1 Deskripsi ALAT DETEKSI LEBAR REL KERETA API SECARA REAL TIME DAN OTOMATIS Bidang Teknik Invensi Invensi ini berhubungan dengan suatu alat untuk mendeteksi lebar rel kereta api, khususnya alat ukur tersebut dapat memberikan data lebar rel secara langsung (real time) dan mampu bekerja secara mandiri yaitu mampu memberikan data lebar rel secara kontinyu dengan data lebar rel kereta api dan posisi data hasil ukur terhadap lokasi titik awal pengukuran. Latar Belakang Invensi Kereta api merupakan moda transportasi yang memerlukan jalur khusus berbentuk rel kereta api, yang terdiri dari dua batang baja yang dipasang di atas bantalan sebagai dasar landasan. Tingkat getaran yang tinggi akibat berjalannya kereta api, maka lapisan bawah bantalan diberi batu kecil sehingga tingkat getaran dapat diredam. Bantalan rel ada yang terbuat dari kayu, beton dan baja, namun untuk jenis kayu memiliki kelebihan redaman yang bagus dan bersifat alami. Lebar (gauge) rel pada jalur kereta api yang digunakan di Indonesia adalah 67 mm, atau 3 kaki 6 inci. Salah satu penyebab kecelakaan kereta api adalah anjloknya gerbong kereta api akibat perubahan atau pergeseran lebar rel dari toleransi lebar standar. Perubahan ini dapat disebabkan oleh kondisi tanah yang
2 labil, maupun tanah longsor dan atau ketidakkuatan bantalan menahan beban kereta api. Permasalahan ini sudah diantisipasi dengan adanya staf khusus yang ditugaskan secara rutin mengecek kondisi rel kereta api. Proses inspeksi ini masih bersifat manual dan sangat tidak efisien karena memerlukan kejelian petugas dan memrlukan waktu yang lama. Hasil penelusuran alat sejenis yang dimaksudkan dalam invensi ini melalui dua situs paten; Espacenet Patent search (European Patent Office) dan US Patent Office Collection didapatkan beberapa alat sejenis dari sisi fungsi dan tujuan, namun memiliki perbedaan yang jauh dari sisi desain dan teknologi. Sebagai contoh invensi dari WATANABE TADAYOSHI tentang sensor untuk mendeteksi kerusakan struktur dari rel kereta api dalam invensi JP00298016 (A). Invensi ini lebih menjelaskan suatu alat untuk mengetahui kerusakan struktur dari rel dan bukan untuk mengukur lebar rel kereta api sebagaimana dimaksdukan dalam invensi ini. Demikian juga invensi dari LEE JONG HO dan NAM WAN JIN dalam paten KR106866 (A) dan KR11732 (B1), paten ini membahas tentang alat deteksi kerusakan struktur rel menggunakan metode ultrasonographi. Pada koleksi US patent office ditemukan beberapa jenis paten yang sejenis, misalnya US Patent No. 7,4,242 oleh Isaak Aleynik menjelaskan tentang sistem pengecekan rel menggunakan model gulungan konduktor sepanjang rel, metode ini jelas kurang efisien karena memerlukan biaya dan teknologi yang rumit. Oleh karena itu dalam invensi akan disajikan alat ukur untuk mendeteksi pergeseran rel kereta api menggunakan pengolah sinyal pengendali mikro dan penyimpanan data pada mikro Secure Digital (SD), serta sistem Short Message
3 Service (SMS) gateway untuk memberikan data lebar rel kereta api secara langsung ke stasiun. Pendeteksi utama dari alat ini adalah sensor potensiometer dengan desain mekanis pengkonversi perputaran potensiometer menjadi pergeseran yang akhirnya memberikan data perubahan tegangan sebagai fungsi perubahan lebar rel kereta api. Alat pendeteksi tersebut akan mengirim sebuah pesan singkat pada nomor yang telah ditentukan dan akan menyimpannya pada memori mikro SD. Uraian Singkat Invensi Invensi ini terdiri dari dari sistem pendeteksian lebar rel kereta api menggunakan sensor potensiometer, pengolah sinyal yaitu pengendali mikro, sistem modem, dan mikro SD, serta motor penggerak sistem secara keseluruhan; sinyal diolah oleh pengendali mikro dan selanjutnya data dalam bentuk waktu dan lebar rel akan dikirim secara langsung melalui SMS ke nomor telpon yang telah tersimpan di dalam program; data aktual tersebut juga secara otomatis akan direkam di dalam mikro SD; dengan mengetahui data waktu pengiriman dan kecepatan motor maka dapat diketahui posisi untuk tiap data lebar rel yang dikirim maupun yang tersimpan. Uraian Singkat Gambar Agar mudah dalam memahami invensi ini, maka pada lampiran disajikan gambar-gambar dari hasil invensi yang dimaksud.
4 Gambar 1 adalah blok diagram dari ivensi ini yang terdiri dari sensor, rangkaian pengkondisi sinyal, pengendali mikro, mikro SD dan sistem modem. Gambar 2 adalah ilustrasi secara keseluruhan alat deteksi lebar rel kerata api beserta sistem motornya yang terdiri dari: sistem elektronik (analog dan digital) dan sistem penggerak mekanik menggunakan 4 roda dan 1 sistem roda pendeteksi yang terhubung dengan rel kereka api. Uraian Lengkap Invensi Invensi ini menyajikan alat ukur untuk mendeteksi pergeseran rel kereta api menggunakan pengolah sinyal pengendali mikro dan penyimpanan data pada mikro SD, serta sistem SMS gateway untuk memberikan data lebar rel kereta api dan posisi secara langsung ke stasiun. Mengacu pada Gambar 1 yang merupakan blok diagram keseluruhan dari invensi ini, yaitu keluaran sensor potensiometer terhubung ke rangkaian Jembatan Wheatstone sehingga mengahsilkan keluaran sinyal analog. Sinyal analog diolah menjadi sinyal digital oleh ADC (analog digital converter) dan selanjutnya sinyal diolah oleh pengendali mikro. sinyal digital direkam dalam mikro SD dan dikirim ke stasiun menggunakan modem wavecom dengan cara sistem SMS. Mengacu pada Gambar 2, rangka alat (1) terdiri dari empat lengan membentuk kerangka berbahan aluminium dengan panjang 60 mm dan lebar 440 mm, dimana setiap ujung lengan terdapat empat roda (2) berdiameter 90 mm. Empat roda ini terdiri dari dua roda depan belakang yang tetap posisinya dan dua roda depan belakang yang lebarnya bervariasi sesuai dengan lebar rel kereta yang terukur. Rangka alat dan empat roda tersebut selanjutnya dapat diletakkan di atas rel kereta (3) sehingga dapat bergerak
ke depan. Sistem penggerak dari alat menggunakan motor DC (4) yang dicatu oleh akkumulator, perputaran motor DC ini terhubung ke pusat dua roda depan menggunakan rantai () dan dua gir dengan diameter sama yaitu 60 mm. Roda tersebut akan berjalan mengikuti jalur rel kereta api dengan kecepatan rata-rata 0,2 m/s. Dua roda sebelah kanan (2) diberi dua kait di setiap sisi kanan dan kirinya supaya alat tersebut dapat tetap mengikuti jalur rel walaupun ada pergeseran pada rel. Sedangkan dua roda sebelah kiri hanya diberi satu pengait di bagian roda dalam agar roda dapat bersifat variable jika ada perubahan lebar rel. Diantara dua roda sebelah kiri terdapat roda pendeteksi (6) yang berfungsi memberikan informasi perubahan lebar rel pada sensor potensiometer (7). Roda tambahan ini memiliki diameter yang lebih kecil dibandingkan dengan keempat roda lainnya yaitu 0 mm dan tidak menempel pada rel. Roda pendeteksi (6) tersebut hanya diberi dua buah pengait pada sisi kanan dan kirinya agar dapat mengikuti perubahan yang terjadi pada lebar rel kereta api. Tanggapan sensor potensiometer (7) selanjutnya diolah oleh rangkaian terintegrasi (8) yang terdiri dari pengolah mikro, penyimpan mikro SD dan pengirim data modem wavecom. Secara keseluruhan alat pendeteksi pergeseran rel kereta api memiliki berat,3 kg, yang terdiri dari akumulator seberat 2,7 kg dan sistem mekanik seberat 2, kg. Informasi pergeseran rel kereta api diolah oleh rangkaian elektronik (8) dan data pergeseran disimpan dalam mikro SD dengan rentang waktu dapat diatur sesuai dengan pemrograman yang diberikan. Data pergeseran juga akan ditransmisikan ke stasiun menggunakan sistem SMS gateway dengan jarak waktu antar sms dapat diatur. Resolusi alat pendeteksi lebar rel kereta api ini sebesar mm. Informasi yang diterima di stasiun berupa waktu (detik dan tanggal) dan nilai lebar pengukuran rel kereta api.
6 Klaim 1. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis, dapat digunakan untuk mengukur lebar rel kereta api secara langsung dan juga data yang terekam, alat tersebut terdiri dari: (a) Sistem sensor pendeteksi (6) menggunakan potensiometer (7) yang berfungsi mendeteksi pergeseran lebar rel kereta api; (b) Pengolah sinyal analog (8) yang berupa sistem penguat op-amp yang berfungsi menerjemahkan dan menguatkan tanggapan perubahan hambatan potensiometer menjadi tegangan analog; (c) Pengolah sinyal digital (8) yang berupa pengendali mikro yang berfungsi mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital dan mengatur sistem pengolahan sinyal digital selanjutnya; (d) Sistem perekam data (8) yaitu mikro SD yang berfungsi merekam data pergeseran lebar rel kereta api dan waktu perekamannya; (e) Sistem penampil data menggunakan LCD yang berfungsi menampilkan data hasil pendeteksian lebar rel kerata api dan waktu; (f) Modem untuk mengirimkan data melalui SMS gateway yang berfungsi mengirimkan data hasil pendeteksian lebar rel kereta api dan waktu ke nomor handphone yang tersimpan dengan cara pengiriman SMS; dan (g) Sistem mekanis motor penggerak (1) yang berfungsi menggerakkan sistem di atas rel kereta api. 2. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis sesuai dengan klaim 1, dimana sensor potensiometer (7) dirangkai dengan sistem mekanis (6) yang terdiri dari gulungan tali sehingga ketika
7 mengalami pergeseran, tali akan memanjang dan memendek secara otomatis akan kembali kepada keadaan semula. 3. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis sesuai dengan klaim 1, dimana pengolah sinyal analog yaitu rangkaian penguat op-amp, merupakan penguat dan pengkonversi perubahan hambatan potensiometer karena pergeseran menjadi besaran perubahan tegangan yang sudah mengalami penguatan sesuai dengan kebutuhan. 4. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis sesuai dengan klaim 1, dimana pengolah sinyal digital adalah pengendali mikro Atmega yang mengolah sinyal untuk ditampilan ke LCD, direkam dalam mikro SD dan menyiapkan sinyal ke modem yang nantinya akan dikirim melalui SMS gateway.. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis sesuai dengan klaim 1, dimana data akan direkam dalam mikro SD 8 GB yang mampu merekam data selama 1 hari atau lebih secara terus menerus sesuai dengan jarak waktu perekaman. 3 6. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis sesuai dengan klaim 1, dimana data dalam bentuk waktu dan lebar rel akan ditampilkan dalam LCD 2 x 16 bits. 7. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis sesuai dengan klaim 1, dimana modem mengirimkan data hasil pengukuran yang berupa lebar rel dan waktu secara real time dan otomatis malalui SMS ke nomor sentral yang terekam dalam program.
8 8. Suatu alat ukur lebar rel kereta api secara real time dan otomatis sesuai dengan klaim 1, dimana semua sistem elektronik tersebut akan diletakkan pada sistem mekanis yaitu motor yang berjalan otomatis menggunakan empat roda dengan kecepatan konstan untuk keadaan rel yang datar dan akan berkurang atau bertambah kecepatannya berturut-turut ketika rel kereta api menanjak dan menurun.
9 Abstrak ALAT DETEKSI LEBAR REL KERETA API SECARA REAL TIME DAN OTOMATIS Suatu alat deteksi lebar rel kereta api secara real time dan otomatis. Bagian utama dari invensi ini terdiri dari sistem elektris yaitu sistem sensor, rangkaian pengkondisi sinyal analog dan digital, pengolah data yang disimpan dalam mikro SD dan ditampilkan melalui LCD. Semua sistem tersebut disatukan ke dalam sistem mekanis motor penggerak yang terdiri dari empat roda dengan lebar roda sesuai dengan lebar standar rel kereta api. Prinsip dari invensi ini adalah adanya sensor potensiometer yang akan mendeteksi lebar rel dengan prinsip gulungan mekanis tali secara otomatis, sinyal keluaran potensiometer ini telah dilakukan kalibrasi dalam bentuk lebar rel kereta api. Data tersebut selanjuntnya direkam dalam mikro SD, ditampilkan pada LCD dan juga dikirim secara langsung melalui SMS gateway. Invensi ini secara umum dapat memberikan data lebar rel kereta api dengan ketelitian di bawah mm, sehingga lebih baik daripada nilai toleransi lebar rel kereta api secara aktual agar tidak menyebabkan kecelakaan anjloknya gerbong kereta api.