ANALISIS PENGGUNAAN FIBER OPTIK SEBAGAI SENSOR KELEMBABAN YANG TERTANAM DI DALAM BETON

  

Tema: 7 Ilmu-ilmu murni (Matematika, Fisika, Kimia dan Biologi)

ANALISIS PENGGUNAAN FIBER OPTIK SEBAGAI SENSOR

KELEMBABAN YANG TERTANAM DI DALAM BETON

  

Oleh

1*

  1

  1

  2 Farida Asriani , Hesti Susilawati , Widhiatmoko Heri Purnomo , Gandjar Pamudji ,

  1

dan Roy Indra Rahmat

  1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Jenderal Soedirman

  2 Jurusan Teknik Sipil Universitas Jenderal Soedirman *

Penulis korenponden: faridapamuji@gmail.com

ABSTRAK

  Sampai saat ini beton masih menjadi pilihan utama dalam konstruksi bangunan. Oleh sebab itu mengetahui dan memonitoring kinerja beton secara berkala sangatlah penting. Dengan demikian perlu adanya peralatan yang mampu mengukur perubahan parameter pada beton. Penelitian ini merupakan bagian dari pengembangan fibre optik sebagai sensor yang digunakan untuk mengukur kinerja beton. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis sensitifitas fiber optik untuk mendeteksi perubahan kelembaban pada beton. Fiber optik jenis singlemode dengan cladding gelatin sebagai sensor kelembaban ditanamkan pada pusat benda uji beton silinder. Pengujian fiber optik dilakukan dengan memberikan masukan sinar laser pada salah satu konektor fiber optik dan membaca daya serat optik pada konektor yang lain. Sumber cahaya yang digunakan berupa laser dengan panjang gelombang 1310 nm dan pada sisi keluaran diterima dengan menggunakan optical power meter (OPM). Hasil penelitian menunjukkan perubahan kelembaban beton berpengaruh terhadap daya keluaran serat optik. Perubahan daya keluaran serat optik meningkat seiring dengan meningkatnya nilai kelembaban beton. Besarnya sensitifitas fiber optik dengan cladding gelatin yang dicapai adalah 0,9244. Dengan demikian fiber optik dengan cladding gelatin dapat direkomendasikan untuk digunakan sebagai sensor kelembaban pada beton mutu normal. Kata Kunci : fiber optik, sensor, kelembaban, beton

  ABSTRACT

Until now, concrete is still the main choice in building construction. Therefore, knowing and

monitoring the performance of concrete on a regular basis is very important. Thus, the need for

equipment capable of measuring parameter changes in concrete. This research is part of optical

fiber development as a sensor used to measure concrete performance. The purpose of this study

was to analyze the sensitivity of optical fiber to detect moisture changes in concrete. Fiber optic

type single mode with gelatin cladding as a humidity sensor embedded in the center of the

cylindrical concrete test object. Optical fiber testing is done by providing laser beam input on one

of the optical fiber connectors and reading fiber optic power on the other connector. The light

source used is a laser with a wavelength of 1310 NM and on the output side is received using an

optical power meter (OPM). The result of this research showed that the change of concrete

moisture effect on fiber optic output power. The change in fiber optic output power increases with

the increase of concrete moisture value. The magnitude of fiber optic sensitivity with gelatin

cladding achieved was 0.9244. Thus, optical fibers with gelatin cladding may be recommended for

use as humidity sensors in normal quality concrete.

  Keywords : fiber optic, sensor, humadity,concrete

  PENDAHULUAN

  Fiber optik yang merupakan hasil rekayasa material, telah banyak diterapkan dalam teknologi telekomunikasi sebagai media transmisi atau perambatan cahaya. Sensor fiber optik dapat diterapkan sebagai sensor yang tertanam didalam beton dengan konfigurasi tertentu guna mengukur sifat-sifat fisik dari beton secara berkesinambungan seperti parameter regangan dan pergeseran elemen struktur beton (Bames, dkk 2005).

  Sensor serat optik saat ini merupakan pilihan utama bagi proses sensing dalam sensor fiber optik adalah kandidat yang sangat baik untuk tujuan monitoring struktur beton.

perubahan lingkungan karena keunggulannya dibandingkan sensor elektrik konvensional. Sensor

fiber optik mudah diintegrasikan dengan piranti lain, ukurannya ringan, tidak menghantarkan arus

listrik karena sinyal yang dipakai adalah sinyal cahaya, kuat dan tahan terhadap lingkungan yang

keras, sensitivitas tinggi, .kemampuan Multiplexing untuk membentuk jaringan sensor, dan

kemampuan multifungsi sebegai sensor ( Fidanboylu, & Efendioglu, H. S. , 2009). Sensor fiber

optik terdistribusi dapat diterapkan dalam smart struktur secara tertanam untuk memantau

suhu, regangan dan getaran pada beton. .Sensor ini memiliki resolusi dalam centimeter dan

memiliki presisi tinggi untuk pengukuran suhu (Bao and Chen, 2012). Selain itu sensor fiber

  optik tertanam di dalam beton telah diterapkan untuk mendeteksi retakan akibat adanya pembebanan pada beton (Asriani dkk, 2015; Asriani dkk, 2016). Sistem pendeteksi

  kerusakan beton berbasis arduino juga telah dikembangkan (Asriani dkk, 2017).

  Untuk deteksi perubahan kelembaban beton secara nirkabel telah dikembangkan

dengan menggunakan sensor SHT 21S (Baroca dkk, 2013). Sensor ini adalah sensor

elektris. Sensor elektris sangat riskan ketika diterapkan pada daerah lembab bahkan berair.

Pada paper ini penulis menerapkan sensor fiber optik karena kelebihannya bisa diterapkan

dilingkungan berair dan tahan lama. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis sensitifitas

fiber optik untuk mendeteksi adaanya perubahan kelembaban pada beton.

  METODEPENELITIAN

  Metode yang diterapkan pada penelitian ini adalah metode experiment. Penelitian dilakukan di laboratorium instrumentasi dan kendali, serta laboratorium Teknik Sipil Fakultas Teknik Unsoed. Jangka waktu penelitian adalah 6 bulan.

   Alat dan Bahan Penelitian.

  Peralatan yang diperlukan pada penelitian ini meliputi : 1.

  Optical power meter 2. Universal test machine

3. Termometer 4.

  Cetakan beton Bahan yang diperlukan meliputi : 1.

  Kabel Fiber optik dengan konektor RC-RC 2. LED 3. Phototransistor 4. Sensor kelembaban (DHT 11) 5. LCD 6. Mikrokontroller Arduino 7. PCB 8. Komponen resistor, diode, kapasitor 9. Bahan pembuat beton ( Pasir, semen, kerikil) 10.

  Kabel

  Tahapan Penelitian

  Secara garis besar tahapan penelitian terdiri dari :

  A. Pembuatan konfigurasi fiber optik Konfigurasi fiber optik yang akan ditanam di dalam beton harus dirancang sedemikian rupa agar sensitif terhadap perubahan kelembaban. Konfigurasi fiber optik yang dirancang berbentuk lurus dengan melakukan pengelupasan sepancang 4 cm sampai dengan intinya. Selanjutnya inti dari fiber optik dilapisi dengan gelatin.

  

Cladding gelatin dibuat dengan perbandingan gelatin dan air 2:3 . Campuran kemudian dipanaskan

_o

  sampai suhu 70

  C. Selanjutnya campuran gelatin didiamkan sampai suhu kamar. Ketika campuran gelatin yang sudah dipanaskan mencapai suhu kamar maka bagian fiber optik yang yang sudah dikupas jaketnya dilapisi dengan cladding gelatin. Pelapisan dilakukan dengan mencelupkan

  bagian inti fiber optik ke dalam gel gelatin sesaat langsung diangkat dan didiamkan hingga mengeras. Ketika gel gelatin sudah mengeras maka sensor siap ditanamkan dalam beton. B. Pembuatan Beton dengan Sensor Fiber Optik Tertanam Beton yang dirancang pada penelitian ini adalah sampel beton mutu normal dengan bentuk silinder ukuran panjang 30cm dan diameter 15cm. Agar bentuk sensor fiber optic yang tertanam di dalam beton tidak berubah (tetap lurus maka fiber optik dilekatkan pada kawat. Pada penelitian ini penanaman sensor fiber optik didalam beton terletak tepat di tengah seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

  

Gambar 1.Posisi fiber optik dengan clading gelatin di dalam beton.

  

Untuk mengetahui besarnya nilai kelembaban suhu sebagai pembanding dari outout sensor

fiber optik maka didalam beton juga dipasang sensor kelembaban DHT 11.

  C. Perancangan Hardware Blok diagram sistem sensor tertanam dalam beton ditunjukkan pada Gambar 2. Sensor fiber optik dihubungkan dengan sumber laser pada satu terminal sebagai terminal input dan pada ujung terminal yang lain dahubungkan dengan optical power meter (OPM) sebagai terminal output. Sumber laser mengeluarkan sinar laser dengan panjang gelombang tertentu sesuai yang dikehendaki. Kemudian OPM akan mencatat daya output sinar laser yang tertangkap pada ujung fiber optik.

  

Gambar 2. Blok diagram sistem sensor kelembaban tertanam di dalam beton.

  

Sensor DHT11 yang diletakan sejajar dengan fiber optik di dalam beton yang sebelumnya

telah dimasukan ke dalam plastik. Sensor DHT11 dihubungkan dengan arduino

  

menggunakan kabel jumper. Pembacaan nilai kelembaban oleh arduino nantinya akan

ditampilkan pada layar lcd.

  

Gambar 3. Rangkaian pengukur kelembaban dengan DHT11

  D. Pengujian Sensor tertanam di dalam beton Pengujikan dilakukan dengan mengaktifkan sistem pembacaan sensor tertanam didalam beton. Sumber laser diaktifkan kemudian daya outputnya ditampilkan pada OPM. Kelembaban suhu dalam beton ditampilkan pada LCD.

  E. Pengambilan data Pengambilan data dilakukan selama masa pengerasan beton yaitu 28 hari sejak pertama .beton dibuat. Pencatatan data dilakukan tiap pagi, siang dan sore hari.

  F. Analisis Data Analisis data dilakukan untuk mengetahui tingkat sensitifitas fiber optik untuk mendeteksi adanya perubahan kelembaban dalam beton. Analisi dilakukan dengan membuat grafik hubungaan antara kelembaban dan daya output. Tingkat kemiringan grafik menujnukkan sensitifitas sensor fiber optic terhadap kelembaban.

  HASIL DAN PEMBAHASAN Fiber optik dengan lapisan cladding gelatin

  Pada penelitian ini dibuat 10 buah fiber optik dengan cladding gelatin. Sensitifitas fiber optik dengan cladding gelatin terhadap udara bebas diukur dengan melakukan pengamatan lossis daya output fiber optic terhadap perubahan kelembaban udara bebas. Tabel 1. Data pengujian fiber optik dengan cladding gelatin di udara bebas

  Fiber Optik dengan cladding gelatin dB dBm µW Kelembaban Suhu © (%) 42,49 -7,51 177,4

  70

  27 42,47 -7,53 176,6

  72

  27 42,45 -7,55 175,7

  74

  27 42,44 -7,56 174,5

  75

  26 42,40 -7,60 173,7

  76

  26 42,39 -7,61 173,3

  79

  26 42,37 -7,63 172,5

  82

  25 42,36 -7,64 172,1

  84

  25 42,57 -7,42 181,5

  65

  29 42,63 -7,37 183,2

  53

  37 Beton dengan sensor kelembaban tertanam

  Pada penelitian ini beton yang dirancang adalah beton mutu normal. Sensor yang teratanam tepat dibagian tengah beton terdiri dari fiber optic dan sensor DHT 11 dengan posisi sejajar. Hasil cetakan beton dengan sensor tertanam ditunjukkan pada Gambar 4.

  

Gambar 4. Beton dengan sensor tertanam

Perancangan hardware

  Hardware yang dirancang pada penelitian ini adalah rangkaian pengukur kelembaban beton dengan DHT 11. Rangkaian ini dirancang untuk mengukur kelembaban di dalam beton. Adapun rangkaian dari sistem yang dirancang ditunjukkan pada Gambar 5.

  

Gambar 5. Rangkaian pengukur kelembaban

  

Hasil pengujian rangkaian menunjukkan bahwa sistem pengukuran kelembaban dengan

sensor DHT 11 dapat berfungsi dengan baik.

  Pengujian sensor kelembaban beton

  Pengujian sistem sensor tertanam di dalam beton dilakukan dengan mengamati dan mengambil data perubahan lossis fiber optik terhadap perubahan nilai kelembaban di dalam beton. Pengujian

  

dilakukan sejak hari pertama beton dibuat sampai beton berusia 28 hari. Pengambilan data

dilakukan setiap pagi, siang dan sore hari. Dari data yang didapatkan diperoleh hubungan

antara daya fiber optik dan kelembaban seperti ditunjukkan pada grafikGambar 6.

  

Gambar 6. Hubungan daya fiber optik terhadap kelembaban beton

Analisi Data

  Analisis data dimaksudkan untuk mengetahui sensitifitas sensor fiber optik dengan cladding gelatin terhadap perubahan kelembaban pada beton. Dari data yang diperoleh dibuat nilai rerata daya serat output untuk tiap nilai kelembaban. Selanjutnya dibuat grafik daya sensor fiber optik terhadap kelembaban beton seperti ditunjukkan pada Gambar 7.

  

Gambar 7. Grafik rerata daya outout terhadap kelembaban

  Rentang nilai dayaserat optik (-8.6) dBm untuk kelembaban 87 % dan (-7.54) dBm untuk _-1 kelembaban 91% dengan nilai koefisien gradient( sensitivitas) sebesar 2,5x10 dBm/ %; 0,9244. Jadi dapat disimpulkan bahwa sensor fiber optic dengan cladding gelatin memiliki sensitifitas yang bagus, atau dengan kata lain sensor fiber optik dengan cladding gelatin dapat mendeteksi dengan baik adanya perubahan kelembaban pada beton.

  KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini bisa disimpulkan bahwa fiber optik dengan cladding

gelatin yang diletakkan tepat ditengah-tengah beton memiliki sensitivitas yang baik

terhadap kelembaban dengan nilai sensitivitas sebesar 0,9244.

UCAPAN TERIMA KASIH

  Terimakasih kami haturkan kepada rektor Unsoed yang telah mendanai penelitian ini sehingga penulis bisa menyelesaikan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

  

Asriani Farida, Pamudji Gandjar, dan Susilawati Hesti, 2015, Pengembangan Deteksi

Kerusakan Beton yang Menggunakan Sampah Plastik dengan Sensor Fiber Optik”, Prosiding Seminar nasional Keteknik Sipilan Bidang Vokasional III, Politeknik Negeri Bali, 16 september 2015 pp 69-73.

  Senspr and Phototransistor, International Journal of Information Technology and Electrical Engineering, 2012 vol 1 no 1, pp 8-12.

Bao Xiaoyi and Chen Liang, 2012, Recent Progress in Distributed Fiber Optic Sensor,

Sensors Vol 12, pp 8601-8639

2005, Possibilities of optical fibre

sensors to monitor strength in concrete structures, Proceedings of the International

  

Asriani Farida, Pamudji Gandjar, dan Susilawati Hesti, 2016, Fiber Optik Sibglemode

Sebagai Sensor Regangan yang Tertanam di Dalam Beton”, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Terapan Jilid 1.

Asriani Farida, Pamudji Gandjar, dan Susilawati Hesti, and Ismani Septa Wijaya, 2017,

Damage Detection Tool Disain of Lightweight Concrete Using Optical Fiber

  Conference on Repair and Renovation of Concrete Structures

Barroca Roberto, Borgess Luis M, Veles Fernandi J, Monteiro F, Gorski Marcin, and

Gomes Joao Castro, 2013, Wireeless Sensor Networks fo Temperature and Humidity Monitoring within Concrete Structures, Constuction and Building Material, 2013, 40, pp 1156-1166

Fidanboylu, & Efendioglu, H. S. (2009). Fiber optic sensors and their applications.

  Symposium A Quarterly Journal In Modern Foreign Literatures , 1

• –6. Retrieved from http://iats09.karabuk.edu.tr/press/pro/02_KeynoteAddress.pdf