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].
Gambar 2.20 Optical Spectrum Analyzer [25]
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 i
Sebuah Optical Spectrum Analyzer OSA
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 umum digunakan
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 R
1
, C
1
, R
2
, dan C
2
bertindak sebagai filter tegangan yang masing-masing bernilai 11kΩ dan 105µ F, C
f1
dan C
f2
merupakan serangkaian kapasitor dengan kapasitas total sebesar 0,2 pF yang bertindak sebagai pengontrol
frekuensi respon, sedangkan R
f1
dan R
f2
merupakan resistor feedback yang berfungsi mengatur penguatan tegangan output. Pada banyak literatur,
36
komponen R
f
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 R
f
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:
Gambar 3.5 Rancangan rangkaian Fotokonduktif Ganda
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.
Gambar 3.7 Skema Pengujian Spektrum Sinar Laser
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
PS2 = Rangkaian Pengkondisi Sinyal 2
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 kestabilan
Pengujian Spektrum 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