ANALISIS KECEPATAN REAKSI SENSOR TERHADAP GELOMBANG CAHAYA INFRA MERAH DAN LASER Amir D 1 1 Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe Email: amir_pnl@yahoo.com ABSTRAK Penggunaan sensor dalam aplikasi kehidupan saat ini semakin banyak memberikan kemudahan dalam kehidupan manusia, dimana banyak diterapkan teknologi elektronika, sehingga pekerjaan manusia dapat dikerjakan dengan mudah tanpa harus membuang tenaga dan mempersingkat waktu. Aplikasi sensor banyak digunakan untuk mengontrol sistem, seperti menghidup-matikan pesawat TV, membuka pintu, mengoperasikan plant. Pada artikel ini akan dikaji tentang kecepatan tanggapan waktu sensor terhadap gelombang cahaya yang dating padanya. Waktu tanggapan ini akan dikaji terhadap dua sumber gelombang cahaya, yaitu; cahaya inframerah dan cahaya laser. Metode untuk mengamati tanggapan waktu sensor menggunakan metode kualitatif. Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa tanggapan waktu respon sensor infra merah Untuk pengujian jarak 1,2,3,4 dan 5 meter hasilnya diperoleh berturut-turut 47,7 ms, 52,3 ms, 52,6 ms, 53,5 ms dan 54 ms, sedangkan untuk tanggapan waktu respon sensor laser, faktor jarak kedatangan sumber cahaya tidak ada pengaruh yang signifikan. Secara umum kecepatan tanggapan waktu respon sensor laser di banding dengan sensor infra merah maka tanggapan waktu respon sensor laser lebih cepat. Tanggapan waktu respon tercepat dari sensor laser adalah 24 ms demikian juga tanggapan waktu respon tercepat sensor infra merah adalah 25,3 ms. Kata kunci : Cahaya, Remote pengirim sinyal, Sensor, Relay, Motor DC I PENDAHULUAN Secara umum sensor didefe-nisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal electrik baik arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal electrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan magnet cahaya, per-gerakan dan sebagainya [1]. Sensor yang baik akan mampu mendeteksi perubahan suatu energi, seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi dan sebagainya meskipun kenaikan atau perubahan energi tersebut sangat kecil. Kecepatan respon dan waktu recovery adalah waktu yang dibutuhkan sensor untuk menerima respon energi yang dideteksinya. Semakin cepat waktu respon dan waktu recovery, maka semakin baik sensor tersebut. Kemudian stabilitas dan daya tahan, yaitu sejauh mana sensor dapat secara konsisten memberikan besar sensitifitas yang sama terhadap energi, serta seberapa lama sensor tersebut dapat terus digunakan [3]. Pada artikel ini akan dikaji kecepatan tanggapan waktu sensor terhadap gelombang cahaya inframerah dan gelombang cahaya laser yang datang pada permukaan sensor. Untuk mengamati tanggapan waktu tersebut digunakan indikator simulasi miniatur gerbang yang digerakkan oleh motor DC. Peng-kajian tanggapan waktu masing-masing sensor dipelajari dari seberapa cepat tanggapan waktu untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik selanjutnya meng-konversi menjadi besaran mekanik dalam bentuk gerak. II TINJAUAN PUSTAKA Sensor Sensor adalah divais yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisika atau kimia menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu [1] Sensor dapat diklasifikasikan sesuai dengan jenis transfer energi yang dapat dideteksi yaitu, sensor termal, sensor elektromag-netik, sensor mekanik, sensor kimia-wi, sensor radioasi optik dan sensor radiasi ionisasi. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratanpersyaratan kualitas yakni: Linieritas; yaitu besar. Waktu tanggapan adalah sensor harus dapat berubah cepat bila Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah. Batas fre-kuensi terendah dan tertinggi adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar. Stabilitas waktu untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama. Histerisis yang menyebabkan gejala pada 8
Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 11 Nomor 1, Maret 2014: hal. 8-12 suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan. Cahaya Cahaya menurut Newton (1642-1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sementara menurut Huygens ( 1629-1695), cahaya adalah gelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang gelombangnya saja. Gelombang merambat dengan kecepatan 300.000 km per detik. Beberapa pemamfaatan gelombang cahaya sebagai pengendali Laser Gambar 1. Spektrum frekuensi cahaya Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan alat yang dapat memancarkan cahaya gelombang radio elektromagnetik pada daerah infrared, visible atau ultraviolet. Cahaya yang dipancarkan oleh laser yang di hasilkan dari stimulasi emisi radiasi dari medium yang ada di laser, emisi radiasi tersebut dikuat-kan sehingga menghasilkan cahaya yang mempunyai sifat monokromatis (tunggal/hanya satu), koheren, ter-arah dan brightness (sifat kecerahan tinggi)[5][6]. lampu penerangan, intensitas cahaya pada ruang berjendela dan pendalian pintu, pintu [2][3][4]. Infra Merah Infra merah adalah gelombang elektromagnetik yang tidak dapat ditangkap mata, dengan panjang gelombang antara 0,78 m sampai 1mm. Daerah infra merah mulai dari perbatasan sinar merah yang dapat tertangkap mata sampai ke dalam gelombang mikro. Sinar infra merah dapat ditangkap melalui pelat-pelat fotografis khusus [2]. Pada bidang komunikasi, sistem sensor inframerah digunakan sebagai media komunikasi untuk menghubungkan dua perangkat. Teknologi ini banyak digunakan sebagai alat pengontrol jarak jauh, alarm keamanan, dan otomatisasi pada sistem. Teknologi ini menggunakan LED inframerah yang bertindak sebagai pemancar, yang juga telah dilengkapi dengan rangkaian untuk membangkitkan data yang akan dikirimkan melalui sinar inframerah serta foto transistor yang bertindak sebagai komponen penerima. Penyerapan gelombang elek-tromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkattingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi, atau rotasi. Untuk menghitung besarnya energi yang diterima oleh ikatan pada gugus fungsi dapat digunakan persamaan 1 dan persamaan 2. atau E = h.ν......(1) E = C h.(2) Dimana E adalah energi yang diserap ( J ), h adalah tetapan Plank bernilai 6,626 x 10-34 Joule.det dan v adalah frekuensi radiasi (s -1 ), C adalah kece-patan cahaya yang harganya sebesar 2,998 x 10 8 m/det dan panjang gelombang (m). Dalam perhitungan panjang gelombang dengan menggunakan persamaan 3. λ= c / f...(3) Gambar 2. Bentuk fisik sinar laser Dalam penelitiannya, Arif Kristanta menyebutkan bahwa cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh gelombang dalam waktu satu detik (sekon). Dimana cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v dan satuannya adalah m/s, Seperti persamaan 4. v = λ f...(4) 9
Dimana v adalah cepat rambat gelombang (m/s) λ adalah panjang gelombang dan f adalah frekuensi. III. METODOLOGI PENELITIAN Untuk mengkaji tanggapan waktu sensor infra merah dan laser terhadap gelombang cahaya yang datang padanya, maka metode penelitian yang digunakan diper-lihatkan seperti pada gambar 3. Untuk mengamati respon tanggapan waktu masingmasing sensor, maka jarak gelombang cahaya diset pada jarak pengukuran (d), yaitu dari 1 meter hingga 5 meter untuk masing-masing gelombang cahaya. Indikator pergerakan awal gerbang dijadikan untuk mempelajari respon tanggapan waktu sensor. Pergerakan respon gerbang dideteksi menggunakan stopwatch secara digital Setiap pengukuran untuk masing-masing jarak dilakukan sebanyak 10 kali. Selanjutnya data-data hasil pengukuran dikaji dan dianalisis respon tanggapan waktunya ditinjau dari aspek panjang gelombang, energi. Sumber Cahaya Sensor Penerim a Relay Motor DC Gerbang d Stop Watch Gambar 3. Blok metode penelitian IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada sub-bab ini akan diuraikan hasil penelitian tentang reason tanggapan waktu terhadap sifat-sifat energy, sifat-sifat daya dan pengaruh jarak. Lebih jelasnya diuaraikan berikut ini. Energi Cahaya usaha Energi adalah sebuah kemampuan atau untuk memindahkan elektron dari satu lintasan ke lintasan lainnya, satuannya adalah Joule. Besarnya energi yang dimiliki oleh masing-masing cahaya saat menuju keper-mukaan sensor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2 dan hasilnya diperlihatkan pada tabel 1. Pada tabel 1. terlihat bahwa energi yang dimiliki oleh cahaya inframerah jauh lebih besar dibanding energi yang dimiliki oleh cahaya laser. Harganya secara berturutturut sebe-sar 6,626.10-22 Joule dan 6,626.10-31 Joule Tabel 1. Hasil perhitungan energi yang di pancarkan Sumber Cahaya Tetapan Planck Parameter yang di ketahui Kecepatan Cahaya ( C ) Panjang Gelombang (meter) Parameter yang di hitung Energi (Joule) Laser 6,626 x 10-34 3.10 8 300.000 6,626.10-31 Infra Merah 6,626 x 10-34 3.10 8 0,0003 6,626.10-22 Tanggapan Waktu Sensor Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat sensor mengubah gelombang cahaya men-jadi energi listrik dan mengkon-versinya menjadi energy gerak atau mekanik. tanggapannya terhadap pe-rubahan masukan cahaya. Tanggapan 10
Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 11 Nomor 1, Maret 2014: hal. 8-12 waktu pada kedua sumber cahaya tersebut di uji berdasarkan jarak serta massa yang bervariasi. Lebh lengkap akan di uraikan pada sub di bawah ini. Sensor Infra Merah Tanggapan waktu sensor infra merah terhadap masukan cahaya di amati terhadap sumber cahaya infra merah yang memiliki laser yang memiliki energi foton sebesar 6,626 x 10-31 Joule. Gambar 6 Kurva tanggapan waktu sensor laser dengan massa 100 gram Gambar 4 Kurva tanggapan waktu sensor infra merah dengan massa 100 gram energi foton sebesar 6,626 x 10-22 Joule. Di amati pada jarak kedatangan sumber cahaya sejauh 1, 2, 3, 4 dan 5 meter. Hasilnya di perlihatkan pada gambar 4., 5 dan 6. Gambar 7 Kurva tanggapan waktu sensor laser dengan massa 120 gram Gambar 5. Kurva tanggapan waktu sensor infra merah dengan massa 120 gram Gambar 6. Kurva tanggapan waktu sensor infra merah dengan massa 140 gram Laser Tanggapan waktu sensor laser terhadap masukan cahaya di amati terhadap sumber cahaya Gambar 8 Kurva tanggapan waktu sensor laser dengan massa 140 gram Di amati pada variasi jarak kedatangan sumber cahaya sejauh 1, 2, 3, 4 dan 5 meter dengan bobot massa pintu 140 gram. Hasilnya di perlihatkan pada gambar 6, 7 dan 8 Perbandingan Tanggapan Waktu Respon Sensor Pada sub-bab ini akan di berikan gambaran tentang perban-dingan tanggapan waktu respon sensor infra merah dan sensor laser. Untuk mengamati tanggapan waktu tersebut digunakan indikator gerakan gerbang yang memiliki massa 120 gram yang digerakkan oleh motor DC dengan daya Lebih rinci perbandingan tanggapan waktur pada kedua sensor tersebut dapat dilihat gambar 9. Informasi yang didapatkan dari gambar tersebut terlihat bahwa tanggapan waktu respon 11
sensor laser secara umum lebih cepat dari pada sensor infra merah. Pada jarak 1 sampai 5 meter diketahui bernilai 34,7 ms, 44,8 ms, 35 ms, 33,9 ms dan 34,8 ms sedangkan sensor laser jauh lebih besar atau lebih lama dengan nilai masing-masing 47m7 ms, 52,3 ms, 52,6 ms, 53,5 ms dan 54 ms. Gambar 9 Kurva perbandingan tanggapan waktu sensor dengan massa 120 gram V. KESIMPULAN Dari uraian pada hasil dan pembahasan di atas, maka dapat di tarik beberapa kesimpulan, antara lain : 1. Tanggapan waktu respon sensor infra merah terhadap jarak kedatangan sumber cahaya pada jarak 1 sampai dengan 5 meter di pengaruhi oleh faktor jarak keda-tangan cahaya, Hasilnya diperoleh berturut-turut 47,7 ms, 52,3 ms, 52,6 ms, 53,5 ms dan 54 ms. sedangkan untuk tanggapan waktu respon sensor laser, faktor jarak kedatangan sumber cahaya tidak ada pengaruh yang signifikan. 2. Kecepatan tanggapan waktu respon sensor laser di banding dengan sensor infra merah lebih cepat. Tanggapan waktu respon tercepat dari sensor laser adalah 24 ms sedangkan tanggapan waktu respon infra merah adalah 25,3 ms. 3. Tanggapan waktu respon sensor infra merah, untuk pengukuran ja-rak kedatangan 1 sampai 5 meter dipengaruhi oleh jarak kedatangan sumber cahaya, sedangkan tangga-pan waktu laser, pada jarak yang sama tidak dipengaruhi oleh jarak 4. Untuk jarak kedatangan 1 hingga 5 meter, tanggapan waktu sensor infra merah hasilnya diperoleh berturut-turut 47,7 ms, 52,3 ms, 52,6 ms, 53,5 ms dan 54 ms. sedangkan untuk tanggapan waktu respon sen-sor laser, faktor jarak keda-tangan sumber cahaya tidak ada pengaruh yang signifikan. Nuklir, Prosiding PPI - PDIPTN Pustek Akselator dan Proses Bahan-Batan, Yogyakarta. [2] Sudirman s., Daniel Adutae, Sri Kurniati a, 2012, Perancangan Remote Kontrol Untuk Mengen-Dalikan Lampu Penerangan Dengan Menggunakan Sinyal Infra Merah, Jurnal Media Elektro, Vol. 1, No. 1,, Kupang- Indonesia. [3] Keyza Novianti, Chairisni Lubis, Tony, 2012, Perancangan prototipe Sistem Penerangan Otomatis Ruangan Berjendela Berdasarkan Intensitas Cahaya, Seminar Nasional Teknologi Informasi, UNTAR. [4] Benny, Yenniwarti Rafsyam, 2012, Pemanfaatan Infrared Remote Universal Sebagai Pengendali Pintu, Orbith vol. 8 no. 3: 196 200, Jakarta. [5] Heri Sugito, dkk, 2005, Pengukuran Panjang Gelombang Sumber Ca-haya Berdasarkan Pola Interfe-rensi Celah Banyak, Berkala Fisika Vol.8, No.2, April 2005, hal 37-44, Undip Semarang. [6] Tipler, P., 1991, Fisika Untuk Teknik dan Sains, Jakarta, Erlangga. DAFTAR PUSTAKA [1] Hiskia,2007, Perkembangan, Teknologi Sensor dan Aplikasinya Un-tuk Diteksiradiasi 12