sensor kecepatan
DESCRIPTION
sensor kecepatanTRANSCRIPT
SENSOR KECEPATAN
Tugas Mata Kuliah Sensor dan Transducer
Oleh:
1. Agus Susanto
2. Alan Havis
3. Eva Susanti
4. Rico Bernando P
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BENGKULU2008
KATA PENGANTAR
Pertama-tama Puji Syukur senantiasa kami panjatkan kehadirat Tuhan
Yang Maha Kuasa, atas rahmat dan karunianya sehingga kami dapat
menyelesaiakan makalah ini,
Selanjutnya, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak
yang telah membantu dalam penyelesaian makalah ini yaitu:
1. Bapak Reza Satria R, S. T. sebagai dosen mata kaliah Sensor dan
Transducer.
2. Teman-teman seperjuangan Program Studi Teknik Elektro, yang
telah memberikan saran dalam pembuatan makalah ini.
Semoga semua bantuan yang telah berikan mendapat imbalan yang
setimpal dari Tuhan Yang Maha kuasa. Amin.
Terakhir kami berharap agar makalah ini dapat memberikan kontribusi
yang posisitif bagi kita semua dalam pengembangan ilmu pengetahuan
sensor dan transducer.
Bengkulu, Maret 2008
Penulis
SENSOR KECEPATAN
Sensor kecepatan atau velocity sensor merupakan suatu sensor
yang digunakan untuk mendeteksi kecepatan gerak benda untuk
selanjutnya diubah kedalam bentuk sinyal elektrik. Dalam prakteknya ada
beberapa sensor yang digunakan untuk berbagai keperluan ini, sensor-
sensor tersebut diantaranya:
Tachometer dan Stroboscope
Kabel Piezoelectric
Muzzle velocity
Encoder Meter
1. Tachometer dan Stroboscope
1.1. Tachometer
Pada setiap pelatihan audit pengukuran kecepatan misalnya untuk
motor, pengukurannya sangat kritis karena kemungkinan terdapat
perubahan frekuensi, slip pada belt dan pembebanan. Dalam hal ini ada
dua jenis alat pengukur kecepatan yaitu tachometer dan stroboscope.
Tachometer.
Tachometer sederhana adalah jenis alat kontak, yang dapat
digunakan untuk mengukur kecepatan yang memungkin kan dapat
diakses secara langsung.
Tachometer biasanya merupakan magnet permanen generator DC
kecil. Jika generator berotasi akan menghasilkan tegangan DC yang
proporsional langsung terhadap kecepatan.
Gambar 1. Tachometer
Pada tachometer, roda tachometer dikontakkan dengan badan yang
berputar. Karena adanya gesekan diantara keduanya, setelah beberapa detik
kecepatan roda tachometer sama dengan kecepatan poros berputar. Kecepatan
ini ditampilkan pada panel sebagai putaran per menit (rpm). Kecepatan dari
putaram poros diukur menggunakan magnetik pick up sensor.
Kumparan kecil yang terletak dekat magnet menerima pulsa setiap
kali magnet lewat. Dengan mengukur frekuensi pulsa maka kecepatan
poros bisa ditentukan. Tegangan yang keluar adalah sangat kecil dan
membutuhkan proses penguatan (amplifikasi) untuk bisa diukur.
Gambar 2. diagram skematik tachometer
1.2. Stroboscope
Stroboscope merupakan salah satu alat yang lebih canggih dan
aman untuk mengukur kecepatan dengan cara tanpa kontak. Stroboscope
menggunakan sumber sinar cahaya yang dapat disinkronisasi dengan
setiap kecepatan dan pengulangan gerakan sehingga benda yang
berpindah sangat cepat terlihat tidak bergerak atau berpindah perlahan
Gambar 3. Stroboscope
Contoh penggunaan dari stroboscope ini dapat dilakukan dengan
memasang sebuah disket putih dengan titik hitam terpasang pada poros
(as) dari motor 1800 rpm. Bila disket berputar pada 1800 rpm; tidak
mungkin terlihat oleh mata gambaran tunggal dan titik akan tampak
menjadi lingkaran kabur. Bila diterangi oleh cahaya stroboscope, maka
cahaya akan disinkronkan dengan setiap putaran disket. sebagai contoh
bila titik berada pada jam tiga, titik akan terlihat pada posisi ini pada
kecepatan 1800 kali untuk setiap menit. Oleh karena itu, titik akan nampak
diam pada posisi tadi.
Jika laju sinar dari stroboscope diperlambat menjadi 1799 sinar per
menit, titik akan teriluminasi pada posisi cahaya yang berbeda, setiap kali
piringan berputar, dan titik akan tampak berpindah. Perlahan dalam arah
putaran 360° dan tiba pada posisi sebenarnya 1 menit kemudian.
Perpindahan yang sama, tetapi di arah yang berlawanan rotasi dari titik,
akan diobservasi jika laju sinar dari stroboscope ditingkatkan menjadi
1801 rpm. Jika diinginkan, laju perpindahan yang tampak dapat dipercepat
dengan meningkatkan atau menurunkan laju sinar pada stroboscope.
Gambar 4. Prinsip kerja stroboscope
Untuk studi audit pada umumnya digunakan jenis kontak
tachometer karena alat tersebut sudah siap tersedia. Tachometer dan
stroboscope digunakan untuk mengukur kecepatan putaran motor, fan,
pully , dan lain sebagainya.
Stroboscope digital merupakan sumber cahaya yang digunakan
untuk mengukur kecepatan obyek yang bergerak cepat atau untuk
menghasilkan efek optik menghentikan atau memperlambat gerakan
kecepatan tinggi untuk keperluan pengamatan, analisis atau fotografi
kecepatan tinggi.
Stroboscope memancarkan intensitas tinggi, waktu pendek sinar
cahaya. Peralatan memberi gambaran pulsa elektronik dari generator
yang mengkontrol laju sinar, pasokan daya pada jalur operasi, dan dioda
pemancar cahaya (LED) yang terbaca dalam nyala per menit. Cahaya
dapat ditujukan pada hampir semua obyek berpindah, termasuk pada area
yang tidak dapat diakses. Bila mengukur kecepatan perputaran obyek,
atur laju cahaya awal mendekati yang tertinggi dari perkiraan kecepatan
obyek. Kemudian, perlahan mengurangi laju cahaya sampai dengan satu
gambar tampak. Pada titik ini, laju cahaya stroboscope setara dengan
putaran kecepatan obyek, dan kecepatan dapat dibaca secara langsung
dari tampilan digital.
2. Kabel Piezoelectric
Efek Apiezoelectric diterapkan ke dalam suatu sensor kecepatan
getaran dengan wujud suatu kabel mineral-insulated. Kabel seperti itu
menghasilkan suatu isyarat elektris yang akan disampaikan ke suatu
penerjemah ketika permukaan luar kabel dimampatkan. Kabel
piezoelectric telah digunakan dalam berbagai eksperimen untuk
memonitor getaran di dalam turboshaft mesin pesawat terbang. Aplikasi
lain meliputi pendeteksi dan analisa lalu lintas mobil.
Gambar 5. Sensor Kabel Piezoelectric:
Di dalam aplikasi ini, kabel dikuburkan ke dalam trotoar jalan raya,
dengan posisi tegak lurus terhadap lalu lintas tersebut. Sensor dirancang
untuk menjadi sensitip terutama pada tekanan vertikal. Suatu kabel
piezoelectric terdiri dari suatu tembaga yang dibatasi oleh pelindung padat
sekitar 3-mm garis tengah luar, piezoelectric bubuk ceramic, dan suatu inti
tembaga bagian dalam ( Gambar 6). Bubuk dengan ketat dimampatkan
antar pelindung yang luar dan inti tersebut.
Gambar 6. Aplikasi kabel piezoelectric di dalam jalan raya yang
monitoring: ( A) pemasangan sensor di dalam trotoar; ( B) bentuk dari
tanggapan elektrik.
Ketika sensor kabel pasang di dalam trotoar (Gambar 10),
responnya atau nilai keluaranya harus dikalibrasi, sebab bentuk isyarat
dan amplitudonya tidak hanya tergantung pada kandungan kabel tetapi
juga pada jenis trotoar dan kelas jalannya. Keluaran elektriknya sebanding
terhadap tekanan yang diberikan terhadap kabel tersebut. Panjang dan
tipisnya piezoelectric akan membatasi lapisan memberikan suatu
impedans keluaran yang rendah. Cakupan yang dinamis kabel adalah
substansial (> 200 dB), sehingga dapat merasakan lebih jauh, yaitu
A B
getaran amplitudo panjang yang disebabkan oleh hujan, namun menjawab
secara linier kepada dampak dari truk berat. Kabel mempunyai
kemampuan tekanan 100 MPA. Juga dapat beroperasi pada temperatur -
400C sampai + 1250C..
3. Muzzle Velocity
LED dan Phototransistor dipilih sebagai sensor pada peralatan ukur
ini. LED sebagai sumber cahaya infra red dan Phototransistor sebagai
penerima / detektor cahaya infra red.
Muzzle Velocity adalah kecepatan awal peluru, yaitu kecepatan
proyektil peluru saat keluar dari ujung laras senjata yang
menembakkannya. Peralatan ukur Muzzle Velocity adalah perangkat
elektronika yang dirancang untuk mengukur kecepatan awal peluru
senjata organik atau peluru kaliber kecil. Hasil pengukuran dapat
ditampilkan melalui penampil LCD, juga dapat dicetak pada printer melalui
output serial. Dari hasil pengukuran dan percobaan, komponen-komponen
peralatan ukur muzzle velocity dan modul software : LCD, RTC, beserta
perhitungan kecepatan, dapat berfungsi sesuai dengan yang
direncanakan.
Gambar 7. sensor Muzzle velocity
Peluru ditembakan pada ujung peralatan. Pada sistem ini
digunakan LED InfraRed dan Phototransistor sebagai sensor. Pada
pengukuran kecepatan peluru ada dua sensor yang dilewati peluru, pada
saat peluru melewati sensor pertama akan menyebabkan output
phototransistor mengalami perubahan. Output Phototransistor tersebut
akan masuk ke interupt prosesor. Pada saat peluru lewat sensor kedua
terjadi perubahan output phototransistor, lalu diteruskan ke interupt
prosesor. Sinyal pertama mengaktifkan (start) counter dan sinyal kedua
menghentikan (stop) counter.
Berdasarkan penjelasan di atas maka dapat diringkas prinsip kerja
dari Muzzle Velocity sebagai berikut :
Gambar 8. Diagram Blok prinsip kerja Muzzle Velocity
Waktu yang diperlukan gerakan peluru dari sensor pertama
kesensor kedua dapat diukur, sedangkan jarak antara dua sensor adalah
tetap sehingga kecepatan peluru dapat dihitung dengan rumus:
Fungsi sensor ini adalah sebagai menerima sinyal cahaya
inframerah yang dipancarkan oleh LED jenis GaAs Infrared Emitting
Diode. Saat peluru melintas dan memotong cahaya dari LED, intensitas
cahaya yang diterima oleh sensor akan berubah. Secara elektris hal di
atas berarti terjadi perubahan tegangan bias pada phototransistor serta
tegangan output dari sensor pun berubah. Pengkondisi sinyal adalah
berupa rangkaian elektronik yang terdiri atas rangkaian penguat transistor
dan rangkaian Comparator, berfungsi mengkondisikan sinyal sinyal listrik
Keluaran dari start dan stop
Keluaran dari start dan stop
ProsesorProsesor LCDLCD
yang diterima dari sensor agar sesuai dengan karakteristik sinyal input
mikrokontroler. Perubahan intensitas cahaya pada sensor pun hanya
dinyatakan dalam 2 keadaan, yaitu berubah (saat peluru memotong jalur
cahaya dari LED) atau tetap (tidak ada peluru yang lewat).
Pada aplikasi muzzle velocity ini, fungsi prosesor selaku pengendali
adalah menerima dan mengolah data dari keypad, menerima sinyal
interupsi dari sensor phototransistor yang berarti ada peluru yang
melewati sensor, memberi instruksi kepada counter untuk start atau
stop,memproses atau menghitung data dari sensor dan counter untuk
memperoleh harga kecepatan peluru, memberi instruksi kepada display
untuk menampilkan hasil perhitungan,dan memberi instruksi kepada
printer untuk mencetak hasil pengukuran. Counter adalah perangkat
eksternal yang terdiri dari clock generator dan 16 bit binary.
4. Encoder Meter
Aplikasi 'Automatic Transmission with Encoder Meter and Display'
ini adalah umtuk menghitung pulsa kecepatan motor dan menampilkannya
di 7 segment. Modul yang digunakan adalah DT-51 MinSys Ver 3.0, DT-
51 KND, de KITS SPC DC Motor (K6), Motor DC, dan rangkaian Sensor
Kecepatan.
Hubungan antara DT-51 MinSys Ver 3.0 dan de KITS SPC DC
Motor adalah sebagai berikut:
de KITS SPC DC
Motor
DT-51 MinSys Ver
3.0Port C & Port 1
SCL / J7 Pin 15 Pin 15 (Port 1.6)
SDA / J7 Pin 16 Pin 16 (Port 1.7)
Tabel 1. Hubungan DT-51 MinSys dengan de KITS SPC DC Motor
Cara menghubungkan DT-51 KND dengan DT-51 MinSys dapat
dilihat pada DT-51 KND User's Guide. Cara menghubungkan DC motor
dengan de KITS SPC DC Motor dapat dilihat pada Manual de KITS SPC
DCMotor. Rangkaian Sensor Kecepatan menggunakan
OptoIsolator/OptoCoupler model "U" (860D) dapat dilihat padagambar
berikut :
Gambar 9. Rangkaian Sensor Kecepatan
Dengan dibantu lempeng lingkaran yang dilubangi, sensor
kecepatan akan menghasilkan pulsa high ( ) jika terdapat lubang.
Posisi sensor secara mekanis dapat dilihat pada gambar 2. Perlu diingat
bahwa jumlah lubang yang dibuat akan mempengaruhi hasil tampilan di
DT-51 KND. Makin banyak lubang maka pembacaan akan makin sering
dan jika dikonversi ke RPM akan didapat hasil yang makin mendekati
kondisi aslinya.
Gambar 10. Posisi Mekanis
Hubungan antara de KITS SPC DC Motor dengan rangkaian
sensor ini adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Hubungan de KITS SPC DC Motor dengan Rangkaian Sensor
Setelah menghubungkan rangkaian dan menghubungkan supply
tegangan yang tepat, download-lah program RPMDISP.HEX ke DT-51
MinSys Ver3.0.
Adapun blok diagram sistem secara keseluruhan adalah sebagai
berikut:
Gambar 11. Blok Diagram AN13
Rangkaian Sensor Kecepatan berfungsi untuk mendeteksi jumlah
putaran per satuan waktu. Hal ini telah diakomodasi oleh de KITS SPC
DC Motor pada IN1 untuk mendeteksi pulsa kecepatan motor. DT-51 KND
berfungsi sebagai input transmisi (Top, Brake, Up, Down, Neutral) pada
keypad dan output display pada 7 segment.
Penekanan TOP akan memutar motor pada kecepatan maksimum
(tanpa PWM). Penekanan Up atau Down akan mengurangi atau
menambah nilai PWM sebesar 10d. Penekanan N akan menghentikan
putaran motor. Penekanan Brake akan menghentikan putaran motor
secara cepat (layout dapat dilihat pada gambar 4). Selain itu, DT-51 KND
juga berfungsi untuk menampilkan hasil penghitungan pulsa kecepatan
motor (dalam desimal). Setiap 1 detik tampilan pada 7 segment akan di-
update. Tampilan hanya menyatakan jumlah pulsa bukan menyatakan
kecepatan motor dalam RPM.
Jika ingin menghitung RPM, maka bisa dihitung dengan rumus:
Pada RPMDISP.ASM digunakan GateTime 1 detik sehingga rumus
menjadi:
Jika hasil tampilan sebesar 135 pulsa dengan jumlah lubang 16,
berarti kecepatan putaran motor sekitar 506 RPM.
Gambar 12. Alokasi Keypad DT-51 KND
Flowchart dari sistem ini adalah sebagai berikut:
Gambar 13. Flowchart Program