Rangkaian diferensiator terdiri dari dua komponen pasif yaitu kapasitor dan resistor yang disusun secara seri. Adapun rangakaian skematiknya sebagai
berikut:
R2
1k
C1
1000pF
R3
1k
RV1
1k
Gambar 3.18 Skema Rangkaian Diferensiator
Pada differensiator amplifier tegangan output sebandingdengan laju dari perubahan kemiringan tegangan input. Mendiferensiasikan sinyal hasil
pembalikan terhadap waktu dilakukan dengan persamaan: 3.4
di mana dan
adalah fungsi dari waktu. Pulsa keluaran diferensiator akan mengalami penguatan oleh rangkaian penguat
yang menghasilkan pulsa keluaran seperti pada Gambar 3.14. Besarnya penguatan nya adalah R
4
R
1
.
3.3.3 Gain
Penguat Gain control yaitu berfungsi untuk mengatur tinggi-rendahnya pulsa listrik yang dihasilkan amplifier. Sebagai standard NIM tinggi pulsa maksimum
yang dapat diolah instrumentansi nuklir adalah 10 Volt. Faktor penguatan akan mempengaruh linearitas sistem yaitu antara energi radiasi yang memasuki
detektor dan tinggi pulsa analog yang dihasilkannya. Penguatannya dapat diilustrasikan pada diagram blok berikut:
Gain
Gambar 3.19 Diagram Blok Gain
Universitas Sumatera Utara
Pada rangkain gain tersusun atas resistor yang dikombinasikan dengan IC LM318 yang dapat dilihat pada gambar skematik berikut ini :
R7
1k
R8
22k
C2
1nF
R9
10k +12V
-12V
R10
10k
C5
1nF 3
2 6
7 4
5 1
8
U2
LM318
C8 C6
5pF
RV2
10K
Gambar 3.20 Skematik rangkaian Gain
Nilai penguatan pada rangkain di atas dapat diperoleh dengan menggunakan rumus :
Gain = R
8
R
7
3.5
3.3.4 Pole Complex
Rangkaian pole complex berfungsi untuk membentuk gelombang gaussian yang simetris dari rangkaian penguat linear. Adapun diagram bloknya dapat dilihat
pada Gambar 3.20 di bawah ini :
Rangkain Pole complex
Gambar 3.21 Blok Diagram Rangkaian Pole Complex
Rangkaian pole complex ini menggunakan integrator RC yang berfungsi untuk memperbaiki rise time pulsa dan differentiator RC untuk memperbaiki fall time
pulsa. Rangkaian pole complex ini dapat dilihat pada Gambar 3.21 rangkaian di bawah ini :
Universitas Sumatera Utara
3 2
6
7 4
5
1 8
U4
LM318
R13
1k
R15
3k3
C10
1nF
R16
10k +12V
-12V
R17
10k
C11
1nF
C9
1000pF
C8
1000pf
R14
10k
C19
1nF
Gambar 3.22 Rangkaian Pole Complex
Rangkaian penguat dan rangkaian pole complex juga digunakan untuk mengatur agar pulsa keluaran tidak terjadi undershootovershoot dalam proses
pembentukan pulsa Gaussian setelah terjadi proses penguatan. Pulsa keluaran yang telah dikuatkan tersebut dibentuk menjadi pulsa Gaussian oleh pole complex
PC, pole complex juga berfungsi untuk menghindari interferensi dan osilasi pulsa.
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Pengujian sistem dilakukan dengan tiga cara, yaitu pengujian masing-masing rangkaian, pengujian perangkat dan pengujian sistem secara virtual pada simulasi
proteus. Pengujian rangkaian dilakukan dengan menggunakan sumber radioaktif atau function generator yang hasilnya dilihat pada osiloskop. Pengujian
rangkaian tersebut diantaranya pengujian detektor, pengujian rangkaian tegangan tinggi, pengujian rangkaian ampilifier.
4. 1 Pengujian Detektor
Pengujian dilakukan terhadap detektor dan pre-amplifiernya. Adapun sampelnya menggunakan bahan radioaktif I-125 yang hasilnya dibaca pada osilioskop. Untuk
menangkap informasi dari sumber maka detektor diberi tegangan tinggi oleh rangkaian high voltage pada rancangan ini. Pengujian dilakukan untuk
mengetahui daerah tegangan kerja detektor, pengujian kemampuan resolusi detektor dan pengujian efisiensi detektor.
4.1.1 Pengujian tegangan kerja detektor
Pengujian daerah kerja detektor menggunakan power supply tegangan rendah 12 V, -12 V dan ground, tegangan tinggi 0
– 1200 V, osiloskop tektronik analog 100 MHz dan sampel I-125. Blok diagramnya dapat dilihat pada Gambar 4. 1.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Detektor
Hasil pengujian daerah kerja detektor memperhatikan tinggi pulsa amplitudo sebagai fungsi tegangan pada osiloskop dan keluaran tegangan pada rangkaian
tegangan tinggi. Hasil uji kerja detektor dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Uji Kerja Detektor No
Tegangan Input volt Tegangan Keluaran HV volt
1 0,1
128 2
0,2 245
3 0,3
360 4
0,4 450
5 0,5
570 6
0,6 658
7 0,7
755
Berdasarkan tabel di atas maka dapat dibuat grafik pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik Tegangan Kerja Detektor
Sampel Pre
Ampli fier
HV
Signal
Detektor LV
OSILOSKOP
Universitas Sumatera Utara
Dari grafik tegangan kerja detektor didapat kurva dengan persamaan Y = aX + b = 104.1X + 35.57 , sehingga didapat nilai regresi nilainya R
2
= 0,998. Dengan demikian terjadi linearitas antara tinggi pulsa amplitudo sebagai fungsi
tegangan dan tegangan kerja detektor yang dihasilkan. Semakin tinggi tegangan yang diberikan pada detektor maka pulsa keluarannya juga semakin tinggi atau
dengan kata lain berbanding lurus.
4.1.2 Pengujian resolusi detektor
Pengujian bertujuan mengetahui kemampuan detektor dalam memisahkan dua puncak spectrum gamma yang memiliki energi saling berdekatan, dimana energi
spektrum dianalogikan dengan besar tegangan. Adapun persamaannya adalah qV
W 4.1
dengan W ≡ V Blok diagram nya dapat dilihat pada Gambar 4. 3 berikut ini :
Gambar 4. 3. Blok Diagram Uji Resolusi Detektor
Detektor + PreAmp Gamma Counter
Riswal, 2009
Sbr KIT I125
Osiloskop PC
HV
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil pengujian diperoleh data pada Tabel 4.2 di bawah ini :
Tabel 4. 2. Hasil uji resolusi detektor NO VDis volt
Cacah cs NO
VDis volt Cacah cs
1 11
4.1 400
2 1
12 4.2
578 3
2 13
4.25 608
4 3
14 4.3
1009 5
3.5 46
15 4.4
1201 6
3.6 63
16 4.5
1055 7
3.7 78
17 4.6
618 8
3.8 109
18 4.7
233 9
3.9 246
19 4.8
48 10
4 302
20 4.9
10
Dari data pengujian maka dapat dibuat grafik sepertipada Gambar 4. 4.
Gambar 4.4 Grafik Hasil uji resolusi detektor
Dari data diatas, dapat dicari resolusi detektor. Jumlah counter maksimum adalah 1201 pada V diskrimnator VDis 4,4 volt.
FWHMnya berada pada :
Universitas Sumatera Utara
Jumlah counter = 608 ; Vdis = 4,25 dan
Jumlah counter = 618 ; Vdis = 4,6 Sehingga
FWHM Full Width at Half Maximum = 4,6 – 4,25 =0,35 dan spektrum
energi maksimumnya = 4,4 Maka resolusi detektornya adalah :
4, 6 - 4, 25 0,35
R = x100 =
x100 4, 4
4, 4 R = 7,95
Resolusi detektor menurut sertifikat yang dikeluarkan oleh Scinti Tech, Inc USA adalah 8 .
Maka persentase ralatnya: 100
x teori
hasiluji teori
ralat 100
8 95
, 7
8 x
ralat 625
, ralat
4.1.3 Pengujian efisiensi detektor
Efisiensi detektor merupakan perbandingan banyaknya cacahan dengan aktivitas sumber. Kemampuan detektor dalam menerima pancaran radiasi dapat
dipengaruhi jarak paparan dengan detektor dan media antara paparan dengan detektor. Untuk menentukan jumlah cacahan pada pengujian ini dilakukan
sebanyak lima kali. Tegangan diskriminator yang diamati dari 0 volt sampai 4,9 volt. Pencatatan hasil cacahan pengujian dilakukan pada setiap tegangan
diskriminator 4,5 volt.
Universitas Sumatera Utara
Hasil percobaan didapat cacahan seperti Tabel 4. 3 berikut ini :
Tabel 4.3 Hasil pengujian sumber radioaktif I-125 No
Pengujian VDis volt Cacahan cs
1 I
4.5 1055
2 II
4.5 1070
3 III
4.5 1050
4 IV
4.5 1095
5 V
4.5 1060
Dari tabel pencacahan pada pengujian sumber radioaktifI-125 didapat cacahan rata-ratanya adalah 1069. Sehingga aktivitas sumber standar netto An = 1066.
Adapun aktivitas standar sumber radioaktif I-125 25 Maret 2014 adalah 1 µCi, sedangkan waktu pengujian tanggal 24 April 2014, sehingga :
t = 25 Maret - 24 April 2014 = 30 hari T½= 60 hari
Persamaan aktivitasnya adalah :
2 1
T t
At An
Ao At
60 30
2 1
1 At
Ci At
707 ,
Sehingga : At= 0.707µCix3,7.10
10
At= 2,61.10
4
At= 26100 Effisiensi detektornya adalah :
100 x
At An
Ef 100
26100 1066
x Ef
084 ,
4 Ef
Universitas Sumatera Utara
Dengan demikian kemampuan detektor menerima pancaran radiasi dari sumber radioaktif I-125 sebesar 4,084 .
4. 2 Pengujian Instrumentasi Nuklir
Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian tegangan tinggi pensuplay tegangan detektor, penguat Linear pembentuk pulsa Gaussian dari sinyal keluaran detektor.
4.2.1 Pengujian Tegangan Tinggi Pensuplay Tegangan Detektor
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besar tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian high voltagedan uji stabilitas rangkaiannya. Pengujian ini menggunakan
alatbahan rangkaian high voltage, probe high voltage, voltmeter dan beban. Beban yang digunakan adalah detektor NaITl.
4.2.1.1 Uji Keluaran Tegangan Tinggi
Uji keluaran tegangan tinggi bertujuan mengetahui keluaran maksimum tegangan yang dihasilkan rangkaian high voltage. Pengujian ini hanya
menggunakan voltmeter dengan probe HV sebagai pembaca skala 1: 10. Pada pengujian ini tegangan referensi di atur sedemikian rupa secara perlahan-lahan
dan hasilnya dicatat pada voltmeter. Diagram blok pengujian pada Gambar 4.5 di bawah ini :
Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir
Volt Meter
Gambar 4. 5 Blok Diagram Pengujian Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir
Universitas Sumatera Utara
Hasil pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 4. 4 di bawah ini :
Tabel 4.4 Data hasil uji HV NO Vreff volt Vout volt
NO Vref volt
Vout volt
1 0.234
12 5.5
549.758 2
0.5 50.089
13 6
598.629 3
1 98.985
14 6.5
648.46 4
1.5 149.83
15 7
698.356 5
2 198.678
16 7.5
748.222 6
2.5 249.562
17 8
799.089 7
3 298.328
18 8.5
849.954 8
3.5 348.264
19 9
898.82 9
4 397.16
20 9.5
949.678 10
4.5 448.026
21 10
989.567 11
5 489.892
Berdasarkan tabel data di atas maka grafik nya dapat dilihat pada Gambar 4. 6 di bawah ini :
Gambar 4. 6. Grafik Uji Keluaran HV
Dari grafik uji keluaran HV didapat kurva dengan persamaan Y = aX + b = 99,71X
– 0.500 , sehingga didapat nilai regresi nilainya R
2
= 0.999. Dengan
Universitas Sumatera Utara
demikian terjadi linearitas antara tegangan referensi dan tegangan yang dihasilkan.
4. 2. 1. 2. Uji Stabilitas Tegangan Tinggi
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui stabilitas rangkaian HV. Uji Kestabilan ini dilakukan dengan dua tahap yaitu tanpa beban dan menggunakan beban
dengan keluaran tegangan tetap yang dibiarkan selama 2 jam. Adapun alat yang digunakan seperti blok diagram pada Gambar 4.5 sedangkan pencatatan
waktunya menggunakan stopwatch yang dilakukan setiap 15 menit . Data hasil pengujian tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 4. 5.
Tabel 4. 5. Data uji HV tanpa beban
NO Pengamatan
menit Vout
volt
1 800
2 15
800 3
30 800
4 45
800 5
60 800
6 75
800 7
90 800
8 105
800 9
120 800
Universitas Sumatera Utara
Adapun grafik pengujian seperti berikut ini:
Gambar 4.7 Grafik Uji Stabilitas HV
Uji kestabilan dengan beban menggunakandetektor dengan impedansi 20 MOhm dan pencatatan waktunya menggunakan stopwatchyang dilakukan setiap 15
menit. Peralatan yang digunakan pada pengujian ini adalah rangkaian HV, voltmeter beserta probe HVnya dan detektor sebagai beban. Blok diagramnya
pada Gambar 4.8.
Beban
Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir
Voltmeter
Gambar 4.8 Blok Diagram Uji Stabilitas dengan Beban
Universitas Sumatera Utara
Data hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4. 6 di bawah ini:
Tabel 4. 6. Data uji HV dengan Beban
NO Pengamatan
menit Vout
volt
1 800
2 15
800 3
30 799
4 45
798 5
60 799
6 75
798 7
90 800
8 105
800 9
120 797
Dari Tabel diatas maka grafiknya dapat dilihat pada Gambar 4. 9.
Gambar 4.9 Grafik Uji Stabilitas HV dengan Beban
Dari data hasil uji stabilitas dan grafik tanpa beban di atas, keluaran tegangan tinggi yang dihasilkan tetap sebesar 800 volt dalam rentang waktu uji
120 menit. Sedangkan dari data hasil uji stabilitas dan grafik dengan
Universitas Sumatera Utara
menggunakan beban, keluaran tegangan tingginya terjadi perubahan pada menit ke 30, 60, yaitu 799 volt dan menit 45 dan 75, yaitu 79 volt dan 795 volt dan
menit 120 yaitu 197 volt. Ralat persentase untuk uji stabilitas menggunakan beban dapat dihitung dengan
persamaan : 100
x teori
hasiluji teori
ralat Tegangan rata-rata hasil uji = 799 volt
Tegangan yang diharapkan = 800 volt, sehingga
125 ,
ralat
Dengan hasil persentase ralat sebesar 0,125 maka rancangan tegangan tinggi pendeteksi cukup stabil.
4. 2. 2 Penguat Linear Pembentuk Pulsa Gaussian
Pengujian penguat linear untuk mengetahui pulsa keluaran yang telah dikondisikan oleh rangkaian ini. Dalam pengujian ini akan diamati bentuk
keluaran pulsa pada pole zero concellation, gain, pole complex dan pulsa keluaran akhir pada rangkaian amplifier serta spesifikasi teknis penguat linear dan
linearitas rancangan. Alat dan bahan yang dibutuhkan pada pengujian ini adalah function generator dan HV osiloskop dan rangkaian penguat linear amplifier.
Blok diagramnya dapat dilihat pada Gambar 4.10 di bawah ini :
Function Generator
Rangkaian Penguat
Amplifier Osiloskop
Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Penguat Linear
100 800
799 800
x ralat
Universitas Sumatera Utara
4.2.2.1 Uji Pengamatan Hasil Pulsa
Pada uji pengamatan ini besar frekwensi diatur tetap, yaitu 1 kHz dan hasil pulsanya dapat dilihat pada osiloskop.
a. Bentuk Pulsa Masukan