HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1.1. Pengaruh Pergeseran Terhadap Tegangan

Setelah dilakukan daerah kerja sensor selanjutnya dilakukan pengambilan data perbandingan antara konsentrasi larutan dan tegangan. Larutan yang digunakan pada penelitian ini adalah larutan garam dan larutan gula. Pada larutan yang berbeda konsentrasi baik larutan garam ataupun larutan gula, akan menunjukkan nilai tegangan puncak-puncak (V p-p ) maksimum pada jarak yang

commit to user

berbeda-beda. Berikut hasil nilai penelitian pergeseran dengan perubahan nilai intensitas cahaya pada larutan garam pada grafik Gambar (4.3) dan larutan gula pada Gambar (4.4). dengan banyak pengulangan dan pada grafik diambil 3 data. Dapat dilihat pada larutan yang sama akan mempunyai posisi puncak yang relatif sama.

Gambar (4.3) dan Gambar (4.4) adalah hasil eksperimen yang menunjukkan hubungan antara perubahan jarak dan intensitas cahaya yang ditangkap detektor akibat perubahan pergeseran posisi setiap 0.2

antara ujung

serat optik transmitter serta receiver dengan cermin yang terposisikan tegak lurus. Pada grafik dilakukan normalisasi untuk mengetahui hubungan antara sumbu x dengan sumbu y dan mengetahui gradien yang didapat pada tiap pengulangan relative sama atau tidak. Dari keseluruhan Gambar (4.3) dan Gambar (4.4) memberikan informasi dimana nilai intensitas cahaya bertambah apabila jarak titik ukur dari sumbernya membesar, hal ini ditunjukkan grafik mengalami tren kenaikan nilai tegangan puncak-puncak yang terukur akibat pergeseran cermin setiap 0.2 mm. Kenaikan tegangan puncak-puncak pada jarak tersebut dikarenakan hasil pantulan cahaya oleh cermin masih dapat ditangkap secara maksimal oleh serat optik receiver. Setelah mencapai tegangan maksimum terlihat grafik mengalami perubahan tren grafik untuk nilai tegangan yang ditangkap oleh serat optik receiver, pada jarak tersebut serat optik receiver tidak mampu menangkap secara maksimal hasil cahaya pantul dari cermin, sehingga terjadi penurunan tegangan . Penurunan ini disebabkan kerapatan daya untuk meningkatkan di bidang transmisi serat kerucut dan hukum kuadrat terbalik. Jarak puncak-puncak larutan gula dibanding larutan garam lebih besar.

commit to user

(a) 1 molar

(b)2molar

(c) 3 molar

(d)4molar

(e) 5 molar Gambar 4.3. Grafik hubungan antara pergeseran jarak dengan tegangan puncak-puncak pada

larutan garam.

commit to user

(a) 1 molar

(b) 2 molar

(c) 3 molar

(d) 4 molar

(e) 5 molar

Gambar 4.4.

Grafik hubungan antara pergeseran jarak dengan tegangan puncak-puncak pada

larutan gula.

commit to user

Sebelumnya diketahui pada larutan yang sama mempunyai posisi puncak yang relatif sama dan dapat dilihat pada Gambar (4.5) bahwa larutan yang sama dengan konsentrasi yang berbeda mempunyai posisi puncak yang berbeda.

( a ) Larutan garam

( b ) Larutan gula Gambar 4.5. Hubungan jarak pergeseran dengan konsentrasi larutan yang berbeda

commit to user

Tabel (4.1) adalah posisi puncak dari grafik pada Gambar (4.3) sedangkan posisi puncak dari Gambar (4.4) diketahui oleh Tabel (4.2) :

Tabel 4.1. Posisi puncak dari larutan garam dengan variasi konsentrasi

Konsentrasi ( M )

d (mm)

puncak Δd

puncak

puncak

puncak rata-rata

Tabel 4.2. Posisi puncak dari larutan gula dengan variasi konsentrasi.

konsentrasi ( M )

d (mm)

puncak Δd

puncak

puncak

puncak rata-rata

Pada Tabel (4.1). dan Tabel (4.2) dapat dilihat setiap larutan mempunyai puncak atau peak yang berbeda-beda, hal ini menunjukkan indeks bias suatu larutan juga berbeda-beda. Semakin besar konsentrasi suatu larutan, jarak puncaknya juga semakin besar, hal ini menunjukkan konsentrasi larutan juga akan mempengaruhi posisi puncak dari setiap larutan. Pada pengambilan data penelitian ini, setiap konsentrasi larutan dilakukan banyak pengulangan lalu diambil 3 data dan dapat dilihat nilai puncak atau peak dari pengulangan kesatu sampai dengan pengulangan ketiga, hasil yang didapat tidak terlalu jauh berbeda, dari ketiga data puncak atau peak tersebut lalu dirata-rata sehingga didapatkan nilai satu puncak atau peak saja.

commit to user

Bentuk grafik yang dihasilkan pada penelitian dapat dijelaskan dengan pemodelan pada Gambar (4.6) dan bentuk grafik dipengaruhi sudut tertentu yang mempengaruhi intensitas cahaya yang diterima receiver. Pada pemodelan dibuat variasi sudut yang berbeda, hal ini dikarenakan intensitas cahaya yang keluar dari serat optik transmitter membentuk sudut yang berbeda-beda ketika intensitas cahaya memasuki serat optik receiver.

Gambar 4.6. Pemodelan pengaruh pergeseran jarak terhadap intensitas.

Tabel 4.3. Pemodelan intensitas cahaya yang diterima serat optik receiver

d (mm) N out N in N in N in N tot 0 26 25 0 30 0 40 0 0 2 26 25 6 30 4 40 8 18 4 26 25 14 30 18 40 24 56 6 26 25 22 30 26 40 20 68 8 26 25 20 30 16 40 7 43 10 26 25 14 30 8 40 4 26

Dari Tabel (4.3) maka dapat dibuat grafik hubungan antara d dengan N tot

pada Gambar (4.7), dimana hasil grafik sesuai dengan grafik hasil penelitian

commit to user

ketika grafik mengalami kenaikan, grafik pada kondisi maksimum dan grafik ketika mengalami penurunan.

Gambar 4.7. Hasil pemodelan pengaruh pergeseran terhadap intensitas

4.1.2. Kemiringan kurva

Pada Gambar (4.3) dan Gambar (4.4) dilakukan penghitungan nilai kemiringan kurva pada slope kiri dan slope kanan. kemiringan kurva dari larutan garam dapat dilihat pada Lampiran 1 dan larutan gula pada Lampiran 2, grafik yang menunjukkan kemiringan kurva dari masing-masing diketahui pada Gambar (4.8) dan Gambar (4.9). Hasil kemiringan kurva dapat diketahui pada Tabel (4.4) dan Tabel (4.5).

Dapat dilihat dari Lampiran 1 dan Tabel (4.4). bahwa tingkat kemiringan kurva suatu grafik hasil eksperimen menunjukkan tingkat sensitivitas suatu sensor, terlihat dari keseluruhan Tabel (4.4) maka untuk kemiringan kurva pada slope kiri tingkat sensitivitasnya lebih besar dari kemiringan kurva pada slope kanan. Dari nilai pada Tabel (4.4). kemiringan kurva pada slope kiri dikatakan lebih sensitive daripada kemiringan kurva pada slope kanan. Nilai sensitivitas ditunjukkan untuk menghasilkan daerah kerja desain sensor serat optik pada alat ukur indek bias.

Dapat dilihat dari Lampiran 2 dan Tabel (4.5). bahwa tingkat kemiringan kurva suatu grafik hasil eksperimen menunjukkan tingkat sensitivitas suatu sensor, terlihat dari keseluruhan Tabel (4.5) maka untuk kemiringan kurva pada

commit to user

slope kiri tingkat sensitivitasnya lebih besar dari kemiringan kurva pada slope kanan. Dari nilai pada Tabel (4.5). kemiringan kurva pada slope kiri dikatakan lebih sensitive daripada kemiringan kurva pada slope kanan. Hasil tren grafik dari larutan gula tidak jauh berbeda dari larutan garam. Nilai sensitivitas ditunjukkan untuk menghasilkan daerah kerja desain sensor serat optik pada alat ukur indeks.

(a) Slope kiri

(b) Slope kanan

Gambar 4.8 Contoh kemiringan kurva pada larutan garam 1 molar.

(a) Slope kiri

(b) Slope kanan

Gambar 4.9 Contoh kemiringan kurva pada larutan garam 1 molar.

commit to user

Tabel 4.4. Kemiringan kurva hubungan antara jarak pergeseran dan tegangan pada larutan garam.

1. Slope kiri Konsentrasi

(M)

Ulang 1 Ulang 2

2. Slope kanan Konsentrasi

Dari ketiga pengulangan pengambilan data lalu dirata-rata sehingga didapatkan

± Δm. Pada larutan garam, saat konsentrasi 1 molar didapatkan

nilai rata-rata pada slope kiri sebesar 0,0093 ± 0,0006 dan pada slope kanan sebesar -0,0057 ± 0,0140 , konsentrasi 2 molar nilai pada slope kiri 0,0093 ± 0,0015 dan pada slope kanan -0.0083 ± 0,0205 , konsentrasi 3 molar nilai pada slope kiri 0,0097 ± 0,0012 dan pada slope kanan -0,0080 ± 0,0196 ,konsentrasi 4 molar nilai pada slope kiri 0,0107 ± 0,0015 dan pada slope kanan -0,0090 ± 0,0220 , serta konsentrasi 5 molar nilai pada slope kiri 0,0130 ± 0,0017 dan pada slope kanan -0,0147 ± 0,0006 .

commit to user

Tabel 4.5. Kemiringan kurva hubungan antara jarak pergeseran dan tegangan pada larutan gula.

1. Slope kiri Konsentrasi

(M)

Ulang 1 Ulang 2

2. Slope kanan Konsentrasi

Pada larutan gula, saat konsentrasi 1 molar didapatkan nilai rata-rata pada slope kiri sebesar 0,0063 ± 0,0006 dan pada slope kanan sebesar -0,0033 ± 0,0081, konsentrasi 2 molar nilai pada slope kiri 0,0047 ± 0,0006 dan pada slope kanan -0,0077 ± 0,0189 , konsentrasi 3 molar nilai pada slope kiri 0,0107 ± 0,0015 dan pada slope kanan -0,0187 ± 0,0457, konsentrasi 4 molar nilai pada slope kiri 0,0143 ± 0,0012 dan pada slope kanan -0,0260 ± 0,0006 ,serta konsentrasi 5 molar nilai pada slope kiri 0,0320 ± 0,0036 dan pada slope kanan - 0,0313 ± 0,0021 .

4.1.3. Range atau jangkauan

Dari Gambar (4.3) dan Gambar (4.4), dapat diketahui range saat nilai tegangan naik sampai ke posisi puncak lalu mengalami penurunan ketika dilakukan pergeseran antara serat optik dengan cermin. Tiap variasi konsentrasi

commit to user

larutan yang berbeda mempunyai posisi puncak yang berbeda pula. Pada larutan garam (Gambar 4.3) dan larutan gula (Gambar 4.4) memberikan informasi dimana nilai intensitas cahaya bertambah apabila jarak titik ukur dari sumbernya membesar.

Pada Gambar (4.3) bahwa saat konsentrasi 1 molar pada jarak pengukuran 0-5,8

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 5,8-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, konsentrasi 2 molar pada jarak pengukuran 0-6,2

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 6,2-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, konsentrasi 3 molar pada jarak pengukuran 0-6,4

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 6,4-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, konsentrasi

4 molar pada jarak pengukuran 0-6,6 grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 6,6-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, serta konsentrasi 5 molar pada jarak pengukuran 0-6,8

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 6,8-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik. Pada Gambar (4.4) bahwa saat konsentrasi 1 molar pada jarak pengukuran 0-6,6

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 6,6-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, konsentrasi 2 molar pada jarak pengukuran 0-7

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 7-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, konsentrasi 3 molar pada jarak pengukuran 0-7,4

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 7,4-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, konsentrasi

4 molar pada jarak pengukuran 0-7,6 grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 7,6-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik, serta konsentrasi 5 molar pada jarak pengukuran 0-7,8

grafik mengalami tren kenaikan dan saat jarak pengukuran 7,8-10

mengalami perubahan tren penurunan grafik. Kenaikan tegangan puncak-puncak pada jarak tersebut dikarenakan hasil pantulan cahaya oleh cermin masih dapat ditangkap secara maksimal oleh serat optik receiver. Pada saat grafik mengalami perubahan tren penurunan grafik untuk

commit to user

nilai tegangan yang ditangkap oleh serat optik receiver, pada jarak tersebut serat optik receiver tidak mampu menangkap secara maksimal hasil cahaya pantul dari cermin, hal tersebut dapat dijelaskan pada Gambar (4.10).

Dari Gambar (4.10) dapat digunakan untuk menjelaskan tren grafik pada penelitian ini, dimana ketika pengambilan data pada jarak seperti Gambar (4.10.a) tren grafik mengalami kenaikan sampai pada jarak maksimum Gambar (4.10.b) setelah itu akan mengalami tren penurunan grafik ketika pada jarak seperti Gambar (4.10.c).

Gambar 4.10. Kemampuan Serat Optik Menangkap Intensitas (a) dan (c) serat optik receiver tidak mampu menangkap secara maksimal hasil

cahaya pantul dari cermin. (b) serat optik receiver mampu menangkap secara maksimal hasil cahaya pantul dari cermin

4.2. Analisa

4.2.1. Pengaruh Pergeseran Terhadap Tegangan

Perubahan nilai tegangan yang terjadi pada variasi pergeseran ini diakibatkan pada serat optik hanya dapat menangkap cahaya pada sudut-sudut tertentu ( i ) yang dapat diterima dan ditransmisikan langsung oleh serat optik receiver . Pada Gambar (4.11). menjelaskan bahwa ada tiga jenis cahaya yang masuk ke dalam serat optik.

commit to user

Gambar 4.11. Bentuk transmisi sinar pada serat optik.

Garis biru memberikan ilustrasi cahaya yang masuk ke cladding (1), garis hijau memberikan ilustrasi cahaya yang masuk dengan sudut kritis (2) dan garis merah merupakan cahaya yang mengalir kedalam core (3). Sudut yang menuju kearah permukaan serat optik (n udara =1) tidak semua akan diteruskan, cahaya tidak dapat diterima apabila melebihi wilayah θ max karena cahaya yang masuk hasil pantulan memiliki sudut datang lebih besar dari θ max sehingga cahaya tersebut masuk namun tidak dapat berlanjut dan keluar serta ada yang sebagian sama sekali tidak masuk kedalam serat optik receiver. Pada penjelasan Gambar 4.2 memberikan informasi kondisi penerimaan cahaya serat optik receiver, pada pergeseran yang menghasilkan sudut pantul tertentu cahaya dapat maksimal. Cahaya yang diterima serat optik receiver dirubah menjadi nilai tegangan dimana proses perubahan tersebut terjadi karena LED dengan energi foton menumbuk semikonduktor yang ada dalam photodetector dan terjadilah peristiwa perubahan energi cahaya menjadi energi listrik, sehingga cahaya terbaca dalam bentuk tegangan puncak-puncak (mV).

Selain faktor karakteristik perambatan cahaya, pemotongan ujung serat optik juga mempengaruhi keterimaan sinar ke dalam serat optik, akibat permukaan pemotongan tidak rata, mengakibatkan cahaya tidak masuk kedalam serat optik (Gambar 4.12).

Berkas sinar A dapat masuk ke dalam inti serat optik karena sudut datang θ 1 lebih kecil dari sudut kritis. Sedangkan berkas sinar B tidak bisa masuk ke dalam serat optik dan dipantulkan oleh permukaan serat karena sudut datang θ 2 lebih besar dari sudut kritis.

commit to user

Gambar 4.12. Cahaya yang tidak dapat masuk ke dalam inti serat optik karena kesalahan pemotongan.

4.2.2. Pengaruh Indek Bias Terhadap Tegangan Konsentrasi suatu larutan akan berpengaruh secara proporsional terhadap sudut refraksi. Dengan arti bahwa jika larutan yang dicari indeks biasnya sama, tetapi konsentrasinya berbeda, maka akan diperoleh hubungan bahwa semakin besar konsentrasi, maka semakin besar pula indeks biasnya. Indeks bias suatu zat cair pada suatu panjang gelombang tertentu sangat dipengaruhi oleh apa yang terkandung dalam zat tersebut (Abdul,2010).

Konsentrasi suatu larutan juga mempengaruhi jarak yang terdapat tegangan maksimum, dimana pengukuran indeks bias suatu larutan menggunakan sensor serat optik dapat dilihat dari jarak pergeseran yang mempunyai nilai tegangan

maksimum atau posisi puncaknya. Govindan,2009 pada penelitiannya

menunjukkan bahwa posisi puncak intensitas cahaya tergantung pada indeks

bias medium. Jadi dapat dikatakan nilai indeks bias dapat diketahui dari jarak

yang mempunyai tegangan maksimun atau posisi puncak intensitas cahaya.

4.2.3. Pengaruh Suhu terhadap Hasil Penelitian

Berdasarkan persamaan (2.21) pada dasar teori : diketahui bahwa indeks bias dipengaruhi juga oleh suhu. Pada penelitian ini ketika

pengambilan data, suhu larutan berada pada 27 o

C, 28 o C dan 29 o C

4.2.4. Hubungan Indek Bias Terhadap Acuan

Acuan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu data yang diperoleh dari pengukuran indeks bias menggunakan refraktometer abbe. Panjang gelombang (λ)

commit to user

yang digunakan 630 nm. Indeks bias juga dipengaruhi oleh panjang gelombang yang berasal dari prinsip Huygens dan berdasar dari sifat dispersi cahaya karena masih dalam spectrum warna yang sama maka tidak terlalu mempengaruhi nilai indeks bias yang diambil. Indeks bias dapat diketahui dengan membandingkan pengukuran indeks bias pada refraktometer abbe. Gambar (4.13) merupakan hasil indeks bias pada larutan garam dan Gambar (4.14) hasil indeks bias pada larutan gula.

Gambar 4.13.

Hubungan indeks bias dengan posisi puncak pada larutan garam.

Tabel 4.6. Indeks bias larutan garam diambil pada λ= 630 nm

Konsentrasi

( M)

indek bias

(mm)

1 1,347

5,8

1,5

1,350

2 1,354

6,3

2,5

1,358

6,4

3 1,360

6,5

4 1,369

6,6

5 1,374

6,7

commit to user

Pada Gambar (4.13) dan (4.14) agar grafik mempunyai linearitas yang cukup tinggi, pada penelitian ini menambahkan dua variasi konsentrasi larutan yaitu 1,5 molar dan 2,5 molar.

Pada Gambar (4.13). terlihat grafik mempunyai kemiringan yaitu 0.028 dan mempunyai linearitas 86,8% dan dari Tabel (4.6) dapat diketahui nilai indeks bias pada larutan garam dengan variasi konsentrasi. Pada Gambar (4.14). terlihat grafik mempunyai kemiringan sebesar 0.047 dan mempunyai linearitas 98,7% dan dari Tabel (4.7) dapat diketahui nilai indeks bias pada larutan gula dengan variasi konsentrasi. Seperti telah diketahui linieritas merupakan ukuran lemah kuatnya hubungan antara tegangan puncak-puncak dengan pergeseran jarak. Apabila linieritas mendekati 100% maka semakin kuat hubungannya, sebaliknya jika linieritas mendekati 0% maka semakin kecil hubungannya. Dari Gambar (4.13) dan Gambar (4.14) terlihat bahwa nilai linieritas atau R dari masing-masing grafik dengan konsentrasi larutan yang berbeda lebih dari 85%, hal ini menunjukkan tingkat linieritas yang baik.

Berikut merupakan hasil indeks bias pada larutan gula dapat dilihat pada Gambar 4.14.

Gambar 4.14.

Hubungan indeks bias dengan posisi puncak pada larutan gula.

commit to user

Tabel 4.7. Indeks bias larutan gula diambil pada λ= 630 nm

konsentrasi

(M)

indek bias

Berkaitan dengan eksperimen yang dilakukan dalam penelitian ini, peneliti berasumsi bahwa terjadinya kekurangan-kekurangan seperti pada saat skala 0 mm masih terdapat nilai tegangan puncak-puncak pada layar osiloskop, bentuk tampilan grafik dari data-data yang diperoleh tidak halus dan lain sebagainya, disebabkan oleh banyak faktor ketika pelaksanaan penelitian, diantaranya pemotongan ujung serat optik untuk transmitter (input) maupun serat optik receiving output kurang tegak lurus sebagaimana yang diharapkan, kemudian pemasangan cermin pada setup alat pergeseran mikro juga kurang tegak lurus dikarenakan desain mekanik alat yang kurang maksimal, dan adanya sinar-sinar pengganggu seperti cahaya layar laptop dan cahaya layar oscilloscope yang kemungkinan ikut terdeteksi oleh photodetektor, detektor tidak dilakukan kalibrasi terlebih dahulu dan lain sebagainya. Kekurangan-kekurangan tersebut pada dasarnya muncul karena keterbatasan alat dan keterbatasan-keterbatasan lain yang ada dalam diri peneliti. Jika keterbatsan-keterbatasan tersebut dapat dihilangkan misalnya pemotongan serat optik menggunakan alat khusus, setup alat pergeseran mikro tidak dapat terganggu oleh cahaya luar, mengkalibrasi detektor terlebih dahulu dengan menggunakan dua serat optik yang mempunyai panjang sama dengan memasukkan sumber cahaya yang sama dan dihubungkan dengan osiloskop untuk mengatur agar nilai tegangan yang dihasilkan sama dan lain sebagainya maka hasil penelitian dalam penelitian ini tentu sesuai dengan yang diharapkan.

commit to user

48