magnetometer Kegiatan terbaru situs Dunia Berpikir magnetometer
Fluxgate Magnetometer
Fluxgate Magnetometer
Siswo Purnomo (0920903011)
Fisika FMIPA Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia.
Abstrak, Magnetometer adalah alat ukur medan magnet. Terdapat beberapa metoda yang dapat
dilakukan untuk mengukur kuat medan magnet bumi. antara lain metode resonansi magnetik,
metode induksi, metode pelat Hall dan metode fluxgate. Pada metode fluxgate, kita menggunakan
sensor fluxgate magnetometer. Keluaran komponen fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0 –
5volt dengan frekuensi tertentu. Frekuensi output untuk fluxgate pada kondisi normal (tanpa
pengaruh medan magnet) adalah pada 64.736KHz. Rangkaian fluxgate magnetometer
mempunyai komponen D flip flop, beberapa buah resistor sebagai komponen pemroses dan
beberapa dioda untuk mendrive LED sebagai display.
A. Pendahuluan
permukaan[4]. Keuntungan metode magnetik
Letak mantel dan inti yg sangat dalam
dan komposisi batuan di kerak sulit utk
diprediksi
maka setiap pengukuran
medan magnet yang
dilakukan di atas bumi
akan mengukur medan
magnet
bumi
yg
ditimbulkan oleh mantel
dan inti PLUS karena
komposisi mineral di
kerak bumi. (ditambah
Gbr. 1. Magnetometer
lagi dengan noise
Bumi
pengukuran).
Alat
untuk mengukur medan magnet bumi
namanya
magnetometer.
Hasil
pengukurannya adalah medan magnet
absolut, ketelitiannya biasanya sampai 1 nT
(nano Tesla). Cara mengukurnya bisa dengan
magnetometer portable (alatnya digendong
seperti tas punggung), bisa dengan aero
magnetometer (digandeng dengan pesawat)
dan menggunakan kapal laut.
Magnetometer adalah alat ukur medan
magnet yang banyak digunakan orang untuk
berbagai keperluan, antara lain untuk
penelitian bahan-bahan magnetik, keamanan
penerbangan (mendektesi barang bawaan),
pemetaan medan magnet bumi, pengetesan
kebocoran medan magnet dari suatu
alatpenghasil lainnya[1]. Magnetometer ini
merupakan salah satu alat yang digunakan
dalam survey geofisika yang dapat
memberikan informasi tentang struktur bawah
adalah dapat mendeteksi letak dan batas
litologi dari analisis anomali medan magnet
dan diperkuat dengan data gradien vertikal
medan magnetik total yang dapat
memberikan respon jika terjadi perbedaan
lithologi pada suatu daerah. Dari pengolahan
data magnetik diharapkan dapat memberikan
gambaran bawah permukaan daerah
penelitian dan dapat mendeteksi kontak
litologi.
B. Dasar Teori
Medan Magnet
Gbr. 2 Arah medan
Magnet pada arus
listrik yang
bergerak
Medan magnet adalah
suatu medan yang dibentuk dengan
menggerakan muatan listrik (arus listrik)
yang menyebabkan munculnya gaya pada
muatan listrik yang bergerak[2]. Pada gambar
di samping terlihat arus listrik yang mengalir
dari kutub positif menuju kutub negatif
menghasilkan suatu medan magnet. Besar
medan magnet di suatu titik yang
ditimbulkan oleh sepotong kawat berarus
listrik
dapat
ditentukan
dengan
menggunakan hukum Biot-Savart. Menurut
hukum Biot-Savart, medan magnet di titik P
akibat arus I di dalam elemen panjang kawat
dl adalah
Page 1 of 6
Fluxgate Magnetometer
μ Idl x r , dimana
dB 0
4π r 2
F
m
H
1 2 rˆ1
m2 0 r
µ0 : Permeabilitas ruang hampa
(4π x 10-7weber/A.m).
r : Vektor satuan yang besarnya 1
Satuan untuk kuat medan magnet H adalah
Oersted (1 Oersted = 1 dyne / unit kutub)
(cgs) atau A/m (SI).
Karena dl × rˆ = dl sin θ, maka
μ Idl sin
dB 0
4π
r2
Sehingga B
μ0I
4ππ2
Medan magnet bumi mempunyai
beberapa elemen, seperti gambar di bawah
ini :
dlsinθ
c
Dengan ө adalah sudut antara dl dan r .
X Utara
H Utara Magnetik
d
i
Timur
Br
Y
Gbr 3. Sudut-sudut yang dibentuk oleh Medan
magnet pada kawat berarus listrik
Medan magnet di titik yang berjarak z di atas
sepotong kawat lurus berarus listrik tetap
atau dapat dihitung sebagai berikut (lihat
gambar 2):
B
μ0I
4ππ2
Gbr 4 Gambaran medan magnet pada bumi
dlsin , tetapi Ф=90+Ө, maka
c
dlsin = dlsin
Z Bawah
atau sin = sin . Dari
z
z
d , dan cos
l z tan , dl
2
r
cos
2
1 cos
maka 2 2 Dengan mensubstitusi dl, r
r
z
2 dan Ф, diperoleh:
μ I 2 cos
μ I
B 02
d 0 2 (sin 2 sin 1 ) [3]
4ππ 1 z
4ππ
Kuat medan magnetik ( H ) ialah
besarnya medan magnet pada suatu titik
dalam ruangan yang timbul sebagai akibat
adanya kuat kutub yang berada sejauh r dari
titik m tersebut. Kuat medan magnet H
didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat
kutub magnet[4]:
Arah vektor medan magnet yaitu medan
total ( BT ), medan horizontal ( H ), medan
vertikal ( V ), komponen H kearah utara (
X ), komponen H ke arah timur ( Y ),
deklinasi (d) dan inklinasi (i).
Intensitas untuk komponen horisontalnya
adalah :
H X 2 Y 2
Intensitas total medan magnetik bumi adalah
:
Br H 2 Z 2 X 2 Y 2 Z 2
Medan magnet bumi juga mempunyai sudut
inklinasi (i) dan deklinasi (d). Sudut
Page 2 of 6
Fluxgate Magnetometer
inklinasi yaitu sudut vertikal antara vektor
intensitas medan total dengan bidang
horizontal[5].
i arctan
Z
2
2
X Y
Deklinasi merupakan sudut yang dibentuk
antara utara geografis dengan utara magnet.
D arcsin
Y
X 2 Y 2
Sensor Fluxgate Magnetometer
Terdapat beberapa metoda yang dapat
dilakukan untuk mengukur kuat medan
magnet bumi. antara lain: metode resonansi
magnetik, metode induksi, metode pelat Hall
dan metode fluxgate.
Prinsip Fluxgate magnetometer adalah
menggunakan dua buah inti material
magnetis, seperti mumetal, permaloy, ferrite
dan sebagainya. Pada medan magnet yang
lemah
logam
tersebut
mempunyai
permeabilitas besar. Untuk design umum
kumparan primer (excitation coil) dililitkan
pada dua buah inti feromagnetik yang dibuat
simetris
tetapi
arahnya
berlawanan
,Sedangkan kumparan sekunder (pick-up
coil) dililitkan mengelilingi kedua inti.
Lilitan primer dihubungkan dengan sumber
arus bolak-balik frekuensi rendah (50-1000
Hz), lilitan sekunder dihubungkan dengan
suatu amplifier.
Gbr 5 Bentuk
Sederhana Sensor
Magnetik
Fluxgate
Bila kumparan primer dihubungkan
dengan sumber arus, maka pada kumparan
sekunder akan timbul arus induksi yang
arahnya berlawanan. Tanpa adanya medan
magnet luar, magnetisasi kumparan akan
simetris dan saling menghilangkan. Tetapi
dengan adanya medan magnet luar maka
salah satu kumparan akan mengalami flux
magnet yang lebih besar dari yang lainnya,
tetapi dalam setengah gelombang berikutnya
kumparan yang mengalami flux magnet
tambahan berganti dengan kumparan kedua.
Dengan demikian pada saat yang sama
kedua kumparan mempuya pulsa yang
berbeda dan keluaran dari kumparan
sekunder merupakan pulsa tegangan yang
berasal dari selisih flux yang ditimbulkan
kumparan primer. Tegangan pulsa sebanding
dengan
medan
magnet
luar
yang
mempengaruhinya.
Konfigurasi lilitan yang baik akan
meningkatkan ketelitian karena medan yang
akan diukur tidak mengalami distorsi yang
berasal dari inti. Sensor ini merupakan salah
satu sensor yang paling cocok untuk
mengukur medan magnet DC/AC frekuensi
rendah dalam daerah medan magnet 1nT –
1mT[6].
C. Sistem Fluxgate Magnetometer
Sensor
Rangkaian detektor medan magnet
dengan
menggunakan
fluxgate
magnetometer (FGM), yang selanjutnya
disebut dengan fluxgate, sangat sederhana
dan mudah dalam pengaplikasian dan
konstruksinya. Selain itu alat ini berukuran
kecil, mudah dibawa kemana-mana tanpa
menampakkan bahwa alat ini adalah detektor
medan magnet.
Page 3 of 6
Fluxgate Magnetometer
Gbr 6 Blok Diagram Detektor Medan Magnet
dengan Menggunakan Fluxgate
Komponen ini merupakan salah satu
komponen yang dapat mendeteksi kuat
medan magnet selain komponen hall effect
sensor. Pemakaian fluxgate sedikit berbeda
dengan pemakaian pada hall effect sensor
karena yang dioutputkan oleh komponen
fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0 –
5volt dengan frekuensi tertentu yang
berkaitan dengan polaritas dan kuat medan
magnet yang diterima oleh fluxgate.
Dengan bentuk output seperti ini maka
output fluxgate dapat langsung diumpankan
pada gerbang logika (TTL) karena outputnya
sudah
pada level
TTL.
Teknik
yang
digunakan
untuk
dari dua buah D flip-flop dimana salah
satunya digunakan sebagai mixer dari
osilator yang dibentuk dari IC opamp U2,
TL081. Frekuensi output sinyal osilator ini
pada 32.768KHz diumpankan pada input
clock2 D flip-flop. Konfigurasi ini secara
tidak langsung membentuk rangkaian mixer
secara digital.
Output dari Q2 merupakan level digital
yang mempunyai variasi frekuensi cukup
baik dan dapat di dengar perubahannya.
Frekuensi output Q2 berkisar pada frekuensi
100Hz.
Pemrosesan Signal
Resistor
R3
berfungsi
untuk
menghasilkan negative feedback yang cukup
kecil sedangkan R4 akan membatasi arus
output opamp yang mengalir menuju kristal
agar kristal bekerja pada daerah operasi yang
baik.
Gbr 7 Rangkaian Lengkap Detektor Medan Magnet
mengaplikasikan fluxgate hampir sama
dengan teknik BFO. Frekuensi output untuk
fluxgate pada kondisi normal (tanpa
pengaruh medan magnet) adalah pada
64.736KHz. Sinyal dengan frekuensi ini
harus diturunkan dulu menjadi sekitar
32.368KHz agar ketika dicampur dengan
sinyal referensi akan terbentuk sinyal dengan
frekuensi yang dapat didengarkan oleh
indera penderngar manusia.
Pengkondisi Signal
Untuk membagi 2 frekuensi output dari
fluxgate digunakan komponen digital D flipflop yaitu MC4013. Pada MC4013 ini terdiri
Rangkaian R5 dan C6 akan membentuk
sebuah LPF orde satu untuk menapis sinyal
dengan frekuensi tinggi sebelum sinyal ini
dikuatkan lagi untuk akhirnya diumpankan
pada sebuah speaker. Kuat-lemahnya bunyi
ditentukan oleh besar-kecilnya nilai resistor
R6. Apabila volume suara masih kurang
keras maka nilai resistor R6 dapat
diturunkan sampai didapatkan volume suara
yang dinginkan.
Display
Page 4 of 6
Fluxgate Magnetometer
Selanjutnya rangkaian dioda D1, D2,
C10 dan C12 akan membentuk sebuah
rangakaian charge pump sederhana yang
nantinya akan men-drive led. Rangkaian
charge pump ini akan bekerja jika level
output dari TL082 (U3) pada level yang
cukup tinggi sehingga led akan tampak
berkedip jika sensor mendapatkan medan
magnet yang cukup kuat. Pengaturan nilai
R5 dan C6 yang merupakan LPF ini sangat
berperan dalam penentuan waktu penyalaan
led. Dengan kata lain led akan menyala
setelah didapatkan medan magnet dengan
kekuatan tertentu.
Semakin kuat medn magnet yang diukur
oleh fluxgate maka semakin tinggi pula
output frekuensinya sehingga pada akhirnya
semakin tinggi pula frekuensi sinyal yang
lewat pada rangkaian LPF tersebut.
Sehingga nilai C6 dan R5 harus dibuat
sedemikian rupa sehingga pada kuat medan
magnet tertentu akan menyalakan led. Tetapi
dengan nilai R5 dan C6 pada skematik sudah
cukup untuk kondisi pada umumnya.
D. Karakteristik Statik Fulxgate
Magnetometer
Tidak jauh berbeda dengan alat-alat yang
lainnya, magnetometer ini juga mempunyai
beberapa karakteristik static.
Kondisi Operasi
Temperatur
: Converter 0 s/d +500
: Detector –10 s/d
+500C
Temperatur Penyimpanan : -30 s/dan +
600C
Kelembaban
: di atas 80% (converter)
Konsumsi Daya
Power Supply
AC 220V ±20V 50/60 Hz
DC 24V ± 5V
Frequency Band
Hz
±500nT, ±50nT
: DC to 5 Hz, 1
Output Analog
dan 0.1Hz
: 0.3 nT (pada Dc
0.1 Hz)
: ± 2% FS pada
setiap skala
: ± 20, 4., 60, 80
dan 100nT
: ± 10 Vdc
Coil Resistancce
Coil
Exciting Coil
Signal Coil
Compensation Coil
Resistance
70 ± 10W
75 ± 10W
95 ± 10W
Resolusi
Akurasi
Sinyal Kalibrasi
Dengan jenis magnetometer yang lain,
karakteristik dari magnetometer ini juga
tidak terlalu berbeda. Seperti dapat dilihat
pada table berikut ini.
Tbl. 1 Perbandingan Karakteristik Sensor yang
digunakan pada magnetometer
Survey
sensor
Resolution
Alkali
Vapor
0.01 -0.25
Proton
Fluxgate
0.1 - 1
0.1 - 2
Instrumental
error
Diurnal etc.
0.01 - 0.5
0.1 - 1.0
0.5 - 1.0
0.5 - 2.0
0.5 - 2
0.5 - 2
Positioning
Errors
Total
0.25 - 5
0.25 - 5
0.25 - 5
0.77 - 4.75
0.95 - 9
1.35 – 10
E. Daftar Pustaka
[1] Mahmudin,
Pembuatan
dan
Pengembangan Sensor Medan Mgnet
Fluxgate,
http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?
Daya
20VA
15W
Karakteristik Pengukuran
Kanal Pengukuran
: 3 kanal (H, D, Z)
Medan magnet referensi : 0 – 50 mT
Range Pengukuran
: ±50mT, ±5mT,
mod=browse&op=read&id=jbptitbppgdl-res-2001-djamalmitr-1651 (online),
tanggal akses 12 Desember 2009, ITB
press, Bandung, 2001.
[2] Anonim,
Medan
Magnet,
http://id.wikipedia.org/wiki/Medan_Ma
Page 5 of 6
Fluxgate Magnetometer
gnet (online), tanggal akses 12
Desember 2009.
[3] Djamal, M, Sensor Magnetik fluxgate
dan aplikasinya untuk mengukur kuat
arus. Jurnal Kelompok keilmuan Fisika
Teoritik
Energi
Tinggi
dan
Instrumentasi, Fakultas MIPA ITB, Hal
51-68, Tanpa Tahun.
[4] Telford,
W.M. Applied Geophysics.
Cambridge University Press, London.
1976.
[5] Shuey, R.T., Pasquale, AS. End correction
in
magnetic
profile
interpretation.
Geophysics, Volume 38, No.3, 507-512.
[6] Utomo, FB, Mengukur Geomagnet dengan
Fluxgate Magnetometer, http://geofisika42.
wordpress.com/2009/02/22/ya-mengukurgeomagnet-dengan-fluxgatemagnetometer/ (online), Tanggal Akses 14
Desember 2009.
Page 6 of 6
Fluxgate Magnetometer
Siswo Purnomo (0920903011)
Fisika FMIPA Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia.
Abstrak, Magnetometer adalah alat ukur medan magnet. Terdapat beberapa metoda yang dapat
dilakukan untuk mengukur kuat medan magnet bumi. antara lain metode resonansi magnetik,
metode induksi, metode pelat Hall dan metode fluxgate. Pada metode fluxgate, kita menggunakan
sensor fluxgate magnetometer. Keluaran komponen fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0 –
5volt dengan frekuensi tertentu. Frekuensi output untuk fluxgate pada kondisi normal (tanpa
pengaruh medan magnet) adalah pada 64.736KHz. Rangkaian fluxgate magnetometer
mempunyai komponen D flip flop, beberapa buah resistor sebagai komponen pemroses dan
beberapa dioda untuk mendrive LED sebagai display.
A. Pendahuluan
permukaan[4]. Keuntungan metode magnetik
Letak mantel dan inti yg sangat dalam
dan komposisi batuan di kerak sulit utk
diprediksi
maka setiap pengukuran
medan magnet yang
dilakukan di atas bumi
akan mengukur medan
magnet
bumi
yg
ditimbulkan oleh mantel
dan inti PLUS karena
komposisi mineral di
kerak bumi. (ditambah
Gbr. 1. Magnetometer
lagi dengan noise
Bumi
pengukuran).
Alat
untuk mengukur medan magnet bumi
namanya
magnetometer.
Hasil
pengukurannya adalah medan magnet
absolut, ketelitiannya biasanya sampai 1 nT
(nano Tesla). Cara mengukurnya bisa dengan
magnetometer portable (alatnya digendong
seperti tas punggung), bisa dengan aero
magnetometer (digandeng dengan pesawat)
dan menggunakan kapal laut.
Magnetometer adalah alat ukur medan
magnet yang banyak digunakan orang untuk
berbagai keperluan, antara lain untuk
penelitian bahan-bahan magnetik, keamanan
penerbangan (mendektesi barang bawaan),
pemetaan medan magnet bumi, pengetesan
kebocoran medan magnet dari suatu
alatpenghasil lainnya[1]. Magnetometer ini
merupakan salah satu alat yang digunakan
dalam survey geofisika yang dapat
memberikan informasi tentang struktur bawah
adalah dapat mendeteksi letak dan batas
litologi dari analisis anomali medan magnet
dan diperkuat dengan data gradien vertikal
medan magnetik total yang dapat
memberikan respon jika terjadi perbedaan
lithologi pada suatu daerah. Dari pengolahan
data magnetik diharapkan dapat memberikan
gambaran bawah permukaan daerah
penelitian dan dapat mendeteksi kontak
litologi.
B. Dasar Teori
Medan Magnet
Gbr. 2 Arah medan
Magnet pada arus
listrik yang
bergerak
Medan magnet adalah
suatu medan yang dibentuk dengan
menggerakan muatan listrik (arus listrik)
yang menyebabkan munculnya gaya pada
muatan listrik yang bergerak[2]. Pada gambar
di samping terlihat arus listrik yang mengalir
dari kutub positif menuju kutub negatif
menghasilkan suatu medan magnet. Besar
medan magnet di suatu titik yang
ditimbulkan oleh sepotong kawat berarus
listrik
dapat
ditentukan
dengan
menggunakan hukum Biot-Savart. Menurut
hukum Biot-Savart, medan magnet di titik P
akibat arus I di dalam elemen panjang kawat
dl adalah
Page 1 of 6
Fluxgate Magnetometer
μ Idl x r , dimana
dB 0
4π r 2
F
m
H
1 2 rˆ1
m2 0 r
µ0 : Permeabilitas ruang hampa
(4π x 10-7weber/A.m).
r : Vektor satuan yang besarnya 1
Satuan untuk kuat medan magnet H adalah
Oersted (1 Oersted = 1 dyne / unit kutub)
(cgs) atau A/m (SI).
Karena dl × rˆ = dl sin θ, maka
μ Idl sin
dB 0
4π
r2
Sehingga B
μ0I
4ππ2
Medan magnet bumi mempunyai
beberapa elemen, seperti gambar di bawah
ini :
dlsinθ
c
Dengan ө adalah sudut antara dl dan r .
X Utara
H Utara Magnetik
d
i
Timur
Br
Y
Gbr 3. Sudut-sudut yang dibentuk oleh Medan
magnet pada kawat berarus listrik
Medan magnet di titik yang berjarak z di atas
sepotong kawat lurus berarus listrik tetap
atau dapat dihitung sebagai berikut (lihat
gambar 2):
B
μ0I
4ππ2
Gbr 4 Gambaran medan magnet pada bumi
dlsin , tetapi Ф=90+Ө, maka
c
dlsin = dlsin
Z Bawah
atau sin = sin . Dari
z
z
d , dan cos
l z tan , dl
2
r
cos
2
1 cos
maka 2 2 Dengan mensubstitusi dl, r
r
z
2 dan Ф, diperoleh:
μ I 2 cos
μ I
B 02
d 0 2 (sin 2 sin 1 ) [3]
4ππ 1 z
4ππ
Kuat medan magnetik ( H ) ialah
besarnya medan magnet pada suatu titik
dalam ruangan yang timbul sebagai akibat
adanya kuat kutub yang berada sejauh r dari
titik m tersebut. Kuat medan magnet H
didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat
kutub magnet[4]:
Arah vektor medan magnet yaitu medan
total ( BT ), medan horizontal ( H ), medan
vertikal ( V ), komponen H kearah utara (
X ), komponen H ke arah timur ( Y ),
deklinasi (d) dan inklinasi (i).
Intensitas untuk komponen horisontalnya
adalah :
H X 2 Y 2
Intensitas total medan magnetik bumi adalah
:
Br H 2 Z 2 X 2 Y 2 Z 2
Medan magnet bumi juga mempunyai sudut
inklinasi (i) dan deklinasi (d). Sudut
Page 2 of 6
Fluxgate Magnetometer
inklinasi yaitu sudut vertikal antara vektor
intensitas medan total dengan bidang
horizontal[5].
i arctan
Z
2
2
X Y
Deklinasi merupakan sudut yang dibentuk
antara utara geografis dengan utara magnet.
D arcsin
Y
X 2 Y 2
Sensor Fluxgate Magnetometer
Terdapat beberapa metoda yang dapat
dilakukan untuk mengukur kuat medan
magnet bumi. antara lain: metode resonansi
magnetik, metode induksi, metode pelat Hall
dan metode fluxgate.
Prinsip Fluxgate magnetometer adalah
menggunakan dua buah inti material
magnetis, seperti mumetal, permaloy, ferrite
dan sebagainya. Pada medan magnet yang
lemah
logam
tersebut
mempunyai
permeabilitas besar. Untuk design umum
kumparan primer (excitation coil) dililitkan
pada dua buah inti feromagnetik yang dibuat
simetris
tetapi
arahnya
berlawanan
,Sedangkan kumparan sekunder (pick-up
coil) dililitkan mengelilingi kedua inti.
Lilitan primer dihubungkan dengan sumber
arus bolak-balik frekuensi rendah (50-1000
Hz), lilitan sekunder dihubungkan dengan
suatu amplifier.
Gbr 5 Bentuk
Sederhana Sensor
Magnetik
Fluxgate
Bila kumparan primer dihubungkan
dengan sumber arus, maka pada kumparan
sekunder akan timbul arus induksi yang
arahnya berlawanan. Tanpa adanya medan
magnet luar, magnetisasi kumparan akan
simetris dan saling menghilangkan. Tetapi
dengan adanya medan magnet luar maka
salah satu kumparan akan mengalami flux
magnet yang lebih besar dari yang lainnya,
tetapi dalam setengah gelombang berikutnya
kumparan yang mengalami flux magnet
tambahan berganti dengan kumparan kedua.
Dengan demikian pada saat yang sama
kedua kumparan mempuya pulsa yang
berbeda dan keluaran dari kumparan
sekunder merupakan pulsa tegangan yang
berasal dari selisih flux yang ditimbulkan
kumparan primer. Tegangan pulsa sebanding
dengan
medan
magnet
luar
yang
mempengaruhinya.
Konfigurasi lilitan yang baik akan
meningkatkan ketelitian karena medan yang
akan diukur tidak mengalami distorsi yang
berasal dari inti. Sensor ini merupakan salah
satu sensor yang paling cocok untuk
mengukur medan magnet DC/AC frekuensi
rendah dalam daerah medan magnet 1nT –
1mT[6].
C. Sistem Fluxgate Magnetometer
Sensor
Rangkaian detektor medan magnet
dengan
menggunakan
fluxgate
magnetometer (FGM), yang selanjutnya
disebut dengan fluxgate, sangat sederhana
dan mudah dalam pengaplikasian dan
konstruksinya. Selain itu alat ini berukuran
kecil, mudah dibawa kemana-mana tanpa
menampakkan bahwa alat ini adalah detektor
medan magnet.
Page 3 of 6
Fluxgate Magnetometer
Gbr 6 Blok Diagram Detektor Medan Magnet
dengan Menggunakan Fluxgate
Komponen ini merupakan salah satu
komponen yang dapat mendeteksi kuat
medan magnet selain komponen hall effect
sensor. Pemakaian fluxgate sedikit berbeda
dengan pemakaian pada hall effect sensor
karena yang dioutputkan oleh komponen
fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0 –
5volt dengan frekuensi tertentu yang
berkaitan dengan polaritas dan kuat medan
magnet yang diterima oleh fluxgate.
Dengan bentuk output seperti ini maka
output fluxgate dapat langsung diumpankan
pada gerbang logika (TTL) karena outputnya
sudah
pada level
TTL.
Teknik
yang
digunakan
untuk
dari dua buah D flip-flop dimana salah
satunya digunakan sebagai mixer dari
osilator yang dibentuk dari IC opamp U2,
TL081. Frekuensi output sinyal osilator ini
pada 32.768KHz diumpankan pada input
clock2 D flip-flop. Konfigurasi ini secara
tidak langsung membentuk rangkaian mixer
secara digital.
Output dari Q2 merupakan level digital
yang mempunyai variasi frekuensi cukup
baik dan dapat di dengar perubahannya.
Frekuensi output Q2 berkisar pada frekuensi
100Hz.
Pemrosesan Signal
Resistor
R3
berfungsi
untuk
menghasilkan negative feedback yang cukup
kecil sedangkan R4 akan membatasi arus
output opamp yang mengalir menuju kristal
agar kristal bekerja pada daerah operasi yang
baik.
Gbr 7 Rangkaian Lengkap Detektor Medan Magnet
mengaplikasikan fluxgate hampir sama
dengan teknik BFO. Frekuensi output untuk
fluxgate pada kondisi normal (tanpa
pengaruh medan magnet) adalah pada
64.736KHz. Sinyal dengan frekuensi ini
harus diturunkan dulu menjadi sekitar
32.368KHz agar ketika dicampur dengan
sinyal referensi akan terbentuk sinyal dengan
frekuensi yang dapat didengarkan oleh
indera penderngar manusia.
Pengkondisi Signal
Untuk membagi 2 frekuensi output dari
fluxgate digunakan komponen digital D flipflop yaitu MC4013. Pada MC4013 ini terdiri
Rangkaian R5 dan C6 akan membentuk
sebuah LPF orde satu untuk menapis sinyal
dengan frekuensi tinggi sebelum sinyal ini
dikuatkan lagi untuk akhirnya diumpankan
pada sebuah speaker. Kuat-lemahnya bunyi
ditentukan oleh besar-kecilnya nilai resistor
R6. Apabila volume suara masih kurang
keras maka nilai resistor R6 dapat
diturunkan sampai didapatkan volume suara
yang dinginkan.
Display
Page 4 of 6
Fluxgate Magnetometer
Selanjutnya rangkaian dioda D1, D2,
C10 dan C12 akan membentuk sebuah
rangakaian charge pump sederhana yang
nantinya akan men-drive led. Rangkaian
charge pump ini akan bekerja jika level
output dari TL082 (U3) pada level yang
cukup tinggi sehingga led akan tampak
berkedip jika sensor mendapatkan medan
magnet yang cukup kuat. Pengaturan nilai
R5 dan C6 yang merupakan LPF ini sangat
berperan dalam penentuan waktu penyalaan
led. Dengan kata lain led akan menyala
setelah didapatkan medan magnet dengan
kekuatan tertentu.
Semakin kuat medn magnet yang diukur
oleh fluxgate maka semakin tinggi pula
output frekuensinya sehingga pada akhirnya
semakin tinggi pula frekuensi sinyal yang
lewat pada rangkaian LPF tersebut.
Sehingga nilai C6 dan R5 harus dibuat
sedemikian rupa sehingga pada kuat medan
magnet tertentu akan menyalakan led. Tetapi
dengan nilai R5 dan C6 pada skematik sudah
cukup untuk kondisi pada umumnya.
D. Karakteristik Statik Fulxgate
Magnetometer
Tidak jauh berbeda dengan alat-alat yang
lainnya, magnetometer ini juga mempunyai
beberapa karakteristik static.
Kondisi Operasi
Temperatur
: Converter 0 s/d +500
: Detector –10 s/d
+500C
Temperatur Penyimpanan : -30 s/dan +
600C
Kelembaban
: di atas 80% (converter)
Konsumsi Daya
Power Supply
AC 220V ±20V 50/60 Hz
DC 24V ± 5V
Frequency Band
Hz
±500nT, ±50nT
: DC to 5 Hz, 1
Output Analog
dan 0.1Hz
: 0.3 nT (pada Dc
0.1 Hz)
: ± 2% FS pada
setiap skala
: ± 20, 4., 60, 80
dan 100nT
: ± 10 Vdc
Coil Resistancce
Coil
Exciting Coil
Signal Coil
Compensation Coil
Resistance
70 ± 10W
75 ± 10W
95 ± 10W
Resolusi
Akurasi
Sinyal Kalibrasi
Dengan jenis magnetometer yang lain,
karakteristik dari magnetometer ini juga
tidak terlalu berbeda. Seperti dapat dilihat
pada table berikut ini.
Tbl. 1 Perbandingan Karakteristik Sensor yang
digunakan pada magnetometer
Survey
sensor
Resolution
Alkali
Vapor
0.01 -0.25
Proton
Fluxgate
0.1 - 1
0.1 - 2
Instrumental
error
Diurnal etc.
0.01 - 0.5
0.1 - 1.0
0.5 - 1.0
0.5 - 2.0
0.5 - 2
0.5 - 2
Positioning
Errors
Total
0.25 - 5
0.25 - 5
0.25 - 5
0.77 - 4.75
0.95 - 9
1.35 – 10
E. Daftar Pustaka
[1] Mahmudin,
Pembuatan
dan
Pengembangan Sensor Medan Mgnet
Fluxgate,
http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?
Daya
20VA
15W
Karakteristik Pengukuran
Kanal Pengukuran
: 3 kanal (H, D, Z)
Medan magnet referensi : 0 – 50 mT
Range Pengukuran
: ±50mT, ±5mT,
mod=browse&op=read&id=jbptitbppgdl-res-2001-djamalmitr-1651 (online),
tanggal akses 12 Desember 2009, ITB
press, Bandung, 2001.
[2] Anonim,
Medan
Magnet,
http://id.wikipedia.org/wiki/Medan_Ma
Page 5 of 6
Fluxgate Magnetometer
gnet (online), tanggal akses 12
Desember 2009.
[3] Djamal, M, Sensor Magnetik fluxgate
dan aplikasinya untuk mengukur kuat
arus. Jurnal Kelompok keilmuan Fisika
Teoritik
Energi
Tinggi
dan
Instrumentasi, Fakultas MIPA ITB, Hal
51-68, Tanpa Tahun.
[4] Telford,
W.M. Applied Geophysics.
Cambridge University Press, London.
1976.
[5] Shuey, R.T., Pasquale, AS. End correction
in
magnetic
profile
interpretation.
Geophysics, Volume 38, No.3, 507-512.
[6] Utomo, FB, Mengukur Geomagnet dengan
Fluxgate Magnetometer, http://geofisika42.
wordpress.com/2009/02/22/ya-mengukurgeomagnet-dengan-fluxgatemagnetometer/ (online), Tanggal Akses 14
Desember 2009.
Page 6 of 6