Deteksi Konsentrasi Kadar Glukosa Dalam Air Destilasi Berbasis Sensor Pergeseran Serat Optik Menggunakan Cermin Cekung Sebagai Target Hilyati N., Samian, Moh. Yasin, Program Studi Fisika Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Airlangga Abstrak Multimode fiber coupler dapat diaplikasikan untuk mendeteksi perubahan konsentrasi kadar glukosa dalam air melalui metode sensor pergeseran serat optik dengan menggunakan cermin cekung sebagai target. Prinsip deteksi kadar glukosa dilakukan melalui pengamatan perubahan puncak grafik tegangan keluaran optis sebagai fungsi pergeseran cermin cekung. Perubahan puncak grafis terjadi akibat perubahan indeks bias medium larutan glukosa (sebagai wujud perubahan konsentrasi kadar glukosa). Eksperimen dilakukan menggunakan cermin cekung fokus 4.5 mm dan larutan glukosa dengan variasi konsentrasi 0%, 5%, 10%, 15%, 20% dan 25%. Kinerja terbaik sensor diperlihatkan oleh pembacaan deteksi pergeseran posisi puncak pada rentang daerah linier 0%-25% dengan nilai sensitivitas 60 m/%. Kata kunci : sensor pergeseran, fiber coupler, cermin cekung dan larutan glukosa.
Pendahuluan Keunggulan yang dimiliki serat optik sebagai sensor pergeseran telah dapat diaplikasikan dalam berbagai pengukuran besaran fisis. Pada modulasi intensitas, sensor pergeeseran serat optik telah banyak dikembangkan dengan menggunakan fiber coupler antara lain sebagai sensor ketinggian air, sensor temperatur, sensor gas, serta ketebalan bahan. Dalam mendeteksi kadar glukosa fiber coupler telah digunakan dengan menggunakan cermin datar. Cermin cekung disebut juga cermin konvergen yang bersifat memantulkan sinar-sinar sejajar sumbu utama yang datang sehingga terkumpul di titik fokus cermin. telah dilakukan studi teoritik dan eksperimen sensor pergeseran menggunakan fiber coupler dengan target cermin cekung [Anggarani S, 2012]. Hasil eksperimen sensor pergeseran menggunakan fiber coupler dengan target cermin cekung diperoleh grafik hubungan antara tegangan keluaran dan pergeseran. Dalam grafik tersebut diperoleh puncak grafik pada rentang pergeseran tertentu. Mekanisme Kerja Sensor Gambar 1. Desain Sensor Deteksi Konsentrasi Kadar Glukosa. Desain sensor pergeseran serat optik menggunakan cermin cekung sebagai target untuk pendeteksian konsentrasi kadar glukosa dalam air destilasi diperihatkan pada Gambar 1. Cahaya dipancarkan oleh laser kemudian dikopling oleh fiber coupler melalui kanal sensing menuju target cermin cekung yang terletak di dasar larutan glukosa. Cahaya pantulan dari cermin cekung akan
melewati cairan glukosa sehingga terdapat efek pembiasan cahaya oleh zat cair. Cahaya pantulan dari cermin cekung ditransmisikan pada detektor melalui kanal deteksi sehingga dapat terdeteksi sebagai nilai tegangan pada mikrovoltmeter. Hasil tegangan keluaran yang terdeteksi oleh detektor akan diplot grafik antara nilai tegangan terhadap posisi. Plot grafik ini merupakan fungsi pergeseran fiber coupler dengan cermin cekung. Eksperimen Set up alat eksperimen sensor deteksi konsentrasi kadar glukosa diperlihatkan pada Gambar 2. Alat yang digunakan pada eksperimen ini terdiri dari Laser HeNe (Mellesgriot, 632.8 nm, 30 mw), cermin cekung dengan fokus 4.5 mm, fiber coupler 2x2, detektor 818-SL (Newport), mikrometer posisi dan mikrovoltmeter (Leybold). Sampel yang digunakan berupa larutan glukosa dengan variasi konsentrasi 0%,5%,10%,15%,20% dan 25%. Eksperimen dilakukan dengan mencatat tegangan keluaran yang terbaca pada mikrovoltmeter untuk setiap pergeseran 50 μm dari cermin. Langkah tersebut dilakukan pada masingmasing konsentrasi larutan glukosa. Gambar 2. Set-up Alat Sensor Deteksi Konsentrasi Kadar Glukosa Hasil Dan Pembahasan Deteksi dilakukan dengan memanfaatkan aneka konsentrasi larutan glukosa sebagai medium antara cermin cekung dan ujung fiber coupler. Data berupa perubahan tegangan keluaran detektor sebagai fungsi pergeseran cermin cekung pada masing-masing larutan glukosa. Grafik hubungan antara daya optis
yang terkopel kembali ke kanal sensing terhadap pergeseran cermin cekung terdapat puncak. Puncak yang dihasilkan merupakan hasil dari keberadaan pemfokusan cahaya pantulan dari cermin cekung. Perubahan nilai indeks bias larutan glukosa di depan cermin cekung mengakibatkan pergeseran fokus cermin cekung. Akibatnya, terjadi pergeseran puncak dalam grafik hubungan antara daya optis cahaya yang terkopel ke kanal sensing dengan pergeseran cermin cekung yang terlihat pada Gambar 3. Prinsip pergeseran puncak grafik akibat perubahan kadar glukosa dalam larutan tersebut yang menjadi dasar dari penerapan sensor pergeseran menggunakan fiber coupler dengan target cermin cekung untuk mendeteksi kadar glukosa dalam larutan. Artinya, perubahan kadar glukosa dalam larutan terdeteksi melalui pergeseran puncak grafik hubungan antara daya optis cahaya yang terkopel ke kanal sensing dengan pergeseran cermin cekung. Sebagai titik acuan pergeseran puncak grafik dapat diambil puncak grafik medium udara atau puncak grafik medium air destilasi (kadar glukosa 0%) Gambar 3. Pergeseran Puncak grafik larutan glukosa dengan konsentrasi 5%,10%,15%,20% dan 25% dengan air destilasi sebagai acuan. Hubungan linieritas antara pergeseran posisi puncak grafik pada masingmasing konsentrasi glukosa dengan acuan air detilasi pada Gambar 4. sensor pendeteksian kadar glukosa dengan cermin cekung sebagai target menunjukkan
nilai deteksi linier dengan nilai koefesien korelasi mendekati satu. Artinya pergeseran posisi tegangan puncak yang diterima detektor bersifat linier terhadap konsentrasi kadar glukosa. Deteksi linier tersebut menghasilkan persamaan Zp = 60C + 30, persamaan tersebut merupakan konversi dari nilai pergeseran puncak tegangan konsentrasi pada masing-masing dengan acuan air destilasi. Gambar 4. Grafik Hubungan Linieritas Pergeseran Posisi Puncak Tegangan Konsentrasi Larutan Glukosa dengan Acuan Air Destilasi. Dari hasil regresi linier yang ditunjukkan gambar 4 dapat diperoleh karakterisasi sensor serat optik untuk deteksi konsentrasi kadar glukosa mengunakan cermin cekung sebagai target yang disajikan pada gambar 5. Gambar 5. Karakterisasi sensor serat optik untuk deteksi konsentrasi kadar glukosa menggunakan cermin cekung sebagai target Kesimpulan Perubahan konsentrasi kadar glukosa dalam air destilasi dapat dideteksi menggunakan sensor pergeseran serat optik dengan cermin cekung sebagai target. Hal ini ditunjukkan dengan adanya nilai parameter sensor konsentrasi kadar
glukosa yakni jangkauan, resolusi, daerah kerja, dan sensitivitas. Jangkauan yang dimiliki sensor deteksi konsentrasi kadar glukosa adalah 0% - 25% dengan perubahan konsentrasi terkecil 5%. Daerah linier diperoleh pada rentang 0% - 25% dengan sensitivitas sebesar 60 m/%. Daftar Pustaka Anggarani, S., 2012, Studi Teori dan Eksperimen Sensor Pergeseran Menggunakan Fiber Coupler dengan Target Cermin Cekung, Universitas Airlangga, Surabaya. Krohn, D.A., 2000, Fiber Optik Sensor, Fundamental and Application, 3rd, ISA, New York. Nurul Aini, F., 2012, Pengukuran Kadar Glukosa dalam Air Destilasi Menggunakan Fiber Coupler, Universitas Airlangga, Surabaya. Samian, Pramono, Y.H., Rohedi, A.Y., Rusydi, F., Zaidan, A.H., 2009, Theoretical and Experimental Study of Fiber-Optic Displacement Sensor Using Multimode Fiber Coupler. Journal of Optoelectronics and Biomedical Materials, Universitas Airlangga, Surabaya. Samian, Gatut Yudoyono,. 2010.Aplikasi Multimode Fiber Coupler sebagai Sensor Temperatur. Jurnal Fisika dan Aplikasinya, volume 6, Universitas Airlangga, Surabaya. Samian,Supadi,. 2011.Sensor Ketinggian Air menggunakan Multimode Fiber Coupler. jurnal Fisika Dan Aplikasinya Volume 7,, Universitas Airlangga, Surabaya. Yasin M., Harun S. W., Yang H. Z. dan Ahmad H., 2010, Fiber Optic Displacement Sensor for Measurement of Glucose Concentration in Distilled Water, Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 4, No. 8. Yasin, M., Harun, W.S., Abdul Rasyid, H.A., Kusminarto, Karyono dan H.Ahmad, 2007, The Performance of a Fiber Optic Displacement Sensor for Different Types of Probe and Target, Laser Physics, Vol. 10, No. 1002.