LANDASAN TEORI Prosiding.Seminar.Radar.Nasional.2009

Teknik Pengukuran Pola Radiasi Transduser Dwi-Fungsi Akustik Bawah Air Syamsu Ismail Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi LIPI, Jl. Cisitu 21154D Bandung 40135 E-mail: ismailppet.lipi.go.id ABSTRAK Transduser akustik bawah air, atau TABA, dwi-fungsi ialah transduser yang dapat berfungsi sebagai hidrofon dan juga projector, transduser ini terletak di ujung depan dari system komunikasi bawah air, disingkat SKoBA. Istilah unit transduser mempunyai arti dua atau lebih keping transduser yang disusun sedemikian rupa untuk mendapatkan pola radiasi tertentu. Pola radiasi, atau kadang-kadang disebut pola berkas, dari unit transduser mempunyai peran penting dalam SKoBA, sepert untuk aplikasi SONAR, karena faktor ini berkaitan langsung dengan faktor penguatan dari unit itu sendiri. Pengukuran pola radiasi TABA mirip dengan pengukuran pola radiasi pada suatu antena radio. Di dalam tulisan ini akan didiskusikan teknik pengukuran pola radiasi akustik bawah air. Pengukuran ini harus dalam kondisi tertentu, seperti luas area dan kedalaman memadai, syarat medan jauh untuk jenis dan frekuensi operasi transduser terpenuhi, bebas obstakel di sekitar area pengukuran dan bebas dari arus bawah, dan lain-lain. Pengukuran pola radiasi untuk projektor dan hidrofon dilakukan sama, yaitu memperlakukan transduser sebagai hidrofon atau projektor. Untuk transduser dwi-fungsi, maka teknik pengukuran dapat dilakukan lebih sederhana yaitu dengan memperlakukan transduser yang dikarakterisasi sebagai hidrofon. Sebagai sumber akustik digunakan transduser, sebagai projektor, dengan posisi, arah radiasi, dan level daya sinyal dibuat tetap. Sedangkan, untuk transduser yang sedang dikarakterisasi ditempatkan pada posisi dengan jarak lebih jauh dari daerah medan jauh. Secara fisik, transduser harus dapat diputar bertahap hingga satu putaran penuh, atau 360 °, dan transduser berada di pusat lingkaran. Setiap pergeseran arah dengan sudut yang telah ditetapkan, sebuah penerima yang dihubungkan dengan hidrofon, akan menerima kuat sinyal pada arah tersebut. Pencatatan kuat sinyal pada setiap arah dilakukan berulang kali, karena sering terjadi fluktuasi level akustik karena pergerakan air. Dengan mencatat setiap kuat sinyal pada masing-masing arah, kemudian mengkalkulasi, tabulasi, dan mengintegrasikan, maka pola radiasi dari transduser tersebut dapat digambarkan. Kata kunci : Pengukuran, Pola Radiasi, Transduser, Projektor, hidrofon, Medan Jauh. 1. PENDAHULUAN Transduser untuk bawah air piezoelektrik atau magnetostriktif yang beredar di pasaran elektronik, sering tidak dilengkapi dengan lembar data teknis. Hal tersebut menyulitkan untuk mengoptimalkan kinerja transduser. Oleh karena itu, karakterisasi dari sebuah elemen transduser merupakan keharusan [2] yang tidak dapat ditawar-tawar. Data tentang radiation pattern penting untuk aplikasi yang sifatnya terarah, seperti SONAR, underwater guiding system, dan sebagainya. Pengukuran pola radiasi diperlukan pada pengembangan atau pembuatan transduser susun fasa untuk mendapatkan direktifitas besar. Pengukuran pola radiasi transduser untuk bawah air membutuhkan tempat yang cukup luas, karena pola radiasi diukur pada tempat berjarak beberapa kali lebih panjang dari ukuran dimensi terpanjang dari transduser yang diukur. Pada jarak yang relatif lebih dekat kepada transduser, kurang lebih daerah pada mana lebar dari berkas nominal yang ditentukan dari sudut berkas medan jauh lebih kecil dari pada panjang transduser akan diperoleh hasil yang lebih komplex [5] . walau syarat batas medan jauh sudah terpenuhi, akan tetapi benda-benda diluar batas yang berpotensi sebagai reflektor harus tetap diperhitungkan, karena dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Untuk memperoleh luas area memadai, pengukuran dapat dilakukan di kolam luas, atau danau. Pengukuran akan dimulai dengan pemilihan lokasi memadai, kemudian memeriksa ombak dan arus bawah, kedalaman, dan situasi sekitarnya. Obstakel diusahakan sekecil mungkin, pemeriksaan, dapat dilakukan dengan sonar.

2. LANDASAN TEORI

Responsifitas pada transduser-transduser tersusun, selanjutnya disebut T-susunan atau unit transduser, akan berubah terhadap arah relatif muka susunan. Faktor pengarahan, direktifitas, sangat penting dalam aplikasinya dalam menentukan sudut datang suatu objek. Untuk hidrofon, faktor ini dapat menghindari penerimaan sinyal akustik dari arah lain. Di sisi projektor, faktor ini mengoptimalkan sinyal akustik hanya pada tempat yang dituju [6] . 30 Respons yang bervariasi terhadap arah ini menentukan pola radiasi transduser susunan. Pada pengiriman dapat dibayangkan getaran akustik terkurung di dalam beam, atau berkas. Dengan analogi, penerimaan juga memiliki berkas yang merupakan sudut padat dalam mana responsnya efektif. Sifat dari keterkurungan, untuk pengiriman atau juga penerimaan, pada sudut terbatas disebut direktifitas. Pengukuran pola radiasi pada transduser bawah air dilakukan terhadap sumber akustik dengan frekuensi dan daya konstan. Sumber getaran akustik ditempatkan pada jarak lebih besar dari daerah medan jauh. Ada dua mode sinyal sebagai pencatu daya ultrasonik untuk projektor, yaitu mode kontinyu dan mode intermiten. Mode intermiten berguna untuk menghindari titik jenuh projektor. T- susunan yang sedang diukur dioperlakukan sebagai hidrofon. Gambar 1 menunjukkan setup pengukuran pola radiasi transduser bawah air. Dari gambar 1, dapat dijelaskan bahwa getaran akustik bawah air yang dipancarkan dari titik P oleh projektor diterima pada titik H oleh T-susunan, sebagai hidrofon, yang sedang diukur dengan jarak D Far Field. Gambar 1 : Setup pengukuran pola radiasi transduser bawah air [1] . Sumber daya untuk projektor diatur pada frekuensi kerja T-susunan, dengan frekuensi tunggal. Di sisi lokasi pengukuran, sinyal elektrik keluaran dari T-susunan berdaya kecil dan bercampur dengan noise akustik dari sekitar tempat pengukuran. Oleh karena itu, dibutuhkan rangkaian pembatas frekuensi dan penguat daya sinyal setelah rangkaian keluaran preamplifier T-susunan. Lebar pita frekuensi filter input penguat hidrofon dibuat sempit, dalam orde beberapa ratus Hertz, untuk menghindari getaran sekitar frekuensi kerja yang mungkin ada di sekitar lokasi pengukuran. Tegangan keluaran V T adalah kuat daya akustik yang telah dikonversikan oleh T- susunan dan diperkuat oleh rangkaian preamplifier. Sedangkan Ø merupakan sinyal informasi sudut bearing atau pointing dari muka T-susunan. Sinyal Ø diperoleh dari sensor magnetik yang dipasang pada piringan yang berputar bersama dengan T- susunan. Posisi magnetik sensor sejajar dengan garis normal muka T-susunan. Putaran dari unit Transduser digerakan oleh motor M, sedang informasi sudut dideteksi oleh sensor M S , dan kuat medan dideteksi oleh TUT. Gambar 2 menunjukkan diagram blok motor untuk gerak putar, penguat sinyal kuat medan dan informasi sudut. Gambar 2 : Diagram blok penguat sinyal kuat medan dan informasi sudut [3] .

3. PENGUKURAN POLA RADIASI