 Kesimpulan Dengan memanfaatkan prinsip Fresnel, multimode fiber coupler dapat digunakan sebagai sensor indeks bias larutan. Sensor indeks bias larutan menggunakan multimode fiber coupler memiliki nilai jangkauan 1,3333 1,4648, perubahan indeks bias terkecil yang dapat dideteksi sebesar 0,0002, daerah linier sebesar 1,3481 1,4040, dan nilai sensitivitas sensor sebesar -4,501 V. Daftar Pustaka Krohn, D.A, 2000, Fiber Optic Sensor, Fundamental and Application, 3 rd, ISA, New York. Crisp, John dan Elliot, Barry, 2008, Serat Optik : Sebuah Pengantar, Erlangga, Jakarta Tipler, Paul A., 2001, Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2 (terjemahan Bambang Soegijono), Penerbit Erlangga, Jakarta. Johri Sabaryati, Nurwulan F., Ali Imran, Linda S.U., Euis s., 2011, Eksperimen Penentuan Indeks Bias Menggunakan Cermin Cekung, Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011, Bandung. Young, H.D., R.A. Freedman, T.R. Sandin dan A.L. Ford, 2003, Fisika Universitas, Jilid 2 (terjemahan Pantur Silaban), Penerbit Erlangga, Jakarta. Samian, Herri T Aplikasi Multimode Fiber Coupler sebagai Sensor Pergeseran menggunakan Sumber LED, Prosiding Seminar Nasional Fisika II, Surabaya, 17 Juli Samian, Gatut Yudoyono Multimode Fiber Coupler sebagai Sensor Temperatur. Jurnal Fisika dan Aplikasinya Vol. 6, No.1, hal Samian, Supadi Sensor Ketinggian Air menggunakan Multimode Fiber coupler, Jurnal Fisika dan Aplikasinya Vol. 7, No.2, hal. 1 4.