Sensor Beban Berbasis Serat Optik Dengan Prinsip Mikrobending

SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING SKRIPSI CINDY AL KINDI 090801012

SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING SKRIPSI

  Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

CINDY AL KINDI 090801012

LEMBAR PERSETUJUAN

  Judul : SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING

  Kategori : SKRIPSI Nama : CINDY AL KINDI NIM : 090801012 Program Studi : SARJANA (S-1) FISIKA Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

  ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

  Diluluskan di Medan, Juli 2013

  Pembimbing II, Pembimbing I, Dwi Hanto, M.Si Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 198404252008121003 NIP. 195510301980031003 Deketahui/Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003

  PENGHARGAAN

  Puji dan syukur penulis persembahkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan kasih sayang serta karunia-Nya kepada penulis hingga skripsi yang berjudul

  “Sensor Beban Berbasis Serat Optik dengan Prinsip Mikrobending” berhasil diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktu yang telah ditetapkan.

  Ucapan terima kasih terbesar penulis sampaikan kepada Ibunda tercinta Nurdiana dan Ayahanda tercinta Syaiful Yusmainur Saragih atas kasih sayang dan do’a yang selalu dihadiahkan kepada penulis serta dukungan secara moril maupun materi.

  Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak

• – pihak yang mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, yaitu : 1.

  Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua jurusan Departemen Fisika dan dosen pembimbing yang telah bersedia memberikan panduan, bantuan, perhatian serta dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

  2. Bapak Dwi Hanto M.Si selaku dosen pembimbing dari Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah bersedia memberikan panduan, bantuan, serta segenap perhatian dan dorongan kepada penulis dalam melakukan penelitian untuk menyelesaikan skripsi ini.

  3. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku kepala Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah memberikan izin penelitian, dan selaku penguji pada saat seminar hasil di P2F yang telah memberikan arahan dan dukungannya kepada penulis.

  4. Bapak Ir. Thomas Budi Waluyo M.Eng.Sc. selaku penguji pada saat seminar hasil yang telah memberikan arahan dan dukungan kepada penulis.

  5. Bapak Andi Setiono, Bapak Sigit, Mas Hendra Adinanta dari P2F LIPI yang sudah memberikan arahan dan dukungan kepada penulis.

  6. Bapak Prof. Perdamean Sebayang M.Si dari Pusat Penelitian Fisika LIPI yang sudah sangat baik memberikan arahan dan dukungan serta semangatnya kepada penulis sampai penulis menyelesaikan penelitian untuk tugas akhir.

  7. Seluruh Staf Pusat Penelitian Fisika LIPI yang belum disebutkan saya mohon maaf dan mengucapkan terima kasih.

  8. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc, seketaris departeman Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengatahuan Alam Universitas Sumatra Utara 9. Seluruh staf dosen departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

  10. Kak Yuspa, Kak Tini, dan Bang Jo yang selalu mempermudah segala urusan di departemen Fisika

  11. Keluarga dan para saudara yang banyak mendukung secara langsung maupun tidak langsung terima kasih atas dukungannya .

  12. Adik-adikku Jundi, Badar, Tata dan Batros yang menjadi semangatku.

  13. Para sahabat tersayang Desy Hervina, Seri Dermayu Siregar, Sally Irvina, Tian Havwini, Kharismayanti, Hilda Ayu Marlina, Fitri Hidayati yang selalu memberikan motivasi, semangat, bantuan, pengertian, dan masih banyak lagi yang tidak mampu diungkapkan.

  14. Sahabat terkasih Nurkhasanah, T Masykur Al Qaedy, Bang Khalid Lubis terima kasih atas dukungan dan semangatnya.

  15. Pak Lukman, Bang Maulana (Nana), Irmawan Oktavianto terima kasih atas dukungan dan bantuannya kepada penulis.

  16. Staf LIDA terkhusus pada Ibu Ratna Simatupang dan Bapak Nasruddin dan Asisten LIDA (kak Masthura, kak Mora, bang Ikhsan, bang Hilman, kak Pepi, adik-adik dan kepala laboratorium LIDA) terima kasih atas dukungannya selama ini.

  17. Buat Ibunda Neneng dan kak Lina, terima kasih banyak karena telah menjadi keluarga yang baik ketika penulis melakukan penelitian di LIPI.

  18. Kak Cici, kak Farida, kak Ratika terima kasih atas dukungannya. Semoga Allah SWT membalas kebaikan yang diberikan kepada penulis oleh semua pihak-pihak tersebut. Aamiin. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, sesungguhnya Allah Maha Kuasa atas apa yang dikehendaki-Nya.

  

PERNYATAAN

  SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING SKRIPSI Saya mengetahui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

  Medan, Juli 2013 CINDY AL KINDI 090801012

SENSOR BEBAN BERBASIS SERAT OPTIK DENGAN PRINSIP MIKROBENDING

  ABSTRAK Telah dilakukan penelitian mengenai sensor beban berbasis serat optik dengan prinsip mikrobending. Penelitian ini meliputi beberapa pengujian yaitu kesetabilan laser, pengaruh mikrobending, validitas dan reliabilitas sensor untuk mengetahui rancangan yang tepat serta tingkat respon sensor pada saat beban diletakkan diatas sensor agar dapat diaplikasikan pada sensor beban kendaraan. Pengujian tersebut menggunakan sumber laser dengan panjang gelombang 1310 nm, serat optik ragam banyak, lapisan karet, beban, kawat stainless, sensor modifikasi (buatan Pusat Penelitian Fisika), photodetektor, Data Translation DAQ, dan software Weight in Motion buatan Pusat Penelitian Fisika LIPI. Dari penelitian diperoleh beberapa hasil yaitu kesetabilan laser terpenuhi dengan uji T statistik, pengaruh mikrobending berpengaruh secara signifikan pada respon sensor beban dengan ANOVA pada tingkat signifikansi 0.05, histerisis sensor dengan error < 5 % dan validasi sensor dengan persamaan polinomial serta reliabilitas sensor terpenuhi dengan uji T statistik.

  LOAD SENSORS BASED ON OPTICAL FIBER WITH MICROBENDING

PRINCIPLE ABSTRACT Has done research on fiber-optic-based load sensor with microbending principle. This study includes some stability testing of the laser, the influence microbending, validity and reliability of the sensors to find the right design and the level of the sensor response when the load placed on the sensor so that the sensor can be applied to the vehicle load. The test uses a laser source with a wavelength of 1310 nm, many kinds of optical fiber, rubber lining, load, steel wire, modified sensor (artificial Physics Research Center), a photodetector, Data Translation DAQ, and software Weight in Motion made LIPI Physics Research Center. Obtained some results of studies that met the laser stability test statistic T, the influence microbending significant influence on the response of the load sensor with ANOVA at the 0.05 level, with the sensor hysteresis error < 5%, the sensor validation by polynomial equations and reliability of the sensor satisfied by T test statistics. DAFTAR ISI Halaman

  Persetujuan ii

  Pernyataan iii

  Penghargaan iv

  Abstrak vi

  Abstract vii

  Daftar Isi viii

  Daftar Gambar x

  Daftar Tabel xii

  Bab 1 Pendahuluan

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Rumusan Masalah

  3

  1.3 Batasan Masalah

  4

  1.4 Tujuan Penelitian

  4

  1.5 Manfaat Penelitian

  4

  1.6 Metodologi Penelitian

  5

  1.7 Tempat Penelitian

  5

  1.8 Sistematika Penulisan

  5 Bab 2 Tinjauan Pustaka

  2.1 Teori Cahaya dan Hukum Snellius

  7

  2.2 Serat Optik

  10

  2.3 Prinsip dan Tipe Sensor Optik

  12

  2.4 Konektor Serat Optik

  15

  2.5 Sensor

  16

  2.6 Photodetektor

  17

  2.7 Rugi

• – Rugi Daya Pada Serat Optik Akibat Pembengkokan

Pada Serat

  19

  4.1 Kesetabilan Laser

  46 Lampiran

  45 Daftar Pustaka

  5.2 Saran

  45

  5.1 Kesimpulan

  39 Bab 5 Kesimpulan dan Saran

  4.3 Pengujian Validitas dan Reliabilitas Sensor Beban

  36

  4.2 Pengujian Variasi Diameter dan Jarak Kawat terhadap Respon Sensor Beban

  34

  32 Bab 4 Hasil dan Pembahasan

  2.8 Sensor Beban dengan Serat Optik Mikrobending

  3.4 Pengujian Validitas dan Reliabilitas Sensor Beban

  29

  3.3 Pengujian Pengaruh Diameter dan Jarak Kawat Terhadap Respon Sensor Beban

  27

  3.2 Pengujian Kesetabilan Laser

  25

  3.1 Tahapan Penelitian

  24 Bab 3 Metodologi Penelitian

  2.9 Pengolahan Data-data Statistik

  22

  48 DAFTAR GAMBAR Halaman

Gambar 2.1 Hukum Snellius

  26 Gambar 3.3 Software Weight In Motion Based Optical Fiber

  37 Gambar 4.4 Kurva Hiaterisis Sensor

  35 Gambar 4.3 Grafik Pengujian Mikrobending

  34 Gambar 4.2 Grafik Kesetabilan Fluktuasi Laser

  33 Gambar 4.1 Grafik Kesetabilan Laser

  31 Gambar 3.8 Sensor Untuk Pengujian Validitas dan Reliabilitas

  30 Gambar 3.7 Flowchart Pengujian Variasi Diameter dan Jarak Kawat

  29 Gambar 3.6 Software Weight In Motion Based Optical Fiber

  28 Gambar 3.5 Beban Uji yang diletakkan Terpusat di atas Sensor Beban

  27 Gambar 3.4 Flowchart Pengujian Kesetabilan Laser

  26 Gambar 3.2 Diagram Blok Penelitian

  9 Gambar 2.2 Pemantulan Dinding Serat Optik

  23 Gambar 3.1 Rancangan Sensor Beban

  21 Gambar 2.11 Skematik Sensor dengan Pelat Bergerigi

  21 Gambar 2.10 Skematik Sensor Mikrobending

  20 Gambar 2.9 Sensor Intrinsik Serat Optik

  19 Gambar 2.8 Peristiwa Rugi-rugi akibat Pembengkokan Mikro

  14 Gambar 2.7 Pembengkokan Sinar di Dalam Inti Serat Optik

  14 Gambar 2.6 Karakteristik Serat Optik Single Mode Step Index

  13 Gambar 2.5 Karakteristik Serat Optik Multimode Graded Index

  11 Gambar 2.4 Karakteristik Serat Optik MultimodeStep Index

  10 Gambar 2.3 Bagian-bagian Serat Optik

  40

Gambar 4.5 Grafik Validasi Sensor

  42 Gambar 4.6 Grafik Validasi Beban

  43 Gambar 4.7 Grafik Reliabilitas Sensor

  44 DAFTAR TABEL Halaman

Tabel 4.1. Uji T untuk Kesetabilan Laser

  35 Tabel 4.2. Uji Normalitas Data

  37 Tabel 4.3. Uji Homogenitas

  38 Tabel 4.4. Uji ANOVA

  38 Tabel 4.5. Error Histerisis

  41 Tabel 4.6. Uji T Reliabilitas Sensor

  44