fisika sekolah 3

• Rentang frekuensi dibawah 20 Hz - 0,001 Hz• Terlalu rendah untuk dapat didengar oleh

telinga manusia/tapi dapat dirasakan oleh sebagian hewan

• Dapat menjangkau jarak yang jauh dan dapat melewati halangan tanpa kehilangan kekuatannya / relatif kecil

• Pertama kali diamati adalah ketika gunung Krakatau (1883) meletus menghasilkan gelombang atau getaran yang mengelilingi bumi sedikitnya 7 kali dan tercatat di berbagai stasiun di seluruh dunia.

• Perintis penelitian: Vladimir Gavreau (Perancis)& Asisten Labnya tahun 1960-an

Secara alami : Ombak Longsoran saljuGempa bumiAngin TornadoAir terjun Aurora dll

Dapatkah dihasilkan oleh campur tangan manusia? bom sonikLedakan (kimia dan atau nuklir)Mesin diesel Turbin angin Transducer infrasonik

• Survei Geofisika Pemantulan gelombang-gelombang bunyi ketika melalui lapisan-lapisan batuan Bumi

dapat digunakan oleh ahli geofisika bersama ahli geologi untuk mendeteksi lapisan-lapisan batuan yang mengandung endapan-endapan

minyak atau mineral-mineral berharga

• Rentang frekuensi diatas 20 kHz• Terlalu tinggi untuk dapat didengar oleh

telinga manusia(tapi dapat dirasakan/dimanfaatkan oleh sebagian hewan)

• Dapat merambat dalam medium padat, cair dan gas

Apa itu Impedansi Akustik?

Karakteristik suatu medium perambatan gelombang mekanis

Nilai Impedansi Akustik untuk beberapa Medium

MediumZ (×10-4) [juta

Pascal-detik/meter]

Udara 4,3

Air 1,5

Kaca 13

Emas 62,5

• memiliki bayangan semuyang terbalik

• pemantulan gelombang ultrasonik dalam bentuk lingkaran dengan titik tengah lingkaran terletak sepanjang edge

• amplitude gelombang pantul akan semakin kecil

Apa itu?alat yang mampu mengubah energi listrik

menjadi energi gelombang ultrasonik(pemancar gelombang ultrasonik/transmitter)

atau mengubah energi gelombang ultrasonik

menjadi energi listrik (penerima gelombang ultrasonik/receiver)

1. Magnetostrictive2. Electrostatic3. Piezzoelectric Ceramic

Magnetostrictive

• Banyak digunakan untuk SONAR (Sound Detection And Ranging)

• Sering digunakan untuk membersihkan suatu permukaan benda yang lunak

Electrostatic• Dibentuk dari dua buah membran logam yang akan

bergetar sesuai dengan frekuensi yang diberikan pada sensor tersebut

• menghasilkan amplitudo cukup besar + gaya yang dihasilkan oleh sensor cukup kecil

• cenderung lebih efisien apabila digunakan pada medium dengan kerapatan yang rendah seperti udara

• daerah frekuensi resonansi tidak terbatas pada satu nilai frekuensi saja

• harganya yang relatif lebih mahal • membutuhkan tegangan kerja yang tinggi (100 - 500

volt DC)

Piezzoelectric Ceramic• Kristal piezzoelectric ceramic (Barrium Tiatanate (BaTiO3) dan PbTiO3-PbZrO3 )

sbg penghasil gelombang• akan menghasilkan tegangan potensial apabila dikenakan

getaran mekanis dan sebaliknya.• getaran yang dihasilkan cukup besar• amplitudo yg dihasilkan cukup kecil• lebih efisien bekerja pada medium yang memiliki kerapatan

tinggi• harganya yang relatif lebih murah • membutuhkan tegangan kerja yang rendah (5 - 20 Volt DC)• Beresonansi pada rentang 40 kHz - beberapa MHz

Lebar Pancaran (Beamwidth) Sensor Ultrasonik

• Dalam prakek, digunakan istilah effective beamwidth, yaitu didefinisikan sebagai daerah pancaran gelombang ultrasonik dimana suatu objek atau benda dapat dikenali dengan pasti

Lebar Pancaran (Beamwidth) Sensor Ultrasonik

Lebar Pancaran (Beamwidth) Sensor Ultrasonik

• Makin tinggi frekuensi yang digunakan makin sempit dan makin fokus beamwidth yang dihasilkan.

• Tetapi makin tinggi frekuensi yang digunakan makin tinggi pula redaman gelombang ultrasonik di udara.

• Redaman yaitu suatu peristiwa penurunan daya yang ditimbulkan oleh penyerapan getaran mekanis oleh partikel medium penghantar suara itu sendiri

Environmental NoiseEnvironmental Noise

• dihasilkan dari adanya sumber lain ditempat yang sama dengan sensor ultrasonik ditempatkan. Hal ini dapat menghasilkan gangguan atau noise bagi kinerja sesnsor ultrasonik. Misalnya di industry yang banyak menggunakan alat bertekanan udara tinggi.

CrosstalkCrosstalk

• Noise ini muncul karena adanya gangguan dari sensor lain dalam satu kelompok. Hal ini dapat sangat mengganggu, apalagi bila semua sesnsor-sensor itu bekerja dalam satu ruangan tertutup.

Self noiseSelf noise

• Noise yang dihasilkan oleh sensor itu sendiri, misalnya karena proses produksi sensor yang kurang baik sehingga kaki sensor mudah bergoyang dan menghasilkan noise bagi sinyal yang akan diolah.

• digunakan untuk menentukan Time Of Flight (TOF)

• Dari harga TOF dapat dihitung nilai Distance Of Flight

Metode Ambang (Thresholding)

• Tergantung pada nilai amplitudo gelombang pantul• Amplitudo ini sangat mudah ditumpangi noise• Metode ini sgt mudah diterapkandan sgt efisien tdk membutuhkan Perhitungan yg rumit• Namun, kurang akurat mengukur TOFDan tdk dpt menentukan posisi sudut bidang pantul thdp sensor ultrasonik

Metode Matched FilterMetode Matched Filter

• Diperoleh dg melakukan proses cross correlation bntk gelombang pantul (mengandung noise) dg bentuk-bentuk sampel gelombang pantul yang diprediksikan (bebas nois)

• TOF didapatkan dari pergeseran waktu hasil cross correlation yang memiliki nilai paling maksimum

• Metode ini rumit, karena harus menggunakan ADC

• Namun metode ini dapat menentukan TOF dan posisi sudut sensor dengan keakuratan tinggi

Aplikasi gelombang UltrasonikAplikasi gelombang Ultrasonik

1. Kacamata Tunanetra2. Mengukur kedalaman Laut3. Mendeteksi retak-retak pd struktur logam4. Mencuci benda dg Ultrasonik5. Kamera Autofokus6. USG

• Ultrasonografi medis adalah sebuah teknik diagnostik pencitraan menggunakan suara ultra yang digunakan untuk mencitrakan organ internal dan otot, ukuran mereka, struktur, dan luka patologi

• beroperasi pada frekuensi dari 2 sampai 13 MHz

• Ultrasonografi medis adalah sebuah teknik diagnostik pencitraan menggunakan suara ultra yang digunakan untuk mencitrakan organ internal dan otot, ukuran mereka, struktur, dan luka patologi

• beroperasi pada frekuensi dari 2 sampai 13 MHz

• Untuk mendiagnosis organ-organ dalam tubuh manusia (secara umum)

• memperkirakan usia kandungan dan memperkirakan hari persalinan

• Ketika pulsa-pulsa ultrasonik menumbuk sebuah dinding, pulsa-pulsa tersebut sebagian dipantulkan dan sebagian lagi diteruskan. Pulsa-pulsa dipantulkan ketika mengenai suatu perbedaan massa jenis, yaitu pada bidang batas antara udara dan dinding

• Tidak seperti pemeriksaaan dengan sinar-X, pemeriksaan ultrasonik adalah aman (tak beresiko), baik bagi ibu maupun janinnya karena pemeriksaan atau pengujian dengan ultrasonik tidak merusak material yang dilewati

• Tidak mengionisasi seperti sinar X• Dapat digunakan terus-menerus• Citra yang dihasilkan berupa gambar 3

dimensi• Dapat mendeteksi perbedaan antara

jaringan-jaringan lunak