Reliabilitas Rehabilitasi Kolam Pasang pada Jaringan Irigasi Pasang Surut Unit Tabung Anen, Kalimantan Selatan | Wignyosukarto | Forum Teknik 1096 2130 1 SM
FORUM TEKNIK VOL. 29, NO. I, JANUART
7l
2OO5
Implementasi Piezoelektrik Sebagai Sensor Identifikasi Kendaraan
yang Melintasi Jembatan
Sunarno
Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknik, UGM
Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta 55281
ABSTMCT
to measure trafrc density information is an important thing to hsve.
Piezoelectric is a sensor that is used to change vibration into an electrical signal. This
characteristic is used to identifu vibration in a bridge that is occurced because of vehicles
Telemetry system
dynamic motion. This research has been done wftich combine a piezoelectric, capasitor, spiral
spring, and pendulum.
Sensors are placed over the bridge's sidewalk area when used to gel dsta. Output signal
from sensors is fed into a mic compressor (pre amp) to get amplification. The mic compressor
output is fed into a computer through sound cards' Iine in. Data from the experiment is
recorded and is analyzed by Cool Edit Pro version 2.0.
The amplification
from mic compressor depends on frequency of the input wave. The mic
compressor will give higher gain to the input with higher frequency. Vehicles average vibration
is represented by
amplitude depends on the mass and type of vehicles. In this case,
it
X,^r* )
7
nr,
)
7
uR
"o,
ruu,rh,k"
Keywords: amplitude, bridge, piezoelectric, vehicle, vibration
1. Pendahuluan
Sistem informasi penyajian langsung (real
time) merupakan suatu kebutuhan yang penting
dewasa ini. Salah satu informasi yang mendesak
untuk langsung diketahui adalah informasi arus
lalu lintas. Dengan diketahuinya tingkat kepadatan
arus lalu lintas pada jalan yang akan dituju, kita
dapat memutuskan apakah akan melanjutkan
perjalanan dengan tetap melewati jalan tersebut
atau mencarijalan alternatif lain. Sistem informasi
arus lalu lintas memerlukan sensor yang dapat
mendeteksi tingkat kepadatan lalu lintas agar
sistem manajemen transportasi yang dilaksanakan
sesuai dengan fakta yang ada.
Jembatan merupakan bangunan pelengkap
jalan yang keberadaannya diperlukan untuk
menghubungkan ruas jalan yang terputus oleh
berbagai kondisi, misalnya sungai, lembah, dan
lain-lain. Jembatan akan berosilasi dengan
ISSN:0216-7565
amplitudo tertentu jika menerima beban yang
bergerak sesuai dengan besar gaya yang
diterimanya. Karakteristik jembatan inilah yang
akan dimanfaatkan untuk mendeteksi jenis
kendaraan yang melintasi suatu jembatan.
Batasan masalah pada penelitian ini adalah:
L
Pembuatan sensor yang digunakan untuk
mendeteksi getaran di jembatan yakni
piezoelektrik dan mic compressor sebagai
rangkaian penguatnya.
2.
Penggunanan kartu suara(sound card) sebagai
sistem antarmuka dan Cool Edit Pro versi 2.0
sebagai perangkat lunak.
3.
Pengambilan data dilaksanakan
Krasak sebelah timur.
Penelitian
ini
di jembatan
bertujuan untuk merancang
bangun piezoelektrik agar dapat digunakan untuk
mengidentifikasi jenis kendaraan yang melintasi
Terakreditasi BAN DIKTI No :49/DIKTVKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL.29, NO. I,JANUARI 2005
suatu jembatan. Data sinyal getaran yang diperoleh
selama penelitian, diolah dan dianalisis dengan
menggunakan program Cool Edit Pro versi 2'0'
Keberhasilan penelitian ini nantinya dapat
dipergunakan untuk mendukung sistem pemantauan kepadatan lalu lintas suatu jembatan
sehingga informasi arus lalu lintas dapat langsung
disajikan.
Penelitian penggunaan sensor piezoelektrik
pernah dilakukan
oleh Rumono (2004).
Piezoelektrik digunakan memantau getaran pada
instalasi nuklir. Pada penelitian tersebut juga
diteliti pengaruh penggunaan pegas sebagai bahan
tambahan pada sensor piezoelektrik.
Pengujian beban dinamik telah dilakukan di
jembatan Milnikek, Grand Mere dan Omerville
yang terletak
di
propinsi Quebec,
Canada.
Penelitian tersebut dilakukan oleh Patrick Paultre,
Jean Proulx, dan Martin Talbot (1995). Penelitian
yang berjudul Tata Cara Pengujian Dinamik untuk
Jembatan Menggunakan Beban Lalu Lintas
tersebut bertujuan untuk mengevaluasi faktor
penguatan dinamik jembatan. Respon percepatan
vertikal diperoleh pada kondisi lalu lintas normal
dan terencana menggunakan sensor, kendaraan
dan pola beban yang berbeda-beda. Sensor yang
digunakan dalam penelitian tersebut adalah
accelerometer, strain gauge, LVDT (linear
variable diferential transformers) dan sinar laser.
Data deformasi dan perpindahan digunakan untuk
mendapatkan nilai faktor penguatan dinamik,
sedangkan data percepatan digunakan untuk
memperoleh sifat dinam ik.
Dari kedua hasil penelitian di atas, dipandang
perlu melakukan penelitian tentang identifikasi
kendaraan di jembatan menggunakan piezoelektrik. Identifikasi dilakukan dengan memanfaatkan
getaran yang terjadi pada jembatan akibat beban
dinamik yang diterimanya dari kendaraan. Sensor
yang digunakan untuk mengidentifikasi getaran
adalah piezoelektrik.
2. Fundamental
jika
menerima gaya eksternal,
kemampuan jembatan ketika menerima gaya
pemampatan (compression) dan peregangan
(tension) akibat menerima gaya eksternal sehingga
tidak terjadi penekukan jembatan (buckling) dan
keretakan jembatan (snapping).
Pemampatan adalah gaya yang mengakibatkan suatu benda menjadi lebih pendek, sedangkan
yang mengakibatkan
suatu benda menjadi lebih panjang. Penekukan
terjadijika gaya yang diterima jembatan melebihi
peregangan adalah gaya
batas kemampuan penerimaan gaya pemampatan
jembatan tersebut. Keretakan terjadi jika gaya
yang diterima jembatan melebihi batas kemampuan penerimaan gaya peregangan jembatan
tersebut. Gaya eksternal yang diterima pada suatu
titik di
sesuai
jembatan akan dihilangkan
atau
indahkan. Pen gh i I ang an gay a di I akukan dengan
menyebarkan gaya yang diterima titik tersebut ke
d ip
wilayah yang lebih luas. Pemindahan gay^
dilakukan dengan memindahkan Eaya yang
diterima di suatu titik ke daerah lebih kuat yang
memang dirancang untuk meredam gaya. Pada
Gambar I tampak kondisi terjadinya pemampatan
dan peregangan suatu jembatan (Brown, 2004).
6oya
Pgrionpdt6tl
{
laKondsi Nonoal&nbdm
il
+-"
letcaotgol
.-D
Pemorydlo|
1b Kondd Jcn$dan Kctra
Marciim Grya Eld€rnal
Gambar
l.
Kondisi jembatan
Besarnya gaya eksternal yang diterima
jembatan akibat beban dinamis dari perpindahan
benda yang membebaninya dirumuskan
F=ma
:
(l)
adalah gaya yang diterima jembatan, m
adalah masa beban, dan o adalah percepatan yang
dengan
Jembatan akan berosilasi dengan amplitudo
tertentu
yang perlu diperhatikan ketika merancang suatu
jembatan adalah penghitungan besarnya batas
F
dimilikioleh beban.
dengan besar gaya eksternal yang diterimanya. Hal
ISSN:0216-7565
Terakreditasi BAN DIKTI No : 49/DIKTUKEP2003
FORUM TEKNIK VOL. 29; NO.
I' JANUARI2005
73
Terjadinya pemampatan dan peregangan pada
Dari Cambar 2 tampak bahwa
jembatan tersebut menirnbulkan getaran atau
gelombang. Gelombang mempunyai getaran
sebagai sumbernya. Sumber getaran menyebar
:
An* = At* + Az* = 41 cos 0r + Az cos
Any
02
- A,, * Az, = Ar sin 01 + 42 sin 02
melewati medium dalam bentuk gelombang. Pada
perambatan gelombang terjadi perpindahan energi
yang mengakibatkan partikel berosilasi di sekitar
titik kesetimbangannya (Kanginan, 1997).
Dengan demikian Ax dapat dicari dari:
Ada empat besaran yang merupakan besaran
dasar sebuah gelombang, yaitu: periode (T),
frekuensi $), panjang gelombang (l), dan cepat
rambat gelombang (v). Hubungan keempat besaran
dasar gelombang ditunjukkan dalam Persamaan
(2) dan (3).
Superposisi untuk dua getaran dengan f-rekuensi yang berbeda adalah xa xt + x2 = Ap(t)
f=l/TatauT=l/f
(2)
v=l,f=)t/T
(3)
Proses superposisi getaran merupakan proses
penjumlahan simpangan dari masing-masing
getaran saat demi saat (Vierck, 1995). Proses
penjumlahan getaran dipengaruhi oleh arah dan
frekuensi getaran.
Superposisi dua getaran dengan frekuensi
I x2 : Ap cos (at + 1fl.
Dengan metode fasor dapat diperoteh besarnya
amplitudo superposisi lp.
yang sama adatah xR = xr
An2=An*24A*r'
lo = Ar2+4r'+2ArLr"os(0r-oz)
(4)
:
cos 0n0. Dengan metode fasor diperoleh
amplitudo superposisi
[An(t)]2 = Ar2
*
:
Az2
+ 2 Ar Az cos [(ro1t +
0r)-(orzt+02)l
(s)
Amplitudo gelombang biasanya akan mengeterjadi
karena adanya redaman. Redaman biasanya
disebabkan oleh hambatan udara dan gesekan
internal pada sistem yang berosilasi. Energi yang
kemudian dikeluarkan sebagai energi panas
cil jika menjauhi sumber getar. Hal ini
ditunjukkan dengan amplitudo osilasi yang
berkurang. Tiga kasus umum sistem teredam
adalah overdamped di mana peredaman sedemikian besar sehingga memerlukan waktu lama
untuk sampai ke kesetimbangan. Critical damping,
di mana kesetimbangan
dicapai dengan cepat.
Underdamped di mana sistem melakukan beberapa
kali ayunan sebelum berhenti.
ke
Gelombang membawa energi dari satu tempat
tempat yang lain. Sementara gelombang
merambat melalui medium, energi dipindahkan
sebagai energi getaran dari partikel ke partikel
pada medium tersebut. Besarnya energi yang
dibawa gelombang adalah:
E=2nzmP42
di
mana
E adalah energi
(6)
gelombang,
m
adalah
massa partikel dalam medium,
adalah frekuensi
gelombang, dan A adalah amplitudo gelombang
f
(Giancoli, 1998).
Piezoelektrik merupakan suatu sensor yang
mengubah getaran mekanik menjadi sinyal listrik
Gambar 2. Superposisi getaran secara vektor (Rumono,
2004)
ISSN:
02'16 - 7565
dan sebaliknya. Peregangan dan pemampatan akan
membangkitkan tegangan dengan polaritas yang
berlawanan. Munculnya tegangan akibat pemam-
Terakreditasi BAN DIKTI No :49|DIKTVKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL,29, NO. I, JANUARI2OOS
patan dan peregangan
ini
dinamakan efek
piezoelektrik. Sebaliknya,
salah satu kutub
tegangan diberi medan listrik, material tersebut
akan memanjang atau memendek menurut
polaritas medan listrik. Efek ini kemudian
dinamakan kebalikan efek piezoelekterik. Efek
piezoelektrik pertama kali diamati oleh Jacques
dan Pierre Curie pada tahun 1880. Tegangan yang
dihasilkan pada efek piezoelektrik disebabkan
kaiena adanya ion agak bebas (semi mobile ion)
yang memiliki beberapa posisi keadaan kuantum
stabil di dalam sel. Gaya eksternal yang diberikan
jika
pada kristal piezoelektrik akan mengakibatkan ion-
ion agak bebas dalam piezoelektrik bergerak
sehingga terjadi perubahan tegangan pada
piezoelektrik (Johnson, 1993). Pada Gambar 3
tampak perubahan yang terjadi pada piezoelektrik
jika diberi tekanan atau tegangan. Pada Gambar
3.b, piezoelektrik akan membangkitkan tegangan
dengan polaritas yang searah dongan tegangan
piezoelektrik j ika dimampatkan. Jika d iregan gkan,
piezoelektrik akan membangkitkan tegangan
dengan polaritas yang berlawanan
dengan
tegangan piezoelektrik seperti yang tampak pada
Gambar 3.c. Pada Gambar 3.d tampak piezo-
elektrik yang diberi tegangan searah dengan
tegangan piezoelektrik akan menyebabkan
piezoelektrik menjadi lebih tebal. Pada Gambar
3.e tampak piezoelektrik yang diberi tegangan
berlawanan dengan tegangan piezoelektrik akan
menyebabkan piezoelektrik menjadi lebih tipis.
Muatan induksi pada kristal itu sebanding dengan
gay a y ang besarnya adalah
Q=d
dengan
dan
F
e\
Q dalam muatan induksi, F adalah gaya,
konstanta proporsionalitas (tetapan
kesebandingan)
d disebut konstanta piezoelektrik
Qtiezoelectric constant). Tegangan keluaran kristal
diberikan oleh
E=gtp
(8)
dengan I adalah tebal kristal dalam meter,
p
adalah
tekanan yang diberikan dan g disebut kepekaan
tegangan (voltage sensitivity) dan diberikan oleh
g
=red
(9)
d adalah
konstanta piezoelektrik dan e
adalah banyaknya muatan dalam tiap tegangan.
dengan
3. Metodologi
Metode yang digunakan dalam penelitian ini
adalah metode eksperimental.
Perangkat keras yang digunakan adalah
piezoelektrik. Piezoelektrik yang digunakan dalam
penelitian ini memiliki rentang frekuensi yang
masih lebar, sehingga diperlukan filter untuk
menyaring frekuensi agar piezoelektrik hanya
mendeteksi frekuensi pada gejala yang diamati.
Filter yang digunakan dalam penelitian ini adalah
kapasitor yang besarnya
l0 nF. Kapasitor dipasang
secara seri dengan piezoelektrik.
gancEtr
t-T
|r--
&ifi,r.
+
.,ial
. .i,t
+',il*
,[
: "i-
,*..1!lh;il-#
(.1
di.l rtLr
pold'riloO
{F]ngl
+ l-t'
lbl itld( oomF...G.t
ern'rmd vallTlo
lrla r.lrn pohtlly
rl polhe wltrga
Gamb
ISSN:0216-7565
'
-nroio|
v6lr.g. t l nDill.d irEltigl'
i...rm. pol.iitt
lr pohrfty
.. polllrg roltrgc:
oppo.ll. lhll ot
drk lrnstrrenr
(dl rppEad
fJfEnl"rl*ff'
ar 3. E fe k Pie me le ktrik (www.ame ricanpie a com)
.
Terakreditasi BAN DIKTI No :49|DIKTVKEP/2003
foRu
i r,
twf Ti$fl
e{IK vol"li 29;Iiro.,4iJAnu.JAm li?0s3
l i; Fitaoelektikrry.dn,$,
i
,,, *,,Pgqangfaf,, lun1k,,, y.4lg
di gunakan r dala.m : :'p€ n e-
:
p.
;in
i, adal ah Coo
Cool Edit Pro versi 2.0 dalam penelitian ini
digunakan untuk merekam, menyimpan dan
menganalisis data yang diperoleh setama
percobaan. Cool Edit Pro versi 2.0 harus diatur
teflebih dahulu sebelum digunakan untuk
akan
menaikkan beda tegdngan antara pelat aluminium
dan kistal (Rumono,'2004). Selain itu,
enBl it,ian
merekam,
gelombang
memanipulasi, dan memproses bentuk
mono dan stereo.
r
yang pada akhirnya
digllle,he$,,,.931u.
dipakai untuk memainkan,
:
besar,,;"
I
I Ed it Pro verqi .2,Q:
r,-"e,.o.,9,!
program
komputer yang dap.g!
Edit Prq adalah
titianiini ;diborii pegasyang,pada, bagian'' ujungny,a
diberi': pentbelat; berupa, sekrup ;'.uiltuk menaikkan
sensitifitas,s€nsor;,;Pegas yang' menemPel,di atas
piezoelektrik,akan,;ikut berosilasi sesuai, dengan
frektrensi piezoelektrik. Os i lasi pegas men gaki bat:
kan p lat e lektroda, piezoelektri k mend apatka n gay ?,
yang lebih
:"
pegas
diglpakan,untuk mgiiggqser bandwidth frekuensi
dari frekunsiaudio kedalam fiekuensi rendah.
merekam data.
-lrl:J
aarm ?sM4
l04Ma
I rl',a24fi€
.:
:
-.t i
ltiew
Coal
EditFfo 2.0
4. Benfukrenviromhent multitrack
Gai,nbar
-,.
:
..,.,,i"'
3
'
i.
g-in-iiF-l-l
,
I
H
istosram I
.
Mono
Minlmum S.mple Valu6:
Mikimr'tm Samplc Vcluc:
Fosaibly Ctippcd Samplcs:
DC Olfsct:
rotat FIMS Po*"r,
ActuatlBit Dppth,
.
.
lU
1
I
794 Z
|ffi-liE-
--
*'
ii't,or.
t,_ l(.: .
f.
.
Copy Oata to CtipUoara I
Gambar 5. lltweform Statistics pada Cool Edit Pro 2.0
IESN{tOl,,l6.i ?5,66i
#si1;
FORUM TEKNTK VAL.29, NO. I, JANUARI2005
Pengambilan data dilaksanakan
di
Jembatan
Krasak sebelah timur. Jembatan Krasak terletak di
perbatasan antara Provinsi Jawa Tengah dan
Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta. Jembatan
Krasak memiliki panjang 224 metet.
Data keluaran kedua sensor dimasukkan ke
dalam komputer melalui jalur masukan (line in)
kartu suara. Data, yang berupa sinyal kontinyu,
disimpan melalui program Cool Edit Pro versi 2'0.
Pengambilan data dilakukan dengan berbagai
variasi sensor, antara lain: sensor lengkap, sensor
tanpa bandul, sensor tanpa kawat, dan piezoelektrik. Pada Gambar 7 tampak variasi sensor
yang digunakan dalam penelitian ini. Pada waktu
pengambilan data, sensor diberi pelindung berupa
boks plastik untuk menangkal pengaruh angin.
Cool Edit Pro versi 2.0 dijalankan dalam
environment Multitrack View. Ttack I digunakan
untuk sensor l, Track 2 digunakan untuk sensor
sensor 2, dan Track 3 digunakan untuk mikropon.
Track I dan Track 2 menggunakan jalur masukan
kartu suara on board sedangkan mikropon
menggunakan
jalur mikropon (line mic)
Sound
Blaster. Mikropon dalam penelitian ini digunakan
untuk merekam suara nama jenis kendaraan yang
€
{-
E+
J./
Piezoelektrik
l*
lr
H-
sedang melintasi sensor l. Mikropon yang
digunakan dalam penelitian ini dihubungkan
b;lZcm
-
7.a. Sensor lengkap
dengan sistem telemetri karena tempat pengamatan
berada di atas jembatan sedangkan komputer
pengolah data berada di kolong jembatan'
Penempatan sensor ketika dilakukan pengambilan
data terlihat pada Gambar 6.
t82m
.
17m
,.
Sasor
I
Satsr
,t*
{-
E:
Piezoelektrik
4FL. I
rr
o
a
Pegas
2
lr
n
#
Gambar 6a. Posisi sensor-sensor ketika pengambilan
D=
lzcm.
7.b. Sensor tanpa bandul
data
Pegas
I
ropasnor-+ dhT
@
#PiezoelEktrik
7.c. Sensor tanpa kawat
O#FiezoelEklrik
7.d. Piezoelektrik
penempatan sensor ketika pengam'
, ,C,,qgtbt.6.d. f"b.to
li
.)
; bitan data
qi4
"
.:
+l
I
Gambar
7.
Variasi sensor yang digunakan dalam
penelitian
l,ri
ISSN:0216-7565
Terakreditasi BAN DIKTI No : 49IDIKTUKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL.29, NO. I, JANUARI
2OO5
itu dapat dihilangkan dengan filter yang tersedia
4. Hasil dan Pembahasan
pada software Cool Edit Pro versi 2.0.
Sensor lengkap
Berdasarkan data hasil identifikasi dari sensor
lengkap, diperoleh nilai amplitudo rata-rata untuk
masing-masing
26,31
dB,bis:
jenis kendaraan yakni, truk = -27,59 dB dan mobil
:
-32,67 dB.
Sensor tanpa bandul
Berdasarkan data hasil identifikasi dari sensor
tanpa bandul diperoleh nilai amplitudo rata-rata
untuk masing-masing jenis kendaraan yakni, truk
= -28,94 dB, bis = -30,44 dB, mobil = -32,03 dB
dan motor = -38,00 dB.
Pembahasan
Dari data yang diperoleh selama pengambilan
data di lapangan diketahui bahwa untuk sensor
lengkap, sensor tanpa bandul dan sensor tanpa
kawat nilai rerata jenis kendaraan akan meningkat
mengikuti besar massanya. Makin besar massa
dari jenis kendaraan, nilai rerata amplitudonya
makin besar. Hal ini sesuai dengan Persamaan (1)
di mana gaya merupakan hasil perkalian antara
massa benda dan percepatannya. Pada waktu
diadakan pengambilan data di lapangan, kendaraan
yang melintasi jembatan bergerak dengan
Sensor tanpa kawat
Berdasarkan data hasil identifikasi dari sensor
tanpa kawat diperoleh nilai amplitudo rata-rata
untuk masing-masing jenis kendaraan yakni, truk
= -25,12 dB, bis = -25,80 dB, mobil = -27,51 dB
dan motor = -32,46 dB.
Piezoelektrik
Berdasarkan data hasil identifikasi dari
piezoelektrik diperoleh nilai amplitudo rata-rata
untuk masing-masing jenis kendaraan yakni, 34,28 dB untuk mobil dan -27,61 dB untuk motor.
Penghilangan noise (sinyal aliasing)
kecepatan yang hampir sama sehingga pengaruh
percepatan dalam penelitian ini dapat diabaikan.
Amplitudo yang diperoleh selama pengambilan data di lapangan untuk jenis kendaraan dan
sensor yang sama memiliki besar yang bervariasi.
Faktor-faktor yang mempengaruhi perbedaan
besar amplitudo ini antara lain :
a. Perbedaan massa tiap jenis kendaraan
b. Perbedaanjarak kendaraan dengan sensor.
c. Adanyasuperposisigelombang.
Dengan mengabaikan perolehan data dari
piezoelektrik, diketahui bahwa perbandingan besar
amplitudo rerata untuk truk, bis dan motor yaitu
I fsensor tanpa ka*at
Penghilangan noise perlu dilakukan karena
Sedangkan perbandingan besar amplitudo rerata
sinyal yang terekam ketika pengambilan data
ternyata bukan sinyal murni hasil getaran di
untuk mobil adalah I
jembatan karena pengaruh kendaraan yang lewat.
fsensor
Hal ini dibuktikan dengan adanya sinyal
tanpa
bandul
)
Xsensor lengkap
X..nso,
tanp"
k"*at
,
yang
Sensor tanpa kawat menghasilkan amplitudo
terekam di Cool Edit Pro versi 2.0 ketika tidak ada
rerata yang lebih tinggi dibandingkan variasi
sensor yang lain karena penggunaan kawat
mengakibatkan jarak yang ditempuh gelombang
kendaraan yang melintasi jembatan. Sinyal inilah
yang kemudian disebut noise. Noise terjadi karena
jembatan ternyata memiliki frekuensi alami dan
berosilasi pada titik kesetimbangannya meskipun
dengan simpangan yang kecil. Besar kecilnya
simpangan jembatan dari
titik
kesetimbangannya
dipengaruhi oleh panjang, lebar, struktur dan
material jembatan. Simpangan jembatan akan
makin besar jika jembatan makin panjang dan
akan makin keciljika jembatan makin lebar. Noise
ISSN:0216-7565
dari sumber getaran menuju sensor menjadi lebih
jauh sehingga mengakibatkan peredaman
lebih besar. Peredaman yang besar
amplitudo meng0cil.
Pada truk, bis dan motor nilai
rerata sensor lengkap lebih besar dari
amplitudo rata-rata sensor tanpa bandul
bandul pada sensor lengkap memberikan gaya
Terakreditasi BAN DIKTI No :49|DIKTUKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL.29. NO. I. JANUARI2OOS
pada kawat sehingga piezoelektrik akan berosilasi
dengan simpangan yang lebih besar. Pada mobil,
nilai amptitudo rata-rata sensor tanpa bandul lebih
Penggunaan bandul mengakibatkan kawat
berosilasi dengan simpangan yang lebih besar
dalam waktu yang lebih lama.
besar dari pada nilai amplitudo rata'rata sensor
lengkap dengan jumlah data mobil pada sensor
lengkap sebanyak dua buah mobil.
digunakan untuk mendeteksi jenis kendaraan yang
melintasi suatu jembatan.
5. Kesimpulan
Ucapan Terima Kasih
Metode yang telah dilaksanakan
dapat
Besar nilai amplitudo r&ta'rata untuk masing-
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan
masing jenis kendaraan pada sencor lEngkap,
sensor tanpa bandul dan sensor tanpa kawat akan
meningkat menurut besar massanya' Dalam hal ini
X,^n t Xo,. ) X,nou' ) X'o,o, .
terima kasih kepada Khusnul Khotimah, S.T.,
Memory M. Waruwu, S.T., Martinus K. H., S.T.,
Rony Wijaya, S.T. dan rekan-rekan peneliti
lainnya yang telah membantu terlaksananya
Besar amplifirdo rala-rata pada sensor lengkap
untuk masing-masing kendaraan yaitu =26'31 dB
untuk truk, -27,59 dB untuk bis dan '32,67 dB
untuk mobil.
Besar amptitudo rata'r gta Pad,a sensor tanpa
bandul untuk masing-masing kendaraan yaitu 28,94 dB untuk truk, -30,44 dB untuk bis, '32'03
dB untuk mobil dan -38,00 dB untuk motor.
Besar amplitudo rata-rata pada sensor tanPa
kawat untuk masing-masing kcndaraan yaitu 25,12 dB untuk truk, -25,80 dB untuk bie, .?7'51
dB untuk mobil dan '32,46 dB untuk motor.
Besar amplitudo rata-rata pada piezoelektrik
adalah {.4,28 dB untuk mobil dan -27,61 dB
untuk motor. Hal ini menunjukan bahwa
piezoelektrik murni yang digunakan dalpm
penelitian ini tidak bisa digunakan sebagai sensor
untuk mengidentifikasi jenis kendaraan
di
jembatan.
Perbedaan amplitudo pada
jenis
penelitian ini.
Dqftar Pugtaks
Brown, G., 2004, Bridge, HowStuffWork, Inc.,
Atlanta, http://computer. Howstuffivorks.com/
sound-card.htm
Giansoli,
D. e,,
1998, Fisika, Edisi Kelima,
Penerbit Erlangga, Jakarta.
C., 1993, Process Control Instrumentatian Technalogt, Fourth edition, Prentice
Johnson,
Hall, New JerseY.
Kanginan,
M., 1997, Fisika,
Penerbit Erlangga,
Jakarta.
Paultre, P., Proulx, J., And Talbot, M., 1995,
Dynamic Testing Procedures for Highway
Bridges Using Traffic Loads, Journal of
Structural Engineering, Vol. l2l, No. 2,
Februari : 362-37
5.
Rumono, 2004, Perancangan Sistem Pemantau
kendaraan
dan sensor yang sama disebabkan karena
perbedaan massa, perbedaan jarak kendaraan
dengan sensor dan karena adanya superposisi
gelombang.
Nuklir
Berbasis
Mikroprosesor, Slcripsi, FT UGM, Yogyakarta.
Vierck, R. K., 1995, Analisis Getaran, diterjemahkan oleh: Dr. lr, Dicky Rezady Munaf,
MS,MSCE., Penerbit PT. Eresco, Bandung.
Penggunan kawat akan mengkibatkan jarak
yang ditempuh gelombang dari sumber geteran
menuju sensor menjadi lebih jauh
Getaran pada Instalasi
www, american p iezo. com, P i e z oe I e ktrilr, American
Piezo Ceramics, Inc., Canada.
sehingga
mengakibatkan peredaman menjadi lebih besar'
ISSN : 0216'7565
Terakreditasi BAN DIKTI No : 49/DIKTI/KEP/2003
7l
2OO5
Implementasi Piezoelektrik Sebagai Sensor Identifikasi Kendaraan
yang Melintasi Jembatan
Sunarno
Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknik, UGM
Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta 55281
ABSTMCT
to measure trafrc density information is an important thing to hsve.
Piezoelectric is a sensor that is used to change vibration into an electrical signal. This
characteristic is used to identifu vibration in a bridge that is occurced because of vehicles
Telemetry system
dynamic motion. This research has been done wftich combine a piezoelectric, capasitor, spiral
spring, and pendulum.
Sensors are placed over the bridge's sidewalk area when used to gel dsta. Output signal
from sensors is fed into a mic compressor (pre amp) to get amplification. The mic compressor
output is fed into a computer through sound cards' Iine in. Data from the experiment is
recorded and is analyzed by Cool Edit Pro version 2.0.
The amplification
from mic compressor depends on frequency of the input wave. The mic
compressor will give higher gain to the input with higher frequency. Vehicles average vibration
is represented by
amplitude depends on the mass and type of vehicles. In this case,
it
X,^r* )
7
nr,
)
7
uR
"o,
ruu,rh,k"
Keywords: amplitude, bridge, piezoelectric, vehicle, vibration
1. Pendahuluan
Sistem informasi penyajian langsung (real
time) merupakan suatu kebutuhan yang penting
dewasa ini. Salah satu informasi yang mendesak
untuk langsung diketahui adalah informasi arus
lalu lintas. Dengan diketahuinya tingkat kepadatan
arus lalu lintas pada jalan yang akan dituju, kita
dapat memutuskan apakah akan melanjutkan
perjalanan dengan tetap melewati jalan tersebut
atau mencarijalan alternatif lain. Sistem informasi
arus lalu lintas memerlukan sensor yang dapat
mendeteksi tingkat kepadatan lalu lintas agar
sistem manajemen transportasi yang dilaksanakan
sesuai dengan fakta yang ada.
Jembatan merupakan bangunan pelengkap
jalan yang keberadaannya diperlukan untuk
menghubungkan ruas jalan yang terputus oleh
berbagai kondisi, misalnya sungai, lembah, dan
lain-lain. Jembatan akan berosilasi dengan
ISSN:0216-7565
amplitudo tertentu jika menerima beban yang
bergerak sesuai dengan besar gaya yang
diterimanya. Karakteristik jembatan inilah yang
akan dimanfaatkan untuk mendeteksi jenis
kendaraan yang melintasi suatu jembatan.
Batasan masalah pada penelitian ini adalah:
L
Pembuatan sensor yang digunakan untuk
mendeteksi getaran di jembatan yakni
piezoelektrik dan mic compressor sebagai
rangkaian penguatnya.
2.
Penggunanan kartu suara(sound card) sebagai
sistem antarmuka dan Cool Edit Pro versi 2.0
sebagai perangkat lunak.
3.
Pengambilan data dilaksanakan
Krasak sebelah timur.
Penelitian
ini
di jembatan
bertujuan untuk merancang
bangun piezoelektrik agar dapat digunakan untuk
mengidentifikasi jenis kendaraan yang melintasi
Terakreditasi BAN DIKTI No :49/DIKTVKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL.29, NO. I,JANUARI 2005
suatu jembatan. Data sinyal getaran yang diperoleh
selama penelitian, diolah dan dianalisis dengan
menggunakan program Cool Edit Pro versi 2'0'
Keberhasilan penelitian ini nantinya dapat
dipergunakan untuk mendukung sistem pemantauan kepadatan lalu lintas suatu jembatan
sehingga informasi arus lalu lintas dapat langsung
disajikan.
Penelitian penggunaan sensor piezoelektrik
pernah dilakukan
oleh Rumono (2004).
Piezoelektrik digunakan memantau getaran pada
instalasi nuklir. Pada penelitian tersebut juga
diteliti pengaruh penggunaan pegas sebagai bahan
tambahan pada sensor piezoelektrik.
Pengujian beban dinamik telah dilakukan di
jembatan Milnikek, Grand Mere dan Omerville
yang terletak
di
propinsi Quebec,
Canada.
Penelitian tersebut dilakukan oleh Patrick Paultre,
Jean Proulx, dan Martin Talbot (1995). Penelitian
yang berjudul Tata Cara Pengujian Dinamik untuk
Jembatan Menggunakan Beban Lalu Lintas
tersebut bertujuan untuk mengevaluasi faktor
penguatan dinamik jembatan. Respon percepatan
vertikal diperoleh pada kondisi lalu lintas normal
dan terencana menggunakan sensor, kendaraan
dan pola beban yang berbeda-beda. Sensor yang
digunakan dalam penelitian tersebut adalah
accelerometer, strain gauge, LVDT (linear
variable diferential transformers) dan sinar laser.
Data deformasi dan perpindahan digunakan untuk
mendapatkan nilai faktor penguatan dinamik,
sedangkan data percepatan digunakan untuk
memperoleh sifat dinam ik.
Dari kedua hasil penelitian di atas, dipandang
perlu melakukan penelitian tentang identifikasi
kendaraan di jembatan menggunakan piezoelektrik. Identifikasi dilakukan dengan memanfaatkan
getaran yang terjadi pada jembatan akibat beban
dinamik yang diterimanya dari kendaraan. Sensor
yang digunakan untuk mengidentifikasi getaran
adalah piezoelektrik.
2. Fundamental
jika
menerima gaya eksternal,
kemampuan jembatan ketika menerima gaya
pemampatan (compression) dan peregangan
(tension) akibat menerima gaya eksternal sehingga
tidak terjadi penekukan jembatan (buckling) dan
keretakan jembatan (snapping).
Pemampatan adalah gaya yang mengakibatkan suatu benda menjadi lebih pendek, sedangkan
yang mengakibatkan
suatu benda menjadi lebih panjang. Penekukan
terjadijika gaya yang diterima jembatan melebihi
peregangan adalah gaya
batas kemampuan penerimaan gaya pemampatan
jembatan tersebut. Keretakan terjadi jika gaya
yang diterima jembatan melebihi batas kemampuan penerimaan gaya peregangan jembatan
tersebut. Gaya eksternal yang diterima pada suatu
titik di
sesuai
jembatan akan dihilangkan
atau
indahkan. Pen gh i I ang an gay a di I akukan dengan
menyebarkan gaya yang diterima titik tersebut ke
d ip
wilayah yang lebih luas. Pemindahan gay^
dilakukan dengan memindahkan Eaya yang
diterima di suatu titik ke daerah lebih kuat yang
memang dirancang untuk meredam gaya. Pada
Gambar I tampak kondisi terjadinya pemampatan
dan peregangan suatu jembatan (Brown, 2004).
6oya
Pgrionpdt6tl
{
laKondsi Nonoal&nbdm
il
+-"
letcaotgol
.-D
Pemorydlo|
1b Kondd Jcn$dan Kctra
Marciim Grya Eld€rnal
Gambar
l.
Kondisi jembatan
Besarnya gaya eksternal yang diterima
jembatan akibat beban dinamis dari perpindahan
benda yang membebaninya dirumuskan
F=ma
:
(l)
adalah gaya yang diterima jembatan, m
adalah masa beban, dan o adalah percepatan yang
dengan
Jembatan akan berosilasi dengan amplitudo
tertentu
yang perlu diperhatikan ketika merancang suatu
jembatan adalah penghitungan besarnya batas
F
dimilikioleh beban.
dengan besar gaya eksternal yang diterimanya. Hal
ISSN:0216-7565
Terakreditasi BAN DIKTI No : 49/DIKTUKEP2003
FORUM TEKNIK VOL. 29; NO.
I' JANUARI2005
73
Terjadinya pemampatan dan peregangan pada
Dari Cambar 2 tampak bahwa
jembatan tersebut menirnbulkan getaran atau
gelombang. Gelombang mempunyai getaran
sebagai sumbernya. Sumber getaran menyebar
:
An* = At* + Az* = 41 cos 0r + Az cos
Any
02
- A,, * Az, = Ar sin 01 + 42 sin 02
melewati medium dalam bentuk gelombang. Pada
perambatan gelombang terjadi perpindahan energi
yang mengakibatkan partikel berosilasi di sekitar
titik kesetimbangannya (Kanginan, 1997).
Dengan demikian Ax dapat dicari dari:
Ada empat besaran yang merupakan besaran
dasar sebuah gelombang, yaitu: periode (T),
frekuensi $), panjang gelombang (l), dan cepat
rambat gelombang (v). Hubungan keempat besaran
dasar gelombang ditunjukkan dalam Persamaan
(2) dan (3).
Superposisi untuk dua getaran dengan f-rekuensi yang berbeda adalah xa xt + x2 = Ap(t)
f=l/TatauT=l/f
(2)
v=l,f=)t/T
(3)
Proses superposisi getaran merupakan proses
penjumlahan simpangan dari masing-masing
getaran saat demi saat (Vierck, 1995). Proses
penjumlahan getaran dipengaruhi oleh arah dan
frekuensi getaran.
Superposisi dua getaran dengan frekuensi
I x2 : Ap cos (at + 1fl.
Dengan metode fasor dapat diperoteh besarnya
amplitudo superposisi lp.
yang sama adatah xR = xr
An2=An*24A*r'
lo = Ar2+4r'+2ArLr"os(0r-oz)
(4)
:
cos 0n0. Dengan metode fasor diperoleh
amplitudo superposisi
[An(t)]2 = Ar2
*
:
Az2
+ 2 Ar Az cos [(ro1t +
0r)-(orzt+02)l
(s)
Amplitudo gelombang biasanya akan mengeterjadi
karena adanya redaman. Redaman biasanya
disebabkan oleh hambatan udara dan gesekan
internal pada sistem yang berosilasi. Energi yang
kemudian dikeluarkan sebagai energi panas
cil jika menjauhi sumber getar. Hal ini
ditunjukkan dengan amplitudo osilasi yang
berkurang. Tiga kasus umum sistem teredam
adalah overdamped di mana peredaman sedemikian besar sehingga memerlukan waktu lama
untuk sampai ke kesetimbangan. Critical damping,
di mana kesetimbangan
dicapai dengan cepat.
Underdamped di mana sistem melakukan beberapa
kali ayunan sebelum berhenti.
ke
Gelombang membawa energi dari satu tempat
tempat yang lain. Sementara gelombang
merambat melalui medium, energi dipindahkan
sebagai energi getaran dari partikel ke partikel
pada medium tersebut. Besarnya energi yang
dibawa gelombang adalah:
E=2nzmP42
di
mana
E adalah energi
(6)
gelombang,
m
adalah
massa partikel dalam medium,
adalah frekuensi
gelombang, dan A adalah amplitudo gelombang
f
(Giancoli, 1998).
Piezoelektrik merupakan suatu sensor yang
mengubah getaran mekanik menjadi sinyal listrik
Gambar 2. Superposisi getaran secara vektor (Rumono,
2004)
ISSN:
02'16 - 7565
dan sebaliknya. Peregangan dan pemampatan akan
membangkitkan tegangan dengan polaritas yang
berlawanan. Munculnya tegangan akibat pemam-
Terakreditasi BAN DIKTI No :49|DIKTVKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL,29, NO. I, JANUARI2OOS
patan dan peregangan
ini
dinamakan efek
piezoelektrik. Sebaliknya,
salah satu kutub
tegangan diberi medan listrik, material tersebut
akan memanjang atau memendek menurut
polaritas medan listrik. Efek ini kemudian
dinamakan kebalikan efek piezoelekterik. Efek
piezoelektrik pertama kali diamati oleh Jacques
dan Pierre Curie pada tahun 1880. Tegangan yang
dihasilkan pada efek piezoelektrik disebabkan
kaiena adanya ion agak bebas (semi mobile ion)
yang memiliki beberapa posisi keadaan kuantum
stabil di dalam sel. Gaya eksternal yang diberikan
jika
pada kristal piezoelektrik akan mengakibatkan ion-
ion agak bebas dalam piezoelektrik bergerak
sehingga terjadi perubahan tegangan pada
piezoelektrik (Johnson, 1993). Pada Gambar 3
tampak perubahan yang terjadi pada piezoelektrik
jika diberi tekanan atau tegangan. Pada Gambar
3.b, piezoelektrik akan membangkitkan tegangan
dengan polaritas yang searah dongan tegangan
piezoelektrik j ika dimampatkan. Jika d iregan gkan,
piezoelektrik akan membangkitkan tegangan
dengan polaritas yang berlawanan
dengan
tegangan piezoelektrik seperti yang tampak pada
Gambar 3.c. Pada Gambar 3.d tampak piezo-
elektrik yang diberi tegangan searah dengan
tegangan piezoelektrik akan menyebabkan
piezoelektrik menjadi lebih tebal. Pada Gambar
3.e tampak piezoelektrik yang diberi tegangan
berlawanan dengan tegangan piezoelektrik akan
menyebabkan piezoelektrik menjadi lebih tipis.
Muatan induksi pada kristal itu sebanding dengan
gay a y ang besarnya adalah
Q=d
dengan
dan
F
e\
Q dalam muatan induksi, F adalah gaya,
konstanta proporsionalitas (tetapan
kesebandingan)
d disebut konstanta piezoelektrik
Qtiezoelectric constant). Tegangan keluaran kristal
diberikan oleh
E=gtp
(8)
dengan I adalah tebal kristal dalam meter,
p
adalah
tekanan yang diberikan dan g disebut kepekaan
tegangan (voltage sensitivity) dan diberikan oleh
g
=red
(9)
d adalah
konstanta piezoelektrik dan e
adalah banyaknya muatan dalam tiap tegangan.
dengan
3. Metodologi
Metode yang digunakan dalam penelitian ini
adalah metode eksperimental.
Perangkat keras yang digunakan adalah
piezoelektrik. Piezoelektrik yang digunakan dalam
penelitian ini memiliki rentang frekuensi yang
masih lebar, sehingga diperlukan filter untuk
menyaring frekuensi agar piezoelektrik hanya
mendeteksi frekuensi pada gejala yang diamati.
Filter yang digunakan dalam penelitian ini adalah
kapasitor yang besarnya
l0 nF. Kapasitor dipasang
secara seri dengan piezoelektrik.
gancEtr
t-T
|r--
&ifi,r.
+
.,ial
. .i,t
+',il*
,[
: "i-
,*..1!lh;il-#
(.1
di.l rtLr
pold'riloO
{F]ngl
+ l-t'
lbl itld( oomF...G.t
ern'rmd vallTlo
lrla r.lrn pohtlly
rl polhe wltrga
Gamb
ISSN:0216-7565
'
-nroio|
v6lr.g. t l nDill.d irEltigl'
i...rm. pol.iitt
lr pohrfty
.. polllrg roltrgc:
oppo.ll. lhll ot
drk lrnstrrenr
(dl rppEad
fJfEnl"rl*ff'
ar 3. E fe k Pie me le ktrik (www.ame ricanpie a com)
.
Terakreditasi BAN DIKTI No :49|DIKTVKEP/2003
foRu
i r,
twf Ti$fl
e{IK vol"li 29;Iiro.,4iJAnu.JAm li?0s3
l i; Fitaoelektikrry.dn,$,
i
,,, *,,Pgqangfaf,, lun1k,,, y.4lg
di gunakan r dala.m : :'p€ n e-
:
p.
;in
i, adal ah Coo
Cool Edit Pro versi 2.0 dalam penelitian ini
digunakan untuk merekam, menyimpan dan
menganalisis data yang diperoleh setama
percobaan. Cool Edit Pro versi 2.0 harus diatur
teflebih dahulu sebelum digunakan untuk
akan
menaikkan beda tegdngan antara pelat aluminium
dan kistal (Rumono,'2004). Selain itu,
enBl it,ian
merekam,
gelombang
memanipulasi, dan memproses bentuk
mono dan stereo.
r
yang pada akhirnya
digllle,he$,,,.931u.
dipakai untuk memainkan,
:
besar,,;"
I
I Ed it Pro verqi .2,Q:
r,-"e,.o.,9,!
program
komputer yang dap.g!
Edit Prq adalah
titianiini ;diborii pegasyang,pada, bagian'' ujungny,a
diberi': pentbelat; berupa, sekrup ;'.uiltuk menaikkan
sensitifitas,s€nsor;,;Pegas yang' menemPel,di atas
piezoelektrik,akan,;ikut berosilasi sesuai, dengan
frektrensi piezoelektrik. Os i lasi pegas men gaki bat:
kan p lat e lektroda, piezoelektri k mend apatka n gay ?,
yang lebih
:"
pegas
diglpakan,untuk mgiiggqser bandwidth frekuensi
dari frekunsiaudio kedalam fiekuensi rendah.
merekam data.
-lrl:J
aarm ?sM4
l04Ma
I rl',a24fi€
.:
:
-.t i
ltiew
Coal
EditFfo 2.0
4. Benfukrenviromhent multitrack
Gai,nbar
-,.
:
..,.,,i"'
3
'
i.
g-in-iiF-l-l
,
I
H
istosram I
.
Mono
Minlmum S.mple Valu6:
Mikimr'tm Samplc Vcluc:
Fosaibly Ctippcd Samplcs:
DC Olfsct:
rotat FIMS Po*"r,
ActuatlBit Dppth,
.
.
lU
1
I
794 Z
|ffi-liE-
--
*'
ii't,or.
t,_ l(.: .
f.
.
Copy Oata to CtipUoara I
Gambar 5. lltweform Statistics pada Cool Edit Pro 2.0
IESN{tOl,,l6.i ?5,66i
#si1;
FORUM TEKNTK VAL.29, NO. I, JANUARI2005
Pengambilan data dilaksanakan
di
Jembatan
Krasak sebelah timur. Jembatan Krasak terletak di
perbatasan antara Provinsi Jawa Tengah dan
Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta. Jembatan
Krasak memiliki panjang 224 metet.
Data keluaran kedua sensor dimasukkan ke
dalam komputer melalui jalur masukan (line in)
kartu suara. Data, yang berupa sinyal kontinyu,
disimpan melalui program Cool Edit Pro versi 2'0.
Pengambilan data dilakukan dengan berbagai
variasi sensor, antara lain: sensor lengkap, sensor
tanpa bandul, sensor tanpa kawat, dan piezoelektrik. Pada Gambar 7 tampak variasi sensor
yang digunakan dalam penelitian ini. Pada waktu
pengambilan data, sensor diberi pelindung berupa
boks plastik untuk menangkal pengaruh angin.
Cool Edit Pro versi 2.0 dijalankan dalam
environment Multitrack View. Ttack I digunakan
untuk sensor l, Track 2 digunakan untuk sensor
sensor 2, dan Track 3 digunakan untuk mikropon.
Track I dan Track 2 menggunakan jalur masukan
kartu suara on board sedangkan mikropon
menggunakan
jalur mikropon (line mic)
Sound
Blaster. Mikropon dalam penelitian ini digunakan
untuk merekam suara nama jenis kendaraan yang
€
{-
E+
J./
Piezoelektrik
l*
lr
H-
sedang melintasi sensor l. Mikropon yang
digunakan dalam penelitian ini dihubungkan
b;lZcm
-
7.a. Sensor lengkap
dengan sistem telemetri karena tempat pengamatan
berada di atas jembatan sedangkan komputer
pengolah data berada di kolong jembatan'
Penempatan sensor ketika dilakukan pengambilan
data terlihat pada Gambar 6.
t82m
.
17m
,.
Sasor
I
Satsr
,t*
{-
E:
Piezoelektrik
4FL. I
rr
o
a
Pegas
2
lr
n
#
Gambar 6a. Posisi sensor-sensor ketika pengambilan
D=
lzcm.
7.b. Sensor tanpa bandul
data
Pegas
I
ropasnor-+ dhT
@
#PiezoelEktrik
7.c. Sensor tanpa kawat
O#FiezoelEklrik
7.d. Piezoelektrik
penempatan sensor ketika pengam'
, ,C,,qgtbt.6.d. f"b.to
li
.)
; bitan data
qi4
"
.:
+l
I
Gambar
7.
Variasi sensor yang digunakan dalam
penelitian
l,ri
ISSN:0216-7565
Terakreditasi BAN DIKTI No : 49IDIKTUKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL.29, NO. I, JANUARI
2OO5
itu dapat dihilangkan dengan filter yang tersedia
4. Hasil dan Pembahasan
pada software Cool Edit Pro versi 2.0.
Sensor lengkap
Berdasarkan data hasil identifikasi dari sensor
lengkap, diperoleh nilai amplitudo rata-rata untuk
masing-masing
26,31
dB,bis:
jenis kendaraan yakni, truk = -27,59 dB dan mobil
:
-32,67 dB.
Sensor tanpa bandul
Berdasarkan data hasil identifikasi dari sensor
tanpa bandul diperoleh nilai amplitudo rata-rata
untuk masing-masing jenis kendaraan yakni, truk
= -28,94 dB, bis = -30,44 dB, mobil = -32,03 dB
dan motor = -38,00 dB.
Pembahasan
Dari data yang diperoleh selama pengambilan
data di lapangan diketahui bahwa untuk sensor
lengkap, sensor tanpa bandul dan sensor tanpa
kawat nilai rerata jenis kendaraan akan meningkat
mengikuti besar massanya. Makin besar massa
dari jenis kendaraan, nilai rerata amplitudonya
makin besar. Hal ini sesuai dengan Persamaan (1)
di mana gaya merupakan hasil perkalian antara
massa benda dan percepatannya. Pada waktu
diadakan pengambilan data di lapangan, kendaraan
yang melintasi jembatan bergerak dengan
Sensor tanpa kawat
Berdasarkan data hasil identifikasi dari sensor
tanpa kawat diperoleh nilai amplitudo rata-rata
untuk masing-masing jenis kendaraan yakni, truk
= -25,12 dB, bis = -25,80 dB, mobil = -27,51 dB
dan motor = -32,46 dB.
Piezoelektrik
Berdasarkan data hasil identifikasi dari
piezoelektrik diperoleh nilai amplitudo rata-rata
untuk masing-masing jenis kendaraan yakni, 34,28 dB untuk mobil dan -27,61 dB untuk motor.
Penghilangan noise (sinyal aliasing)
kecepatan yang hampir sama sehingga pengaruh
percepatan dalam penelitian ini dapat diabaikan.
Amplitudo yang diperoleh selama pengambilan data di lapangan untuk jenis kendaraan dan
sensor yang sama memiliki besar yang bervariasi.
Faktor-faktor yang mempengaruhi perbedaan
besar amplitudo ini antara lain :
a. Perbedaan massa tiap jenis kendaraan
b. Perbedaanjarak kendaraan dengan sensor.
c. Adanyasuperposisigelombang.
Dengan mengabaikan perolehan data dari
piezoelektrik, diketahui bahwa perbandingan besar
amplitudo rerata untuk truk, bis dan motor yaitu
I fsensor tanpa ka*at
Penghilangan noise perlu dilakukan karena
Sedangkan perbandingan besar amplitudo rerata
sinyal yang terekam ketika pengambilan data
ternyata bukan sinyal murni hasil getaran di
untuk mobil adalah I
jembatan karena pengaruh kendaraan yang lewat.
fsensor
Hal ini dibuktikan dengan adanya sinyal
tanpa
bandul
)
Xsensor lengkap
X..nso,
tanp"
k"*at
,
yang
Sensor tanpa kawat menghasilkan amplitudo
terekam di Cool Edit Pro versi 2.0 ketika tidak ada
rerata yang lebih tinggi dibandingkan variasi
sensor yang lain karena penggunaan kawat
mengakibatkan jarak yang ditempuh gelombang
kendaraan yang melintasi jembatan. Sinyal inilah
yang kemudian disebut noise. Noise terjadi karena
jembatan ternyata memiliki frekuensi alami dan
berosilasi pada titik kesetimbangannya meskipun
dengan simpangan yang kecil. Besar kecilnya
simpangan jembatan dari
titik
kesetimbangannya
dipengaruhi oleh panjang, lebar, struktur dan
material jembatan. Simpangan jembatan akan
makin besar jika jembatan makin panjang dan
akan makin keciljika jembatan makin lebar. Noise
ISSN:0216-7565
dari sumber getaran menuju sensor menjadi lebih
jauh sehingga mengakibatkan peredaman
lebih besar. Peredaman yang besar
amplitudo meng0cil.
Pada truk, bis dan motor nilai
rerata sensor lengkap lebih besar dari
amplitudo rata-rata sensor tanpa bandul
bandul pada sensor lengkap memberikan gaya
Terakreditasi BAN DIKTI No :49|DIKTUKEP/2003
FORUM TEKNIK VOL.29. NO. I. JANUARI2OOS
pada kawat sehingga piezoelektrik akan berosilasi
dengan simpangan yang lebih besar. Pada mobil,
nilai amptitudo rata-rata sensor tanpa bandul lebih
Penggunaan bandul mengakibatkan kawat
berosilasi dengan simpangan yang lebih besar
dalam waktu yang lebih lama.
besar dari pada nilai amplitudo rata'rata sensor
lengkap dengan jumlah data mobil pada sensor
lengkap sebanyak dua buah mobil.
digunakan untuk mendeteksi jenis kendaraan yang
melintasi suatu jembatan.
5. Kesimpulan
Ucapan Terima Kasih
Metode yang telah dilaksanakan
dapat
Besar nilai amplitudo r&ta'rata untuk masing-
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan
masing jenis kendaraan pada sencor lEngkap,
sensor tanpa bandul dan sensor tanpa kawat akan
meningkat menurut besar massanya' Dalam hal ini
X,^n t Xo,. ) X,nou' ) X'o,o, .
terima kasih kepada Khusnul Khotimah, S.T.,
Memory M. Waruwu, S.T., Martinus K. H., S.T.,
Rony Wijaya, S.T. dan rekan-rekan peneliti
lainnya yang telah membantu terlaksananya
Besar amplifirdo rala-rata pada sensor lengkap
untuk masing-masing kendaraan yaitu =26'31 dB
untuk truk, -27,59 dB untuk bis dan '32,67 dB
untuk mobil.
Besar amptitudo rata'r gta Pad,a sensor tanpa
bandul untuk masing-masing kendaraan yaitu 28,94 dB untuk truk, -30,44 dB untuk bis, '32'03
dB untuk mobil dan -38,00 dB untuk motor.
Besar amplitudo rata-rata pada sensor tanPa
kawat untuk masing-masing kcndaraan yaitu 25,12 dB untuk truk, -25,80 dB untuk bie, .?7'51
dB untuk mobil dan '32,46 dB untuk motor.
Besar amplitudo rata-rata pada piezoelektrik
adalah {.4,28 dB untuk mobil dan -27,61 dB
untuk motor. Hal ini menunjukan bahwa
piezoelektrik murni yang digunakan dalpm
penelitian ini tidak bisa digunakan sebagai sensor
untuk mengidentifikasi jenis kendaraan
di
jembatan.
Perbedaan amplitudo pada
jenis
penelitian ini.
Dqftar Pugtaks
Brown, G., 2004, Bridge, HowStuffWork, Inc.,
Atlanta, http://computer. Howstuffivorks.com/
sound-card.htm
Giansoli,
D. e,,
1998, Fisika, Edisi Kelima,
Penerbit Erlangga, Jakarta.
C., 1993, Process Control Instrumentatian Technalogt, Fourth edition, Prentice
Johnson,
Hall, New JerseY.
Kanginan,
M., 1997, Fisika,
Penerbit Erlangga,
Jakarta.
Paultre, P., Proulx, J., And Talbot, M., 1995,
Dynamic Testing Procedures for Highway
Bridges Using Traffic Loads, Journal of
Structural Engineering, Vol. l2l, No. 2,
Februari : 362-37
5.
Rumono, 2004, Perancangan Sistem Pemantau
kendaraan
dan sensor yang sama disebabkan karena
perbedaan massa, perbedaan jarak kendaraan
dengan sensor dan karena adanya superposisi
gelombang.
Nuklir
Berbasis
Mikroprosesor, Slcripsi, FT UGM, Yogyakarta.
Vierck, R. K., 1995, Analisis Getaran, diterjemahkan oleh: Dr. lr, Dicky Rezady Munaf,
MS,MSCE., Penerbit PT. Eresco, Bandung.
Penggunan kawat akan mengkibatkan jarak
yang ditempuh gelombang dari sumber geteran
menuju sensor menjadi lebih jauh
Getaran pada Instalasi
www, american p iezo. com, P i e z oe I e ktrilr, American
Piezo Ceramics, Inc., Canada.
sehingga
mengakibatkan peredaman menjadi lebih besar'
ISSN : 0216'7565
Terakreditasi BAN DIKTI No : 49/DIKTI/KEP/2003