desain alat ukur beban berbasis fiber optik dengan

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

i

DESAIN ALAT UKUR BEBAN BERBASIS FIBER OPTIK DENGAN

PELAPISAN KARET PADA SERAT OPTIK POLIMER

Disusun oleh:

DELI YUSUF SAPUTRA

M0210015

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Agustus, 2017


i



Disusun oleh :

DELI YUSUF SAPUTRA

M0210015

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Agusuts, 2017


ii


iii


iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa seluruh isi pengetahuan dalam skripsi saya

yang berjudul ”Desain Alat Ukur Beban Berbasis Fiber Optik Dengan Pelapisan

Karet Pada Serat Optik Polimer” adalah hasil kerja saya dan hingga saat ini skripsi

tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi

yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas

Maret ataupun di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka

skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak yang tertulis di kolom ucapan

terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus

memberitahu penulis.

Surakarta, 1 Agustus 2017

Penulis


v

MOTTO

“Saya harus bekerja keras mulai dari sekarang, nanti, dan seterusnya. Saya tidak

ingin mengulangi kesalahan sebelumnya”

(Deli Yusuf Saputra)

“Sing penting ojo lali semangat”

(Agfa Herison)

“Cukup Mama aja yang nggak wisuda, kamu harus wisuda”

(Mama)


vi

PERSEMBAHAN

Dengan segala puji dan mengucap syukur Alhamdulillah, karya ini saya

persembahkan kepada :

1. Allah Swt Dan Nabi Muhammad Saw

2. Alm. Djerdji Zaidan (Bapak) Dan Lili Lestariah (Ibu)

3. Adik : Adli Sulaiman Dwi Putra dan Irene Desiany

4. Rekan Optik : Edi, Ghossan, Afrizal, Dedy, Agung, Amrina, Eko

5. Jadoel : Yahya, Rena, Ajeng

6. 1012: Hadi, Agfa, Giovanno, Hana, Louis, Wildan, Riri, Rije, Cece, Archi, Desti

7. Teman-teman Inersia 2010

8. Kakak dan Adik Tingkat FMIPA Fisika UNS

9. Sahabat Delta : Ario, Priyo, Imam, Wisnu, El Yanno

10. Tanah Air Beta, Indonesia Raya


vii



DELI YUSUF SAPUTRA

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian terhadap pemanfaatan rugi-rugi pada serat optik yaitu

dengan pembuatan desain alat ukur beban berbasis serat optik. Prinsip kerja dari alat

ukur beban adalah mengukur nilai intensitas cahaya yang timbul akibat adanya gejala

pembengkokan pada serat optik yang menimbulkan rugi-rugi pada serat optik. Serat

optik yang digunakan bebahan polimer dengan diameter 3 mm yang diberi cladding-

coating serta dilapisi oleh karet jenis RTV 588 untuk meminimalisir terjadinya

fatigue. Dalam penelitian ini digunakan pin penekan silinder sebanyak 7 buah

dengan jarak antar pin 5 cm serta pegas penopang pada alat ukur beban sebanyak 10

buah. Penelitian awal yaitu mengetahui besar nilai konstanta pegas pada alat ukur

beban yang kemudian didapatkan nilai sebesar 1,168 x 105 N/m. Penelitian

selanjutnya yaitu dengan melakukan uji tekan oleh beban pada alat MTM terhadap

serat optik pada alat ukur beban dalam rentang 0-1000 kg dengan variasi sebesar 50

kg. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh grafik hubungan antara massa dan rugi-

rugi pada serat optik sebelum dan sesudah dilapisi karet. Nilai gradien yang

didapatkan yaitu sebesar 0,972 dan 0,987. Kemudian diperoleh grafik hubungan

antara massa dan transmitansi pada serat optik yang telah dilapisi karet dengan nilai

gradien yang didapatkan sebesar 0,990. Dari hasil terebut dapat diketahui bahwa alat

tersebut dapat dikenai gaya sebesar 97 kN atau beban massa 9 ton.

Kata kunci: serat optik polimer, rugi-rugi serat optik, transmitansi.


viii

DESIGN OF MEASURING LOAD BASED OPTICAL FIBER WITH

RUBBER COATING ON POLYMER OPTICAL FIBER

DELI YUSUF SAPUTRA

Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Science,

Sebelas Maret University of Surakarta

ABSTRACT

Has been conducted research on the utilization of losses on the optical fiber with

making the design of load measuring tool based on optical fiber. The working

principle of the loading gauge is to measure the value of the intensity of light arising

from the existence of bending symptoms on optical fibers that cause losses in optical

fibers. The optical fiber which used made with POF (Polymer Optic Fiber) with 3

mm diameter which given cladding-coating and coated by rubber type RTV 588 to

minimalize fatigue occurs. In this research used 7 press cylinders pin with the

distance between pins 5 cm and amount of the crutch springs on the loading gauge

10 pieces. Research begin with knowing the value of spring constant on the load

measuring instrument which then got the value of 1.168 x 105 N/m. The research

continued with performing a press test by the load on the MTM tool to the optical

fiber on the load measuring instrument in the range 0-1000 kg with variation 50 kg.

Based on the result of the research, the graph of the relationship between mass and

loss on optical fiber before and after coated rubber. Gradient values obtained are

0.972 and 0.987. Then obtain the graph of the relationship between mass and

transmittance on fiber optics that have been coated rubber with a gradient value

obtained for 0.990. From the results, it can be concluded that the tool can be

subjected to a force of 97 kN or a mass burden of 9 tons.

Keywords: polimer optical fiber, loss bending, transmitation.


ix

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan hanya kepada Allah SWT, tuhan

semesta alam. Dengan rahmat, taufik, hidayah dan inayah-Nya penulis diberikan

kemampuan dan kesempatan untuk menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Desain

Alat Ukur Beban Berbasis Fiber Optik Dengan Pelapisan Karet Pada Serat Optik

Polimer”. Shalawat dan salam senantiasa tercurah kepada Habibana Nabi

Muhammad SAW beserta sahabat, keluarga, serta para pengikutnya hingga akhir

khayat kelak. Aamiin.

Penulis sangat menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan

dalam diri pribadi penulis. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis

merasa berhak untuk mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Artono Dwijo Sutomo S.Si, M.Si (Pembimbing Skripsi I).

2. Bapak Drs. Darmanto M.Si (Pembimbing Skripsi II serta Pembimbing

Akademik).

3. Bapak dan Ibu dosen serta seluruh Staff Jurusan Fisika FMIPA UNS.

4. Orang tua tercinta atas semua kasih sayang dan kesabaran dalam mendidik,

serta Adik tercinta untuk dukungan moril selama ini.

5. Rekan - rekan kerja Laboratorium Optik dan Fotonik.

6. Teman - teman Inersia 2010.

7. Seluruh mahasiswa Fisika FMIPA UNS.

Semoga Allah SWT membalas segala jerih payah dan pengorbanan yang telah

kita lakukan, Aamiin. Penulis berharap penelitian ini dapat bermanfaat untuk

pengembangan ilmu pengetahuan di masa depan. Sekian dan terima kasih.

Surakarta, 1 Agustus 2017

Penulis


x

PUBLIKASI

Sebagian skripsi saya yang berjudul “Desain Alat Ukur Beban Berbasis Fiber

Optik Dengan Pelapisan Karet Pada Serat Optik Polimer” telah dipublikasikan pada

Digital Library Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas

Sebelas Maret Surakarta.


xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN COVER ........................................................................................... i

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iii

HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. iv

HALAMAN MOTTO ........................................................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN .......................................................................... vi

HALAMAN ABSTRAK ...................................................................................... vii

HALAMAN ABSTRACT .................................................................................... viii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix

HALAMAN PUBLIKASI ..................................................................................... x

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiv

DAFTAR SIMBOL .............................................................................................. xvi

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 4

1.3. Perumusan Masalah .................................................................................. 4

1.4. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 5

1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 6

2.1. Teori Dasar Cahaya................................................................................... 6

2.1.1. Pemantulan dan Pembiasan............................................................ 6

2.1.2. Hukum Snellius .............................................................................. 7

2.2. Teori Perambatan Cahaya dalam Serat Optik ........................................... 8

2.2.1. Sudut Kritis ..................................................................................... 8

2.2.2. Apertur Numerik ............................................................................. 8

2.2.3. Pemantulan Internal Total ............................................................... 9

2.3. Struktur Dasar Serat Optik ........................................................................ 9

2.4. Prinsip Perambatan Cahaya dan Jenis Serat Optik .................................. 10

2.4.1. Serat Optik Single-Mode ................................................................. 10

2.4.2. Serat Optik Multi-Mode .................................................................. 11

2.5. Indeks Bias Inti ......................................................................................... 11

2.6. Rugi-Rugi Serat Optik .............................................................................. 12

2.6.1.Absorbsi ........................................................................................... 13

2.6.2.Hamburan Rayleigh ......................................................................... 13


xii

2.6.3.Pemantulan Fresnel .......................................................................... 14

2.6.4.Rugi – Rugi Lekukan ....................................................................... 15

2.7. Serat Optik Plastik .................................................................................... 16

2.8. Sensor Serat Optik .................................................................................... 16

2.9. Hukum Hooke ........................................................................................... 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................... 19

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 19

3.2. Alat dan Bahan Penelitian ......................................................................... 19

3.2.1. Alat .................................................................................................. 19

3.2.2. Bahan .............................................................................................. 19

3.3. Prosedur Penelitian ................................................................................... 20

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ................................................................ 21

3.3.2. Pembuatan Piranti Sumber Cahaya dan Detektor ........................... 22

3.3.3. Pembuatan Sampel Karet RTV 588 ................................................ 23

3.3.4. Pembuatan Alat Pegas Penekan ....................................................... 24

3.3.5. Pengambilan Data ............................................................................ 25

3.3.6. Pengolahan Data .............................................................................. 26

3.3.7. Analisa Data .................................................................................... 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 27

4.1. Proses Pembuatan Alat ............................................................................. 27

4.2. Proses Uji Konstanta Pegas ...................................................................... 31

4.3. Proses Uji Tekan Serat Optik .................................................................... 33

4.4. Massa dan Loss Bending Sebelum Serat Optik dilapisi Karet .................. 33

4.5. Massa dan Loss Bending Setelah Serat Optik dilapisi Karet .................... 34

4.6. Massa dan Transmitansi Setelah Serat Optik dilapisi Karet ..................... 35

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 38

5.1. Kesimpulan .............................................................................................. 38

5.2. Saran ......................................................................................................... 38

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 39

LAMPIRAN-LAMPIRAN ................................................................................... 41


xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1. Tabel Data - Data Massa Dari Beberapa Jenis Kendaraan ................... 35


xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Proses Pembiasan Cahaya ............................................................... 6

Gambar 2.2. Proses terjadinya Pemantulan Internal Total ................................... 9

Gambar 2.3. Struktur Serat Optik ......................................................................... 9

Gambar 2.4. Serat Optik single-mode .................................................................. 10

Gambar 2.5. Serat Optik multi-mode.................................................................... 11

Gambar 2.6. Transmisi Cahaya pada Serat Optik multi-mode ............................. 11

Gambar 2.7. Rugi-rugi yang terjadi pada serat optik ........................................... 12

Gambar 2.8. Hamburan Rayleigh ......................................................................... 14

Gambar 3.9. Pemantulan Fresnel ......................................................................... 14

Gambar 2.10. Pemantulan Fresnel pada setiap bidang batas ................................. 15

Gambar 2.11. Macrobending pada serat optik ....................................................... 15

Gambar 2.12. Microbending pada serat optik ........................................................ 16

Gambar 2.13. Sistem Sensor Serat Optik ............................................................... 17

Gambar 3.1. Skema Tahapan Penelitian Pembuatan Alat Ukur Sensor Beban

Bergerak Berbasis Serat Optik Plastik 20

Gambar 3.2. Gambar 3.2. Tampilan logo; (a) Software LabView 2012,

(b) Origin Pro 8, (c) Testometric Material Testing Machine,

(d) Microsoft Excel 2010 ................................................................. 22

Gambar 3.3. Skema rangkaian sumber cahaya..................................................... 22

Gambar 3.4. Skema rangkaian pembagi tegangan ............................................... 23

Gambar 3.5. Set up Alat yang Digunakan untuk Tujuh Lekukan; 1. Sumber

Cahaya (LED), 2. Serat Optik dilapisi Karet RTV 855, 3. Pin

Silinder berjumlah 7 buah, 4. Serat optik, 5. MTM, 6. Detektor,

7. ADC, 8. PC software; Labview 2012 & Origin Pro 8 ................. 25

Gambar 3.6. Skema Kerja Desain Alat yang Digunakan untuk Tujuh Lekukan . 25

Gambar 4.1. Serat Optik yang Telah Dilapisi Karet RTV 588 ............................ 27

Gambar 4.2. (a) Sistem Serat Optik Sebelum diberi Penekanan, (b) Sistem Serat

Optik Setelah diberi Penekanan ....................................................... 28

Gambar 4.3. Set Up Alat Lekukan Beban Bergerak ............................................ 28

Gambar 4.4. Sampel Pegas yang akan diuji dengan gaya tekan .......................... 29

Gambar 4.5. Proses Pengecatan pada Pegas yang akan diuji Gaya Tekan .......... 29

Gambar 4.6. Proses Pembuatan Alat Sensor Beban Bergerak ............................. 30

Gambar 4.7. Uji pegas untuk mengetahui nilai konstanta pegas dengan alat

MTM di Laboratorium Material Gd. C FMIPA UNS ..................... 31

Gambar 4.8. Grafik Hasil Penentuan Konstanta Pegas ........................................ 32

Gambar 4.9. Proses Uji Tekan Pada Alat Sensor Beban ...................................... 33

Gambar 4.10. Grafik Hubungan antara Massa dan Rugi-Rugi Sebelum Serat

Optik dilapisi Karet ......................................................................... 33


xv

Gambar 4.11. Grafik Hubungan antara Massa dan Rugi-Rugi Sebelum Serat

Optik dilapisi Karet ......................................................................... 34

Gambar 4.12. Grafik hubungan antara Massa dan Transmitansi ........................... 35


xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Flowchart wima8 ............................................................................. 41

Lampiran 2. Grafik Hasil Penentuan Konstanta Pegas ........................................ 42

Lampiran 3. Tabel Data Pengukuran Massa dan Rugi - Rugi pada Serat Optik

Polimer berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating dilapisi

Karet ................................................................................................ 43

Lampiran 4. Tabel Data Pengukuran Massa dan Transmitansi pada Serat

Optik Polimer berdiameter 3 mm dengan Cladding - Coating

dilapisi Karet ................................................................................... 44

Lampiran 5. Grafik Hubungan Massa dan Rugi - Rugi pada Serat Optik

Polimer berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating sebelum

dilapisi Karet ................................................................................... 45

Lampiran 6. Grafik Hubungan Massa dan Rugi-rugi pada Serat Optik Polimer

berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating setelah dilapisi

Karet ................................................................................................ 46

Lampiran 7. Grafik Hubungan Massa dan Rugi-rugi pada Serat Optik Polimer

berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating setelah dilapisi

Karet ................................................................................................ 47

Lampiran 8. Tabel Data Massa dari Beberapa Jenis Kendaraan .......................... 48


xvii

DAFTAR SIMBOL

Satuan

= Sudut Datang Derajat

= Sudut Pantul Derajat

= Sudut Bias Derajat

= Sudut Kritis Derajat

= Indeks Bias Medium Pertama

= Indeks Bias Medium Kedua

NA = Apertur Numerik

= Jumlah Modus

L = Panjang Serat Optik km

= Deci-Bell (Satuan Atenuasi) dB

= Daya Awal yang Masuk Watt

= Daya yang diterima Detector Watt

= Gaya N

k = Konstanta Pegas Nm-1

= Jarak Posisi Pegas dari Posisi Normal m

x = Jarak Penekanan m

W = Gaya Berat N

g = Gravitasi Bumi (10 ms-2

)

m = Gradien Grafik

m = Massa kg

= Tegangan Referensi Volt

= Teganngan pada Lengan yang Dibengkokan Volt

P = Daya Listrik Watt

V = Tegangan Listrik Volt

R = Hambatan Ohm

I = Arus Ampere

desain alat ukur beban berbasis fiber optik dengan

Documents