ILLAVI PEBRIAN PRASETI121810201027

Sensor Menggunakan Fiber Optik :SENSOR KELEMBABAN

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. Sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 ini 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. Sensor adalah suatu peralatan yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan parameter fisik, kimia, dan sebagainya. Dengan pengertian lain, sensor juga dapat dikatakan sebagai peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Sensor kelembaban merupakan sensor yang menggunakan serat optik dengan Cladding gelatin+CoCl2. 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 relatif lebih besar dibandingkan polimer-polimer sintesis. Perubahan sifat optik (indeks bias) polimer gelatin ketika menyerap uap air dapat dimanfaatkan sebagai material sensor kelembaban optik. Gelatin digunakan sebagai cladding pengganti bagi serat optik untuk aplikasi probe sensor kelembaban relatif (RH). 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.

Dimana adalah indeks bias polimer saat swelling, indeks bias sebelum swelling, indeks bias air, diameter rongga saat swelling, diamater rongga sebelum swelling, dan 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. 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 unsurkimia 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 indicator kelembaban pada instrumen cuaca.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 optic.

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..Gambar berikut merupakan set up pengujian respon kelembaban :

Gambar 2 Set-up pengujian respon kelembabanData yang diambil dalam pengukuran ini adalah spektrum intensitas transmisi serat optik. Pertama-tama, data transmisi diambil sebelum serat optik dilapisi gelatin untuk mendapatkan nilai transmisi acuan (referensi). Transmisi referensi ini digunakan untuk membandingkan nilai intensitas transmisi cahaya yang melewati sensor serat optik akibat adanya perlakuan kelembaban.Lapisan gelatin dapat merespon perubahan kelembaban udara melalui fenomena swelling ketika menyerap uap air. Daerah respon optik gelatin diketahui pada spektrum hijau hingga merah (500 nm - 700 nm), dengan respon signifikan pada pita merah (600 nm - 650 nm). Probe sensor kelembaban serat optik ini dapat merespon kelembaban dari 42 %R hingga 99%H dengan respon terbaik pada rentang kelembaban 60%RH hingga 72%R. Sensitivitas probe sensor serat optik dipengaruhi oleh ketebalan lapisan cladding gelatin, dimana probe dengan lapisan cladding gelatin lebih tipis memiliki sensitivitas lebih baik karena proses swelling lebih optimal pada lapisan yang lebih tipis.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.