S FIS 0905622 Chapter1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Akuisisi data merupakan suatu proses pengolahan data dari sinyal analog
menjadi sinyal digital dan disajikan serta disimpan melalui sistem tertentu. Proses
ini
sangat
membantu
penggunanya
untuk
memantau,
menganalisis,
dan
mengendalikan sistem. Akuisisi data secara garis besar dibedakan dalam dua
jenis, yaitu Plug-in Data Acquisition Boards dan External Data Acquisition
Systems.
Manusia sebagai pengguna akusisi data memiliki banyak keterbatasan.
Khususnya dalam pengukuran, manusia sangat rentan melakukan kesalahan.
Secara umum, tidak ada pengukuran atau pengujian yang sempurna dan
ketidaksempurnaan menimbulkan kesalahan pengukuran dalam hasilnya (SACSINGLAS, 2007). Hal ini berarti hasil pengukuran hanya berupa perkiraan dari
nilai ukur dan akan lengkap bila disertai dengan pernyataan ketidakpastian pada
perkiraannya. Dalam hal lain, ketidakpastian ini memberikan nilai toleransi yang
harus disediakan agar sistem yang dibuat menjadi presisi dan dapat beroperasi
maksimal.
Oleh karena itu, sistem akuisisi data memiliki peran penting dalam suatu
aplikasi salah satunya pada load cell. Load cell adalah perangkat dengan keluaran
sinyal elektrik yang berbanding lurus dengan gaya yang diterapkan padanya
(Lake, 2007). Secara singkat load cell juga dapat disebut tranduser gaya. Aplikasi
load cell ini mencakup berbagai bidang seperti biomekanik, robot humanoid,
aplikasi medis, automotif, pertanian, dan manufaktur.
Struktur load cell umumnya dikenal dengan jenis load cell canister , singleended beam, double-ended beam, cantilever beam, s-beam dan platform. Salah
satu load cell yang banyak dikembangkan adalah multi axis sensor jenis
mechanically decoupled sensors. Load cell ini memiliki banyak keuntungan hanya
saja belum banyak digunakan di industri karena faktor cross coupling error dan
geometri. Cross coupling error yang muncul akan menurunkan kualitas sensor
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
2
dan umumnya berkisar antara 3 sampai 37%. Penelitian terbaru menunjukkan
cross coupling error terbesar adalah 1,67% menggunakan virtual prototyping
technique (Alam, 2015). Adapun penelitian lain yang menunjukkan cross
coupling
terbesar adalah 3,20% menggunakan simulasi FEM dan
error
eksperimen (Kim, 2014).
Berdasarkan latar belakang permasalahan tersebut, penulis melakukan
penelitian untuk merancang dan membangun sistem akuisisi data yang diterapkan
pada multi axis sensor dengan acuan disain virtual prototyping dari penelitian
sebelumnya. Hal ini perlu dilakukan mengingat belum adanya penelitian cross
coupling error pada multi axis sensor dengan acuan disain tersebut secara
eksperimen. Sistem akuisisi data ini menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal
berupa amplifier , mikrokontroler dan komputer sebagai hasil akhir pengamatan.
Oleh
karena
itu
penulis
melakukan
penelitian
dengan
mengangkat
judul
“Perancangan dan Evaluasi Unjuk Kerja Sistem Akuisisi Data Sensor Gaya Tiga
Derajat Kebebasan”.
1.2 Rumusan Masalah Penelitian
Berdasarkan latar belakang penelitian yang telah dipaparkan, maka
rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana rancangan sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga derajat
kebebasan?
2. Bagaimana unjuk kerja sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga derajat
kebebasan berdasarkan tingkat kesalahan akurasinya melalui pengamatan
common systematic error berupa parameter linieritas, instrumental error
dan cross coupling error , namun tidak disertai evaluasi ketidakpastian
pengukuran?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang penelitian dan rumusan masalah penelitian
yang telah dipaparkan, maka tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3
1. Mendapatkan rancangan sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga derajat
kebebasan.
2. Mendapatkan hasil evaluasi unjuk kerja sistem akuisisi data pada sensor
gaya tiga derajat kebebasan berdasarkan tingkat kesalahan akurasinya
melalui pengamatan common systematic error berupa parameter linieritas,
instrumental error dan cross coupling error , namun tidak disertai evaluasi
ketidakpastian pengukuran.
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan memiliki manfaat sebagai berikut:
1. Sebagai gambaran rancang bangun sistem akuisisi data pada sensor gaya
tiga derajat kebebasan.
2. Sebagai gambaran unjuk kerja sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga
derajat kebebasan berdasarkan tingkat kesalahan akurasinya melalui
pengamatan
common
systematic
error
berupa parameter linieritas,
instrumental error dan cross coupling error , namun tidak disertai dengan
evaluasi ketidakpastian pengukuran.
1.5 Struktur Organisasi Skripsi
Secara garis besar penulisan skripsi ini dapat disusun sebagai berikut:
1. BAB 1 (PENDAHULUAN)
Dalam bab ini membahas mengenai latar belakang penelitian, rumusan
masalah penelitian, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika
penulisan.
2. BAB 2 (LANDASAN TEORI)
Dalam bab ini membahas dasar-dasar teori seputar penelitian pada sistem
akuisisi
data
meliputi
dasar
teori
rangkaian
amplifier ,
ADC,
mikrokontroler ATmega328 dan pemrograman menggunakan software
Delphi serta dasar teori mengenai sensor gaya.
3. BAB 3 (METODE PENELITIAN)
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
4
Dalam bab ini menguraikan tata cara pelaksanaan penelitian meliputi
desain penelitian, waktu dan tempat pelaksanaan penelitian, dan tahap
penelitian. Hal ini menjadi guide line untuk peneliti agar tidak salah arah.
4. BAB 4 (TEMUAN DAN PEMBAHASAN)
Dalam bab ini membahas mengenai hasil penelitian penulis yang diperoleh
dari hasil studi literatur dan eksperimen berdasarkan rumusan masalah
penelitian serta pembahasan dari hasil yang telah diperoleh.
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
5
5. BAB 5 (SIMPULAN DAN SARAN)
Dalam bab ini dibahas mengenai simpulan dari hasil penelitian serta saransaran dari penulis.
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Akuisisi data merupakan suatu proses pengolahan data dari sinyal analog
menjadi sinyal digital dan disajikan serta disimpan melalui sistem tertentu. Proses
ini
sangat
membantu
penggunanya
untuk
memantau,
menganalisis,
dan
mengendalikan sistem. Akuisisi data secara garis besar dibedakan dalam dua
jenis, yaitu Plug-in Data Acquisition Boards dan External Data Acquisition
Systems.
Manusia sebagai pengguna akusisi data memiliki banyak keterbatasan.
Khususnya dalam pengukuran, manusia sangat rentan melakukan kesalahan.
Secara umum, tidak ada pengukuran atau pengujian yang sempurna dan
ketidaksempurnaan menimbulkan kesalahan pengukuran dalam hasilnya (SACSINGLAS, 2007). Hal ini berarti hasil pengukuran hanya berupa perkiraan dari
nilai ukur dan akan lengkap bila disertai dengan pernyataan ketidakpastian pada
perkiraannya. Dalam hal lain, ketidakpastian ini memberikan nilai toleransi yang
harus disediakan agar sistem yang dibuat menjadi presisi dan dapat beroperasi
maksimal.
Oleh karena itu, sistem akuisisi data memiliki peran penting dalam suatu
aplikasi salah satunya pada load cell. Load cell adalah perangkat dengan keluaran
sinyal elektrik yang berbanding lurus dengan gaya yang diterapkan padanya
(Lake, 2007). Secara singkat load cell juga dapat disebut tranduser gaya. Aplikasi
load cell ini mencakup berbagai bidang seperti biomekanik, robot humanoid,
aplikasi medis, automotif, pertanian, dan manufaktur.
Struktur load cell umumnya dikenal dengan jenis load cell canister , singleended beam, double-ended beam, cantilever beam, s-beam dan platform. Salah
satu load cell yang banyak dikembangkan adalah multi axis sensor jenis
mechanically decoupled sensors. Load cell ini memiliki banyak keuntungan hanya
saja belum banyak digunakan di industri karena faktor cross coupling error dan
geometri. Cross coupling error yang muncul akan menurunkan kualitas sensor
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
2
dan umumnya berkisar antara 3 sampai 37%. Penelitian terbaru menunjukkan
cross coupling error terbesar adalah 1,67% menggunakan virtual prototyping
technique (Alam, 2015). Adapun penelitian lain yang menunjukkan cross
coupling
terbesar adalah 3,20% menggunakan simulasi FEM dan
error
eksperimen (Kim, 2014).
Berdasarkan latar belakang permasalahan tersebut, penulis melakukan
penelitian untuk merancang dan membangun sistem akuisisi data yang diterapkan
pada multi axis sensor dengan acuan disain virtual prototyping dari penelitian
sebelumnya. Hal ini perlu dilakukan mengingat belum adanya penelitian cross
coupling error pada multi axis sensor dengan acuan disain tersebut secara
eksperimen. Sistem akuisisi data ini menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal
berupa amplifier , mikrokontroler dan komputer sebagai hasil akhir pengamatan.
Oleh
karena
itu
penulis
melakukan
penelitian
dengan
mengangkat
judul
“Perancangan dan Evaluasi Unjuk Kerja Sistem Akuisisi Data Sensor Gaya Tiga
Derajat Kebebasan”.
1.2 Rumusan Masalah Penelitian
Berdasarkan latar belakang penelitian yang telah dipaparkan, maka
rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana rancangan sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga derajat
kebebasan?
2. Bagaimana unjuk kerja sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga derajat
kebebasan berdasarkan tingkat kesalahan akurasinya melalui pengamatan
common systematic error berupa parameter linieritas, instrumental error
dan cross coupling error , namun tidak disertai evaluasi ketidakpastian
pengukuran?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang penelitian dan rumusan masalah penelitian
yang telah dipaparkan, maka tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3
1. Mendapatkan rancangan sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga derajat
kebebasan.
2. Mendapatkan hasil evaluasi unjuk kerja sistem akuisisi data pada sensor
gaya tiga derajat kebebasan berdasarkan tingkat kesalahan akurasinya
melalui pengamatan common systematic error berupa parameter linieritas,
instrumental error dan cross coupling error , namun tidak disertai evaluasi
ketidakpastian pengukuran.
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan memiliki manfaat sebagai berikut:
1. Sebagai gambaran rancang bangun sistem akuisisi data pada sensor gaya
tiga derajat kebebasan.
2. Sebagai gambaran unjuk kerja sistem akuisisi data pada sensor gaya tiga
derajat kebebasan berdasarkan tingkat kesalahan akurasinya melalui
pengamatan
common
systematic
error
berupa parameter linieritas,
instrumental error dan cross coupling error , namun tidak disertai dengan
evaluasi ketidakpastian pengukuran.
1.5 Struktur Organisasi Skripsi
Secara garis besar penulisan skripsi ini dapat disusun sebagai berikut:
1. BAB 1 (PENDAHULUAN)
Dalam bab ini membahas mengenai latar belakang penelitian, rumusan
masalah penelitian, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika
penulisan.
2. BAB 2 (LANDASAN TEORI)
Dalam bab ini membahas dasar-dasar teori seputar penelitian pada sistem
akuisisi
data
meliputi
dasar
teori
rangkaian
amplifier ,
ADC,
mikrokontroler ATmega328 dan pemrograman menggunakan software
Delphi serta dasar teori mengenai sensor gaya.
3. BAB 3 (METODE PENELITIAN)
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
4
Dalam bab ini menguraikan tata cara pelaksanaan penelitian meliputi
desain penelitian, waktu dan tempat pelaksanaan penelitian, dan tahap
penelitian. Hal ini menjadi guide line untuk peneliti agar tidak salah arah.
4. BAB 4 (TEMUAN DAN PEMBAHASAN)
Dalam bab ini membahas mengenai hasil penelitian penulis yang diperoleh
dari hasil studi literatur dan eksperimen berdasarkan rumusan masalah
penelitian serta pembahasan dari hasil yang telah diperoleh.
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
5
5. BAB 5 (SIMPULAN DAN SARAN)
Dalam bab ini dibahas mengenai simpulan dari hasil penelitian serta saransaran dari penulis.
Rian Adi Putra, 2016
PERANCANGAN D AN EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM AKUISISI D ATA SENSOR GAYA TIGA
D ERAJAT KEBEBASAN
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu