Analisis lebar puncak signal loss keluaran dari sensor fiber optik untuk kendaraan berjalan sebagai fungsi kecepatan AWAL
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR
FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI
KECEPATAN
Disusun oleh :
WILLIAM YOHANES S
M0211075
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Februari, 2016
commit to user
i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PERSETUJUAN
USULAN PENELITIAN S1
Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran dari Sensor Fiber Optik untuk
Kendaraan berjalan sebagai Fungsi Kecepatan
Diusulkan Oleh
William Yohanes S
M0211075
Telah Disetujui oleh
Pembimbing 1
Ahmad Marzuki S.Si., Ph.D
…………..
Tanggal
NIP 19680508 1997021001
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PENGESAHAN
USULAN PENELITIAN S1
Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran Sensor Fiber Optik untuk
Kendaraan Berjalan sebagai Fungsi Kecepatan
Diusulkan oleh :
William Yohanes S
M0211075
Telah diujikan didepan Dewan Penguji Ujian Proposal Pada tanggal
……….
1. Ahmad Marzuki S.Si,. Ph.D
NIP. 19680508 1 997021 001
Tanggal : ………
2. Drs. Hery Purwanto. M.Sc
NIP. 19590518 198703 1002
Tanggal : …………
3. ……………………………..
NIP.
Tanggal : ………
4. …………………………….
NIP.
Tanggal : ………
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran dari Sensor Fiber
Optik untuk Kendaraan Berjalan sebagai Fungsi Kecepatan.
Yang ditulis oleh:
Nama
: William Yohanes S
NIM
: M0211075
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada:
Hari
: Kamis
Tanggal : 3 Maret 2016
Anggota Tim Penguji:
1. Dra. Riyatun, M.Si.
NIP. 196802261994022001
2. Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si.
NIP. 19810518 200501 2 002
3. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D.
NIP. 19680508 199702 1 001
4. Drs. Hery Purwanto., M.Sc
NIP. 19590518 198703 1002
.
Disahkan pada tanggal 21-03-2016
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS
LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK
UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN”
adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing dan sepengetahuan saya hingga
saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh
orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan
di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya, jika ada maka
telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau
difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, Februari 2016
William Yohanes S
NIM M0211075
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
“sepintar-pintar nya anak masih pintar kedua orang tuanya karena tanpa
perjuangan dan pemikiran kedua orang tua nya maka kepintaran anak tersebut
akan sia-sia”
(My Mother)
“You’ll never know until you have tried”
(buku sinar dunia)
“Quitter never win and the winner never quit“
(Iwan Sunito)
“diatas langit masih ada langit”
(anonim)
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada :
Ibu dan Bapak-Ku Tercinta
Kakak ku ersayang
Teman - Teman Fisika 2011
Almamaterku
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR
FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI
KECEPATAN
WILLIAM YOHANES S
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Sebelas Maret
ABSTRAK
Penyebab Fenomena kerusakan jalan diakibatkan salah satunya yaitu
kelebihan muatan. Salah satu teknologi untuk mengatasi faktor kelebihan muatan
yaitu menggunakan sensor WIM (Weight In Motion). Tujuan dari penelitian ini
adalah merancang sensor WIM berbasis fiber optic skala lapangan dan
mengetahui pengaruh kecepatan kendaraan terhadap lebar puncak signal keluaran.
Prinsip kerja dari penelitian ini adalah kendaraan dengan muatan yang bervariasi
melintasi fiber sensor dan sensor kecepatan dimana fiber sensor digunakan untuk
memperoleh signal loss keluaran dari kendaraan ketika melintasi fiber sensor
sedangkan sensor kecepatan untuk menentukan kecepatan yang bergerak saat
melintasi fiber sensor. Metode skripsi ini adalah menentukan lebar puncak signal
loss keluaran yang dihasilkan saat kendaraan menekan sensor sehingga dapat
menentukan nilai impuls dan waktu sentuh pada sensor dari kendaraan. Pada
Grafik besaran impuls disebut luasan di bawah kurva (A) sedangkan waktu sentuh
pada sensor disebut kurva FWHM. Dari eksperimen, diperoleh semakin besar
kecepatan kendaraan melintasi fiber sensor maka kurva FWHM dan impulsnya
semakin kecil dan jika semakin kecil kecepatan kendaraan melintasi fiber sensor
maka kurva FWHM dan impulsnya semakin besar. Nilai tingkat kepercayaan dari
hasil uji tekan sampel fiber sensor adalah 92 %. Dari hasil ini penelitian ini
disarankan untuk membuat variasi beban kendaraan yang lebih sistematis dan
presisi agar didapatkan nilai ketidakpastiannya serta memperhitungkan faktor
tekanan ban agar dihasilkan nilai waktu kontak yang lebih akurat.
Kata Kunci : Serat Optik, Sensor Beban Bergerak, Kurva FWHM, Luasan
dibawah kurva.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
THE ANALYSIS OF PEAK WIDTH FROM SIGNAL LOSS
OUTPUT ON OPTICAL SENSOR FOR SPEED VEHICLE AS
VELOCITY FUNCTION
WILLIAM YOHANES S
Department of Physics, Mathematics and Natural Science Faculty,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
The Phenomenom of damage roads was caused by overloading. One of the
technology for contributing overloading problems was Weight In Motion sensor.
The purposes of research was designed WIM sensor made fiber optic in the scale
field and known factor from vehicle’s velocity for peak width signals output. The
work principle of research was the vehicles with variance load ran through fiber
sensor and velocity sensor which fiber sensor used to get signal loss output while
the velocity sensor to got velocity dynamic when ran through fiber sensor.. These
method was found peak width from signal loss which released the vehicles run
through fibre sensor so found the impules and the pressing time. From the
experiments, it could be obtained that the impulse and the pressing time would
decrease if the velocity vehicles increased. Impulse was called (area under curve)
although pressing time vehicles called (FWHM Curve) in the Graphic. The
Precision Number from fiber sensor sampel from pressure test by MTM tool was
96%. From these result, we can suggest for make load variance more systemic and
precision so get small error and determine the pressure factor of tire so the
pressing time more accurate.
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus sehingga penulis dapat
menyelesaikan penulisan skripsi. Doa dan kasih senantiasa penulis haturkan
kepada-Nya sebagai pembimbing dan seluruh manusia.
Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan
gelar sarjana sains ini penulis beri judul ” ANALISIS LEBAR PUNCAK
SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK UNTUK
KENDARAAN
BERJALAN
SEBAGAI
FUNGSI
KECEPATAN”.
Terselesaikannya skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi saya. Setelah sekitar
dua semester penulis harus berjuang untuk bisa menyelesaikan skripsi ini tepat
waktu. Dengan segala suka dan dukanya, pada akhirnya skripsi ini terselesaikan
juga. Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan skripsi
ini penulis ucapkan terima kasih. Atas bantuannya yang sangat besar selama
proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara khusus penulis
sampaikan kepada:
1. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D selaku Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan skripsi.
2. Bapak Drs. Hery Purwanto. M.Sc selaku Pembimbing II yang telah
memberikan semangat dan bimbingan yang pantang menyerah dalam
penyusunan skripsi.
3. Bapak. Dr. Eng. Budi Purnama, M.Si selaku Pembimbing Akademis
4. Bapak, Ibu dosen serta Staff di Jurusan Fisika FMIPA UNS.
5. Ibu dan Bapak, atas semua dukungan doa, kasih sayang, dan kesabaran dalam
mendidik.
6. Rekan kerja Lab Optik Dan Fotonik Universitas Sebelas Maret Surakarta
7. Rekan - rekan angkatan Fisika 2011 yang telah memberikan semangat.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas jerih payah dan pengorbanan
yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin. Penulis menyadari
akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun demikian,
penulis berharap semoga karya kecil ini dapat bermanfaat.
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PUBLIKASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS
LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK
UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN” telah
dipublikasikan pada satu tempat yaitu Sebelas Maret University Institutional
Repository (UNS-IR), pada tanggal 4 Januari 2016, Universitas Sebelas Maret
Surakarta
commit to user
x
v
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...................................................................................
Halaman
i
HALAMAN PENGESAHAN.....................................................................
ii
HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................
iii
HALAMAN MOTTO .................................................................................
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................
v
HALAMAN ABSTRAK.............................................................................
vi
HALAMAN ABSTRACT ..........................................................................
vii
KATA PENGANTAR ................................................................................
viii
HALAMAN PUBLIKASI ..........................................................................
ix
DAFTAR ISI ...............................................................................................
x
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xiii
DAFTAR SIMBOL.....................................................................................
xvi
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah ..........................................................
1
1.2. Batasan Masalah ......................................................................
3
1.3. Rumusan Masalah ...................................................................
4
1.4. Tujuan Penelitian.....................................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian...................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................
2.1. Pemantulan dan Pembiasan ....................................................
5
2.2. Anatomi Serat Optik...............................................................
7
2.3. Perambatan Cahaya dalam serat Optik ...................................
7
2.3.1 . Pemantulan Internal Total .........................................
7
2.3.2
9
2.4
Numerical Aperture …………………………………
Rugi-rugi pada Fiber Optik ....................................................
9
2.4.1.1 Pembengkokan Makro.............................................
9
2.4.1.2 Pembengkokan Mikro .............................................
10
2.4.2
Jari-jari Kelengkunga ............................................
commit
user ………………………
2.5. Prinsip dan Tipe Sensor
SerattoOptik
11
2.6
WIM (Weight In Motion) .......................................................
13
2.6.1 WIM berbasis Sensor Piezoelektric ......................................
15
12
perpustakaan.uns.ac.id
vi
digilib.uns.ac.id
2.6.2 Pembengkokan Makro (Macro Bending) ……………..
2.6.3 WIM berbasis serat optic ……………………………...
2.7 Tumbukan dan Impuls…………………………………………
2.8 Kecepatan ……………………………………………………...
2.9 Kekalan Energi dan Momentum dalam Tumbukan……………
2.10. Akuisisi data ………………………………………………….
16
17
17
18
19
20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................
22
3.2. Alat dan Bahan yang Penelitian .............................................
22
3.2.1. Alat yang Digunakan ...................................................
22
3.2.2. Bahan yang Digunakan ................................................
22
3.2.3. Software Penunjang yang Digunakan ..........................
22
3.3. Metode Penelitian ...................................................................
23
3.3.1. Penyiapan Alat dan Bahan ...........................................
3.3.2. Pembuatan fiber sensor dan sampel karet RTV 588 ...
3.3.3. Pembuatan Sumber Cahaya, Kotak Hitam
24
25
Detektor Cahaya .........................................................
25
3.4. Pembuatan ADC Arduino dan Perangkat lunak ....................
26
3.5. Pengujian Beban ....................................................................
28
3.6.
Pengujian Elastisitas tekanan dengan karet RTV .................
28
3.7. Proses Pengambilan Data ......................................................
28
3.8
30
Analisa Data ………………………………………… ........
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................
4.1.
4.2.
Hasil Penelitian …………………………………………….
Uji Kebocoran kotak hitam …………………………………
32
32
4.3
Sistem ADC dan program akuisisi data ……………………
32
4.4.
4.5
Fiber Sensor ..........................................................................
Pengujian modulus young fiber sensor .................................
35
36
4.6
Kalibrasi Data ………………………………………………
41
4.7
Signal Loss keluaran sebagai fungsi kecepatan.....................
42
4.8
Pengaruh Kecepatan pada Tinggi Puncak Terukur …………
46
BAB V PENUTUP ......................................................................................
5.1. Kesimpulan ..........................................................................
50
5.2. Saran ....................................................................................
commit to user
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
50
LAMPIRAN……………………………………………………………….
54
52
vii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Pengambilan data Kurva FWHM ...............................................
30
Tabel 3.2. Pengambilan data luasan dibawah kurva (A) .............................
30
Tabel 4.1. Penjelasan Fitur Perangkat Lunak .............................................
34
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Karet RTV 588 ........................................
37
commit to user
viii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Sudut pantul ϴ 1 ’ sama dengan sudut datang ϴ 1 ...................
Gambar 2.2. Struktur Serat Optik ...............................................................
Gambar 2.3. Pemantulan internal total .......................................................
Halaman
6
7
8
Gambar 2.4. Mekanisme Jalannya Cahaya pada Peristiwa Pembengkokan
Macro ....................................................................................
10
Gambar 2.5. .Peristiwa rugi-rugi akibat pembengkokan Mikro ………….
Gambar 2.6 Grafik rugi-rugi dari Bending terhadap variasi jumlah lilitan
pada serat optic.....................................................................
Gambar 2.7. Tipe dan Sensor Serat Optik..................................................
12
13
Gambar 2.8 WIM berbasis Piezoelektric …………………………………
Gambar 2.9. WIM berbasis Bending Plate………………………………...
13
16
Gambar 2.10 WIM berbasis serat optik .....................................................
Gambar 2.11. Gaya rata-rata bekerja �⃗ dalam selang waktu Δ� menghasilkan
impuls yang sama (�⃗ Δ� ) seperti gaya sebenarnya ............
Gambar 2.12.Skema sensor serat optik .......................................................
Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian ........................................................
17
18
20
27
Gambar 3.2. Fiber Sensor ...........................................................................
28
Gambar 3.3. Cetakan gypsum......................................................................
29
Gambar 3.4. Silinder Berulir .......................................................................
29
Gambar 3.5. Tabung...................................................................................
29
Gambar 3.6. Pompa ....................................................................................
Gambar 3.7. Rangkaian detektor cahaya....................................................
29
30
Gambar 3.8. Rangkaian sumber cahaya .....................................................
30
Gambar 3.9. Interface Arduino IDE...........................................................
32
Gambar 3.10. Pin out board Arduino .........................................................
Gambar 3.11 Display Photogate Velocity Meter ……………………………..
Gambar 3.12. Puncak-puncak transmitansi pada beban kendaraan ...........
Gambar 3.13.Lebar ban kendaraan menyentuh Fiber sensor .....................
32
33
30
34
Gambar 4.1.
Gambar 4.2.
Gambar 4.3.
Gambar 4.4.
Gambar 4.5.
Gambar 4.6.
37
39
39
34
37
Display Sistem Weight In Motion Data Acquisition..............
Cetakan Gypsum ..................................................................
Silinder Berulir …………………………………………….
Pelapisan Fiber Sensor ........................................................
commit
to user
Fiber sensor sebelum
dilakukan
tekana……..…………….
Grafik hubungan gaya dan pertambahan panjangan pada
Fiber sensor ...........................................................................
Gambar 4.7. Fiber Sensor di
Tersusun rapianggap sebagai kumpulan pegas yang ...........
10
42
42
ix
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 4.8. Pegas yang terkena gaya penekan oleh massa ......................
38
Gambar 4.9. Grafik hasil uji tekan fiber sensor …………………………
39
Gambar 4.10. Fiber optic sebelum ditekan ...............................................
43
Gambar 4.11. Prinsip pengukuran bobot kendaraan menggunakan jembatan
timbang ……………………………………………………
46
Gambar 4.12 Signal loss keluaran hasil tekanan ban kendaraan. .............
47
Gambar 4.13. Grafik hubungan FWHM dengan kecepatan pada massa
bervariasiFiber sensor diberi tekanan ……………………..
48
Gambar 4.14. Grafik hubungan luasan di bawah kurva dengan kecepatan
Pada massa bervariasi ............................................... ……..
49
Gambar 4.15. Rugi-rugi transmitansi oleh beban kendaraan berjalan ……
50
Gambar 4.16. Hubungan transmitansi dengan waktu pada kecepatan
Bervariasi ………………………………………………….
52
Gambar 4.17. Penelitian Batenko pada kecepatan 70 km/jam……..
53
Gambar 4.18. Penelitian Batenko pada kecepatan 90 km/jam ……….……
53
commit to user
x
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR SIMBOL
Satuan
�1
�2
�1
�2
��
∅� = ∅1
∅�
�����
�
��
�
�
�
�
�
��
��
dp
�
��
�
�����
�
����
����
��
����
����
�1
�2
�
���
����
℃
�
Δ�
��
����
����
����
��������
�
= Indeks Bias Medium Pertama
= Indeks Bias Medium Kedua
= Sudut Sinar Datang Dengan Garis Normal
= Sudut Sinar Bias Dengan Garis Normal
= Sudut Kritis
= Sudut Datang
= Sudut Pantul
= Sudut Maksimum
= Indeks Bias Relatif Core dengan Cladding
= Numerical Aparture
= Parameter Serat Optik
= 3,14
= Panjang Gelombang
= Diameter Core
= Jarak Penjalaran Gelombang Cahaya
= Medan Gelombang Awal
= Medan Evanescent
= Penetration Depth
= Radius Kelengkungan Serat Optik
= Jari-jari Kritis (Critical Radius)
= Kelengkungan
= Kelengkungan Maksimum
= Transmitansi Cahaya
= Intensitas Modulasi
= Intensitas Referensi
= Deci-Bell (Satuan Atenuasi)
= Daya Modulasi
= Daya Refernsi
= Konstanta
= Konstanta
= Koefisien Atenuasi
= Intensitas Cahaya Masuk
= Intensitas Cahaya Keluar Setelah N Lilitan
= suhu
= Radius Core
= Indeks Bias Relatif Core Dengan Cladding
= Pelemahan Intensitas Cahaya
= Tegangan Modulasi
= Tegangan Referensi
= Daya Diterima Detektor
= Daya Masuk
commit to user
= Faktor Kesebandingan
x
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
m
m
m
J
J
m
m
m
m-1
m
a.u
Watt/m2
Watt/m2
dB
Watt
Watt
km-1
Watt/m2
Watt/m2
Celcius
m
dB
Volt
Volt
Watt
Watt
xi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
�
���
����
Δ�
Δ�
�
�
��
�
�
�
�
= Arus Listrik
= Tegangan Ateuator Cahaya
= Tegangan Modulasi Cahaya
= Perubahan Sudut
= Perubahan Jarak
= Gaya
= Kostanta Pegas
= Penambahan Panjang Bahan
= Luas Bahan
= Nilai Regangan Bahan
= Nilai Tegangan Bahan
= Modulus Elastisitas Bahan
commit to user
xi
Ampere
Volt
Volt
Radian Atau Derajat
m
N
N/m
m
m2
N/m2
N/m2
xii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tabel pengukuran kebocoran pada kotak hitam ...................
51
Lampiran 2. Pengukuran luasan dibawah kurva(A) pada V bervariasi ....
52
Lampiran 3. Pengukuran kurva FWHM pada kecepatan bervariasi .........
Lampiran 4. Hasil pengukuran transmitansi dengan keceptan bervariasi
Pada massa 3190 kg ...............................................................
Lampiran 5. Hasil pengukuran manual jembatan timbang .......................
Lampiran 6. Data uji tekan ........................................................................
Lampiran 7. Pengukuran puncak transmitansi pada kecepatan bervariasi
massa 4374 kg .....................................................................
Lampiran 8. Pengukuran puncak transmitansi pada kecepatan bervariasi
pada massa 5625 kg ............................................................
Lampiran 9. Pengukuran puncak transmitansi dengan kecepatan bervariasi
pada massa 7649 kg ............................................................
53
commit to user
xii
56
62
63
64
73
74
digilib.uns.ac.id
ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR
FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI
KECEPATAN
Disusun oleh :
WILLIAM YOHANES S
M0211075
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Februari, 2016
commit to user
i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PERSETUJUAN
USULAN PENELITIAN S1
Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran dari Sensor Fiber Optik untuk
Kendaraan berjalan sebagai Fungsi Kecepatan
Diusulkan Oleh
William Yohanes S
M0211075
Telah Disetujui oleh
Pembimbing 1
Ahmad Marzuki S.Si., Ph.D
…………..
Tanggal
NIP 19680508 1997021001
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PENGESAHAN
USULAN PENELITIAN S1
Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran Sensor Fiber Optik untuk
Kendaraan Berjalan sebagai Fungsi Kecepatan
Diusulkan oleh :
William Yohanes S
M0211075
Telah diujikan didepan Dewan Penguji Ujian Proposal Pada tanggal
……….
1. Ahmad Marzuki S.Si,. Ph.D
NIP. 19680508 1 997021 001
Tanggal : ………
2. Drs. Hery Purwanto. M.Sc
NIP. 19590518 198703 1002
Tanggal : …………
3. ……………………………..
NIP.
Tanggal : ………
4. …………………………….
NIP.
Tanggal : ………
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
Analisis Lebar Puncak Signal Loss Keluaran dari Sensor Fiber
Optik untuk Kendaraan Berjalan sebagai Fungsi Kecepatan.
Yang ditulis oleh:
Nama
: William Yohanes S
NIM
: M0211075
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada:
Hari
: Kamis
Tanggal : 3 Maret 2016
Anggota Tim Penguji:
1. Dra. Riyatun, M.Si.
NIP. 196802261994022001
2. Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si.
NIP. 19810518 200501 2 002
3. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D.
NIP. 19680508 199702 1 001
4. Drs. Hery Purwanto., M.Sc
NIP. 19590518 198703 1002
.
Disahkan pada tanggal 21-03-2016
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS
LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK
UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN”
adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing dan sepengetahuan saya hingga
saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh
orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan
di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya, jika ada maka
telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau
difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, Februari 2016
William Yohanes S
NIM M0211075
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
“sepintar-pintar nya anak masih pintar kedua orang tuanya karena tanpa
perjuangan dan pemikiran kedua orang tua nya maka kepintaran anak tersebut
akan sia-sia”
(My Mother)
“You’ll never know until you have tried”
(buku sinar dunia)
“Quitter never win and the winner never quit“
(Iwan Sunito)
“diatas langit masih ada langit”
(anonim)
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada :
Ibu dan Bapak-Ku Tercinta
Kakak ku ersayang
Teman - Teman Fisika 2011
Almamaterku
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ANALISIS LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR
FIBER OPTIK UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI
KECEPATAN
WILLIAM YOHANES S
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Sebelas Maret
ABSTRAK
Penyebab Fenomena kerusakan jalan diakibatkan salah satunya yaitu
kelebihan muatan. Salah satu teknologi untuk mengatasi faktor kelebihan muatan
yaitu menggunakan sensor WIM (Weight In Motion). Tujuan dari penelitian ini
adalah merancang sensor WIM berbasis fiber optic skala lapangan dan
mengetahui pengaruh kecepatan kendaraan terhadap lebar puncak signal keluaran.
Prinsip kerja dari penelitian ini adalah kendaraan dengan muatan yang bervariasi
melintasi fiber sensor dan sensor kecepatan dimana fiber sensor digunakan untuk
memperoleh signal loss keluaran dari kendaraan ketika melintasi fiber sensor
sedangkan sensor kecepatan untuk menentukan kecepatan yang bergerak saat
melintasi fiber sensor. Metode skripsi ini adalah menentukan lebar puncak signal
loss keluaran yang dihasilkan saat kendaraan menekan sensor sehingga dapat
menentukan nilai impuls dan waktu sentuh pada sensor dari kendaraan. Pada
Grafik besaran impuls disebut luasan di bawah kurva (A) sedangkan waktu sentuh
pada sensor disebut kurva FWHM. Dari eksperimen, diperoleh semakin besar
kecepatan kendaraan melintasi fiber sensor maka kurva FWHM dan impulsnya
semakin kecil dan jika semakin kecil kecepatan kendaraan melintasi fiber sensor
maka kurva FWHM dan impulsnya semakin besar. Nilai tingkat kepercayaan dari
hasil uji tekan sampel fiber sensor adalah 92 %. Dari hasil ini penelitian ini
disarankan untuk membuat variasi beban kendaraan yang lebih sistematis dan
presisi agar didapatkan nilai ketidakpastiannya serta memperhitungkan faktor
tekanan ban agar dihasilkan nilai waktu kontak yang lebih akurat.
Kata Kunci : Serat Optik, Sensor Beban Bergerak, Kurva FWHM, Luasan
dibawah kurva.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
THE ANALYSIS OF PEAK WIDTH FROM SIGNAL LOSS
OUTPUT ON OPTICAL SENSOR FOR SPEED VEHICLE AS
VELOCITY FUNCTION
WILLIAM YOHANES S
Department of Physics, Mathematics and Natural Science Faculty,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
The Phenomenom of damage roads was caused by overloading. One of the
technology for contributing overloading problems was Weight In Motion sensor.
The purposes of research was designed WIM sensor made fiber optic in the scale
field and known factor from vehicle’s velocity for peak width signals output. The
work principle of research was the vehicles with variance load ran through fiber
sensor and velocity sensor which fiber sensor used to get signal loss output while
the velocity sensor to got velocity dynamic when ran through fiber sensor.. These
method was found peak width from signal loss which released the vehicles run
through fibre sensor so found the impules and the pressing time. From the
experiments, it could be obtained that the impulse and the pressing time would
decrease if the velocity vehicles increased. Impulse was called (area under curve)
although pressing time vehicles called (FWHM Curve) in the Graphic. The
Precision Number from fiber sensor sampel from pressure test by MTM tool was
96%. From these result, we can suggest for make load variance more systemic and
precision so get small error and determine the pressure factor of tire so the
pressing time more accurate.
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus sehingga penulis dapat
menyelesaikan penulisan skripsi. Doa dan kasih senantiasa penulis haturkan
kepada-Nya sebagai pembimbing dan seluruh manusia.
Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan
gelar sarjana sains ini penulis beri judul ” ANALISIS LEBAR PUNCAK
SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK UNTUK
KENDARAAN
BERJALAN
SEBAGAI
FUNGSI
KECEPATAN”.
Terselesaikannya skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi saya. Setelah sekitar
dua semester penulis harus berjuang untuk bisa menyelesaikan skripsi ini tepat
waktu. Dengan segala suka dan dukanya, pada akhirnya skripsi ini terselesaikan
juga. Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan skripsi
ini penulis ucapkan terima kasih. Atas bantuannya yang sangat besar selama
proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara khusus penulis
sampaikan kepada:
1. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D selaku Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan dan saran dalam penyusunan skripsi.
2. Bapak Drs. Hery Purwanto. M.Sc selaku Pembimbing II yang telah
memberikan semangat dan bimbingan yang pantang menyerah dalam
penyusunan skripsi.
3. Bapak. Dr. Eng. Budi Purnama, M.Si selaku Pembimbing Akademis
4. Bapak, Ibu dosen serta Staff di Jurusan Fisika FMIPA UNS.
5. Ibu dan Bapak, atas semua dukungan doa, kasih sayang, dan kesabaran dalam
mendidik.
6. Rekan kerja Lab Optik Dan Fotonik Universitas Sebelas Maret Surakarta
7. Rekan - rekan angkatan Fisika 2011 yang telah memberikan semangat.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas jerih payah dan pengorbanan
yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin. Penulis menyadari
akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun demikian,
penulis berharap semoga karya kecil ini dapat bermanfaat.
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PUBLIKASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS
LEBAR PUNCAK SIGNAL LOSS KELUARAN DARI SENSOR FIBER OPTIK
UNTUK KENDARAAN BERJALAN SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN” telah
dipublikasikan pada satu tempat yaitu Sebelas Maret University Institutional
Repository (UNS-IR), pada tanggal 4 Januari 2016, Universitas Sebelas Maret
Surakarta
commit to user
x
v
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...................................................................................
Halaman
i
HALAMAN PENGESAHAN.....................................................................
ii
HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................
iii
HALAMAN MOTTO .................................................................................
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................
v
HALAMAN ABSTRAK.............................................................................
vi
HALAMAN ABSTRACT ..........................................................................
vii
KATA PENGANTAR ................................................................................
viii
HALAMAN PUBLIKASI ..........................................................................
ix
DAFTAR ISI ...............................................................................................
x
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xiii
DAFTAR SIMBOL.....................................................................................
xvi
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah ..........................................................
1
1.2. Batasan Masalah ......................................................................
3
1.3. Rumusan Masalah ...................................................................
4
1.4. Tujuan Penelitian.....................................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian...................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................
2.1. Pemantulan dan Pembiasan ....................................................
5
2.2. Anatomi Serat Optik...............................................................
7
2.3. Perambatan Cahaya dalam serat Optik ...................................
7
2.3.1 . Pemantulan Internal Total .........................................
7
2.3.2
9
2.4
Numerical Aperture …………………………………
Rugi-rugi pada Fiber Optik ....................................................
9
2.4.1.1 Pembengkokan Makro.............................................
9
2.4.1.2 Pembengkokan Mikro .............................................
10
2.4.2
Jari-jari Kelengkunga ............................................
commit
user ………………………
2.5. Prinsip dan Tipe Sensor
SerattoOptik
11
2.6
WIM (Weight In Motion) .......................................................
13
2.6.1 WIM berbasis Sensor Piezoelektric ......................................
15
12
perpustakaan.uns.ac.id
vi
digilib.uns.ac.id
2.6.2 Pembengkokan Makro (Macro Bending) ……………..
2.6.3 WIM berbasis serat optic ……………………………...
2.7 Tumbukan dan Impuls…………………………………………
2.8 Kecepatan ……………………………………………………...
2.9 Kekalan Energi dan Momentum dalam Tumbukan……………
2.10. Akuisisi data ………………………………………………….
16
17
17
18
19
20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................
22
3.2. Alat dan Bahan yang Penelitian .............................................
22
3.2.1. Alat yang Digunakan ...................................................
22
3.2.2. Bahan yang Digunakan ................................................
22
3.2.3. Software Penunjang yang Digunakan ..........................
22
3.3. Metode Penelitian ...................................................................
23
3.3.1. Penyiapan Alat dan Bahan ...........................................
3.3.2. Pembuatan fiber sensor dan sampel karet RTV 588 ...
3.3.3. Pembuatan Sumber Cahaya, Kotak Hitam
24
25
Detektor Cahaya .........................................................
25
3.4. Pembuatan ADC Arduino dan Perangkat lunak ....................
26
3.5. Pengujian Beban ....................................................................
28
3.6.
Pengujian Elastisitas tekanan dengan karet RTV .................
28
3.7. Proses Pengambilan Data ......................................................
28
3.8
30
Analisa Data ………………………………………… ........
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................
4.1.
4.2.
Hasil Penelitian …………………………………………….
Uji Kebocoran kotak hitam …………………………………
32
32
4.3
Sistem ADC dan program akuisisi data ……………………
32
4.4.
4.5
Fiber Sensor ..........................................................................
Pengujian modulus young fiber sensor .................................
35
36
4.6
Kalibrasi Data ………………………………………………
41
4.7
Signal Loss keluaran sebagai fungsi kecepatan.....................
42
4.8
Pengaruh Kecepatan pada Tinggi Puncak Terukur …………
46
BAB V PENUTUP ......................................................................................
5.1. Kesimpulan ..........................................................................
50
5.2. Saran ....................................................................................
commit to user
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
50
LAMPIRAN……………………………………………………………….
54
52
vii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Pengambilan data Kurva FWHM ...............................................
30
Tabel 3.2. Pengambilan data luasan dibawah kurva (A) .............................
30
Tabel 4.1. Penjelasan Fitur Perangkat Lunak .............................................
34
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Karet RTV 588 ........................................
37
commit to user
viii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Sudut pantul ϴ 1 ’ sama dengan sudut datang ϴ 1 ...................
Gambar 2.2. Struktur Serat Optik ...............................................................
Gambar 2.3. Pemantulan internal total .......................................................
Halaman
6
7
8
Gambar 2.4. Mekanisme Jalannya Cahaya pada Peristiwa Pembengkokan
Macro ....................................................................................
10
Gambar 2.5. .Peristiwa rugi-rugi akibat pembengkokan Mikro ………….
Gambar 2.6 Grafik rugi-rugi dari Bending terhadap variasi jumlah lilitan
pada serat optic.....................................................................
Gambar 2.7. Tipe dan Sensor Serat Optik..................................................
12
13
Gambar 2.8 WIM berbasis Piezoelektric …………………………………
Gambar 2.9. WIM berbasis Bending Plate………………………………...
13
16
Gambar 2.10 WIM berbasis serat optik .....................................................
Gambar 2.11. Gaya rata-rata bekerja �⃗ dalam selang waktu Δ� menghasilkan
impuls yang sama (�⃗ Δ� ) seperti gaya sebenarnya ............
Gambar 2.12.Skema sensor serat optik .......................................................
Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian ........................................................
17
18
20
27
Gambar 3.2. Fiber Sensor ...........................................................................
28
Gambar 3.3. Cetakan gypsum......................................................................
29
Gambar 3.4. Silinder Berulir .......................................................................
29
Gambar 3.5. Tabung...................................................................................
29
Gambar 3.6. Pompa ....................................................................................
Gambar 3.7. Rangkaian detektor cahaya....................................................
29
30
Gambar 3.8. Rangkaian sumber cahaya .....................................................
30
Gambar 3.9. Interface Arduino IDE...........................................................
32
Gambar 3.10. Pin out board Arduino .........................................................
Gambar 3.11 Display Photogate Velocity Meter ……………………………..
Gambar 3.12. Puncak-puncak transmitansi pada beban kendaraan ...........
Gambar 3.13.Lebar ban kendaraan menyentuh Fiber sensor .....................
32
33
30
34
Gambar 4.1.
Gambar 4.2.
Gambar 4.3.
Gambar 4.4.
Gambar 4.5.
Gambar 4.6.
37
39
39
34
37
Display Sistem Weight In Motion Data Acquisition..............
Cetakan Gypsum ..................................................................
Silinder Berulir …………………………………………….
Pelapisan Fiber Sensor ........................................................
commit
to user
Fiber sensor sebelum
dilakukan
tekana……..…………….
Grafik hubungan gaya dan pertambahan panjangan pada
Fiber sensor ...........................................................................
Gambar 4.7. Fiber Sensor di
Tersusun rapianggap sebagai kumpulan pegas yang ...........
10
42
42
ix
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 4.8. Pegas yang terkena gaya penekan oleh massa ......................
38
Gambar 4.9. Grafik hasil uji tekan fiber sensor …………………………
39
Gambar 4.10. Fiber optic sebelum ditekan ...............................................
43
Gambar 4.11. Prinsip pengukuran bobot kendaraan menggunakan jembatan
timbang ……………………………………………………
46
Gambar 4.12 Signal loss keluaran hasil tekanan ban kendaraan. .............
47
Gambar 4.13. Grafik hubungan FWHM dengan kecepatan pada massa
bervariasiFiber sensor diberi tekanan ……………………..
48
Gambar 4.14. Grafik hubungan luasan di bawah kurva dengan kecepatan
Pada massa bervariasi ............................................... ……..
49
Gambar 4.15. Rugi-rugi transmitansi oleh beban kendaraan berjalan ……
50
Gambar 4.16. Hubungan transmitansi dengan waktu pada kecepatan
Bervariasi ………………………………………………….
52
Gambar 4.17. Penelitian Batenko pada kecepatan 70 km/jam……..
53
Gambar 4.18. Penelitian Batenko pada kecepatan 90 km/jam ……….……
53
commit to user
x
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR SIMBOL
Satuan
�1
�2
�1
�2
��
∅� = ∅1
∅�
�����
�
��
�
�
�
�
�
��
��
dp
�
��
�
�����
�
����
����
��
����
����
�1
�2
�
���
����
℃
�
Δ�
��
����
����
����
��������
�
= Indeks Bias Medium Pertama
= Indeks Bias Medium Kedua
= Sudut Sinar Datang Dengan Garis Normal
= Sudut Sinar Bias Dengan Garis Normal
= Sudut Kritis
= Sudut Datang
= Sudut Pantul
= Sudut Maksimum
= Indeks Bias Relatif Core dengan Cladding
= Numerical Aparture
= Parameter Serat Optik
= 3,14
= Panjang Gelombang
= Diameter Core
= Jarak Penjalaran Gelombang Cahaya
= Medan Gelombang Awal
= Medan Evanescent
= Penetration Depth
= Radius Kelengkungan Serat Optik
= Jari-jari Kritis (Critical Radius)
= Kelengkungan
= Kelengkungan Maksimum
= Transmitansi Cahaya
= Intensitas Modulasi
= Intensitas Referensi
= Deci-Bell (Satuan Atenuasi)
= Daya Modulasi
= Daya Refernsi
= Konstanta
= Konstanta
= Koefisien Atenuasi
= Intensitas Cahaya Masuk
= Intensitas Cahaya Keluar Setelah N Lilitan
= suhu
= Radius Core
= Indeks Bias Relatif Core Dengan Cladding
= Pelemahan Intensitas Cahaya
= Tegangan Modulasi
= Tegangan Referensi
= Daya Diterima Detektor
= Daya Masuk
commit to user
= Faktor Kesebandingan
x
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
Derajat
m
m
m
J
J
m
m
m
m-1
m
a.u
Watt/m2
Watt/m2
dB
Watt
Watt
km-1
Watt/m2
Watt/m2
Celcius
m
dB
Volt
Volt
Watt
Watt
xi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
�
���
����
Δ�
Δ�
�
�
��
�
�
�
�
= Arus Listrik
= Tegangan Ateuator Cahaya
= Tegangan Modulasi Cahaya
= Perubahan Sudut
= Perubahan Jarak
= Gaya
= Kostanta Pegas
= Penambahan Panjang Bahan
= Luas Bahan
= Nilai Regangan Bahan
= Nilai Tegangan Bahan
= Modulus Elastisitas Bahan
commit to user
xi
Ampere
Volt
Volt
Radian Atau Derajat
m
N
N/m
m
m2
N/m2
N/m2
xii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tabel pengukuran kebocoran pada kotak hitam ...................
51
Lampiran 2. Pengukuran luasan dibawah kurva(A) pada V bervariasi ....
52
Lampiran 3. Pengukuran kurva FWHM pada kecepatan bervariasi .........
Lampiran 4. Hasil pengukuran transmitansi dengan keceptan bervariasi
Pada massa 3190 kg ...............................................................
Lampiran 5. Hasil pengukuran manual jembatan timbang .......................
Lampiran 6. Data uji tekan ........................................................................
Lampiran 7. Pengukuran puncak transmitansi pada kecepatan bervariasi
massa 4374 kg .....................................................................
Lampiran 8. Pengukuran puncak transmitansi pada kecepatan bervariasi
pada massa 5625 kg ............................................................
Lampiran 9. Pengukuran puncak transmitansi dengan kecepatan bervariasi
pada massa 7649 kg ............................................................
53
commit to user
xii
56
62
63
64
73
74