BAB III METODE PENELITIAN Pada bagian ini akan dipaparkan prosedur pengambilan data dari penelitian ini. Namun sebelumnya, terlebih dahulu mengetahui tempat dan waktu penelitian, alat dan bahan yang dipakai dalam penelitian serta mengetahui desain sensor. Prosedur pengambilan data dilakukan untuk karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing dan karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem sensor suhu. 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Tempat penelitian di Laboratorium Fisika Optik dan Aplikasi Laser Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga. Penelitian laboratorium dilakukan dalam waktu 5 bulan mulai bulan Februari 2011 sampai dengan bulan Juni 2011. 3.2. Bahan dan Alat Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah logam tembaga, sedangkan alat yang digunakan adalah: a. Fiber Coupler simetri 2x2. Fiber coupler simetri 2x2 yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari bahan serat optik plastik dengan diameter core 950 µm, dan cladding 25 μm dengan nilai parameter Coupling Ratio = 0,319. Toleransi Coupling Ratio = 10.972%, Crosstalk = 28.370 db, excess lose = 2.560 db. Laser He-Ne 1 mw (leybold). 40
41 b. Laser He-Ne, uniphase laser klasse 2 DIN 58126 dengan panjang gelombang 632,8 nm dan keluaran 1 mw. Panjang koherensi laser ini sekitar 20 cm (Vest, 1979) yang berfungsi sebagai sumber cahaya. c. Detektor Optik 101. Detektor Optik 101 merupakan foto detektor yang beroperasi baik pada daya optik yang rendah, mempunyai kepekaan yang tingi pada daerah dekat panjang gelombang cahaya merah. Detektor ini berfungsi untuk mendeteksi perubahan daya optik cahaya akibat pergeseran cermin yang disebabkan oleh expansi linear logam tembaga. Dengan foto detektor yang sangat peka tersebut diharapkan expansi linear logam tembaga akibat perubahan suhu yang kecil dapat dideteksi. d. Mikrovoltmeter tipe LH 53213. Mikrovoltmeter berfungsi untuk membaca tegangan keluaran detektor optik saat terkena cahaya. e. Blower Pemanas Blower pemanas berfungsi untuk memanaskan logam tembaga, sehingga logam tembaga mengalami perubahan suhu. Suhu terendah blower 100 C dan suhu tertinggi 480 C. f. Termometer Digital Termometer digital berfungsi untuk membaca perubahan suhu pada logam. Termometer digital yang digunakan mempunyai probe berbentuk termokopel dengan display dari seven segmen.
42 g. Cermin Cermin berfungsi untuk memantulkan semua cahaya yang dipancarkan oleh port sensing. Cermin ditempatkan pada salah satu ujung batang logam tembaga yang bebas bergerak selama proses pemuaian termal, sehingga ketika logam memuai cermin akan bergeser. Cermin yang digunakan adalah cermin front silver. Hal ini bertujuan agar cahaya yang diterima oleh cermin sebagian besar dapat dipantulkan kembali menuju port sensing. h. Perangkat pendukung Perangkat pendukung yang dibutuhkan berupa bangku optik, holder, statif, serta kabel-kabel pendukung. 3.3. Desain Sensor Desain sistem sensor suhu menggunakan multimode fiber coupler dengan tembaga sebagai probe ditunjukkan oleh Gambar 3.1. port masukan sensing z bahan isolator logam tembaga laser detektor port deteksi Fiber Coupler cermin aluminium Blower Pemanas Gambar 3.1. Desain Multimode Fiber Coupler Sebagai Sistem sensor suhu Prinsip kerja dari sistem sensor suhu tersebut sebagai berikut: cahaya dari laser dimasukkan ke port masukan fiber coupler, kemudian sebagian cahaya
43 tersebut dipancarkan oleh port sensing menuju ke cermin. Cahaya dipantulkan kembali oleh cermin menuju port sensing dan sebagian cahaya tersebut terkopel menuju detektor. Logam tembaga dipanaskan menggunakan blower pemanas sehingga terjadi perubahan suhu. Perubahan suhu logam mengakibatkan terjadinya perubahan panjang logam sehingga cermin mengalami pergeseran. Dengan demikian, perubahan suhu pada logam tembaga dapat terdeteksi melalui perubahan daya optis yang diterima oleh detektor. 3.4. Pengambilan Data 3.4.1. Karakterisasi Pergeseran Cermin Terhadap Sensing Karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing bertujuan untuk menentukan daerah linear pergeseran cermin terhadap perubahan daya optik yang masuk ke port sensing yang diterima oleh detektor pada keadaan logam tidak dipanasi (blower pemanas tidak diaktifkan). Set-up alat yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.2. laser masukan n coupler sensing cermin Bahan Isolator Logam detektor port deteksi mikrometer Mikrovoltmeter Gambar 3.2. Set-up peralatan karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing
44 Langlah-langkah untuk melakukan karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing adalah sebagai berikut: 1. Laser dinyalakan dan ditembakkan ke port masukan fiber coupler, selanjutnya sebagian dari cahaya tersebut dipancarkan oleh port sensing menuju ke cermin. Cahaya pantulan dari cermin diterima kembali oleh port sensing dan sebagian cahaya tersebut terkopel menuju ke detektor melalui port deteksi. 2. Cermin digeser hingga cermin berhimpit dengan port sensing. 3. Setelah cermin berhimpit dengan port sensing, port sensing digeser menjauhi cermin sejauh 20 µm (0,02 mm) sampai tidak didapatkan perubahan tegangan (konstan). 4. Perubahan pergeseran dicatat setiap 20 µm yang terdeteksi pada detektor. 3.4.2. Karakterisasi Multimode Fiber Coupler Sebagai Sistem sensor suhu Set-up peralatan yang digunakan pada karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem sensor suhu ditunjukkan pada Gambar 3.3. laser masukan coupler sensing cermin Logam tembaga termokopel detektor port deteksi mikrometer mikrovoltmeter Termometer digital Blower pemanas Gambar 3.3. Set-up peralatan karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem sensor suhu
45 Langkah-langkah untuk menentukan karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem sensor suhu adalah sebagai berikut: 1. Tiga buah logam tembaga silinder disiapkan dengan ukuran 7 cm dengan diameter masing-masing 3 mm, 4 mm dan 5mm. 2. Memasang logam tembaga yang berdiameter 3 mm ditempat yang sudah ditentukan. 3. Suhu logam tembaga diukur pada suhu ruang. 4. Laser dinyalakan dan ditembakkan ke port masukan fiber coupler. 5. Mencatat tegangan keluaran detektor dan posisi mikrovoltmeter, kemudian menjauhkan mikrovoltmeter menjauhi cermin pada rentang daerah linear karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing. 6. Logam tembaga dipanaskan dengan cara udara panas dihembuskan dari blower pemanas pada suhu terendah yang dihasilkan oleh blower (100 C) sampai suhu tertinggi blower (480 C ) sehingga cermin bergeser mendekati port sensing dan dibiarkan beberapa saat hingga logam tembaga tidak memuai lagi. 7. Posisi port sensing digeser sampai berhimpit dengan cermin, dicatat tegangan keluaran detektor, thermometer digital dan posisi mikrovoltmeter. 8. Pemanasan pada logam tembaga dihentikan sampai suhu logam tembaga kembali ke suhu sebelum pemanasan (suhu ruang).
46 9. Suhu blower dinaikkan hingga suhu thermocouple naik sebesar 2 C secara berkala. Hal ini dilakukan sampai pada suhu tertinggi yang dihasilkan oleh blower, yaitu 480 C dengan mencatat tegangan keluaran detektor. 10. Mengulangi Langkah 2 sampai 9 untuk logam tembaga dengan diameter 4 mm dan 5 mm. 3.5. Analisis Data 3.5.1. Karakterisasi Pergeseran Cermin Terhadap Sensing Langkah 3.4.1. akan menghasilkan data keluaran tegangan output detektor (V od ) sebagai fungsi pergeseran port sensing. Data hasil penelitian akan ditabulasikan pada Tabel karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing seperti terlihat pada Lampiran 1. Untuk mendapatkan daerah linear hubungan antara tegangan keluaran detektor terhadap pegeseran, maka data pada Tabel karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing dilakukan plot data tegangan keluaran detektor terhadap pegeseran, yaitu tampak pada Gambar 4.1. Sehingga didapatkan grafik hubungan antara tegangan keluaran detektor terhadap pergeseran port sensing. Dari grafik tersebut dicari daerah yang diperkirakan merupakan daerah linear, kemudian daerah yang diperkirakan merupakan daerah linear (Gambar 4.5) tersebut diuji dengan menggunakan persamaan garis linear, yaitu. Dengan ketentuan daerah tersebut dikatakan linear jika koefisien korelasi (R²) mendekati 1.
47 3.5.2. Karakterisasi Multimode Fiber Coupler Sebagai Sistem sensor suhu Dengan menggunakan daerah linear karakterisasi pergeseran cermin terhadap port sensing, maka dilakukan langkah 3.4.2. akan menghasilkan data perubahan tegangan keluaran detektor (V od ) terhadap perubahan suhu logam yang tercatat pada termometer yang akan ditabulasikan pada Tabel karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem sensor suhu, yaitu tampak pada Lampiran 2, Lampiran 3 dan Lampiran 4 untuk masing-masing ukuran diameter tembaga 3 mm, 4 mm dan 5 mm. Untuk mendapatkan daerah linear hubungan antara perubahan tegangan keluaran detektor (V od ) terhadap perubahan suhu, maka data pada Tabel karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem sensor suhu dilakukan plot data perubahan tegangan keluaran detektor (V od ) terhadap perubahan suhu. Sehingga didapatkan grafik hubungan antara perubahan tegangan keluaran detektor (V od ) terhadap perubahan suhu (Gambar 4.2, Gambar 4.3 dan Gambar 4.4). Dari grafik tersebut dicari daerah yang diperkirakan merupakan daerah linear (Gambar 4.7, Gambar 4.8 dan Gambar 4.9), kemudian daerah yang diperkirakan merupakan daerah linear tersebut diuji dengan menggunakan persamaan garis linear, yaitu. Degan ketentuan daerah tersebut dikatakan linear jika koefisien korelasi (R²) mendekati 1. Dari daerah linear dapat diketahui sensitivitas dan daerah kerja sensor. Serta pada langkah 3.4.2, akan didapatkan response time (t r ), yaitu dengan menggunakan persamaan: