Analisis perbandingan rangkaian transimpedansi amplifier ganda dan rangkaian fotokonduktif ganda untuk sensor weight in motion berbasis serat optik

i

ANALISIS PERBANDINGAN RANGKAIAN TRANSIMPEDANSI

AMPLIFIER GANDA DAN RANGKAIAN FOTOKONDUKTIF

GANDA UNTUK SENSOR

WEIGHT IN MOTION

BERBASIS

SERAT OPTIK

NUR TAUFIK ZAMARI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

ii ANALISIS PERBANDINGAN RANGKAIAN TRANSIMPEDANSI AMPLIFIER GANDA

DAN RANGKAIAN FOTOKONDUKTIF GANDA UNTUK SENSOR WEIGHT IN MOTION BERBASIS SERAT OPTIK

SKRIPSI

Diajukan Untuk Menempuh Ujian Sarjana

Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Syarif Hidayatullah

NUR TAUFIK ZAMARI 1110097000004

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

iii LEMBAR PENGESAHAN

ANALISIS PERBANDINGAN RANGKAIAN TRANSIMPEDANSI AMPLIFIER GANDA DAN RANGKAIAN FOTOKONDUKTIF GANDA UNTUK SENSOR WEIGHT IN

MOTION BERBASIS SERAT OPTIK Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Fakultas Sains Dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Disusun oleh :

NUR TAUFIK ZAMARI 1110097000004

Menyetujui,

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Asrul Aziz, DEA Dwi Hanto, M.Si NIP : 195106171985031001 NIP : 19840425008121003

Mengetahui,

Kepala Prodi Fisika, FST-UIN

Dr. Sutrisno, M.Si NIP : 195902021982031005

iv PENGESAHAN UJIAN

Skripsi berjudul “ANALISIS PERBANDINGAN RANGKAIAN TRANSIMPEDANSI

AMPLIFIER GANDA DAN RANGKAIAN FOTOKONDUKTIF GANDA UNTUK SENSOR WEIGHT IN MOTION BERBASIS SERAT OPTIK” yang ditulis oleh Nur Taufik Zamari dengan NIM 1110097000004 telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada tanggal 5 Januari 2015. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Fisika.

Jakarta, Januari 2015 Menyetujui,

Penguji I Penguji II

Edi Sanjaya, M.Si Dr. Nur Aida NIP : 197307152002121001 NIP : 197806162005012009

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Asrul Aziz, DEA Dwi Hanto, M.Si NIP : 195106171985031001 NIP : 19840425008121003

Mengetahui,

Dekan Fakultas Sains Dan Teknologi Kepala Program Studi Fisika

Dr. Agus Salim, M.Si Drs.Sutrisno, M.Si NIP : 197208161999031003 NIP :195902021982031005

v LEMBAR PERNYATAAN

DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH BENAR HASIL KARYA SAYA SENDIRI, BUKAN JIPLAKAN DARI KARYA ORANG LAIN, KECUALI BEBERAPA PENDAPAT ATAU KUTIPAN ORANG LAIN YANG SAYA SEBUTKAN MASING-MASING SUMBERNYA.

Jakarta, Januari 2015

vi

ANALISIS PERBANDINGAN RANGKAIAN TRANSIMPEDANSI

AMPLIFIER GANDA DAN RANGKAIAN FOTOKONDUKTIF GANDA

UNTUK SENSOR

WEIGHT IN MOTION

BERBASIS SERAT OPTIK

ABSTRAK

Telah dibuat rangkaian penguat transimpedansi ganda dan rangkaian fotokonduktif ganda sebagai pengkondisi sinyal sensor weight in motion. Kedua rangkaian mampu mengkonversi besaran optik ke elektrik dengan proporsional terhadap sinyal optik dan derau kecil. Pada kedua rangkaian tersebut, satu bagian digunakan sebagai pembaca sinyal sensor sedangkan bagian yang lainnya digunakan sebagai pembaca sinyal referensi sebagai pembanding. Kedua rangkaian dibangun dari photodetektor, resistor, dan kapasitor. Yang membedakannya adalah pada rangkaian penguat transimpedansi digunakan sebuah operational amplifier. Pengujian dilakukan dengan menggunakan dua macam sinar laser dengan panjang gelombang yang berbeda, yaitu dengan laser 1310 nm dan 1610 nm. Pengujian terdiri atas dua macam, yaitu pengujian untuk mengetahui jangkauan daya optik dan pengujian untuk mengamati kestabilan dan derau dari hasil keluaran. Pengujian daya optik dilakukan dengan memberikan variasi sinyal optik pada rangkaian yang bertindak sebagai pembaca sensor dan sinyal optik yang konstan pada rangkaian yang bertindak sebagai pembaca referensi. Sedangkan pengujian kestabilan dilakukan dengan membiarkan sistem bekerja selama 14 jam. Hasil percobaan diamati dengan menggunakan perangkat lunak Weight In Motion Sensor Based on Optical Fiber buatan Pusat Penelitian Fisika LIPI yang ditunjukkan dengan nilai tegangan. Dari pengujian yang dilakukan, dapat dikatakan bahwa rangkaian berjalan dengan baik ketika menggunakan sinar laser dengan panjang gelombang 1610 nm. Dari pengujian daya optik, didapat bahwa rangkaian fotokonduktif memiliki jangkauan daya optik lebih besar, yaitu sekitar 12 dBm. Sedangkan jika dilihat berdasar faktor kestabiilan dan derau yang dihasilkan, rangkaian penguat transimpedansi memiliki kestabilan yang baik, namun memiliki derau yang lebih besar dari rangkaian fotokonduktif yaitu sekitar 0,05 volt..

vii ABSTRAK

Has been made a dual transimpedance amplifier circuit and dual photoconductive circuit as a signal conditioner for weignt in motion sensor. Both of them are able to convert amount of optical into electrical propotional to the optical signal and has low noise. Both of them, one part is used as a sensor signal reader and the other is used as a refrence signal reader for comparison. Both of them built from photodetector, resistor, and capacitor. The difference lies in the use of operational amplifier for trnasimpedance amplifier circuit. Tests carried out by using two kinds of laser beams with different wavelengths, namely the laser 1310 nm and 1610 nm. The test consists of two kinds, namely testing to determine the range of optical power and test to observe the stability and noise of the output. Optical power testing is done by giving the variation of optical signals in the circuit which acts as a sensor reader and constant optical signal in the circuit which acts as a reference reader.While the stability testing is done by allowing the system to work for 14 hours. The experimental results were observed using the software Weight In Motion Sensor Based on Optical Fiber made by LIPI Physics Research Center indicated by the value of the voltage. From the tests, it can be said that the circuit runs fine when using a laser beam with a wavelength of 1610 nm.From optical power testing, found that a photoconductive circuit has greater optical power range, which is about 12 dBm.Meanwhile, if viewed based on factors of stability and noise generated, a transimpedance amplifier circuit has good stability, but has a greater noise than photoconductive circuit is about 0.05 volts.

viii

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmaanirrahiim

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan karunia dan rahmat-Nya, serta shalawat dan salam diberikan pada Nabi Muhammad SAW sehingga dapat memberikan kekuatan lahir dan batin kepada penulis dalam menyelesaikan

skripsi yang berjudul : “ANALISIS PERBANDINGAN RANGKAIAN

TRANSIMPEDANSI AMPLIFIER GANDA DAN RANGKAIAN FOTOKONDUKTIF GANDA UNTUK SENSOR WEIGHT IN MOTION BERBASIS SERAT OPTIK”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menempuh ujian sarjana di Prodi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi.

Dalam hal ini, penulis telah mendapat bantuan dari berbagai pihak berupa materil, moril, tenaga, dan saran mulai dari proses penyusunan proposal, pelaksanaan penelitian, sampai dengan proses penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, dengan segala rasa hormat penulis menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan kepada :

1. Bapak Dr. Dwi Hanto, M.Si selaku pembimbing di lapangan selama penelitian skripsi ini berlangsung.

2. Bapak Ir. Asrul Aziz, DEA selaku dosen pembimbing yang selalu memberikan motivasi, nasehat, ide, diskusi, serta bimbingannya yang diberikan kepada penulis. 3. Kepada Ayah dan Ibu yang senantiasa mendukung saya baik berupa materil maupun

doa.

4. Kepada bapak Sutrisno, M.Si selaku ketua prodi fisika yang sudah berupaya memberikan bantuan yang sangat kepada saya agar saya bisa melakukan ujian sidang skripsi.

5. Bapak Edi Sanjaya M.Si dan Ibu Dr. Nur Aida selaku penguji dalam ujian skripsi. 6. Seluruh staff dosen Prodi Fisika Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah

Jakarta, Ibu Elvan, Ibu Riri, Ibu Tati, Pak Asrul, Pak Ambran, Pak Oki, Pak Agus, Ibu Nunung, Pak Wahyudi dan Pak Pri. Terima kasih atas ilmu yang telah diberikan. 7. Seluruh sahabat Fisika UIN Jakarta angkatan 2010 (Komikus), terutama teman-teman penjurusan Instrumentasi anak belakang, Aziz, Andri, Bangun, dan Irman, terima kasih atas doa dan semangat yang diberikan.

ix 8. Seluruh anggota HIMAFI ( 2011, 2012, 2013) yang selalu memberikan semangat dan

doa.

9. Kepada Bang Dandi Hambali yang sudah bersedia meminjamkan saya laptop dan printer guna memudahkan kelancaran skripsi saya.

10.Kepada Hadi Kusumo yang sudah memperbaiki laptop dan menyumbangkan kertas saya demi kelancaran skripsi saya.

11.Kepada Nano, Choucho, Houkago Tea Time, Supercell, One Ok Rock, dan para musisi-musisi jepang yang telah menciptakan lagu-lagu bagus yang lagunya senantiasa menemani dan menyemangati saya dalam mengerjakan skripsi.

12.Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Terima kasih atas bantuan dan dukungannya

Akhir kata, semoga semua bantuan dari semua pihak yang diberikan kepada penulis mendapat balasan yang berlipat ganda dari Allah SWT. Penulis juga berharap agar penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua pihak serta berniai ibadah di sisi Allah SWT. Amin

Jakarta, Januari 2015

Penulis

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... ii

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI ... iii

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN ... iv

LEMBAR PERNYATAAN ... v

ABSTRAK ... vi

KATA PENGANTAR ...viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ...xiii

DAFTAR GAMBAR ...xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 3

1.3. Tujuan Penelitian ... 4

1.4. Batasan Masalah ... 4

1.5. Manfaat Penelitian ... 5

1.6. Sistematika Penulisan ... 5

BAB II DASAR TEORI ... 7

2.1. Sejarah Eksperimen Transimis Cahaya dan Hukum Snellius ... 7

2.2. Serat Optik ... 10

xi

2.4. Laser Dioda ... 13

2.5. Coupler Serat Optik ... 16

2.6. Optical Attenuator... 19

2.7. Fotodioda ... 21

2.8. Rangkaian Transimpedansi Amplifier ... 25

2.9. Rangkaian Fotokonduktif ... 27

2.10. Power Meter ... 28

2.11. Akuisisi Data (DAQ) ... 29

2.12. Optical Spectrum Analizer ... 31

BAB III METODELOGI PENELITIAN ... 32

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 32

3.2. Alat dan Bahan ... 32

3.3. Tahapan Penelitian ... 33

3.3.1. Perancangan Rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda ... 33

3.3.2. Perancangan Rangkaian Fotokonduktif Ganda ... 37

3.4. Cara Kerja Penelitian ... 38

3.4.1 Persiapan ... 38

3.4.2 Pengujian Spektrum Sinar Laser ... 40

3.4.3 Pengujian Atenuasi ... 41

3.4.4 Pengujian Stabilitas ... 43

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46

4.1. Hasil Pengujian Spektrum Sinar Laser ... 46

xii

4.3. Hasil Pengujian Kestabilan ... 53

4.4. Perhitungan Noise ... 55

BAB V PENUTUP ... 58

5.1. Kesimpulan ... 58

5.2. Saran ... 59

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Kombinasi Pengujian ... 42

Tabel 4.1 Hasil perhitungan jangkauan atenuasi dari masing-masing rangkaian ... 52

Tabel 4.2 Hasil perhitungan noise keseluruhan pada kedua rangkaian ... 55

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Penggambaran Hukum Snellius... 9

Gambar 2.2 Pemantulan sinar yang terjadi dalam serat optik ... 10

Gambar 2.3 Penampang serat optik ... 12

Gambar 2.4 Sensor serat optik dan bagian-bagiannya ... 13

Gambar 2.5 Struktur P-N junction di dalam laser dioda ... 14

Gambar 2.6 Penyearahan pancaran sinar laser dengan bantuan Collimating Lens ... 15

Gambar 2.7 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap atenuasi dari berbagai sumber ... 16

Gambar 2.8 Skema optical splitter ... 17

Gambar 2.9 Skema optical combiner ... 18

Gambar 2.10 Skema tree coupler ... 18

Gambar 2.11 Skema star coupler ... 19

Gambar 2.12 Macam-macam fixed optical attenuator ... 20

Gambar 2.13 Macam-macam optical attenuator bervariasi ... 20

Gambar 2.14 Pelepasan elektron valensi dan hole akibat mendapat energi foton ... 22

Gambar 2.15 Aliran elektron dan hole membentuk photocurrent ... 23

xv

Gambar 2.17 Skema rangkaian fotokonduktif ... 27

Gambar 2.18 Power meter ... 29

Gambar 2.19 Hubungan antara DAQ dengan sensor dan PC ... 30

Gambar 2.20 Optical Spectrum Analyzer ... 31

Gambar 3.1 Rangkaian Transimpedansi Amplifier mode photovoltaic yang umum digunakan 34 Gambar 3.2 Rancangan rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda ... 35

Gambar 3.3 Diagram alir pembuatan rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda ... 36

Gambar 3.4 Rancangan rangkaian Fotokonduktif yang direkomendasikan ... 37

Gambar 3.5 Rancangan rangkaian Fotokonduktif Ganda ... 37

Gambar 3.6 Diagram alir pembuatan rangkaian Fotokonduktif Ganda ... 38

Gambar 3.7 Skema Pengujian Spektrum Sinar Laser ... 40

Gambar 3.8 Skema pengujian atenuasi ... 43

Gambar 3.9 Skema pengujian stabilitas ... 44

Gambar 3.10 Diagram Alir Penelitian ... 45

Gambar 4.1 Hasil analisis spektrum untuk laser 1310 nm ... 46

Gambar 4.2 Hasil analisis spektrum untuk laser 1610 nm ... 47

Gambar 4.3 Grafik hasil pengukuran daya optik laser 1310 saat menggunakan rangkaian transimpedansi amplifier ganda ...48

xvi transimpedansi amplifier ganda ... 49

Gambar 4.5 Grafik hasil pengukuran daya optik laser 1310 saat menggunakan rangkaian fotokonduktif ganda ... 50

Gambar 4.6 Grafik hasil pengukuran daya optik laser 1610 saat menggunakan rangkaian fotokonduktif ganda ... 51

Gambar 4.7 Grafik kestabilan rangkaian Transimpedansi Ganda ... 53

Gambar 4.8 Grafik kestabilan rangkaian Fotokonduktif Ganda ... 54

Gambar 4.9 Grafik kestabilan rangkaian transimpedansi amplifier ganda dan fotokonduktif ganda pada sinar laser 1610 nm... 56

xvii DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Datasheet FGA01 FC Lampiran 2 Datasheet OPA 2356 Lampiran 3 Data Uji Atenuasi Lampiran 4 Data Uji Kestabilan Lampiran 5 Dokumentasi Alat

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang

Beban berlebih atau overloading merupakan suatu keadaan di mana berat as kendaraan yang melebihi batas maksimum yang diizinkan yang dalam hal ini MST (Muatan Sumbu Terberat) ditetapkan berdasarkan PP yang berlaku [1]. Terdapatnya kendaraan-kendaraan dengan beban berlebih diakibatkan oleh adanya penyelewengan dalam pengawasan jembatan timbang menyebabkan kerusakan jalan sebelum periode teknis tercapai. Dampak negatif lain yang ditimbulkan adalah menurunnya tingkat keselamatan, menurunnya pelayanan lalu-lintas dan menurunnya kualitas lingkungan [2].

Banyak teknik yang bisa dilakukan untuk menghitung beban suatu kendaraan selain dengan menggunakan jembatan timbang. Weight In Motion atau penimbangan berat dalam keadaan berjalan merupakan sistem yang tengah dikembangkan saat ini guna menimbang berat meski benda dalam keadaan bergerak. Dengan adanya sistem ini, perhitungan berat dapat dilakukan dalam waktu singkat sehingga sangat memungkinkan menempatkan sistem ini pada jalan-jalan dengan lalu lintas yang sibuk seperti jalan arteri, jalan tol, maupun di pelabuhan.

Weight In Motion bisa dikembangkan dengan berbagai macam sensor, seperti menggunakan sensor piezoelectric, load cell, ataupun strain gauge,

2 namun sayangnya penggunaan sensor-sensor tersebut masih memiliki kelemahan karena tidak tahan terhadap adanya gangguan gelombang elektromagnetik. Pusat Penelitian Fisika LIPI Puspitek Serpong sekarang ini tengah mengembangkan sistem Weight In Motion berbasis serat optik. Pemilihan serat optik sebagai sensornya adalah karena serat optik lebih tahan terhadap gangguan gelombang elektromagnetik dari luar [4]. Pada dasarnya, serat optik dapat dijadikan sebagai sensor dengan prinsip microbending [4]. Microbending adalah peristiwa di mana pembengkokan mikro pada inti serat optik yang mengakibatkan intensitas sinar yang dibawa di dalamnya akan mengalami atenuasi. Jika kita lewatkan sebuah sinar pada serat optik, kemudian kita beri beban yang mengakibatkan serat optik mengalami microbending, maka kita akan dapat merepresentasikan berat beban tersebut berdasarkan jumlah intensitas yang berkurang. Tentunya pengurangan intensitas ini perlu dikonversi dalam satuan elektrik agar mampu terbaca pada oleh program yang dibuat pada PC.

Weight In Motion yang tengah dibangun ini menggunakan sebuah sensor dan fotodetektor sabagai konverter optik ke listrik. Berbagai pengujian telah dilakukan di dalam laboratorium. Namun yang menjadi masalah adalah kalau sistem tersebut digunakan dalam waktu yang lama dan di daerah luar. Perubahan bisa saja terjadi sewaktu-waktu karena kerusakan pada serat optik atau perubahan daya laser. Oleh karena itu, para peneliti di Pusat Penelitian Fisika LIPI ingin mengembangkan sistem kompensasi dengan memecah

3 berkas laser menjadi dua buah, yaitu untuk sensor dan untuk referensi. Dengan adanya pemecahan berkas sinar laser ini, kerusakan atau perubahan pada salah satu berkas sinar laser (terutama untuk laser yang melewati sensor) akan mudah terdeteksi.

Tentunya dengan melakukan pemecahan berkas sinar laser menjadi dua membutuhkan dua buah pengkondisi sinyal. Fotodioda FGA01FC yang digunakan sebagai sensor cahaya memiliki sebuah rangkaian pengkondisi sinyal yang direkomendasikan oleh pihak produsen guna mendapatkan hasil keluaran yang baik. Rangkaian itu bisa kita sebut sebagai rangkaian Fotokonduktif. Namun, ternyata selain menggunakan rangkaian tersebut, ada rangkaian lain yang bisa berperan sama sebagai pengkondisi sinyal untuk sistem Weight In Motion. Rangkaian yang dibentuk dengan menggunakan sebuah amplifier sebagai pusat pengolah sinyalnya itu biasa disebut sebagai rangkaian Transimpedansi Amplifier. Maka pada penelitian ini, akan dilihat manakah rangkaian yang paling baik untuk sistem Weight In Motion dengan menguji kedua rangkaian tersebut pada laser dengan panjang gelombang 1310 nm dan 1610 nm dengan pertimbangan nilai jangkauan atenuasi, kestabilan, serta noise.

1.2.

Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka dapat ditarik sebuah permasalahan dalam penelitian ini yaitu

4 1. Seperti apakah rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda dan rangkaian

Fotokonduktif Ganda yang perlu dibuat?

2. Manakah kombinasi yang baik antara rangkaian pengkondisi dan panjang sinar laser yang digunakan?

1.3.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini ialah sebagai berikut :

1. Membuat rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda dan rangkaian Fotokonduktif Ganda

2. Menganalisis dan membandingkan kedua rangkaian dengan menggunakan laser dengan panjang gelombang 1310 nm dan 1610 nm dengan pertimbangan: jangkauan atenuasi, kestabilan, dan noise.

1.4.

Batasan Masalah

Dalam penelitian ini dilakukan pembatasan-pembatasan masalah agar lebih terarah dalam membahasnya, antara lain :

1. Pengujian dilakukan dalam skala laboratorium.

2. Melakukan pengujian dengan dua variasi panjang gelombang sinar laser, yaitu 1310 nm dan 1610 nm.

3. Penelitian ini difokuskan pada pengujian atenuasi dan pengujian kestabilan.

5 4. Tegangan keluaran diamati melalui program Weight In Motion Based

Optical Fiber

5. Rangkaian Transimpedansi Amplifier dibuat dalam mode photovoltaic. 6. Kesalahan dalam pengukuran tidak diperhitungkan

7. Dalam pembuatan rangkaian, digunakan fotodioda FGA01FC, OPA2356 untuk rangkaian Transimpedansi Amplifier, Data Translation Simultanous DT 9816

1.5.

Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari penelitian ini ialah :

1. Mengetahui rangkaian manakah yang lebih baik digunakan dalam sistem WIM berbasis serat optik.

2. Menyempurnakan sistem WIM yang sedang dibuat.

3. Sebagai bahan refrensi jika ingin dilakukan pengembangan penelitian lebih lanjut

1.6.

Sistematika Penulisan

Sistem penulisan yang digunakan dalam penulisan hasil penelitian ini ialah sebagai berikut :

BAB I Pendahuluan

Berisi mengenai latar belakang penelitian, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

6

BAB II Dasar Teori

Berisi mengenai landasan teori dasar dan pendukung serta pengenalan terhadap penghubung seluruh kegiatan penelitian.

BAB III Metodologi Penelitian

Berisi mengenai tahap-tahap penelitian dan keseluruhan sistem kerja dari proses pencarian nilai jangkauan daya optik, kestabilan rangkaian, serta perhitungan noise.

BAB IV Pembahasan dan analisa data

Pada bab ini dibahas mengenai hasil pengukuran dari perubahan nilai daya optik yang terukur ketika diberi attenuasi, hasil dari kestabilan rangkaian serta penarikan nilai noise rangkaian dari hasil visualisasi data pada pengukuran menggunakan program Weight In Motion Based Optical Fiber.

BAB V Penutup

Bab ini berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran untuk penelitian yang bisa dikembangkan dari penelitian ini.

7

BAB II

DASAR TEORI

2.1.

Sejarah Eksperimen Transmisi Cahaya dan Hukum Snellius

Sebenarnya penggunaan cahaya sebagai pembawa informasi sudah dilakukan bertahun-tahun lamanya, dengan penelitian lebih lanjut, akhirnya pada sekitar tahun 1930-an para peneliti Jerman mencoba mengawali eksperimen untuk mentransmisikan cahaya melalui bahan yang diberi nama serat optik. Dengan penelitian dan pengembangan lebih lanjut, akhirnya prototype serat optik pertama kali diusulkan oleh para ilmuwan inggris sekitar tahun 1958. Prototype yang terdiri atas gelas inti yang dibungkus oleh gelas lainnya inilah yang akhirnya terus digunakan hingga sekarang [4].

Pada tahun 1959, laser ditemukan [4]. Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) adalah sinar yang dihasilkan melalui pancaran radiasi atom-atom, kemudian melalui proses stimulasi, pancaran radiasi ini terus dilipatgandakan sebelum sinar ini keluar [7]. Laser dirasa lebih cocok digunakan dalam serat optik karena memiliki panjang gelombang yang tunggal.

Pada dasarnya, prinsip penjalaran sinar laser sebagai pembawa informasi dalam serat optik tidak lepas dari Hukum Snellius. Menurut Hukum Snellius, jika suatu sinar yang berasal dari medium yang indeks biasnya lebih kecil masuk dengan sudut kritis ke dalam medium yang indeks biasnya lebih

8 besar, maka seluruh sinar akan merambat sepanjang inti medium tersebut menuju ujung yang lain. Umumnya, pada serat optik memiliki dua buah bahan transparan (cladding dan core). Ketika cahaya menjalar pada salah satu bahan transparan dengan indeks bias tinggi (core) yang kemudian bertemu dengan bahan transparan dengan indeks bias lebih rendah (cladding), maka dua hal akan terjadi, yaitu:

1. Sebagian cahaya dipantulkan

2. Sebagian cahaya diteruskan ke dalam bahan transparan kedua (cladding)

Cahaya yang diteruskan biasanya berubah arah ketika memasuki bahan kedua karena adanya pembiasan. Pembiasan ini terjadi karena cahaya memiliki cepat rambat yang berbeda untuk tiap bahan yang dilewatinya, kecepatan ini berbeda di dalam bahan dengan indeks bias yang berbeda [8]. Menurut Hukum Snellius dikatakan bahwa “perbandingan nilai sinus sudut datang dan sudut bias adalah konstan yang tergantung pada indeks bias medium”.

Dalam rumusan lain, ada pula yang menyebutkan bahwa “perbandingan nilai sinus sudut datang dan sudut bias adalah sama dengan kecepatan pada kedua medium yang berbanding terbalik dengan perbandingan indeks bias” [4].

9 Gambar 2.1 Penggambaran Hukum Snellius [5]

Secara matematis, Hukum Snellius dapat ditulis:

=

=

(1)

Lambang dan merupakn sudut datang dan sudut bias. Lambang dan merupakan indeks bias medium yang dilalui sudut datang dan indeks bias yang dilalui sudut bias. Sedangkan untuk lambang dan merujuk pada kecepatan sinar datang dan kecepatan sinar bias [4].

Ketika sudut datang lebih besar dari sudut kritis, maka akan terjadi pemantulan sempurna. Hal inilah yang terjadi dalam serat optik, di mana gelombang cahaya menjalar dengan mengalami pemantulan-pemantulan sempurna dari dinding seratnya (cladding) yang indeks biasnya lebih kecil daripada indeks bias refraksi inti seratnya (core) [4].

10 Gambar 2.2 Pemantulan sinar yang terjadi dalam serat optik [4] Pada gambar di atas dapat kita lihat penjalaran sinar melalui serat optik yang mengalami pemantulan sempurna. Pada dasarnya, alasan mengapa inti serat optik perlu dilapisi oleh lapisan cladding adalah agar hanya terdapat sedikit perbedaan antara nilai dan , sehingga pengiriman gelombang bisa dilakukan dengan band yang lebih lebar dan jarak yang jauh tanpa terjadi distorsi [4].

2.2.

Serat Optik

Serat optik adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus. Ia dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED. Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer dan memiliki kecepatan transmisi yang bagus untuk mengirimkan gelombang cahaya [4].

11 Serat optik terdiri dari dua jenis, yaitu serat optik kabel dan serat optik plastik, serat optik kabel banyak digunakan untuk transmisi jarak jauh, sementara serat optik plastik hanya digunakan untuk komunikasi jarak pendek.

Secara garis besar kabel serat optik terdiri dari 2 bagian utama [9]:

1. Core merupakan inti dari serat optik di mana pada bagian inilah cahaya ditransimiskan. Bagian ini biasanya terbuat dari kaca yang diameternya 2 sampai 125 µm.

2. Cladding adalah selubung dari core. Cladding juga terbuat dari kaca dengan diameter antara 5 sampai 250 µm yang mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core. Karena cladding mempunyai indeks bias yang lebih rendah, sehingga cladding akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali ke dalam core lagi.

Dalam aplikasinya serat optik biasanya diselubungi oleh lapisan resin yang disebut dengan jacket, biasanya berbahan plastik. Lapisan ini dapat menyerap cahaya dan mencegah kemungkinan terjadinya kebocoran cahaya yang keluar dari selubung inti. Selain itu, guna lapisan ini juga untuk menghindari crosstalk yang mungkin terjadi.

12 Gambar 2.3 Penampang serat optik [6]

2.3.

Sensor Serat Optik

Sensor serat optik adalah jenis sensor optik yang menggunakan serat optik dalam mekanisme penginderaan atau pendeteksian, baik sebagai komponen aktif sensor maupun sekedar sebagai pemandu gelombang (optik) saja. Sistem sensor optik dilengkapi dengan paling tidak tiga komponen utama, yaitu komponen optoelektronik, link optik dan probe. Komponen optoelektronika meliputi sumber cahaya, detektor optik dan pengolah sinyal. Link optik berupa gelombang serat optik yang berfungsi memandu cahaya ke atau dari bagian penginderaan. Sedangkan probe adalah bagian sensing atau transducing, baik pada bagian dalam maupun luar serat optik, yang bertindak sebagai transduser dan berinteraksi langsung dengan obyek atau besaran yang diukur. Sensor serat optik didasarkan pada mekanisme modulasi gelombang optik (cahaya) dari suatu sumber seperti LED, diode laser, atau yang lainnya [4].

13 Gambar 2.4 Sensor serat optik dan bagian-bagiannya

Kuantitas optik yang dimodulasi dapat berupa intensitas atau amplitudo, panjang gelombang, fase gelombang dan polarisasi gelombang optik tersebut. Modulasi ini dapat terjadi di luar maupun di dalam serat optik. Sampai saat ini ada 3 jenis fiber yang digunakan pada umumnya [4] yaitu :

• Step index, multimode • Graded index, multimode • Step index, singlemode

2.4.

Laser Dioda

Laser dioda adalah semikonduktor laser yang dipompa secara elektrik di mana media aktifnya dibentuk oleh P-N junction dari dioda semikonduktor yang sama ditemukan pada LED.

14 Laser dioda adalah tipe laser yang paling umum diproduksi. Laser dioda memiliki area penggunaan yang luas, tidak hanya terbatas pada penggunaan komunikasi serat optik, tapi juga bisa digunakan sebagai pembaca barcode, laser pointer, pembaca dan perekam pada CD/DVD/Blu-ray, laser printing, scanning, dan lain-lain. Alasan utama mengapa laser dioda digunakan sebagai sumber cahaya pada komunikasi serat optik adalah karena mudah dimodulasi dan mudah dipecah menjadi beberapa berkas, serta mampu dibuat dengan panjang gelombang yang bervariasi. [10]

Laser dioda bekerja ketika P-N junction mendapat arus listrik. Ketika kedua bagian tersebut mendapatkan arus, semikonduktor P menghasilkan hole, sementara semikonduktor N menghasilkan elektron. Hole dan elektron ini akan saling bertemu pada celah di bagian tengah P-N junction dan akan melepaskan foton. Pada celah di bagian tengah dari P-N juction dilapisi oleh bahan kaca yang mampu memenjarakan foton.[11]

15 Ketika berada di celah P-N junction, foton akan memantul ke atas dan ke bawah pada dinding kaca dan mengakibatkan lepasnya foton lain ke dalam celah tersebut. Foton-foton yang terlepas tersebut akan memiliki fase, polarisasi dan arah yang sama dengan foton yang pertama kali terlepas. Pemantulan foton ini akan terus berlanjut hingga seluruh celah dari P-N junction terisi penuh oleh foton. Ketika celah pada P-N junction penuh, maka sebagian sinar laser akan dilepaskan menuju fotodioda yang ada di belakang untuk mengatur tegangan yang dibutuhkan oleh laser dioda, sedangkan sebagian sinar laser yang lain akan dipancarkan ke bagian depan. Sinar laser yang dipancarkan tersebut akan mengalami difraksi yang sangat liar. Dengan bantuan dari collimating lens, sinar tersebut akan diarahkan sehingga menjalar lurus ke depan.[11]

Gambar 2.6 Penyearahan pancaran sinar laser dengan bantuan Collimating Lens [11]

Laser dioda diproduksi dengan berbagai macam panjang gelombang, akan tetapi dalam penggunannya sebagai sumber cahaya pada komunikasi serat optik, pemilihan panjang gelombang dilakukan berdasarkan nilai

16 atenuasi akibat dari berbagai macam faktor, utamanya adalah faktor absorbsi dan hamburan Rayleigh. Berdasar pada kedua faktor tersebut, maka nilai atenuasi dalam 1 km serat optik dapat digambarkan dalam grafik sebagai berikut:

Gambar 2.7 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap atenuasi dari berbagai sumber [12]

Berdasarkan grafik atenuasi di atas, maka panjang gelombang laser yang umum digunakan dalam sistem komunikasi serat optik adalah berada pada sekitar 1,3 µm (1300 nm) atau lebih besar dari 1,5 µm (1500 nm).

2.5.

Coupler

Serat Optik

Coupler serat optik adalah suatu perangkat yang dapat mendistribusikan sinyal optik dari satu serat ke beberapa serat yang lain atau sebaliknya. Coupler dapat berupa komponen aktif maupun komponen pasif, pada coupler pasif, sinyal optik disalurkan tanpa dirubah dahulu menjadi

17 sinyal listrik, sedangkan pada coupler aktif, sinyal optik dirubah dahulu menjadi sinyal listrik, kemudian di-split atau dikombinasikan satu sama lain.

Secara umum coupler terdiri dari N port input dan M port output, biasanya nilai N dan M antara 1 – 64. Jumlah dari port input dan output ini tergantung pada penggunaan dari coupler. Coupler dapat digunakan sebagai optical splitter, optical combiner, x coupler, tree coupler dan star coupler [13].

1. Optical splitter adalah perangkat pasif yang membagi daya optik pada single input menjadi dua output.

Gambar 2.8 Skema optical splitter [13]

Pada gambar di atas mengilustrasikan transfer daya optik pada optical splitter. Tipe ini biasa disebut juga dengan Y-coupler. Tipe ini dapat membagi daya optik secara merata pada kedua output. Sebuah optical splitter dapat membagi sebagian besar daya optik kepada salah satu output saja, hanya sejumlah kecil yang dibiarkan masuk pada output sekunder. Tipe ini biasa disebut sebagai T-coupler [13].

2. Optical combiner adalah sebuah perangkat pasif yang dapat mengkombinasikan daya optic dari kedua input menjadi single output [13].

18 Gambar 2.9 Skema optical combiner [13]

3. X-coupler adalah sebuah perangkat yang mengkombinasikan fungsi optical splitter dan optical combiner. X-coupler mengkombinasikan dan membagi daya optik antara dua input dan dua output [13].

4. Tree dan star coupler adalah perangkat multiport coupler yang memiliki lebih dari dua input dan output. Tree dapat berperan sebagai optical splitter yang membagi satu input menjadi beberapa output. Tree coupler juga bisa berperan sebagai optical combiner yang menggabungkan beberapa input menjadi satu output [13].

19 5. Sedangkan star coupler adalah perangkat pasif yang menditribusikan

daya optik lebih dari multiple input ke multiple output [13].

Gambar 2.11 Skema star coupler [13]

2.6.

Optical Attenuator

Optical attenuator merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mereduksi kekuatan dari sinyal optik. Alat ini memungkinkan kita untuk mengatur seberapa besar daya optik yang ingin kita kirim ke receiver apabila daya optik yang dikirmkan dari transmitter terlalu besar. Secara garis besar, optical attenuator dibedakan menjadi dua jenis, fixed optical attenuator dan optical attenuator bervariasi [14].

1. Fixed optical attenuator merupakan jenis optical attenuator yang nilai atenuasinya tidak bisa dirubah-rubah. Biasanya bentuk optical attenuator ini tertanam dalam sebuah konektor atau adaptor. Prinsip pengurangan daya optik yang terjadi di dalamnya bisa menggunakan prinsip gap loss (pemberian jeda antar konektor) atau dengan memberikan tekanan pada serat optik.

20 Gambar 2.12 Macam-macam fixed optical attenuator [15]

2. Optical attenuator bervariasi adalah jenis optical attenuator yang nilai atenuasinya bisa diatur sesuai keinginan. Optical attenuator bervariasi biasanya didesain dalam bentuk sebuah rangkaian listrik yang terbungkus rapi atau digabungkan ke dalam power meter. Banyak prinsip yang bisa digunakan untuk melakukan pereduksian pada optical attenuator bervariasi ini, di antaranya dengan cara mekanik, magnetik, akustik, dan lain sebagainya.

21

2.7.

Fotodioda

Fotodioda adalah sebuah dioda yang dapat mengasilkan aliran elektron (arus listrik) akibat mendapatkan masukan berupa cahaya.

Material yang digunakan sebagai penerima energi cahaya umumnya terbuat dari material semikonduktor. Pada dasarnya, material ini memiliki kemiripian dengan material logam di mana sifat konduktivitas elektriknya ditentukan oleh elektron valensinya. Namun berbeda dengan logam yang konduktivitasnya menurun apabila mengalami kenaikan suhu, material semikondukor mengalami kenaikan konduktivitas yang signifikan apabila mengalami kenaikan suhu. Material semikonduktor yang umum digunakan untuk fotodioda adalah Silikon, namun akhir-akhir ini beredar pula fotodioda dengan yang terbuat dari Germanium dan Galium Arsenida [17].

Pada dasarnya, mekanisme konversi energi cahaya terjadi akibat adanya perpindahan elektron bebas di dalam suatu atom. Konduktifivtas elektron suatu material terletak dari banyaknya elektron valensi dari suatu material. Ketika foton dari suatu sumber cahaya menumbuk suatu elektron valensi dari atom semikonduktor, hal ini mengakibatkan suatu energi yang cukup besar untuk memisahkan elektron tersebut lepas dari struktur atomnya. Elekton yang terlepas tersebut menjadi bebas di dalam bidang kristal. Elektron tersebut bermuatan negatif dan berada pada daerah pita konduksi dari material semikonduktor [17].

22 Sementara itu akibat hilangnya elektron maka terbentuklah kekosongan pada struktur kristal yang disebut “hole” dan bermuatan positif. Berikut gambar yang mengilustrasikan pelepasan elektron dan pembentukan hole.

Gambar 2.14 Pelepasan elektron valensi dan pembentukan hole akibat mendapat energi foton [18]

Daerah semikonduktor dengan elektron bebas dan bersifat negatif disebut daerah tipe N, sedangkan daerah semikonduktor dengan hole dan bersifat positif disebut daerah tipe P. Ikatan dari kedua daerah ini membentuk P-N junction yang menghasilkan energi listrik internal yang akan mendorong elektorn bebas dan hole untuk bergerak ke arah yang berlawanan. Elektron akan bergerak menuju sisi negatif, sedangkan hole akan bergerak menuju sisi positif. Ketika P-N junction dihubungkan dengan sebuah beban, maka akan tercipta suatu arus listrik [17].

23 Gambar 2.15 Aliran elektron dan hole membentuk photocurrent [18]

Setiap bahan pembentuk fotodioda memiliki responsitivitas terhadap cahaya yang berbeda-beda. Responsitivitas (R) didefinisikan sebagai arus yang dihasilkan (photocurrent ( )), ketika suatu foton cahaya diserap terhadap daya foton cahaya tersebut (P). Berdasarkan refrensi nomor [19], secara matematis dapat ditulis:

= (2)

Photocurrent sendiri bisa didefinisikan sebagai berikut:

= ( . !)

" (3)

Di mana adalah jumlah elektron yang dibangkitkan, ! adalah muatan elektron (1,602 × 10-18 C). Sedangkan daya foton (P) bisa didefinisikan sebagai berikut:

= ( . $ )

24 Dengan memasukan persamaan (3) dan (4) responsitivitas fotodioda bisa pula dinyatakan sebagai:

= ( . !) ( . $ ) =

(&_'. !)

$ (5)

Di mana &_' adalah efisiensi dari fotodioda yang merupakan perbandingan antara dengan [19].

Untuk mendapatkan hasil yang maksimum, fotodioda haruslah memiliki beberapa kriteria di antaranya [4]:

1. Sensitivitas: fotodioda yang digunakan harus sangat sensitif. Arus yang dihasilkan harus sebisa mungkin merespon daya optik yang diterima.

2. Responsitivitas: merupakan perbandingan arus keluar terhadap cahaya yang masuk. Nilai responsitivitas haruslah besar agar arus yang keluar bisa terbaca dengan baik oleh pengolah sinyal.

3. Liniearitas: hubungan antara masukan dan keluaran yang linear. Hal ini penting untuk menghindari distorsi pada hasil keluaran.

4. Rise/fall time: merupakan kecepatan respon terhadap masukan. Fotodioda harus mampu merespon masukan meski hanya terjadi beberapa saat.

5. Active area (bandwidth): active area harus cukup besar agar cahaya yang masuk dapat diproses dengan cepat.

25

2.8.

Rangkaian Transimpedansi Amplifier

Rangkaian Transimpedansi Amplifier merupakan jenis rangkaian yang mampu mengubah energi cahaya ke dalam bentuk tegangan elektrik. Pada rangkaian ini, fotodioda digunakan untuk menangkap energi cahaya dan mengubahnya ke dalam arus yang lemah. Arus tersebut bersifat proporsional dengan tingkat pencahayaan dari sumber cahaya. Kemudian sebuah preamplifier akan mengubah arus dari fotodioda ke dalam bentuk tegangan. Dalam penggunaannya, sebuah rangkaian Transimpedansi Amplifier dapat dibedakan menjadi dua mode, yaitu mode photovoltaic dan mode fotokonduktif.

Fotodioda yang dikonfigurasikan ke dalam mode photovoltaic memiliki tegangan bias nol (tidak disambungkan dengan sumber tegangan). Dalam mode ini, respon cahaya terhadap arus dimaksimalkan untuk sensitivitas cahaya dan linearitas, sehingga cocok untuk aplikasi sensor yang mana lebih mengutamakan tingkat keperesisian. Sedangkan untuk fotodioda yang dikonfigrasikan ke dalam mode fotokonduktif memiliki tegangan bias balik. Dalam mode ini, fotodioda dioptimalkan untuk respon yang cepat terhadap sumber cahaya. Aplikasi tersebut sangat ideal jika digunakan dalam saluran komunikasi digital [20].

26 Perbedaan kedua mode rangkaian dapa dilihat pada gambar berikut:

(a) (b)

Gambar 2.16 Skema rangkaian transimpedansi amplifier (a) mode photovoltaic (b) mode fotokonduktif. [20]

Pada gambar 2.16 (a) dapat dilihat bahwa fotodioda dikonfigurasikan pada mode photovoltaic. Pada rangkaian tersebut, ketika cahaya menyinari fotodioda, hal ini menyebabkan arus dioda mengalir dari katoda ke anoda. Karena impedansi masukan dari inverting input opamp sangat tinggi, arus yang dihasilkan oleh fotodioda akan mengalir melalui resistor feedback (RF).

Sehingga didapat fungsi pengkonversi dari arus-ke-tegangan yaitu sebesar [20]:

27

2.9.

Rangkaian Fotokonduktif

Rangkaian fotokonduktif merupakan rangkaian yang bisa digunakan pula untuk mengamati dan mengolah besaran optik menjadi besaran elektrik. Umumnya pada rangkaian ini fotodioda dipasang secara reverse bias dan disambungkan pada sumber tegangan pada katodanya. Pada mode reverse bias ini, arus bocor yang terjadi antara P-N junction sangatlah kecil. Arus bocor ini bisa diperbesar apabila P-N junction diberikan energi panas. Energi panas ini bisa saja didapat dari cahaya yang masuk dalam fotodioda. Dengan demikian, rangkaian fotokonduktif akan menghasilkan arus bila fotodioda yang dipasang mendapat sinar masukan.

Gambar 2.17 Skema rangkaian fotokonduktif [22]

Pada rangkaian di atas, arus bocor yang dihasilkan fotodioda bisa diamati sebagai tegangan dengan meletakan resistor RL (RLoad) antara anoda

fotodioda dengan ground. Tegangan keluaran dari rangkaian berdasarkan refrensi nomor [22] dapat dirumuskan sebagai:

28

) 4 = × ℜ × ₇ (7)

Di mana P adalah daya optik dari sinar laser dan ℜ adalah responsitivitas dari fotodioda.

2.10.

Power Meter

Power meter adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menghitung daya pada sinyal optik. Dalam hal ini, nilai yang terukur merupakan nilai rata-rata dari daya optik yang diukur dalam satuan dBm. Umumnya, power meter terdiri atas sensor terkalibrasi, sebuah amplifier pengukur, dan komponen penampil (display). Sensor utama yang digunakan adalah fotodioda yang dipilih untuk kisaran yang tepat dengan panjang gelombang dan tingkat daya yang digunakan. Selanjutnya daya yang terukur dan panjang gelombang yang digunakan akan ditampilkan pada komponen penampil (display)

29 Gambar 2.18 Power meter

Biasanya di dalam power meter juga dilengkapi dengan fitur yang berguna untuk mengukur rugi-rugi daya optik. Untuk melakukan fungsi utamanya, yaitu mengukur daya optik, power meter terlebih dahulu harus dikalibrasi dan diatur sesuai dengan panjang gelombang yang digunakan.

2.11.

Akuisisi Data (DAQ)

Akuisisi data (DAQ) adalah proses pengukuran fenomena elektrik atau fisik seperti tegangan, arus, temperatur, tekanan, atau suara dengan komputer. Sistem data akuisisi terdiri atas sensor, perangkat keras pengukuran DAQ, dan komputer dengan perangkat lunak yang sudah diprogram. Pengukuran

30 menggunakan sistem DAQ memiliki keunggulan yaitu lebih kuat, lebih efektif dan lebih efisien dibanding dengan pengukuran secara konvensional [23].

Gambar 2.19 Hubungan antara DAQ dengan sensor dan PC [23]

Seperti yang dijelaskan pada gambar di atas, komponen utama dalam akuisisi data ini ada tiga, yaitu:

1. Sensor: sensor atau bisa disebut sebagai tranduser adalah alat yang digunakan untuk mengukur atau mengkonversi fenomena fisik menjadi sinyal listrik yang terukur.

2. DAQ: merupakan perangkat keras yang bertindak sebagai interface antara komputer dan sinyal dari luar. Ia juga bisa berperan sebagai pengkonversi sinyal analog ke digital, pengkondisi sinya, ataupun sebagai penghubung komputer 3. Komputer: komputer yang dimaksud di sini adalah komputer

yang sebelumnya sudah terinstall perangkat lunak yang mampu berhubungan dengan DAQ. Komputer berperan sebagai pemroses, penampil hasil pengukuran, serta penyimpan hasil dari pengukuran.

31

2.12.

Optical Spectrum Analyzer

Optical Spectrum Analyzer (OSA) adalah perangkat presisi yang didesain untuk menghitung dan menampilkan distribusi daya dari sumber optik pada panjang gelombang tertentu. Sebuah OSA akan menampilkan daya optik pada skala vertikal dan dan panjang gelombag pada skala horizontal [24].

32

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1.

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian Analisis Perbandingan Rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda dan Rangkaian Fotokonduktif Ganda untuk Sistem Weight In Motion Berbasis Serat Optik dilakukan pada bulan Maret sampai dengan September 2014. Adapun tempat penelitian di Pusat Penelitian Fisika ( P2F ) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia ( LIPI ) Serpong Tanggerang.

3.2.

Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari : 1. Alat

a) Sebuah Data translation (DAQ) b) Sebuah Power Meter

c) Beberapa buah Serat Optik

d) Laser dioda 1310 nm beserta rangkaian APC dan power supplynya e) Laser dioda 1610 nm beserta rangkaian APC dan power supplynya f) Sebuah Coupler

g) Sebuah PC h) Sebuah Attenuator

33

2. Bahan

a) Sebuah rangkaian Fotokonduktif Ganda

b) Sebuah rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda c) Sebuah Batterai 8 volt

d) Program Weight In Motion Based Optical Fiber e) Microsoft excel 2007

f) Program Veusz versi 1.21

3.3.

Tahapan Penelitian

Dalam penelitian ini, terdapat beberapa tahapan yang dilakukan dari awal penelitian hingga akhir penelitian.

3.3.1. Perancangan Rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda

Pada tahap ini, penulis merancang sebuah rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda. Rangkaian Transimpedansi Amplifier yang digunakan kali ini merupakan rangkaian yang bekerja pada mode photovoltaic. Mode ini dipilih karena output sinyalnya lebih linear jika dibandingkan dengan mode fotokonduktif.

Rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda merupakan rangkaian yang sama dengan rangkaian Transimpedansi Amplifier pada umumnya, terdiri dari sebuah operasional amplifier, sebuah fotodioda, dan beberapa buah rangkaian filter RC. Hal yang membedakannya adalah hanya bentuknya saja yang dibuat menjadi ganda

34 Gambar 3.1 Rangkaian Transimpedansi Amplifier mode photovoltaic yang

35 Gambar 3.2 Rancangan rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda

Pada perancangan rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda ini, operasional amplifier yang digunakan adalah OPA 2356 dengan bandwidth 200 MHz [26]. Fotodioda yang digunakan adalah fotodioda FGA01FC dengan range baca panjang gelombang antara 800 – 1700 nm [22]. Rangkaian R1, C1, R2, dan C2 bertindak sebagai filter tegangan yang masing-masing

bernilai 11kΩ dan 105µ F, Cf1 dan Cf2 merupakan serangkaian kapasitor

dengan kapasitas total sebesar 0,2 pF yang bertindak sebagai pengontrol frekuensi respon, sedangkan Rf1 dan Rf2 merupakan resistor feedback yang

36 komponen Rf yang digunakan biasanya hanya berupa resistor biasa, namun

pada kesempatan kali ini, kami menggunakan potensiometer bourns 3296 dengan range resistansi 10 Ω hingga 2 MΩ [27] sebagai Rf agar penguatan

tegangan keluaran bisa diatur sesukanya.

Gambar 3.3 Diagram alir pembuatan rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda

Mulai

Studi Pustaka

Membuat rangkaian

Selesai Membuat rangkaian dalam bentuk ganda

37

3.3.2. Perancangan Rangkaian Fotokonduktif Ganda

Pada tahap ini, dibuat sebuah rangkaian Fotokonduktif Ganda.

Rangkaian Fotokonduktif ini sebenarnya sudah tercantum dan

direkomendasikan pada datasheet fotodioda FGA01FC seperti bisa dilihat pada gambar berikut:

Gambar 3.4 Rancangan rangkaian Fotokonduktif yang direkomendasikan [22]

Karena rangkaian yang ingin dibuat adalah rangkaian Fotokonduktif Ganda, maka tentu rangkaian di atas perlu dimodifikasi. Rancangan rangkaian Fotokonduktif Ganda adalah sebagai berikut:

38 Pada rangkaian di atas, Rload diganti menggunakan potensiometer bourns 3296 dengan range resistansi dari 10 Ω hingga 2 MΩ agar penguatannya bisa diatur, sedangkan untuk tegangan bias yang digunakan adalah bersumber dari baterai bertegangan 8 volt.

Gambar 3.6 Diagram alir pembuatan rangkaian Fotokonduktif Ganda

3.4.

Cara Kerja Penelitian

3.4.1

Persiapan

Sebelum melakukan pengujian, perlu dilakukan beberapa persiapan terlebih dahulu. Pengujian dimulai dengan mengatur kekuatan output daya optik pada rangkaian APC sinar laser. Pengaturan ini bertujuan untuk menentukan seberapa besar penguatan yang ingin dicapai. Untuk laser dengan panjang gelombang 1310 nm, output daya optik yang diatur ialah sebesar 0 dBm sedangkan pada laser dengan panjang gelombang 1610 nm,

Mulai

Studi Pustaka

Selesai Membuat rangkaian dalam bentuk ganda

39 output daya optik yang diatur adalah sebesar -4.33 dBm. Pengaturan outpu daya optik ini dilakukan dengan menyambungkan sinar laser pada power meter yang dihubungkan melalui serat optik, kemudian memutar salah satu potensiometer pada rangkaian sinar laser yang berfungsi untuk menurunkan daya optik laser.

Setelah pengaturan output daya optik sinar laser selesai, maka selanjutnya adalah menyambungkan serat optik pada sinar laser pada coupler dan pada fotodioda. Pada pengujian dengan menggunakan sinar laser dengan panjang gelombang 1310 nm, serat optik disambungkan pada alat attenuator

sebelum memasuki fotodioda, sedangkan pada pengujian dengan

menggunakan sinar laser dengan panjang gelombang 1610 nm, tidak disambungkan pada alat attenuator. Atenuasi yang diberikan adalah berupa lilitan pada serat optik (dengan menggunakan prinsip makrobending). Hal ini dilakukan karena fasilitas attenuator untuk panjang gelombang 1610 nm pada Pusat Penelitian Fisika LIPI kurang memadai. Hal yang perlu dilakukan selanjutnya adalah menghubungkan fotodioda pada rangkaian serta

menghubungkan rangkaian pada power supply. Untuk rangkaian

Transimpedansi Amplifier Ganda, sumber tegangan yang digunakan adalah power supply dengan tegangan. 5 volt sedangkan untuk rangkaian Fotokonduktif Ganda, sumber tegangan yang dipakai adalah baterai 8 volt. Hal yang perlu dilakukan selanjutnya adalah menghubungkan kabel tegangan keluaran pada DAQ yang kemudian mengkoneksikan DAQ pada PC.

40 Setelah menyalakan semua peralatan, langkah selanjutnya adalah mengatur penguatan rangkaian untuk serat optik sensor hingga mencapai tegangan keluaran maksimalnya, sedangkan untuk penguatan rangkaian untuk serat optik refrensi, hasil tegangan keluarannya tidak perlu diatur sedemikian rupa karena tidak terlalu berpengaruh pada hasil pengukuran nantinya. Untuk rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda, penguatan tegangan keluaran maksimalnya adalah sekitar 4 volt, sedangkan untuk rangkaian fotokonduktif, penguatan tegangan keluaran maksimalnya adalah sekitar 8 volt. Ketika semua persiapan seperti yang dijelaskan di atas sudah selesai, barulah pengujian bisa dimulai.

3.4.2

Pengujian Spektrum Sinar Laser

Pengujian yang pertama kali dilakukan adalah dengan menguji spektrum sinar laser yang digunakan. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui nilai panjang gelombang yang sebenarnya dari sinar laser yang akan digunakan serta mengetahui nilai daya optiknya. Pengujian ini dilakukan dengan menyambungkan rangkaian sinar laser pada Optical Spectrum Analyzer (OSA). Berikut adalah skema pengujiannya.

41 3.4.3

Pengujian Atenuasi

Pengujian yang kedua adalah pengujian atenuasi. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapa nilai atenuasi yang mampu dibaca oleh rangkaian pengkondisi sinyal. Cara kerja dari pengujian ini bermula dengan melakukan persiapan seperti yang sudah dijelaskan di atas. Untuk pengujian ini, data diambil berdasarkan variabel output tegangan rangkaian, yaitu mulai dari tegangan output maksimal (pada rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda adalah sekitar 4 volt dan pada rangkaian Fotokonduktif Ganda adalah sekitar 8 volt) hingga mencapai tegangan 0,5 volt pada rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda dan 1 volt pada rangkaian Fotokonduktif Ganda dengan penurunan setiap 0,5 volt. Setelah persiapan selesai, barulah serat optik diberikan atenuasi. Pada pengambilan data awal yang menghasilkan tegangan output maksimal, atenuasi yang diberikan adalah 0 dB. Untuk mengamati kestabilannya, nilai tegangan diamati selama 30 detik melalui program Weight In Motion Based Optical Fiber. Program tersebut terkoneksi dengan sebuah file spreadsheet pada Microsoft Excel, sehingga apabila pengamatan sudah selesai, nilainya akan tersimpan pada spreadsheet dan file tersebut harus dicopykan terlebih dahulu pada folder lain agar tidak tertiban apabila ingin melakukan pengambilan data yang baru. Kemudian pengamatan dilanjutkan dengan mengukur daya optik sinar laser baik untuk serat optik yang bertindak sebabgai sensor maupun untuk serat optik yang

42 bertindak sebagai refrensi dengan menghubungkannya pada power meter. Pengukuran daya optik laser pada serat optik refrensi cukup dilakukan sekali saja. Hal ini dirasa sudah cukup mewakili karena pada serat optik refrensi tidak diberi atenuasi, sehingga meskipun terdapat perubahan, tidaklah terlalu signifikan. Untuk level keluaran tegangan selanjutnya, atenuasi terus diberikan hingga mencapai hasil tegangan keluaran yang diinginkan. Kemudian dilakukan langkah-langkah yang sama seperti yang sudah dijelaskan di atas. Pada pengujian daya optik ini, dilakukan beberapa kombinasi antara serat optik, fotodioda, dan rangkaian pengkondisi sinyal. Berikut tabel kombinasinya:

No Sensor Refrensi

1 PS1 PS2

2 PS2 PS1

Tabel 3.1 Tabel Kombinasi Pengujian

Keterangan: PS1 = Rangkaian Pengkondisi Sinyal 1

43 Berikut adalah skema pengujian yang dilakukan:

Gambar 3.8 Skema pengujian atenuasi

3.4.4

Pengujian Stabilitas

Pengujian yang ketiga adalah dengan melakukan pengujian stabilitas. Pengujian ini bertujuan untuk melihat kestabilan sinar laser yang terbaca pada masing-masing pengkondisi sinyal. Selain itu, data dari pengujian ini pun bisa digunakan sebagai data untuk menentukan nilai noise dari masing-masing rangkaian. Cara kerja dari pengujian ini adalah dengan membiarkan sistem bekerja salama 14 jam guna melihat kestabilan tegangan outputnya. Hanya saja pada pengujian ini tidak digunakan attenuator pada serat optik sensor dan tidak dilakukan pengukuran pada daya optik laser. Hal yang perlu diperhatikan dalam pengujian ini adalah pencuplikan datanya. Dalam setiap menit, pencuplikan data diambil selama 1 detik, yaitu antara detik ke-10 hingga detik ke-11 dengan sampling rate 1000 data per detik. Berikut skema pengujiannya

44 Gambar 3.9 Skema pengujian stabilitas

45 Untuk lebih jelasnya, semua tahapan penelitian akan dijelaskan pada diagram alir sebagai berikut:

Gambar 3.10 Diagram Alir Penelitian Mulai

Pembuatan rangkaian Fotokonduktif ganda

Analisis Spektrum Sinar

Laser

Kesimpulan Selesai

Pengujian Atenuasi Pengujian Spektrum Pengujian kestabilan Sinar Laser Studi Pustaka Pembuatan rangkaian TIA ganda Pengujian Persiapan Pengujian Analisis Jangkauan Atenuasi Analisis Kestabilan & Noise

46

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian Spektrum Sinar Laser

Berdasarkan pada pengujian sinar laser menggunakan Optical Spectrum Analyzer, didapati hasil sebagai berikut.

47 Gambar 4.2 Hasil analisis spektrum untuk laser 1610 nm

Berdasarkan dari hasil analisis OSA tersebut, diketahui bahwa nilai panjang gelombang yang sebenarnya dari sinar laser yang digunakan adalah 1304,304 nm dan 1605,462 nm dengan daya optik masing-masing 1 dBm dan -7,7 dBm

4.2 Hasil Pengujian Atenuasi

Sebagai bahan pengukuran pertama, akan dilihat hubungan antara tegangan output dengan daya optik dari sinar laser. Tegangan output divariasikan dari mulai tegangan tertinggi rangkaian hingga tegangan terendah yang diinginkan dengan penurunan setiap 0,5 volt. Pada pengujian ini divariasikan juga panjang gelombang sinar laser yang digunakan, yaitu sinar laser dengan panjang gelombang 1310 nm dan sinar laser dengan panjang

48 gelombang 1610 nm. Selain variasi di atas, dilakukan juga variasi antara rangkaian pengkondisi sinyal 1 dengan rangkaian pengkondisi sinyal 2.

Data tegangan diambil oleh rangkaian pengkondisi sinyal yang kemudian terbaca pada program di PC, sementara data daya optik laser diambil oleh power meter. Data daya optik diambil setelah data tegangan diamati kestabilannya selama 30 detik pada program Weight In Motion Based Optikal Fiber. Berikut hasil yang didapat dari pengujian rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda:

Sinar Laser dengan panjang gelombang 1310 nm

(a) (b)

Gambar 4.3 Grafik hasil pengukuran daya optik laser. (a) Transimpedansi Amplifier 1 sebagai sensor dan Transimpedansi Amplifier 2 sebagai refrensi.

(b) Transimpedansi Amplifier 1 sebagai refrensi dan Transimpedansi Amplifier 2 sebagai sensor

49 Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa nilai daya optik pada serat optik sensor ketika tegangan tertinggi adalah sekitar -15 dBm, sedangkan nilai daya optik pada tegangan terrendahnya adalah sekitar -23 dBm. Dengan demikian, nilai atenuasi yang bisa diukur dengan menggunakan rangkaian transimpedansi amplifier ganda pada laser 1310 nm adalah sekitar -15 – (-23) = 8 dB. Sedangkan untuk nilai daya optik pada serat optik refrensi adalah berada sekitar -11 dBm

Sinar Laser dengan panjag gelombang 1610 nm

(a) (b)

Gambar 4.4 Grafik hasil pengukuran daya optik laser. (a) Transimpedansi Amplifier 1 sebagai sensor dan Transimpedansi Amplifier 2 sebagai refrensi.

(b) Transimpedansi Amplifier 1 sebagai refrensi dan Transimpedansi Amplifier 2 sebagai sensor [3]

50 Dari grafik di atas terdapat perbedaan dengan percobaan sebelumnya. Pada serat optik sensor ketika mendapat tegangan tertinggi, terukur daya optik sebesar sekitar -11 dBm, sedangkan untuk tegangan terrendahnya, nilai daya optik yang terukur adalah sekitar -22 dBm. Dengan demikian nilai atenuasi yang bisa diukur adalah sekitar -11 – (-22) = 11 dB. Sementara untuk nilai daya optik pada serat optik refrensi adalah sekitar -22.5 dBm. [3]

Berikut hasil yang didapat dari pengujian rangkaian Fotokonduktif Ganda:

Sinar Laser dengan panjang gelombang 1310 nm:

(a) (b)

Gambar 4.5 Grafik hasil pengukuran daya optik laser. (a) Fotokonduktif 1 sebagai sensor dan Fotokonduktif 2 sebagai refrensi. (b) Fotokonduktif 1

51 Pada grafik di atas dapat kita lihat nilai tegangan yang diambil adalah dari mulai 8 volt hingga 1 volt. Pada tegangan 8 volt, nilai daya optik untuk serat optik sensor yang terukur adalah sekitar -12.6 dBm, sedangkan pada keadaan tegangan keluaran 1 volt, nilai daya optik pada serat optik sensor yang terukur adalah sekitar -22.5 dBm. Dari sini dapat dianalisa bahwa dari nilai tegangan output tertinggi hingga nilai tegangan 1 volt, nilai atenuasi yang bisa diukur dengan menggunakan rangkaian ini adalah sekitar -12.6 – (-22.5) = 9.9 dB. Sedangkan untuk serat optik refrensi, nilai daya optik cenderung stabil pada nilai -12.5 dBm.

Sinar Laser dengan panjang gelombang 1610 nm.

(a) (b)

Gambar 4.6 Grafik hasil pengukuran daya optik laser. (a) Fotokonduktif 1 sebagai sensor dan Fotokonduktif 2 sebagai refrensi. (b) Fotokonduktif 1

52 Berbeda dengan hasil sebelumnya, ketika menggunakan laser dengan panjang gelombang 1610 nm, ternyata nilai daya optik pada serat optik sensor saat tegangan tertinggi yaitu sekitar -10.5 dBm, sedangkana untuk nilai daya optik terrendahnya masih tetap sekitar -22.5 dBm. Sehingga nilai atenuasi yang bisa diukur dengan menggunakan rangkaian pada panjang gelombang tersebut adalah sekitar: -10.5 – (-22.5) = 12 dB. Sementara untuk serat optik refrensi, nilai daya optik yang terukur mengalami perbedaan.

Dari pengujian atenuasi di atas, maka didapat nilai jangkauan atenuasi untuk setiap rangkaian dan panjang sinar laser yang digunakan. Untuk rangkaian Fotokonduktif Ganda, jangkauan atenuasi pada saat menggunakan laser 1310 dan laser 1610 tidaklah jauh berbeda, namun pada penggunaan sinar laser 1610. Sementara untuk rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda, terdapat perbedaan nilai jangkauan atenuasi pada laser 1310 dan laser 1610. Berikut tabel yang menyajikan jangkauan atenuasi dari masing-masing rangkaian dengan laser yang berbeda:

53 4.3 Hasil Pengujian Kestabilan

Selanjutnya untuk pegujian kestabilan, data yang diambil adalah data tegangan keluar dari tiap rangkaian serta dengan memvariasikan panjang gelombang sinar laser yang digunakan pula. Pada pengujian ini, rangkaian dibiarkan menyala selama 14 jam dan attenuator tidak dipergunakan.

Berikut hasil yang diperoleh dari pengujian kestabilan rangkaian Transimpedansi Ganda:

(a) (b)

Gambar 4.7 Grafik kestabilan rangkaian Transimpedansi Ganda (a) pada laser 1310 nm (b) pada laser 1610 nm

54 Pada grafik di atas dapat dilihat pula bahwa kestabilan rangkaian yang baik yaitu ketika menggunakan sinar laser dengan panjang gelombang 1610 nm. Namun terjadi penurunan tegangan pula sekitar 0,2 volt.

Berikut hasil yang diperoleh dari pengujian kestabilan rangkaian Fotokonduktif Ganda:

(a) (b)

Gambar 4.8 Grafik kestabilan rangkaian Fotokonduktif Ganda (a) pada laser 1310 nm (b) pada laser 1610 nm

Pada grafik di atas dapat terlihat jelas bahwa hasil kestabilan rangkaian terlihat lebih bagus ketika menggunakan sinar laser dengan panjang gelombang 1610 nm. Namun sayangnnya, masih terdapat penurunan tegangan sebesar 0,25 volt. Ada beberapa hal yang bisa menyebabkan kestabilan tegangnan output terganggu. Bisa karena laser itu sendiri ataupun dari rangkaian pengkondisi sinyalnya. Pada rangkaian fotokonduktif dengan menggunkan laser dengan panjang gelombang 1610 nm, penurunan tegangan

55 output diduga terjadi karena melemahnya batterai yang digunakan mengingat bahwa pengujian kestabilan dilakukan dengan menjalankan sistem pada waktu yang lama. Untuk ke depannya, mungkin tegangan bias untuk rangkaian Fotokonduktif Ganda bisa digunakan sumber tegangnan yang berasal dari listrik arus AC.

4.4 Hasil Perhitungan Noise

Perhitungan noise dilakukan dengan menggunakan data kestabilan rangkaian. Perhitungan didapatkan dengan :

EFGHI = JIKLMKLM NLOHGNLP – JIKLMKLM NGMGNLP (10)

Berikut adalah tabel yang perhitungan noise berdasar pada data kestabilan rangkaian.

Noise Keseluruhan

Tabel 4.2 Hasil perhitungan noise keseluruhan pada kedua rangkaian Pada tabel di atas merupakan hasil perhitungan noise secara keseluruhan selama 14 jam. Dapat dilihat bahwa nilai noise rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda pada sinar laser 1610 nm lebih kecil dibandingkan dengan rangkaian Fotokonduktif Ganda dengan 1610 nm. Namun dalam perhitungan tersebut terdapat sedikit kesalahan jika kita

56 membandingkan kedua grafiknya. Maka perlu dilakukan perhitungan noise sesaat.

Noise Sesaat

Berikut penampakan noise pada kedua grafik di atas:

(a) (b)

Gambar 4.9 Grafik kestabilan rangkaian pada sinar laser 1610 nm (a) pada rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda (b) pada rangkaian Fotokonduktif

Ganda

Dari gambar grafik di atas, dapat dilihat bahwa garis grafik pada rangkaian Fotokonduktif Ganda lebih tipis jika dibandingkan dengan garis grafik pada rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda. Ini menandakan seharusnya rangkaian Fotokonduktif Ganda memiliki noise yang lebih kecil jika dibandingkan dengan rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda. Berdasar pada kesalahan perhitungan di atas. Maka peneliti mencoba

57 menghitung noise sesaatnya. Dalam perhitungan ini, jumlah data yang digunakan untuk perhitungan noise hanya sebanyak 1000 data (data selama 1 detik), kemudian dihitung kembali dengan mengurangkain nilai tegangan maksimal dengan nilai tegangan minimalnya.

Berikut hasil perhitungan noise sesaat.

Tabel 4.3 Hasil perhitungan noise sesaat pada kedua rangkaian saat menggunakan laser 1610 nm.

Pada tabel di atas, dapat dilihat bahwa nilai noise pada Rangkaian Fotokonduktif Ganda ketika menggunakan laser dengan panjang gelombang 1610 nm sudah sesuai dengan gambar pada grafik di atas, yaitu memiliki noise yang lebih kecil daripada rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda.

58

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda dan rangkaian Fotokonduktif Ganda. Kedua rangkaian menunjukkan tegangan keluaran dan jangkauan atenuasi masih dalam rentang yang disyaratkan oleh sensor serat optik.

2. Rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda dan rangkaian Fotokonduktif Ganda ternyata memiliki hasil tegangan keluaran yang baik pada sinar laser dengan panjang gelombang 1610 nm dibanding dengan sinar laser dengan panjang gelombang 1310 nm.

3. Rangkaian Fotokonduktif Ganda lebih baik daripada rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda sebagai pengkondisi sinyal untuk sistem Weight In Motion. Rangkaian Fotokonduktif Ganda memiliki jangakauan atenuasi 12 dB, noise 0,003 volt dan kestabilan dengan penurunan tegangan sekitar 0,23 volt, sedangkan rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda memiliki jangkauan atenuasi 11 dB, noise 0,05 volt dan kestabilan dengan penurunan tegangan sekitar 0,07 volt.

59 5.2. Saran

Untuk sistem Weight In Motion berbasis serat optik terdapat beberapa saran yang perlu dikemukakan yaitu

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut lagi agar jangkauan atenuasinya bisa lebih besar.

2. Perlu digunakan coupler dan konektor yang lebih baik lagi, sehingga meskipun ada sedikit pergeseran pada serat optik, nilai yang terbaca tidak banyak berubah.

3. Sinar laser perlu dibuat stabil sedikit lagi agar sinar yang dipancarkan tidak terjadi penurunan nilai yang bisa mengakibatkan kesalahan pengukuran.

4. Jika ingin menggunakan rangkaian transimpedansi amplifier ganda, sebaiknya ditambahkan filter tambahan untuk mengurangi noisenya. 5. Pada rangkaian Fotokonduktif, sebaiknya digunakan power supply sebagai

sumber tegangan dan ditambahkan rangkaian stabilizer agar hasil yang diperoleh dapat terbaca dengan stabil.

xviii

Daftar Pustaka

[1] Iskandar. Hikmat, “Jurnal Perencanaan Volume Lalu Lintas Untuk Perencanaan Geometri Dan Perkerasan Jalan” pp. 17, 2008.

[2] Pardosi, Rinto, "Studi Pengaruh Beban Belebih (Overload) Terhadap Pengurangan Umur Rencana Perkerasan Jalan," 2010, Universitas Sumatera Utara, Skripsi.

[3] Hanto. Dwi, N. T. Zamari, A. Setiono, T. B. Waluyo, B. Widyatmoko, "Perancangan Penguat Transimpedansi Ganda Pada Sensor Weight in Motion Berbasis Serat Optik" in Prosiding Seminar Nasional Fisika, Jakarta, 7 Juni 2014, pp. 1-4.

[4] Kindi. Cindy Al, "Sensor Beban Berbasis Serat Optik Dengan Prinsip Mikrobending" 2014, Universitas Sumatera Utara, Skripsi.

[5] https://fisikanyaman2.wordpress.com/2011/02/01/hukum-i-dan-ii-snellius/, “Hukum 1 dan 2 Snellius”. Diakses pada tanggal 1 september 2014.

[6] http://anginbiru.weebly.com/tulisan-angin-biru/fiber-optik-1, “Hukum 1 dan 2 Snellius”. Diakses pada tanggal 3 september 2014.

[7] http://www.yohanessurya.com/activities.php?pid=20205&id=202, "Di Balik Rahasia Laser". Diakses pada tanggal 3 Juli 2014.

[8] http://eprints.uny.ac.id/8364/3/bab%202%20-08306144019.pdf. Diakses pada tanggal 1 September 2014.

[9] http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/22686/3/Chapter%20II.pdf. "Sistem Transmisi Serat Optik". Diakses pada tanggal 2 September 2014.

[10] http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode, "Laser Diode" Diakses pada tanggal 4 September 2014.

[11] http://www.youtube.com/watch?v=Dk_CbGJI41U, "Laser Diodes - How It Works" Diakses pada tanggal 4 September 2014.

[12] http://www.invocom.et.put.poznan.pl/~invocom/C/P1-9/swiatlowody_en/p1-1_2_2.htm, “Fiber Loss Mechanisms”. Diakses pada tanggal 3 september 2014. [13] http://www.tpub.com/neets/tm/108-11.htm, "Fiber Optic Couplers". Diakses

pada tanggal 7 September 2014.

[14] http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_attenuator, "Optical Attenuator". Diakses pada tanggal 13 September 2014.

xix [15]

http://www.oemarket.com/catalog/product_info.php/fixed-optical-attenuators-single-mode-multimode-p-53, “Fixed Optical Attenuator - Single Mode or Multimode”. Diakses pada tanggal 13 september 2014.

[16]

http://www.custom-cal.com/TypeInfo.aspx?kn=178&srv=Optical_Attenuator_Calibration_Repair, Diakses pada tanggal 13 september 2014.

[17] Handini. Wulandari, "Performa Sel Surya Tersensitasi Zat Pewarna (DSSC) Berbasis ZnO Dengan Variasi Tingkat Pengisian Dan Besar Kristalit TiO2" 2008,

Universitas Indonesia, Skripsi.

[18] http://www.nrel.gov/docs/legosti/old/16319.pdf "Photovoltaic Fundamentals". Diakses pada tanggal 14 September 2014.

[19]

http://www.phy.ntnu.edu.tw/apho2001/problems/Indonesia/soal_eksperimen.doc. "Soal Olimpiade Fisika Asia Kedua, Teipei, Taiwan, 2001". Diakses pada tanggal 14 September 2014.

[20] http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00692b.pdf. "Using a Digital Potentiometer to Optimize a Precision Single-Supply Photo Detection Circuit". Diakses pada tanggal 9 November 2014.

[21] http://www.ti.com/lit/an/sboa035/sboa035.pdf. "Photodiode Monitoring With Op Amps". Diakses pada tanggal 16 September 2014.

[22] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa356.pdf, “Fga01fc". Diakses pada tanggal 30 Desember 2014.

[23] http://www.ni.com/data-acquisition/what-is/ “What Is Data Acquition?” Diakses pada tanggal 22 September 2014.

[24] http://tmi.yokogawa.com/products/optical-measuring-instruments/optical-spectrum-analyzer/ , “Optical Spectrum Analyzer” Diakses pada tanggal 21 Oktober 2014.

[25] http://tmi.yokogawa.com/discontinued-products/optical-measuring-instruments/optical-spectrum-analyzer/aq6370b-optical-spectrum-analyzer/, Diakses pada tanggal 21 Oktober 2014.

[26] http://www.ti.com/lit/gpn/opa356, “200 MHz, CMOS Operational Amplifier ” Diakses pada tanggal 30 Desember 2014.

[27] http://www.bourns.com/pdfs/3296.pdf, Diakses pada tanggal 30 Desember 2014.

Hasil Uji Atenuasi Rangkaian Transimpedansi Amplifier Ganda

Dengan Laser Panjang Gelombang 1310 nm Dengan Laser Panjang Gelombang 1310 nm

PS1 (sensor) PS2 (refrensi) PS2 (sensor) PS1 (refrensi)

P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt)

-13,7 4,04 -11,28 4,03 -14,12 4,03 -11,01 4,03

-14,5 3,56 -11,28 3,85 -14,85 3,47 -11,01 4,04

-15,02 2,97 -11,28 3,83 -15,49 2,98 -11,01 4,04

-15,79 2,52 -11,28 3,81 -16,42 2,47 -11,01 4,05

-16,85 1,98 -11,28 3,88 -17,25 2,01 -11,01 4,06

-18,01 1,5 -11,28 3,95 -18,33 1,55 -11,01 4,06

-19,81 1,02 -11,28 4 -20,21 1,01 -11,01 4,07

-22,92 0,5 -11,28 4,01 -23,17 0,51 -11,01 4,07

Dengan Laser Panjang Gelombang 1610 nm Dengan Laser Panjang Gelombang 1610 nm

PS1 (sensor) PS2 (refrensi) PS1 (sensor) PS2 (refrensi)

P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt)

-10,44 4,06 -22,47 3,16 -11,41 3,92 -22,47 0,48

-11,58 3,58 -22,47 3,11 -12,03 3,49 -22,47 0,45

-12,16 3,01 -22,47 3,06 -13,06 2,99 -22,47 0,44

-13,07 2,51 -22,47 3,01 -14,03 2,58 -22,47 0,42

-14,41 1,99 -22,47 2,99 -15,07 2,09 -22,47 0,4

-15,1 1,55 -22,47 2,91 -16,58 2,53 -22,47 0,4

-17,81 1,01 -22,47 2,85 -17,81 1,01 -22,47 0,38

Hasil Uji Atenuasi Rangkaian Fotokonduktif Ganda

Dengan Laser Panjang Gelombang 1310 nm Dengan Laser Panjang Gelombang 1310 nm

PS1 (sensor) PS2 (refrensi) PS2 (sensor) PS1 (refrensi)

P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt)

-12,97 8,07 -11,8 8,1 -13,4 8,1 -12,49 8,1

-13,22 7,59 -11,8 7,85 -13,92 7,52 -12,49 8,11

-13,65 7,09 -11,8 7,8 -14,22 7,02 -12,49 7,96

-13,96 6,56 -11,8 7,9 -14,5 6,52 -12,49 7,87

-14,3 5,99 -11,8 7,88 -14,85 6,03 -12,49 7,8

-14,61 5,5 -11,8 7,44 -15,23 5,54 -12,49 7,78

-15,05 5 -11,8 7,38 -15,66 5 -12,49 7,75

-15,29 4,53 -11,8 7,3 -16,15 4,51 -12,49 7,67

-15,67 4,06 -11,8 7,33 -16,57 4,04 -12,49 7,56

-16,54 3,5 -11,8 7,27 -17,2 3,47 -12,49 7,54

-17,23 3,05 -11,8 7,3 -17,86 2,97 -12,49 7,56

-18,1 2,5 -11,8 7,25 -18,65 2,49 -12,49 7,53

-19,07 2 -11,8 7,29 -19,57 2 -12,49 7,58

-20,33 1,54 -11,8 7,3 -20,92 1,5 -12,49 7,54

-22,07 1,02 -11,8 7,42 -22,69 1 -12,49 7,51

Dengan Laser Panjang Gelombang 1610 nm Dengan Laser Panjang Gelombang 1610 nm

PS1 (sensor) PS2 (refrensi) PS2 (sensor) PS1 (refrensi)

P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt) P (dBm) V (volt)

-10,75 8,01 -20,44 5,74 -10,54 8,2 -22,7 3,52

-11,06 7,47 -20,44 3,75 -11,01 7,47 -22,7 3,42

-11,6 7,4 -20,44 3,61 -11,24 7,22 -22,7 3,37

-12,34 6,25 -20,44 3,6 -11,77 6,73 -22,7 3,33

-12,9 5,78 -20,44 3,58 -12,53 5,98 -22,7 3,25

-13,04 5,6 -20,44 3,55 -13,13 5,48 -22,7 3,23

-14,07 5,21 -20,44 3,53 -13,32 5,21 -22,7 3,19

-14,38 4,47 -20,44 3,51 -13,65 4,51 -22,7 3,11

-15,4 4,09 -20,44 3,4 -15,48 4,03 -22,7 3,03

-15,9 3,42 -20,44 3,21 -15,87 3,31 -22,7 2,78

-17,41 3,14 -20,44 3,19 -16,16 2,95 -22,7 2,64

-18,24 2,53 -20,44 3,15 -16,9 2,38 -22,7 2,62

-19,94 1,95 -20,44 3,05 -18,3 2,01 -22,7 2,6

-21,14 1,51 -20,44 3,03 -20,05 1,56 -22,7 2,51

Hasil Uji Kestabilan Rangkaian TIA Ganda Dengan Laser Panjang Gelombang 1310 nm

Sensor (Volt) Refrensi (Volt) 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,466797 3,470154 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,467712 3,470764 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,468933 3,47168 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,469543 3,471985 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,470764 3,4729 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,471069 3,4729 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,47168 3,474121 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,47229 3,474731 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,472595 3,475952 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,47229 3,475952 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,47229 3,476257 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,4729 3,477478 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,473511 3,478088 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,47229 3,477783 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,472595 3,478394 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,47229 3,477783 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,470764 3,477173 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,469238 3,476257 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,468628 3,475647 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,467407 3,474731 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,466797 3,474121 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,466187 3,473816 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,466797 3,473206 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,468018 3,473816 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,468018 3,473511 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,468323 3,473816 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,468323 3,473816 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,469849 3,475037 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,469238 3,475037 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,469543 3,475952 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,469849 3,476562 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,470764 3,477478 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,471985 3,478394 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,47168 3,478088 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,471985 3,478088 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,4729 3,479309 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,473206 3,479309 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,471985 3,479309 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,470764 3,479309 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

3,470764 3,479614 3,464966 3,477478 3,464966 3,477478

Hasil Uji Kestabilan Rangkaian TIA Ganda Dengan Laser Panjang Gelombang 1610 nm

Sensor (Volt) Refrensi (Volt) 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,464661 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,46405 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,467407 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,470764 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,474426 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,479004 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,482971 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,486633 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,490295 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,494873 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,49762 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,499756 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,500061 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,500061 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,49762 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,492126 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,485718 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,479919 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,474426 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,468628 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,464661 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,464355 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,467712 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,471375 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,475037 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,479004 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,483582 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,487244 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,491211 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,495789 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,499451 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,501587 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,502197 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,501587 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,49884 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,492432 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,486633 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,480225 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,475342 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023

3,466492 3,469543 3,466492 3,486023 3,466492 3,486023