fisikainstrumentasiukm.files.wordpress.com · web viewprinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan...
Post on 28-Apr-2019
220 Views
Preview:
TRANSCRIPT
LAPORAN PROYEK
Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Komponen Sistem Kontrol
SENSOR ACCELEROMETER
Disusun oleh:
Leonardus Eric Febryanto / 0822029Agus Santoso / 0822045
Yansen / 0822052
JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHABANDUNG
2011
I. Definisi Accelerometer
Accelerometer adalah sebuah tranduser yang berfungsi untuk mengukur
percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur
percepatan akibat gravitasi bumi. Accelerometer juga dapat digunakan untuk
mengukur getaran yang terjadi pada kendaraan, bangunan, mesin, dan juga bisa
digunakan untuk mengukur getaran yang terjadi di dalam bumi, getaran mesin, jarak
yang dinamis, dan kecepatan dengan ataupun tanpa pengaruh gravitasi bumi.
Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa apabila suatu
konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau jika suatu medan magnet
digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada
konduktor tersebut. Accelerometer yang diletakan di permukaan bumi dapat
mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik vertikalnya, untuk
percepatan yang dikarenakan oleh pergerakan horizontal maka accelerometer akan
mengukur percepatannya secara langsung ketika bergerak secara horizontal. Hal ini
sesuai dengan tipe dan jenis sensor accelerometer yang digunakan karena setiap
jenis sensor berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh
perusahaan pembuatnya. Saat ini hampir semua sensor/tranduser accelerometer
sudah dalam bentuk digital (bukan dengan sistem mekanik) sehingga cara kerjanya
hanya bedasarkan temperatur yang diolah secara digital dalam satu chip.
Berikut ini adalah gambaran bagaimana proses accelerometer analog (dengan sistem
mekanik maupun digital) bekerja;
– Accelerometer digital yang bekerja berdasarakan temperatur
– Accelerometer analog yang bekerja berdasarakan sistem mekanik
Tipe Accelerometer
Capacitive: lempengan metal pada sensor memproduksi sejumlah
kapasitansi, perubahan kapasitansi akan mempengaruhi percepatan.
Piezoelectric: kristal piezoelectric yang terdapat pada accelerometer jenis ini
mengeluarkan tegangan yang selanjutnya dikonversi menjadi percepatan.
Piezoresistive: lempengan yang secara resistan akan berubah sesuai dengan
perubahan percepatan.
Hall effect: percepatan yang dirubah menjadi sinyal elektrik dengan cara
mengukur setiap perubahan pergerakan yang terjadi pada daerah yang terinduksi
magnet.
Magnetoresistive: Perubahan percepatan diketahui berdasarkan resistivitas
material karena adanya daerah yang terinduksi magnet.
Heat Transfer: percepatan dapat diketahui dari lokasi sebuah benda yang
dipanaskan dan diukur ketika terjadi percepatan dengan sensor temperatur.
II. DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer
Pada percobaan ini, accelerometer yang digunakan adalah DE-ACCM3D
Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer. DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis
Accelerometer memiliki penyangga operasional amplifier yang terpadu sehingga
memungkinkan terjadinya hubungan secara langsung antara dirinya dengan input-
input analog pada mikrokontroller dan juga dapat diimplementasikan pada sistem
dengan beban yang besar. Adapun fitur-fitur dari DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis
Accelerometer, antara lain sebagai berikut
Triple axis ±3g sense range
(”g” merujuk pada percepatan dengan ukuran gravitasi bumi yang bernilai 32.2 ft/sec2, 386 in/sec2, atau 9.8 m/sec2 . Pada accelerometer pengukuran output pada 0 g bernilai setengah dari tegangan suplai, -3g pada tegangan 0V dan +3g pada tegangan Vcc. Range nilai ±3g adalah −30m/s2 sampai 30 m/s2).
Sensitivitas hingga 360mV/g
Lebar pita (BW) 500Hz
Tegangan operasi 3.5V s/d 15V (dengan regulator)
Tegangan operasi 2.0V s/d 3.6V (tanpa regulator)
3.3V regulator dapat memacu mikrokontroller eksternal
Proteksi tegangan reverse
Output short terjaga
Faktor pembentuk Standard DIP-16
Power supply decoupling terpadu
Menarik 0.9mA
Dapat menjalankan beban 500Ω secara akurat
Bandwidth dari sebuah sensor biasanya diukur dalam satuan Hertz dan
mengindikasi batas terdekat frekuensi respon dari suatu sensor., atau pada umunya
mengambil nilai yang masih dapat dibaca. Manusia tidak mampu menciptakan
sebuah pergerakan tubuh dibawah 10-12 Hz. Karena hal tersebut, bandwidth 40-60
Hz cukup untuk membaca kemiringan atau gerakan manusia. Untuk pengukuran
getaran atau pembacaan yang akurat dari pengaruh gaya, bandwidth seharusnya
dalam skala ratusan Hertz. sebagai tambahan, pada beberapa mikrokontroler yang
sudah lama, bandwidth dari sebuah accelerometer dapat berada jauh di luar
Nyquist frequency dari A/D converters pada MCU. Jadi, pada pembacaan bandwidth
yang lebih tinggi, sinyal digital dapat dimisalkan. Hal ini dapat diperbaiki dengan
menggunakan sebuah passive low-pass filter yang sederhana sebelum dicuplik.
Atau, yang lebih mudahnya lagi dengan memilih mikrokontroler yang lebih bagus.
Ketika kita membeli sebuah accelerometer, kita pasti menyadari adanya nilai
seperti ‘2g’ atau ‘3g’ pada accelerometer tersebut. Nilai tersebut merupakan nilai
maksimum gaya g yang dapat dilaporkan dari sendor tersebut. Akselerasi objek pada
gravitasi bumi dengan 1g, atau bernilai 9.81 m/s2. Sebagai contoh, ketika robot kita
bergerak 1g ke atas, maka sendor kita akan mendeteksi 2g. pada aplikasi robot
secara umum, rating 2g sudah cukup baik. Sehingga, semakin kecil nilai rating g
tersebut, semakin sensitive sensor tersebut dalam mendeteksi perubahan gerakan.
Kita akan selalu memiliki semakin mudah diatur sebuah sensor maka semakin rendah
nilai rating g nya. Tetapi, semakin sensitive sebuah sensor, maka akan semakin
mudah dipengaruhi oleh interferensi getaran dari luar.
Selain fitur – fitur, DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer juga
memiliki beberapa aplikasi, yaitu
Dapat mengukur gerakan pada kemiringan tertentu
Memposisikan perangat
Shock sensing
Vehicle acceleration logging
Gambar 1. DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer
Gambar 2, DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer dari berbagai arah axis
dengan tegangan suply 6 V
Tegangan pada DE-ACCM3D sesuai dengan akselerasi yang terjadi pada arah
X, Y dan Z. Output yang diperoleh bersifat rasiometris, sehingga sensitivitas (dalam
mV/g) output bergantung pada tegangan yang diberikan.
Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa nilai tegangan output X, Y dan Z berubah
pada setiap arah. Tegangan output akan berubah sesuai dengan arah axisnya. Pada
tegangan output Z misalnya, saat DE-ACCM3D diarahkan ke atas (pada axis Z) maka
tegangan output yang diperoleh adalah 1.99 V sedangkan saat diarahkan ke bawah
(diputar sejauh 180o) tegangan outputnya sebesar 1.33 V, dan nilai tegangan output
X dan Y adalah sama yaitu 1.66 V. Jadi, dapat disimpulkan bahwa selisih dari nilai
tegangan output X, Y dan Z saat diputar sejauh 180o adalah 0.66 V dengan tegangan
input 6 V.
III. Penjelasan Percobaan
Seperti yang telah diuraikan pada poin 2 diatas, bahwa tegangan output pada
DE -ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer pada masing-masing axis berkisar
antara 1.33 V pada 0o dan 1.99 V pada 180o. Kenaikan tegangan output setiap 1 o -
nya adalah 3.6 mV, nilai tersebut dapat diperoleh dengan perhitungan sebagai
berikut :
X = (1,99 – 1,33)/180 = 0,66 / 180 = 3,67mV
Kenaikan tegangan yang sangat kecil ini sukar untuk dideteksi oleh multimeter,
terlebih bila diaplikasikan pada suatu input ADC dalam mikrokontroller , oleh sebab
itu dirancanglah suatu differential amplifier yang dapat mendeteksi selisih tegangan
antara tegangan output dengan tegangan referensi (yaitu tegangan pada saat 0o =
1.33 V) Untuk mendapatkan tegangan 1.33 V tersebut dibuatlah rangkaian pembagi
tegangan dengan masukan tegangan dari regulator bypass sensor accelerometer
seperti pada gambar berikut.
= Vref
Gambar 3, Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer
dengan operasional amplifier untuk axis X
= Vref
Gambar 4, Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer
dengan operasional amplifier untuk axis Y
= Vref
Gambar 5, Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer
dengan operasional amplifier untuk axis Z
Pada percobaan ini, tegangan output yang diinginkan adalah 0 V saat 0o dan 5
V saat 180o , sehingga dibutuhkan rangkaian penguat differential amplifier, dengan
perhitungan (analisa rangkaian diambil dari gambar 3):
Vo = (V2-V1) * (R2/R1) , dimana (R2/R1) = (R3/R4)
= (SENSOR_OUT – Vref) * (R2/R1)
,dimana Vref = 1,33Volt (Hasil Voltage Divider dari Vsumber 12Volt, dengan percabangan R 1K ohm dan
potensiometer)
= (SENSOR_OUT – 1,33V) * (R2/R1)
Selisih tegangan asli = 1.99 V – 1.33 V = 0.66 V
Selisih tegangan yang diinginkan = 5 V – 0 V = 5 V
Dari hasil tersebut antara tegangan asli dan tegangan yang diinginkan maka
diperlukan penguatan sebesar → (R2 / R1) = (5 / 0,66V)
(R2 / R1) = 7,57575
Misal R1 digunakan 1200 Ω, maka didapat R2 sebesar :
→ (R2 / R1) = 7,57575
(R2 / 1200 Ω) = 7,57575
R2 = 7,57575 * 1200 Ω
R2 = 9090,90 Ω , atau dengan pendekatan ≈ 9000 Ω.
Dikarenakan sulitnya mencari resistansi sebesar 9090,90 Ω; maka range Vo
diubah menjadi 0 Volt – 6 Volt, sehingga didapatkan perhitungan :
(R2 / R1) = (6 / 0,66V)
(1200 Ω / R1) = 9,09090
R1 = 10.909,0909 Ω , atau dengan pendekatan ≈ 10.000 Ω (dengan asumsi lebih baik mengurangkan nilai resistansi karena seringkali dalam percobaan
nilai resistansi pada kabel harus diperhitungkan)
IV. Data Pengamatan
Sumbu-X
SUDUT ( o) TEGANGAN (V)Counter-Clockwise
0 1.3930 1.5760 2.5690 3.6
120 4.8150 5.95180 6.58
Sumbu-Y
SUDUT ( o) TEGANGAN (V)Counter-Clockwise
0 6,6830 5,3160 4.190 3.76
120 2.62150 2.04180 1.71
Axis Arah Rangkaian DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis
Sumbu-Z
SUDUT(o) TEGANGAN
(V)
05.7
304.57
603.88
903.39
1202.64
1502.05
1801.32
Accelerometer
Counter- Clockwise
0o 90o 180o
X
Y
Persentase kesalahan dapat dihitung sebagai berikut (data yang digunakan
sebagai contoh perhitungan berikut adalah data tegangan keluaran pada counter
clockwise) :
Selisih tegangan setiap 30o sesuai teori adalah :
(6Volt/(180/30o)) = 1 Volt
Rata-rata selisih tegangan setiap 30o pada sumbu X adalah
(0.18 + 0.99 + 1.04 + 1.2 + 1.15 + 0.63) / 6 = 0.865 V
Rata-rata selisih tegangan setiap 30o pada sumbu Y adalah
(1.37 + 1.21 + 0.34 + 1.14 + 0.58 + 0.33)/6 = 0.828 V
Rata-rata selisih tegangan setiap 30o pada sumbu Z adalah
(1.13 + 0.69 + 0.49 + 0.75 + 0.59 + 0.73)/6 = 0.73 V
Kesalahan ini dapat terjadi karena:
- Setiap resistor memiliki nilai toleransi yang tertentu sehingga memungkinkan
kesalahan dalam perhitungan pada penguatan differential amplifier.
Rumus penguatan differential amplifier diatas adalah rumus pendekatan jika
setiap R2 dan R1 nilainya sama.
- Kurang telitinya dalam pengukuran setiap derajatnya.
- Ketelitian dari voltmeter.
Grafik :
0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o
Teori 0 1 2 3 4 5 6
Sumbu X 1,39 1,57 2,56 3,6 4,8 5,95 6,58
Sumbu Y 1,71 2,04 2,62 3,76 4,1 5,31 6,68
Sumbu Z 1,32 2,05 2,64 2,39 3,88 4,57 5,7
V. Kesimpulan
Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa sensor accelerometer tipe DE-
ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer dapat digunakan dalam mengukur
tegangan pada sudut atau kemiringan suatu benda yang bergerak pada 3 buah axis,
yaitu X, Y dan Z.
VI. Lampiran
Rangkaian differential amplifier menggunakan IC LM 324 untuk menguatkan tegangan output sensor.
Tegangan referensi untuk op-amp sebesar 1,33 Volt
VII. Referensi
Wiryadinata, Romi. 2009. Prinsip kerja sensor accelerometer.
Datasheet sensor DE-ACCM3D Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer.
top related