Mahmudah Salwa Gianti M0213053

PEMETAAN BEBAN OLEH BIDANG SERAGAM DENGAN METODE BENDING
LOSS AKIBAT GRATING PADA SERAT OPTIK
Mahmudah Salwa Gianti*, Ahmad Marzuki*, Stefanus Adi Kristiawan**
*Prodi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
**Prodi Teknik Sipil, Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Jalan Ir. Sutami 36 A, Kentingan, Surakarta, 57126, Jawa Tengah, Indonesia
Email : msg.salwa@student.uns.ac.id

Abstrak
Pemetaan telah diketahui sebagai penggambaran suatu wilayah. Pemetaan tidak terbatas
hanya untuk wilayah geografi, namun juga dalam berbagai bidang seperti biomekanik dan
aplikasi sensor. Prinsip kerja sensor tekanan berbasis serat optik ini memanfaatkan adanya
atenuasi atau rugi-rugi yang diakibatkan oleh tekanan yang membuat serat optik mengalami
pembengkokan (bending) dengan metode goresan (grating) pada serat optik. Goresan pada
serat optik membuat serat optik lebih sensitif terhadap tekanan dan menghasilkan rugi-rugi
yang lebih signifikan. Pengujian beban pada serat optik tertanam di dalam pad menghasilkan
pemetaan posisi tiap beban uji dan hubungan antara tekanan dengan rugi-rugi yang
diakibatkan oleh beban uji. Dari beberapa beban uji didapatkan hubungan bahwa rugi daya
sebanding dengan tekanan yang terjadi.

Kata kunci : grating, tekanan, rugi-rugi, sensor, serat optik

I.

Kedua

Pendahuluan

alat

tersebut

dipengaruhi

Pengembangan sensor-sensor tekanan

oleh ukuran, drift, dan sensitivitas tinggi

dan pergeseran yang biasa disebut shear

terhadap suhu. Kelemahan pada kedua

and pressure sensor adalah sensor kapasitif

sensor

yang terintegrasi dan strain gauge. Satu

material yang digunakan tidak cocok

masalah

dengan kulit ketika sensor diatur untuk

pada

sensor

kapasistif

yaitu

konvensional

suseptibilitas terhadap interferensi listrik

mengukur

tekanan

karena impedansi tinggi. Starin gauge,

(Wang et al., 2005).

tersebut

dan

adalah

pergeseran[1].

membutuhkan struktur tambahan untuk

Untuk menanggulangi kekurangan

mendapatkan inti komponen pergeseran.

pada sensor-sensor konvensional, maka

dikembangkan sensor serat optik. Prinsip

pengoperasian perangkat mekanik yang

kerja sensor tekanan berbasis serat optik ini

kuat, penurunan tanah tak terduga, dll. [4].

memanfaatkan adanya atenuasi atau rugi-

Sebagai elemen sensor, serat optik

rugi yang diakibatkan oleh tekanan yang

digunakan dalam sistem tersebut karena

membuat

parameter

serat

pembengkokan

optik

mengalami

(bending).

Rugi-rugi

massa

memungkinkan

dimensi

menempatkan

yang
mereka

merupakan pelemahan daya yang dibawa

dalam berbagai desain bangunan tanpa

oleh cahaya. Pembengkokan fiber optik ini

mengubah

menyebabkan cahaya yang merambat di

operasional dari struktur[4].

karakteristik

teknis

dan

dalamnya menjadi berbelok dari arah

Perambatan cahaya pada serat optik

transmisi dan hilang. Pada penelitian ini

menggunakan prinsip pemantulan internal

dikembangkan prototipe sensor tekanan

sempurna. Cahaya yang merambat menuju

beserta pemetaan tekanannya.

bidang perbatasan terpantul kembali ke
dalam serat optik jika sudut datangnya

Tinjauan Pustaka
Sharon, dkk., mengatakan sensor

lebih besar dari sudut kritis. Dengan cara

adalah suatu peralatan yang berfungsi

optik melalui serangkaian pemantulan,

untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-

seperti yang diilustrasikan pada Gambar

sinyal yang berasal dari perubahan suatu

2.1.

II.

energi seperti energi listrik, energi fisika,
energi

kimia,

mekanik

dan

energi

biologi,
[2]

sebagainya .

energi

ini cahaya dapat merambat di dalam serat

Gambar 2.1 menunjukkan bahwa
cahaya yang datang semakin besar karena

Menurut

Instrument Society of America, sensor
merupakan

sebuah

perangkat

yang

memberikan output yang dapat digunakan
dalam merespon ukuran yang ditentukan.
Output mendefinisikan kuantitas listrik dan
ukur sebagai jumlah fisik, properti, atau
kondisi yang diukur[3].
Pemantauan

sehari-hari

tentang

keadaan struktur beban dan basa bangunan
memungkinkan

identifikasi

cepat

dan

penilaian dari beban yang terjadi, misalnya
sebagai akibat dari menempatkan alat berat,

Gambar 2. 1 Perambatan Cahaya dalam Serat Optik

memasuki medium yang indeks biasnya
lebih rendah. Sudut datang dalam core
meningkat dan pada akhirnya sudut bias
mencapai 900. Hal ini menyebabkan cahaya
dibiaskan sepanjang perbatasan medium
core dan cladding. Besarnya sudut kritis
dapat dihitung dengan mengasumsikan

sudut bias menjadi 900. Dari hukum
Snellius dapat ditulis sebagai berikut [5]:
sin

=

sin 900

(2.1)

III.
a.

Metodologi
Diagram Alir

Bend-Loss merupakan salah satu

Persiapan

teknik yang dipilih untuk sensor geser dan
tekanan. Teknik ini simpel dan efektif
untuk

mendeteksi

tekanan

yang

Pembuatan
program
dengan

menyebabkan deformasi serat optik. Prinsip

Pembuatan
sensor

kerja sensor ini adalah tergantung pada
transmition

kekuatan

loss

Pengolahan
data dengan
software

yang

menyebabkan kopling di antara perbedaan

Pengambilan
data

penyebaran mode core dan dari mode core
Analisis

ke mode radiasi. Di bawah ini adalah
keadaan dimana r/ΔR bernilai kecil, maka
persamaan

Kesimpulan

atenuasi intensitas cahaya

adalah

Gambar 3. 1. Diagram alir penelitian

(2.2)
dimana r adalah jari-jari core,

adalah

b.

Prosedur Kerja
Perangkat yang

digunakan

pada

prototipe sensor maping tekanan berbasis

≈2

serat optik adalah sumber cahaya, sensor

≈ ∞) R adalah jari-

tekanan serat optik, detektor, Arduino dan

jari kelengkungan pada bending dan Δ

PC. Input berupa cahaya diterima oleh

indeks bias (untuk parabolic profile,
dan untuk step profile,

adalah perbedaan indeks bias antara core
dan cladding. Dasar persamaan ini adalah
bahwa

bend-loss

dapat

ditingkatkan

(intensitas atenuasi meningkat) dengan
perbedaan indeks bias yang kecil antara
core dan cladding atau dengan serat optik
dengan jari-jari core yang lebih besar[1].

detektor yang berjalan melalui serat optik.
Serat optik mengalami modulasi berupakan
tekanan yang menyebabkan perubahan
intensitas. Output dari serat optik dibaca
oleh detektor kemudian masuk ke Arduino
dan ditampilkan oleh PC yang berisi
program ARDUINO. Data yang didapat
dari program tersebut diolah menjadi grafik
menggunakan
kemudian

software

dibuat

ORIGIN

pemetaan

menggunakan software MATLAB.

dan
kontur

c.

Penggoresan Fiber
Penggoresan ini dilakukan dengan

alat yang terdiri atas dua buah mikrometer
sekrup

yang

diletakkan

tegak

lurus,

menggunakan penopang berbahan akrilik
dan pisau pemotong yang berada dibawah

Gambar 3. 5 Seperangkat sensor tekanan

kendali Mikrometer. Pemilihan banyaknya
goresan (grating) dan kedalaman goresan
adalah

karena

semakin

besar

jumlah

goresan dan semakin dalam goresannya,
maka semakin banyak cahaya yang hilang
atau keluar dari serat optik yang berati
semakin

banyak

sensitivitas serat

loss

daya

sehingga

optik akan semakin

besar[6].

Serat optik yang menjulur dari pad
masing-masing dimasukkan pada sumber
cahaya dan detektor cahaya yang berada
dalam kotak hitam, ditunjukkan oleh
Gambar

3.5.

Detektor

terhubung

ke

Arduino sebagai pengubah sinyal analog
menjadi sinyal digital (ADC). Data yang
diterima arduino kemudian ditampilkan
dalam PC yang berisi program pengolahan
data. Rangkaian sebagaimana terlihat pada
Gambar 3.5.
e.

Pengujian Beban
Pengambilan

data

ini

dilakukan

dengan meberi beban pada pad seperti
Gambar 3.12. Data diambil dalam waktu
masing-masing

sepuluh

detik

dan

menghasilkan nilai loss bergantung pada
beban yang diberikan pada pad. Ketika
Gambar 3. 2 Alat penggores fiber

d.

Perangkat Pemetaan Beban

beban diletakkan, detektor akan menerima
intensitas

cahaya

yang

dibanding tanpa beban.

lebih

rendah

beban. Seperti terlihat pada Gambar 4.1,
dimana bagian A menunjukkan sinar yang
ditransmitansikan

sampai

ke

detektor

terpantul sempuna. Bagian B menunjukkan
bahwa

terjadi

loss

yang

diakibatkan

grating, dan bagian C menunjukkan bahwa
terjadi loss yang diakibatkan oleh grating
dan bending akibat penekanan pada pad.
Data yang diterima oleh detektor
diteruskan ke ADC, dalam penelitian ini
Gambar 3.6 Pemberian beban pada pad

menggunakan

Arduino

Mega

2560

Pegurangan intensitas yang terjadi

kemudian ditampilkan pada PC. Data yang

adalah karena terjadi loss serat optik pada

peroleh dikelompokkan setiap pinnya untuk

bagian

grating. Cahaya

yang semula

dibuat menjadi data tabel tengangan awal

terpantul sempurna kemudian berbelok dari

dan data tabel tegangan akhir. Nilai loss

arah

seperti

yang didapat untuk mapping merupakan

3.7.

nilai pengurangan dari tegangan awal

transmisi

ditunjukkan

dan
oleh

hilang
Gambar

Berkurangnya intensitas tergantung pada

terhadap tegangan akhir.

kekuatan transmition loss.

a.

IV.

Pengujian Beban dan Pemetaan

Hasil dan Pembahasan

Gambar 4.1 (a) skema loss pada serat optik
grating dimana cahaya keluar melalui celah
posisi grating (b) skema loss pada serat optik
grating dengan tekanan (bending)

Hasil dari penelitian ini menunjukkan
bahwa nilai intensitas menurun saat serat
optik diberi tekanan sebagai akibat dari

Gambar 4. 2 Posisi beban 0,2kg pada pad

Dari Gambar 4.2, terlihat bahwa
beban menekan pad tepatnya pada pin A0,
A1 dan A10. Data menunjukkan bahwa pin

A0,

A1

dan

A10

mengalami

loss.

Gambar 4.4 Posisi beban 0,2kg pada pad
Gambar 4. 1 Kontur beban 0,2kg pada pad yang
menunjukkan pemetaan beban

Sesuai Gambar 4.3, daerah berwarna
merah merupakan loss paling besar yang
menunjukkan
sedangkan

titik
daerah

berat

benda

berwarna

uji
biru

merupakan loss paling kecil dimana tidak
terjadi loss pada serat optik. Gradasi warna
dari merah ke biru diperlihatkan oleh

Gambar 4. 5 Posisi beban 1,2kg pada pad

colorbar disampingnya yang menunjukkan
nilai loss yang terjadi saat beban diuji.
b.

Perbandingan Beban dan Tekanan
Gaya gravitasi selalu menuju pusat

bumi, maka gaya gravitasi yang dialami
oleh tiap-tiap partikel juga mengarah ke
pusat bumi dan resultan dari semua gaya
tersebut berada pada titik tertentu, yang
telah disebut sebagai titik berat benda. Titik
ini merupakan sebuah pusat distribusi berat,
maka dari itu akan memiliki gaya tekan
yang lebih tinggi yang mengakibtakan loss
yang tinggi pula pada sensor serat optik ini.

Gambar 4. 6 Loss daya untuk beban 0,2kg
dengan diameter penekan 2,2cm

Loss diambil dari nilai terbesar pada
setiap beban dengan nilai loss beban 0,2kg;
0,7kg; 1,2kg; 2,2kg yang secara berturutturut nilainya adalah 0,037 dB; 0,059 dB;
0,109

dB;

0,115

dB.

Gambar

4.8

menunjukkan bahwa nilai loss semakin
meningkat seiring bertambahnya tekanan
mulai dari nilai 0,037 dB yaitu pada beban
0,2kg sampai beban 2,2kg. Beban 2,2kg
Gambar 4.7 Loss daya untuk beban 1,2kg
dengan diameter penekan 2,2cm

tentu memiliki nilai tekanan yang lebih
besar dari beban 0,2kg dan menghasilkan
loss yang lebih besar.

V.
Desibel
digunakan

(dB)

adalah

untuk

unit

Kesimpulan

yang

mengekspresikan

perbedaan relatif dalam kekuatan sinyal,
seperti perhitungan loss pada serat optik ini

Pemilihan banyaknya goresan (grating)
dan kedalaman goresan adalah karena
semakin besar jumlah goresan dan semakin
dalam goresannya, maka semakin banyak

adalah:
(4.1)

cahaya yang hilang atau keluar dari serat
optik yang berati semakin banyak loss daya

sehingga dalam penelitian ini, loss yang

sehingga sensitivitas serat optik akan

diakibatkan

semakin besar. Serat optik dengan metode

oleh

setiap

beban

uji

ditunjukkan oleh Gambar 4.8.

grating menghasilkan loss yang lebih
sensitif

dengan

dibandingkan

bending

yang

dengan

kecil
metode

makrobending. Hasil menunjukkan bahwa
perubahan loss sebanding dengan beban
dan dapat memetakan posisi beban dengan
pusat loss berada pada pusat dimana beban
diletakkan.
VI. Saran
Gambar 4. 8 Grafik Pengaruh tekanan terhadap
loss daya

Penelitian
ruangan

harus

dengan

dilakukan

cahaya

yang

dalam
stabil,

sehingga tidak ada polusi cahaya yang

sehingga dapat membandingkan pemetaan

masuk secara

bentuk bidang penekannya.

tiba-tiba

pada

detektor

cahaya. Penambahan filter pada detektor
akan memperhalus data yang diperoleh,
sehingga hasilnya akan semakin baik.
Ditambahkan penggunaan beban dengan
bentuk bidang penekan yang berbeda-beda,
5] Tregubov, A.V., Svetukhin, V.V.,

VII. Daftar Pustaka

Novikov, S.G., Berintsev, A.V.,

1] Wang, W.C., Ledonx, W.R.,
Sangeorzan, B.J., & Reinhall, P.G.
(2005). A shear and plantar pressure
based on fiber-optic sensor. Journal
of Rehabilitation Research &

Sharon,

D

(1987).

Robotics

and

Automated Manufacturing. Pitman:
London.
3] Instrument Society of America.(1975).
ANSI

(The American National

Standards Institute) MC6.1.
4] Huston, D.R.; Fuht, P.L.; Udd, E.
dkk.(1999). Fiber Optic Sensor for
Evaluation and Monitoring of Civil
Structures. SPIE, 3860, 2-11.

Fiber Optic Distributed Temperature
and Strain Sensor for Building
Applications. Results in Physics, 16,
7-12.

Development, 42, 315-326.
2]

Prikhodko, V.V., A (2016). A Novel

6] Crisp, J & Elliot, B.(2005). Introduction
to Fiber Optics. 3rd Edition. Elsevier
& Newnes. Oxford.
7] Fitriyani, N. & Sunarno, H. (2013).
Karakterisasi Sensor Serat Optik
Plastik terhadap Temperatur Dengan
Memanfaatkan

Prinsip

Kerja

Bending Loss. Surabaya : Institut
Teknologi Sepuluh November.