perancangan sensor kelembaban ... -...

Download PERANCANGAN SENSOR KELEMBABAN ... - …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16894-Paper-1911143.pdf · 4 Gambar 3.2 Pembuatan Rangkaian Sensor Serat Optik Untuk Mengukur Kelembaban

If you can't read please download the document

Upload: ngocong

Post on 06-Feb-2018

230 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

  • 1

    Abstrak - Kelembaban merupakan salah satu variabel

    yang sangat berpengaruh terhadap berbagai proses yang

    terjadi di alam. Untuk menyelesaikan masalah kelembaban

    digunakan alat ukur kelembaban yaitu salah satunya

    higrometer, namun hygrometer mempunyai kelemahan mudah

    terinterferensi dengan gelombang elektromagnetik. Oleh

    sebab itu dibutuhkan alternatif lain untuk mengukur

    kelembaban ini yaitu sensor kelembaban menggunakan serat

    optik yang tidak terinterferensi dengan gelombang

    elektromagnetik, dan dapat digunakan pada jarak jauh. Pada

    penelitian ini telah berhasil dibuat sensor kelembaban

    menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2

    melalui proses sol-gel. Sensor kelembaban serat optik yang

    telah dibuat ada 3 jenis ukuran panjang cladding

    gelatin+CoCl2 yang dibuat berbeda-beda yaitu 2, 3, dan 4cm.

    Setelah dilakukan pengukuran sensor kelembaban

    menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2

    didapatkan sensor kelembaban yang paling sensitif dan baik

    terdapat pada panjang kupasan cladding 4 cm dengan respon

    terbaik pada rentang kelembaban 87%-93%RH dan dengan

    nilai korelasi sebesar 0,96. Hal ini dibuktikan bahwa pada

    panjang kupasan cladding 4 cm mempunyai nilai resolusi

    tinggi yaitu 0,19, nilai sensitivitas terbesar yaitu

    5,17mv/%RH, nilai linearitas terbesar yaitu 0,96, nilai eror

    yang paling kecil yaitu 4,06%. Pada panjang kupasan

    cladding 4 cm lebih sensitif dikarenakan tebal lapisan

    gelatin+CoCl2 untuk panjang 4 cm lebih tipis yaitu 10m

    dibandingkan dengan tebal lapisan untuk panjang 2 cm yaitu

    30m dan tebal lapisan untuk panjang 3 cm yaitu 20m.

    Sensitivitas sensor juga dipengaruhi oleh ketebalan lapisan

    cladding gelatin+CoCl2. Jika lapisan semakin tipis, maka

    sensitivitas semakin baik.

    Kata kunci : RH (Humidity Relative), Linearitas, Sensitivitas.

    I. PENDAHULUAN

    A. Latar Belakang

    Kelembaban adalah ukuran jumlah uap air di udara.

    Jumlah uap air mempengaruhi proses-proses fisika, kimia dan

    biologi di alam, oleh karena itu akan mempengaruhi

    kenyamanan manusia begitupun terhadap lingkungan. Jika

    besarnya kandungan uap air melebihi atau kurang dari

    kebutuhan yang diperlukan, maka akan menimbulkan

    gangguan dan kerusakan. Sebagai contoh, bahan makanan dan

    obat-obatan yang disimpan dalam gudang penyimpanan

    memerlukan kondisi kelembaban tertentu agar tidak cepat

    rusak[1]

    . Saat ini banyak alat ukur kelembaban yang telah

    dikembangkan. Peralatan elektronik juga menjadi mudah

    berkarat jika udara disekitarnya memiliki kelembaban yang

    cukup tinggi. Oleh karena itu, informasi mengenai

    kelembaban udara pada suatu area tertentu menjadi sesuatu hal

    yang penting untuk diketahui karena menyangkut efek-efek

    yang ditimbulkannya. Informasi mengenai nilai kelembaban

    udara diperoleh dari proses pengukuran. Alat yang biasanya

    digunakan untuk mengukur kelembaban udara adalah

    higrometer.

    Seiring dengan perkembangan kebutuhan akan

    kecepatan, keakuratan, dan ketelitian hasil pengukuran yang

    lebih tinggi maka mutlak diperlukan pengembangan alat ukur

    baru. Sehubungan dengan hal itu, berbagai teknik dan material

    telah dikembangkan sebagai sensor kelembaban dengan

    kekurangan dan kelebihannya masing-masing. Kelemahan dari

    sensor yang telah ada dalam perkembangan dunia industri

    menuntut semakin dikembangkannya fiber optik sebagai salah

    satu sensor. Sehingga serat optik tidak hanya digunakan

    sebagai pandu gelombang optik untuk sistem komomunikasi,

    tetapi dapat juga dimanfaatkan untuk membuat sensor yang

    disebut dengan sensor serat optik[6]

    . Oleh karena itu pada

    penelitian ini akan dirancang dan dibuat sensor kelembaban

    menggunakan serat optik plastic dengan cladding

    gelatin+CoCl2. Probe dari sensor dibentuk lurus. Dengan

    membuat probe sensor lurus diharapkan hasil yang diperoleh

    akan lebih baik dari pada hasil-hasil penelitian sebelumnya

    B. Permasalahan

    Berdasarkan latar belakang perancangan sensitivitas

    sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding

    gelatin + CoCl2, maka dapat ditentukan permasalahan dalam

    tugas akhir ini yaitu :

    a. Bagaimana pembuatan rangkaian sensor kelembaban

    menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2?

    b. Bagaimana pengaruh panjang cladding gelatin+CoCl2

    terhadap sensitivitas sensor kelembaban?

    c. Bagaimana mendapatkan sensor kelembaban yang paling

    baik diantara panjang cladding gelatin+CoCl2 yang dibuat

    berbeda (2, 3, dan 4cm)?.

    C. Tujuan

    Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini yaitu untuk

    membuat sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan

    cladding gelatin + CoCl2, untuk mengetahui pengaruh panjang

    cladding gelatin + CoCl2 terhadap sensitivitas sensor

    kelembaban, dan untuk mendapatkan sensor kelembaban yang

    paling baik diantara panjang cladding gelatin+CoCl2 yang

    dibuat berbeda (2, 3, dan 4cm).

    PERANCANGAN SENSOR KELEMBABAN MENGGUNAKAN

    SERAT OPTIK DENGAN CLADDING GELATIN+CoCl2

    Vidia Ayu Seta : Dr.Ir. Sekartedjo, M. Sc Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology

    ITS Surabaya Indonesia 60111, email : [email protected]

  • 2

    D. Batasan Masalah

    Adapun batasan masalah yang diberikan pada tugas akhir

    ini bertujuan untuk menghindari meluasnya permasalahan

    yaitu sebagai berikut :

    a. Kelembaban yang diukur adalah kelembaban relatif, yaitu

    perbandingan jumlah uap air di udara dengan jumlah uap

    air jenuh di udara tersebut pada temperatur yang sama.

    b. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED superbright

    berwarna merah dengan panjang gelombang sekitar 632

    nm.

    c. Fotodetektor yang digunakan adalah LDR.

    d. Serat optik plastik jenis single mode.

    e. Panjang cladding gelatin (2, 3, dan 4cm).

    II. DASAR TEORI

    A. Gelatin dan CoCl2 Gelatin berasal dari bahasa latin "gelare" yang berarti

    membuat beku (Glicksman 1969). Gelatin adalah salah satu

    bahan hidrogel dari polimer alami yang dapat mengalami

    pembengkakan (swelling), ketika menyerap air gelatin mampu

    menyerap air 5-10 kali bobotnya, membentuk gel pada suhu

    35C-400C dan larut dalam air panas, serta dapat berubah

    secara reversible dari sol ke gel. Gelatin tidak berwarna

    (transparan), tidak berbahaya, tidak berasa. Molekul-molekul

    gelatin tersusun dari ribuan rantai asam amino. Rantai-rantai

    protein tersebut dihubungkan secara cross-links(interaksi-

    silang), karenanya terdapat lubang (rongga) diantara rantai

    yang dapat menahan air[5]

    .

    Prinsipnya, bahan hidrogel gelatin mengalami

    pembengkakan ketika menyerap air sehingga kerapatannya

    berkurang yang mengakibatkan sifat optiknya juga berubah,

    yaitu nilai indeks bias optiknya berkurang terhadap jumlah air

    yang diserap. Polimer seperti gelatin membengkak karena air

    mengisi rongga-rongga pada polimer (diameter rongga

    membesar), akibatnya akan mengurangi indeks bias polimer,

    sehingga indeks bias polimer akan mendekati indeks bias air.

    Gelatin memiliki pori yang relative lebih besar dibandingkan

    polimer-polimer sintesis. Perubahan sifat optik (indeks bias)

    polimer gelatin ketika menyerap uap air dapat dimanfaatkan

    sebagai material sensor kelembaban optik. Perubahan nilai

    indeks bias gelatin ditentukan oleh jumlah uap air yang

    diserap. Seiring dengan pembengkakkan gelatin, kerapatan

    gelatin akan berkurang yang berakibat indeks biasnya

    mengecil. Perubahan indeks bias gelatin terhadap konsentrasi

    uap air yang diserap diberikan oleh persamaan berikut.

    (1)

    (2)

    Dimana nps adalah indeks bias polimer saat swelling, npu

    indeks bias sebelum swelling, n H2O indeks bias air, dps

    diameter rongga saat swelling, dpu diamater rongga sebelum

    swelling, dan f H2O fraksi uap air yang diserap. Perubahan

    indeks bias pada cladding akibat swelling menyebabkan

    berubahnya sudut kritis pada pemantulan internal total di

    dalam inti serat optik (core), akibatnya sebagian energi cahaya

    terserap oleh cladding keluar dari inti serat secara

    eksponensial sebagai gelombang evanescent. Penyerapan

    cahaya yang disebabkan oleh perubahan indeks bias cladding

    berpengaruh terhadap besarnya intensitas cahaya yang

    transmisikan, besarnya perubahan intensitas cahaya yang

    ditransmisikan secara tidak langsung akibat perubahan

    kelembaban. Besarnya energi cahaya yang terserap oleh

    cladding sebagai gelombang evanescent, dijadikan sebagai

    indikasi adanya perubahan kelembaban.

    Cobalt Chloride (CoCl2) merupakan senyawa kimia.

    Suatu senyawa kimia (sering hanya disebut sebagai senyawa)

    adalah zat kimia murni yang terdiri dari dua atau lebih unsur

    kimia yang berbeda. Dalam kasus Cobalt Chloride ada dua

    unsur kimia yang terlibat - Cobalt (Co) dan dikloro (Cl2).

    COCl2, merupakan senyawa menarik yang warna perubahan

    dalam menanggapi kelembaban. Seiring dengan peningkatan

    kelembaban, klorida perubahan warna kobalt dari langit biru

    ke ungu ke merah muda.. perubahan mencolok seperti warna

    membuat kobalt klorida berguna sebagai indikator

    kelembaban pada instrumen cuaca.

    B. Kelembaban

    Kelembaban udara adalah jumlah uap air di udara

    (atmosfer). Kelembaban tinggi artinya ada banyak uap air di

    udara, dan kelembaban rendah berarti hanya sedikit uap air di

    udara. Kelembaban udara dapat dinyatakan sebagai

    kelembaban absolut dan kelembaban nisbi (relatif).

    Kelembaban absolut adalah kandungan uap air (dapat

    dinyatakan dengan massa uap air atau tekanannya) persatuan

    volume (kg/m3). Kelembaban nisbi (relatif) adalah

    perbandingan kandungan (tekanan) uap air aktual dengan

    keadaan jenuhnya (g/kg)[4]

    .

    Kelembaban relatif (Relative Humidity / RH) adalah

    istilah yang digunakan untuk menggambarkan jumlah uap air

    yang terkandung di dalam campuran air-udara dalam fasa gas.

    Kelembaban relatif dari suatu campuran udara-air

    didefinisikan sebagai rasio dari tekanan parsial uap air dalam

    campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada temperatur

    tersebut. Kelembaban relatif menggunakan satuan persen dan

    dihitung dengan cara berikut :

    RH = P (H2O) x100% (3)

    P*(H2O)

    dimana :

    RH adalah kelembaban relatif campuran

    P (H2O) adalah tekanan parsial uap air dalam campuran dan

    P*( H2O) adalah tekanan uap jenuh air pada temperatur

    tersebut dalam campuran.

    C. Gelombang Evanescent

    Prinsip kerja sensor kelembaban menggunakan serat

    optik ini didasarkan pada fenomena absorpsi gelombang

    evanescent yang didasarkan pada serapan (atenuasi)

    gelombang optik pada cladding. Perubahan nilai indeks bias

    cladding gelatin akan menentukan besarnya intensitas cahaya

    yang terserap oleh cladding, sehingga juga menentukan

    intensitas gelombang optik yang ditransmisikan melalui inti

    serat optik

  • 3

    Gambar 2.1. Gelombang Evanescent (Akhiruddin Maddu

    dkk, 2006).

    Fenomena gelombang evanescent diperlihatkan pada Gambar

    1. Pada saat cahaya menjalar pada serat optik, sebagian

    gelombang terserap ke dalam cladding dan energi gelombang

    tersebut menghilang secara eksponensial, gelombang

    evanescent diberikan oleh persamaan :

    (4)

    dimana z adalah jarak penjalaran gelombang cahaya, E0 adalah

    medan gelombang mula-mula dan dp disebut penetration depth

    yang dirumuskan sebagai :

    (5)

    Penetration depth (dp) adalah kedalaman gelombang

    memasuki cladding dan n adalah rasio indeks cladding

    terhadap core, dimana n = (ncladd / ncore). Gelombang cahaya

    yang memasuki cladding sepanjang dp akan berkurang secara

    eksponensial. Dari persamaan di atas tampak bahwa

    kedalaman penetrasi gelombang evanescent bergantung pada

    nilai indeks bias cladding relatif terhadap indeks bias inti.

    Semakin dalam penetrasi gelombang evanescent semakin kecil

    intensitas cahaya yang terpandu (ditransmisikan) melalui serat

    optik[1]

    .

    Jika gelombang evanescent ini diserap oleh spesis-spesis

    penyerap di sekitar inti serat optik yang berinteraksi dengan

    medium sensing, maka akan menghasilkan fenomena

    pelemahan refleksi total (attenuated total reflection) sehingga

    daya keluaran serat optik akan menurun. Transmisi daya di

    dalam serat optik diberikan oleh hukum Beer-Lambert

    termodifikasi yang diberikan oleh

    P(l) = Po exp (-l) (6)

    Dimana l adalah panjang bagian serat optik yang tidak ada

    cladding, Po adalah daya yang ditransmisikan melalui serat

    optik tanpa adanya sepsis penyerap, dan adalah koefisien

    absorpsi gelombang evanescent. Karena = f , maka

    persamaan diatas dapat ditulis sebagai

    P(l) = Po exp (-fl) (7)

    dimana f adalah fungsi daya yang ditransmisikan melalui

    cladding dan adalah koefisien absorpsi bulk[1]

    .

    III. METODOLOGI PENELITIAN

    A. Alat dan Bahan

    Adapun peralatan dan bahan-bahan yang dipergunakan

    dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut ::

    LED (Light Emiting Diode)

    Power supply (adaptor) 5 volt dan 9 volt

    Rangkaian Devider (Pembagi Tegangan)

    Hygrometer

    Magnetik stirer

    LDR

    Multimeter

    Gelas kimia

    Termometer

    Serat optik plastik

    Alkohol

    Serbuk Gelatin

    Serbuk CoCl2

    3.2 Langkah Pengerjaan

    Berdasarkan proses penelitian yang dilakukan terdapat

    tahapan pengerjaan secara rinci dapat dilihat pada gambar 3.1

    Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

    Terdapat beberapa tahapan yang dilakukan dalam

    penelitian ini untuk pembuatan device (hardware) sistem

    monitoring kelembaban menggunakan serat optik plastik

    sebagai media transmisi dan sebagai sensor, secara rinci dapat

    dilihat pada diagram blok rancangan pembuatan sistem

    monitoring berikut ini :

  • 4

    Gambar 3.2 Pembuatan Rangkaian Sensor Serat Optik Untuk

    Mengukur Kelembaban

    Berikut ini adalah langkah-langkah pembuatan sistem

    transmisi data menggunakan serat optik plastik :

    a. Rangkaian adaptor dengan tegangan output 5 volt

    dihubungkan ke dalam LED agar dapat menyalakan lampu

    LED superbright merah dengan range kerja tegangan 1,8

    Volt 2,1 Volt.

    b. LED dicoupling dengan serat optik plastik menuju ke

    dalam humidity chamber yang didalamnya terdapat sensor

    kelembaban menggunakan serat optik dan humidity sensor.

    Kemudian serat optik plastik dikopling lagi ke LDR.

    c. Tegangan keluaran dari LDR dimasukkan ke dalam

    rangkaian devider untuk selanjutnya ditampilkan oleh

    multimeter yang keluarannya berupa tegangan.

    Sesuai diagram blok diatas, semua komponen dirangkai

    seperti gambar 3.3 berikut ini :

    Gambar 3.3 Rangkaian Pengujian Respon Sensor

    Kelembaban

    Setelah hardware disusun seperti pada gambar 3.3,

    kemudian dilakukan pengukuran sensor kelembaban

    menggunakan serat optik plastik dengan cladding gelatin +

    CoCl2 dengan panjang yang berbeda yaitu 2, 3, dan 4 cm.

    Berikut ini adalah langkah-langkahnya:

    1. Serat optik plastik dengan cladding gelatin + CoCl2 untuk

    panjang 2 cm diletakkan di dalam chamber.

    2. Nyalakan power supply dan ukur %RH awal kemudian

    %RH diturunkan mulai 70% sampai 65%, setelah itu

    dialiri uap air panas yang berasal dari heater melalui pipa

    ke chamber hingga RH 94%.

    3. Tegangan keluaran (Voutput) dari LDR yang ditampilkan

    oleh multimeter dicatat dalam tabel.

    Ulangi langkah-langkah diatas untuk panjang cladding gelatin

    + CoCl2 yang lain.

    IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

    A. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 untuk

    panjang 2 cm.

    Gambar 4.1 Grafik hubungan antara RH (%) terhadap

    tegangan (miliVolt) pada panjang kupasan

    cladding 2 cm.

    Berdasarkan gambar 4.1 dapat dilihat bahwa sensor

    dengan panjang kupasan cladding 2 cm memiliki respon linear

    untuk kenaikan RH dengan tegangan dengan tingkat korelasi

    antara hasil nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya sebesar

    0,957. Pada gambar grafik 4.1 terlihat lingkaran warna hitam

    yang menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar

    menujukkan bahwa overshoot ini terjadi pada RH 72% dengan

    tegangan 453 mV sampai RH 73% dengan tegangan 480 mV.

    Perubahan tegangan yang terjadi antara 453 mV dan 480 mV

    sebesar 27 mV. Hal ini dikarenakan bahwa pada RH 72%

    sampai 73%, uap air dari heater mulai masuk ke dalam

    chamber sehingga pori-pori gelatin terisi uap air yang

    mengakibatkan gelatin mengalami swelling. Hal ini sesuai

    dengan karakteristik dari gelatin.

    B. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 untuk

    panjang 3 cm.

    Gambar 4.2 Grafik hubungan antara RH (%) terhadap

    tegangan (miliVolt) pada panjang kupasan

    cladding 3 cm.

  • 5

    Berdasarkan gambar 4.2 dapat dilihat bahwa sensor

    dengan panjang kupasan cladding 3 cm memiliki respon linear

    untuk kenaikan RH dengan tegangan dengan tingkat korelasi

    antara hasil nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya sebesar

    0,961. Pada gambar 4.2 terlihat lingkaran warna merah yang

    menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar

    menujukkan bahwa overshoot ini terjadi pada RH 72% dengan

    tegangan 398 mV sampai RH 73% dengan tegangan 409 mV.

    Perubahan tegangan yang terjadi antara 398 mV dan 409 mV

    sebesar 11 mV. Pada panjang kupasan cladding 3 cm,

    overshoot yang terjadi kecil yaitu sebesar 11 mV, jika

    dibandingkan dengan panjang kupasan cladding 2 cm dan 4

    cm yang memiliki beda tegangan sebesar 27 mV. Hal ini

    dikarenakan tiap panjang kupasan cladding memiliki respon

    yang berbeda-beda juga.

    C. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 untuk

    panjang 4 cm

    Gambar 4.3 Grafik hubungan antara RH (%) terhadap

    tegangan (miliVolt) pada panjang kupasan

    cladding 4 cm.

    Berdasarkan gambar 4.3 dapat dilihat bahwa sensor

    dengan panjang kupasan cladding 4 cm memiliki respon linear

    untuk kenaikan RH dengan tegangan dengan tingkat korelasi

    antara hasil nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya sebesar

    0,968. Pada gambar 4.3 terlihat lingkaran warna hijau yang

    menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar

    menujukkan bahwa overshoot ini terjadi pada RH 72% dengan

    tegangan 342 mV sampai RH 73% dengan tegangan 369 mV.

    Perubahan tegangan yang terjadi antara 342 mV dan 369 mV

    sebesar 27 mV. Pada panjang kupasan cladding 4 cm,

    overshoot yang terjadi sama seperti pada panjang kupasan

    cladding 2 cm yaitu perubahan tegangan yang terjadi sebesar

    27 mV. Tetapi hasil penunjukkan tegangan antara panjang

    kupasan cladding 2 cm dan 4 cm berbeda, yaitu pada RH

    72%-73%, panjang kupasan cladding 2 cm menghasilkan

    tegangan 398 mV-409 mV sedangkan panjang kupasan

    cladding 4 cm menghasilkan tegangan 342 mV- 369 mV. Hal

    ini dikarenakan tiap panjang kupasan cladding memiliki

    respon yang berbeda-beda.

    D. Perbandingan antara hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding

    gelatin + cocl2 untuk panjang 2, 3, dan 4 cm. Untuk mengetahui perbedaan tiap panjang cladding

    terhadap sensitivitas sensor kelembaban menggunakan serat

    optik, maka dibuat grafik hubungan antara RH (%) dengan

    tegangan (miliVolt). Tanda anak panah pada gambar 4.4

    menunjukkan perbedaan range dan span dari tiap-tiap panjang

    cladding. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar

    grafik 4.4.

    Grafik 4.4 Hasil perbandingan antara RH (%) terhadap

    tegangan (miliVolt) dengan cladding

    gelatin+CoCl2 untuk panjang 2, 3, dan 4 cm.

    Berdasarkan gambar 4.4 dapat dilihat bahwa adanya

    perbedaan dari ketiga sampel panjang cladding gelatin+CoCl2

    untuk 2, 3, dan 4cm. Pada panjang kupasan cladding 2 cm

    paling sensitif daripada panjang cladding 3cm dan 4 cm

    karena pada panjang kupasan cladding 2 cm, perubahan antara

    x (perubahan kenaikan RH) dan y (perubahan kenaikan

    tegangan) paling besar jika dibandingkan dengan panjang

    kupasan cladding yang lainnya. Namun linearitas yang paling

    baik terdapat pada panjang kupasan cladding 3 cm dengan

    nilai korelasi 0,961, Jika niai korelasi mendekati nilai 1 maka

    sensor tersebut dapat bekerja dengan sangat baik dan range

    untuk panjang kupasan cladding 3 cm paling besar, yaitu 80%-

    93% dengan span sebesar 13 %.

    E. Perhitungan Karakteristik Sensor Kelembaban Karakteristik dalam suatu sensor pengukuran sangat

    penting untuk ditampilkan yaitu untuk mengetahui

    performansi atau kinerja dari sensor tersebut. Berikut ini

    adalah perhitungan karakteristik sensor kelembaban

    menggunakan serat optik plastik sebagai media transmisi data

    :

    a. Range

    Range menunjukkan daerah kerja elemen sistem

    pengukuran. Range/Jangkauan dapat dibedakan menjadi

    dua, yaitu range input dan range output. Range input

    merupakan daerah antara Input Minimum hingga Input

    Maksimum, sedangakn Range Output merupakan daerah

    antara Output Minimum hingga Output Maksimum.

  • 6

    Berikut ini tabel range untuk tiap-tiap panjang kupasan

    cladding :

    Tabel 4.1 Range tiap-tiap panjang kupasan cladding

    Panjang Kupasan

    Cladding

    Range

    (input)

    Range

    (output)

    2 cm 88-93% 531-568 mV

    3 cm 80-93% 420-457 mV

    4 cm 87-90% 419-467 mV

    Jadi range sensor yang paling lebar yaitu pada panjang

    kupasan cladding 3 cm.

    .

    b. Span

    Span merupakan selisih nilai dari daerah antara input

    minimum hingga input maksimum atau output minimum

    hingga output maksimum dan dapat diketahui dari nilai

    Imax I min atau Omax Omin. Berikut ini tabel span untuk

    tiap-tiap panjang kupasan cladding :

    Tabel 4.2 Span tiap-tiap panjang kupasan cladding

    Panjang Kupasan

    Cladding

    Span

    (input)

    Span

    (output)

    2 cm 5% 37 mV

    3 cm 13% 37 mV

    4 cm 3% 48 mV

    Jadi span sensor yang paling besar yaitu pada panjang kupasan

    cladding 3 cm dengan RH 13%

    .

    c. Resolusi

    Resolusi merupakan perubahan terkecil pada Input, tanpa

    memperhatikan perubahan pada Output.

    Resolusi = x 100%

    Berikut ini tabel resolusi untuk tiap-tiap panjang kupasan

    cladding :

    Tabel 4.3 Resolusi tiap-tiap panjang kupasan cladding.

    Panjang Kupasan

    Cladding

    Resolusi

    2 cm 0,21

    3 cm 0,32

    4 cm 0,19

    d. Sensitivitas

    Sensitivitas merupakan laju perubahan O dengan

    bergantung terhadap I dan dapat dituliskan dalam bentuk

    berikut ini :

    m = dO/dI

    Berikut ini tabel resolusi untuk tiap-tiap panjang kupasan

    cladding :

    Tabel 4.4 Sensitivitas tiap-tiap panjang kupasan cladding

    Panjang Kupasan

    Cladding

    Sensitivitas

    (mV/RH)

    2 cm 4,61

    3 cm 3,04

    4 cm 5,16

    e. Linearitas

    Linearitas merupakan hubungan yang menyatakan sifat

    kelinearitasan dari input dan output. Berikut ini tabel

    linearitas untuk tiap-tiap panjang kupasan cladding :

    Tabel 4.5 Linearitas tiap-tiap panjang kupasan cladding

    Panjang Kupasan

    Cladding

    Linearitas

    2 cm 0,95

    3 cm 0,96

    4 cm 0,96

    f. Eror

    Eror adalah perbedaan nilai hasil pengukuran dengan nilai

    hasil sebenarnya. Berikut ini tabel eror untuk tiap-tiap

    panjang kupasan cladding :

    Tabel 4.6 Eror tiap-tiap panjang kupasan cladding

    Panjang Kupasan

    Cladding

    Eror

    (%)

    2 cm 4,77

    3 cm 4,57

    4 cm 4,06

    F. Pembahasan Sensor kelembaban menggunakan serat optik plastik

    pada cladding berbahan gelatin+CoCl2 ini sangat sensitif

    terhadap perubahan kelembaban udara. Bahan gelatin dan

    CoCl2 ini mempunyai persamaan sifat yaitu higroskopi (sifat

    bahan yang mampu menyerap air). Ketika jumlah uap air

    didalam chamber meningkat maka kelembaban udara juga

    akan meningkat. Jika semakin banyak uap air yang diserap

    oleh lapisan gelatin+ CoCl2, maka kerapatan lapisan tersebut

    akan semakin berkurang atau merenggang yang menyebabkan

    indeks bias lapisan gelatin+CoCl2 semakin besar. Sehingga

    loss pada sensor kelembaban yang menggunakan serat optik

    semakin besar yang berakibat intensitas yang dihasilkan

    semakin kecil. Jadi hambatan di LDR semakin besar dan

    tegangan yang dihasilkan juga semakin besar. Berdasarkan

    teori tersebut, jika dibandingkan dengan hasil pengukuran

    sensor kelembaban yang menggunakan serat optik ini sangat

    cocok. Hal ini dibuktikan dengan persamaan berikut ini :

    Dari persamaan diatas dapat dianalisis, jika loss (dp)

    semakin besar maka ncladding juga semakin besar. Berdasarkan

    grafik 4.4 dapat dilihat bahwa dari ketiga kurva tersebut

    mengalami kenaikan kurva tidak begitu linear untuk tiap

    kenaikan %RH dan kenaikan tegangan, selain itu dari ketiga

    kurva tersebut terjadi overshoot pada 72%-73%RH. Hal ini

    dikarenakan bahwa pada 72%-73%RH, uap air dari heater

    mulai masuk ke dalam chamber sehingga pori-pori gelatin

    terisi uap air yang mengakibatkan gelatin mengalami swelling.

    Hal ini sesuai dengan karakteristik dari gelatin. Untuk tiap

    panjang kupasan cladding dengan rentang pengukuran 65%-

    94%RH memiliki rentang daerah sensitif berbeda-beda. Hal

    ini dapat dilihat pada tabel 4.5.1 yang menunjukkan bahwa

    untuk panjang kupasan cladding 3 cm memiliki daerah rentang

    sensitivitas yang paling lebar yaitu 80%-93% dengan nilai

  • 7

    korelasi sebesar 0,96. Jika dibandingkan dengan penelitian

    sebelumnya, dengan judul Pengembangan Probe Sensor

    Kelembaban Serat Optik Dengan Cladding Gelatin dengan

    range 42%-99%RH memiliki respon terbaik pada range 60%-

    72%RH dengan nilai korelasi sebesar 0,83. Hal ini berarti,

    sensor kelembaban yang menggunakan serat optik dengan

    cladding gelatin+CoCl2 lebih baik daripada sensor

    kelembaban dengan cladding gelatin. Sehingga cladding yang

    ditambahi dengan bahan CoCl2 dapat meningkatkan

    sensitivitas untuk sensor kelembaban.

    Sensor kelembaban yang paling sensitif dan bagus

    terdapat pada panjang kupasan cladding 4 cm. Hal ini

    dibuktikan pada tabel 4.5.3 menunjukkan bahwa nilai resolusi

    yang paling kecil terdapat pada panjang kupasan cladding 4

    cm yaitu 0,19 RH. Tabel 4.5.4 menunjukkan bahwa nilai

    sensitivitas yang paling besar terdapat pada panjang kupasan

    cladding 4 cm yaitu 5,16mv/%RH. Tabel 4.5.5 menunjukkan

    bahwa nilai linearitas yang paling besar terdapat pada panjang

    kupasan cladding 4 cm yaitu 0,96. Pada tabel 4.5.6

    menunjukkan bahwa nilai eror yang paling kecil terdapat pada

    panjang kupasan cladding 4 cm yaitu 4,06%. Pada panjang

    kupasan cladding 4 cm lebih sensitif dikarenakan tebal lapisan

    gelatin+CoCl2 untuk panjang 4 cm lebih tipis yaitu 10m

    dibandingkan dengan tebal lapisan untuk panjang 2 cm yaitu

    30m dan tebal lapisan untuk panjang 3 cm yaitu 20m.

    Sensitivitas sensor juga dipengaruhi oleh ketebalan lapisan

    cladding gelatin+CoCl2. Jika lapisan semakin tipis, maka

    sensitivitas semakin baik.

    V. KESIMPULAN DAN SARAN

    A. Kesimpulan

    Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat

    diamati hubungan antara RH dengan tegangan keluaran

    detektor, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

    Lapisan cladding gelatin+CoCl2 dapat diaplikasikan

    sebagai elemen sensor kelembaban, karena sifat optik

    gelatin+CoCl2 yang sensitif terhadap uap air

    disamping dapat merespon perubahan kelembaban

    udara dari 65%-94%RH.

    Semakin panjang cladding gelatin+CoCl2, maka

    semakin besar loss yang ditimbulkan, namun jika

    tebal lapisan semakin tipis, maka sensitivitas sensor

    kelembaban semakin tinggi.

    Dari ketiga jenis ukuran panjang cladding

    gelatin+CoCl2 (2, 3, dan 4 cm) didapatkan bahwa

    pada panjang cladding 4 cm merupakan sensor yang

    paling baik daripada panjang cladding 2cm dan 4cm

    dengan respon terbaik pada rentang kelembaban

    87%- 93%RH, dengan nilai korelasi sebesar 0,96.

    B. Saran

    Saran yang bisa disampaikan untuk mengembangkan

    penelitian ini adalah :

    Dilakukan perancangan sensor kelembaban

    menggunakan serat optik plastik pada cladding

    gelatin + CoCl2 dengan jumlah sampel ukuran

    panjang cladding yang lebih banyak, agar didapatkan

    hasil yang lebih baik

    VI. DAFTAR PUSTAKA

    [[1] Akhiruddin Maddu dkk, 2006. Pengembangan Probe

    Sensor Kelembaban Serat Optik Dengan Cladding

    Gelatin, 45-50.

    [2] Anu Vijayan et al, 2008. Optical Fiber Based Humidity

    Sensor Using Co-Polyaniline Clad. University Of Pune

    : India.

    [3] B. D. Gupta et al, 2001. A Novel Probe For A Fiber

    Optic Humidity Sensor. Indian Institute Of Technology

    Delhi : India.

    [4] Bentley, John P, 1995. Principles Of Measurement

    Systems 3rd edition. Prentice Hall : USA.

    [5] CoCl2. www.wikipedia.org, 2 juni 2011

    [6] Dimas Yoga M, 2011. Rancang Bangun Sistem

    Transmisi Data Menggunakan Serat Optik Plastik

    Untuk Pengukuran Suhu. ITS : Surabaya.

    [7] Francisco J. Arregui et al, 2003. An Experimental Study

    About Hydrogels For The Fabrication Of Optical

    Fiber Humidity Sensors. Spain.

    [8] Gelatin. www.wikipedia.org, 6 Juni 2011

    [9] Higrometer. www.wikipedia.org, 18 februari 2011

    [10] Kelembaban Relatif. www.wikipedia.org, 10 April 2010

    [11] Keiser, Gerd, 1991. Optical Fiber Communication.

    McGraw-Hill Book : Singapore.

    [12] LED. www.wikipedia.org, Februari 2011

    [13] LDR. www.wikipedia.org, 20 Oktober 2010

    [14] M. Chaplin, 2003. Gelatin. www.wikipedia.org.

    [15] Sunil K. Khijwania et al, 2005. An Evanescent Wave

    Optical Fiber Relative Humidity Sensor With

    Enhanced Sensitivity. Mississippi State University :

    USA.

    [16] Shinzo Muto, 2003. A Plastic Optical Fiber Sensor For

    Real-Time Humidity Monitoring. University Of

    Yamanashi : Japan.

    [17] T. L. Yeo et al, 2008. Fiber Optic Sensor Technologies

    For Humidity And Moisture Measurement. City

    University : London

    [18] Widyana, 2010. Perancangan Sensor Serat Optik

    untuk Pengukuran Pergeseran Obyek dalam

    Orde Mikrometer Menggunakan Serat Optik

    Multimode. ITS : Surabaya.

    Biodata Penulis:

    Nama : Vidia Ayu Seta

    NRP : 2407 100 036

    TTL : Nganjuk, 12 Juli 1989

    Alamat : Jl. Keputih Perintis 1A No 4

    Surabaya

    Riwayat Pendidikan:

    SDN Ganung Kidul I Nganjuk

    (1996-2001)

    SMP Negeri 1 Nganjuk

    (2001-2004)

    SMA Negeri 2 Nganjuk

    (2004-2007)

    Jurusan Teknik Fisika ITS

    (2007-2011)

  • 8