skripsi hadi (080810459)

5/14/2018 Skripsi hadi (080810459) - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/skripsi-hadi-080810459 1/71

Aplikasi Multimode Fiber Coupler Sebagai Sensor Ketinggian

Permukaan Bensin Dan Oli Berbasis Sensor Pergeseran

SKRIPSI

HADI SUNTAYA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS AIRLANGGA

2012



APLIKASI MULTIMODE FIBER COUPLER

SEBAGAI SENSOR KETINGGIAN PERMUKAAN BENSIN

DAN OLI BERBASIS SENSOR PERGESERAN

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh

Gelar Sarjana Sains Bidang Fisika

Pada Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Airlangga

Disetujui Oleh :

Pembimbing I

Samian, S.Si, M.Si

NIP. 19670621 199802 1 001

Pembimbing II

Supadi, S.Si, M.Si

NIP. 19720918 199802 1 001



LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI

Judul : Aplikasi Multimode Fiber Coupler Sebagai SensorKetinggian Permukaan Bensin Dan Oli Berbasis Sensor

Pergeseran

Penyusun : Hadi Suntaya

NIM : 080810459

Tanggal Ujian : 01 Februari 2012

Disetujui Oleh :

Pembimbing I

Samian, S.Si, M.Si

NIP. 19670621 199802 1 001

Pembimbing II

Supadi, S.Si, M.Si

NIP. 19720918 199802 1 001

Mengetahui :

Ketua Program Studi S-1 Fisika

Departemen Fisika

Fakultas Sains dan Teknologi


Drs. Siswanto, M.Si

NIP. 19640305 198903 1 003



PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam

lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi

kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan

sumbernya sesuai keabiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik




v

Hadi Suntaya, 2012. Aplikasi Multimode Fiber Coupler Sebagai Sensor

Ketinggian Permukaan Bensin Dan Oli Berbasis Sensor Pergeseran . Skripsi

dibawah bimbingan Samian, S.Si., M.Si. dan Supadi, S.Si, M.Si., Departemen

Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian aplikasi multimode fiber coupler dan membran

berbahan nitrile polymer sebagai sensor untuk mendeteksi ketinggian permukaan

bensin dan oli. Prinsip kerja sensor berdasarkan tekanan hidrostatik dan sensor

pergeseran menggunakan fiber coupler . Mekanisme deteksi dilakukan dengan

mendeteksi perubahan tekanan bensin dan oli pada membran di dasar tangki

akibat perubahan ketinggian bensin dan oli. Perubahan tekanan pada membran

mengakibatkan perubahan bentuk membran dari datar menjadi cembung.

Perubahan bentuk membran tersebut menyebabkan perubahan daya optis cahaya

pantulan dari membran yang diterima oleh kanal sensing fiber coupler. Perubahan

daya optis terbaca melalui tegangan keluaran detektor optis. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa terdapat hubungan yang linier antara perubahan ketinggian

permukaan bensin dan oli terhadap tegangan keluaran detektor. Artinya

multimode fiber coupler dan membran berbahan nitrile polymer dapat

diaplikasikan sebagai sensor ketinggian permukaan bensin dan oli. Parameter

sensor yang dihasilkan berupa resolusi, jangkauan, dan daerah linier masing –

masing sebesar 0,5 cm, 4 cm – 74 cm , 24 cm – 74 cm untuk bensin dan oli. Nilai

sensitivitas sensor diperoleh sebesar 28.57 () untuk bensin serta 38.51

() untuk oli.

Kata kunci: Multimode fiber coupler, sensor ketinggian permukaan bensin dan

oli



vi

Hadi Suntaya, 2012. Aplication of Multimode Fiber Coupler as a Height Level

Sensor for Gasoline and Oil Based on Displacement Sensor . This thesis is

under guidance of Samian, S.Si., M.Si. and Supadi, S.Si, M.Si., Department of

Physics Faculty of Science and Technology University of Airlangga.

ABSTRACT

A research about application of multimode fiber coupler and a membrane

which made from nitrile polymer as detection sensor of the height level of

gasoline and oil have been done. The working principle of sensor based on the

hydrostatic pressure and displacement sensor using fiber coupler . The mechanism

of detection is done by detecting the pressure changes of gasoline and oil on the

membrane which located at the base of the tank due to the changes of height of

gasoline and oil. The changes of pressure on the membrane cause the membrane’s

shape change from flat to convex. The change of membrane’s shape cause the

changes of optical power of reflected light from membrane that received by the

sensing port of fiber coupler . The changes of optical power are read through the

optical detector’s output voltage. The results show that there is a linear

relationship between height level of gasoline and oil toward to the change of

detector’s output voltage. This means that multimode fiber coupler and a

membrane made from nitrile polymer can be applied as a height level sensor of

gasoline and oil. Sensor parameters that obtained is resolution, dynamic range,

and the linear region respectively are 0,5 cm, 4 cm – 74 cm , 24 cm – 74 cm for

gasoline and oil. The value of sensitivity of sensor for gasoline is 28.57 ()

and for oil is 38.51 ().

Keywords: Multimode fiber coupler, height level sensor of gasoline and oil



vii

KATA PENGANTAR

Ucapan rasa syukur yang tiada terkira kami haturkan kepada Allah SWT

karena atas limpahan karunia hidayah serta rahmatNya sehingga penyusunan

skripsi yang berjudul "Aplikasi Multimode Fiber Coupler Sebagai Sensor

Ketinggian Permukaan Bensin Dan Oli Berbasis Sensor Pergeseran" ini dapat

diselesaikan tepat pada waktunya. Serta sholawat serta salam tercurah atas

Baginda Rasulullah Muhammad SAW yang telah mengajarkan kebenaran,

kekuatan, dan perjuangan kepada seluruh ummat manusia.

Dalam penulisan skripsi ini tentunya tidak terlepas dari bantuan berbagai

pihak, untuk itu secara khusus penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Ibu dan abah tersayang yang selalu memberikan kasih sayang, doa,

motivasi, dan materi di setiap langkah penulis. Engkau terlalu berarti

bagiku, sehingga tak cukup rasanya seisi bumi dan langit ini untuk

membalasnya.

2. Kakak dan kakak ipar yang selalu memberikan pengarahan dalam

memecahkan permasalahan yang penulis hadapi.

3.

Keponakanku Nea tercinta yang telah memberikan senyumannya yang

terindah serta tingkah laku yang lucu sehingga sangat menghibur di saat

penulis dilanda kegalauan.

4. Bapak Samian, S.Si, M.Si. selaku dosen pembimbing I yang dengan penuh

keikhlasan, kesabaran, dan keteguhan telah mencurahkan tenaga, pikiran,



viii

ilmu serta meluangkan waktunya untuk membimbing penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini.

5. Bapak Supadi, S.Si, M.Si. selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan masukan, saran, ilmu dan dengan sabar membimbing penulis

hingga terselesainya skripsi ini.

6. Bapak Drs. Pujiyanto MS, selaku penguji I, yang telah memberi

pengarahan dan kemudahan dalam penyusunan skripsi ini.

7. Bapak Drs. R. Arif Wibowo M.Si selaku penguji II yang membantu

kelancaran selama sidang skripsi dan revisi skripsi ini.

8. Bapak Drs. Djoni Izak R., M.Si dan Bapak Supadi S.Si, M.Si selaku dosen

wali yang telah memberi saran dan dukungan pada penulis selama

menempuh kuliah.

9. Bapak Drs. Siswanto, M.Si selaku Ketua Departemen Fisika yang telah

memberi banyak kemudahan pada penyusunan skripsi ini maupun dalam

persoalan akademik.

10. Teman senasib sepenanggungan, Irul, yang telah menemani pada saat

melakukan pengambilan data skripsi.

11. Arek Koz yang telah menyediakan kamarnya kalau penulis sedang pulang

kemalaman.

12. Sahabat setia BACKPACKERS dan Teman NGOPI PLUS – PLUS,

Rohman, Afif, Zulmy, Irul, Linggar, Erik, Romi, Randis, Imam dan Yopy,

AYO KITA JELAJAHI & TAKLUKKAN DUNIA!!.

13. Teman KARAOKE, Dita, Kiki, Chandra, Yuni, Adam dan Mbah Riki

yang rela ngebossi saat karaokean.



ix

14. Teman SPESIAL, Halimah dan Mirza yang telah memberikan support

semangat dan doanya.

15. Mas Deni, Mas Fajar, Pak Samidi, dan Pak Satpam selaku petugas

Lab.Bengkel Fisika, Lab.Optika & Aplikasi Laser, ruang kuliah dan

kampus yang memberi kepercayaan di dalam penggunaan laboratorium.

16. Teman-teman angkatan 2008 - 2009, yang banyak memberikan inspirasi

dan bantuannya saat kuliah. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis

sebutkan satu persatu, terima kasih atas segala macam bentuk bantuan dan

dukungan yang telah diberikan pada penulis.

Semoga Allah SWT selalu melimpahkan rahmat dan karuniaNya kepada kita

semua. Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penulisan ini masih banyak

kekurangan, sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun

guna kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini membawa hikmah dan manfaat

bagi semua pihak yang memerlukannya.

Surabaya, 01 Februari 2012

Penulis

HADI SUNTAYA



x

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL ........................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................ ii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................ iii

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ........................................................ iv

ABSTRAK ....................................................................................................... v

ABSTRACT ...................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ...................................................................................... vii

DAFTAR ISI .................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................xiii

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

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 5

1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 6

1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................... 6

1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................. 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 8

2.1 Sensor .................................................................................................... 8

2.2 Sensor Pergeseran ................................................................................. 12

2.3 Laser He-Ne .......................................................................................... 15

2.4 Serat Optik ............................................................................................ 17

2.5 Fiber coupler ......................................................................................... 22



xi

2.6 Tekanan ................................................................................................. 25

2.7 Bensin .................................................................................................... 27

2.8 Oli .......................................................................................................... 28

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................ 31

3.1 Waktu Tempat Penelitian ...................................................................... 31 3.2 Peralatan Dan Bahan ............................................................................. 31

3.3 Prosedur Penelitian ................................................................................ 34

3.3.1 Desain Sensor ............................................................................... 34

3.3.2 Pengambilan Data ........................................................................ 35

3.4 Metode Analisis Data ............................................................................ 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 39

4.1 Hasil Penelitian ..................................................................................... 39

4.2 Pembahasan ........................................................................................... 40

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 49

5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 49 5.2 Saran ...................................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN



xii

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Gambar Halaman

2.1 Keluaran dari alat ukur sensor panas 9 2.2 (a) Definisi waktu bangkit (b) Definisi waktu turun 10 2.3 Desain sensor pergeseran menggunakan multimode fiber coupler 12 2.4 Skema berkas cahaya yang diemisi dan diterima oleh kanal sensing

dengan metode bayangan 13 2.5 Plot grafik tegangan keluaran detektor terhadap pergeseran cermin 14 2.6 Daerah linier dari plot grafik tegangan keluaran detektor terhadap

pergeseran cermin 15 2.7 Skema tingkat energi He-Ne 16 2.8 Penampang Serat Optik 17 2.9 Perambatan Gelombang pada Multimode Step Indeks 18

2.10 Perambatan Gelombang pada Multimode Graded Indeks 19

2.11 Perambatan Gelombang pada Singlemode Step Indeks 19

2.12 Sketsa perambatan sinar pada serat optik step-index 20

2.13 Fiber coupler struktur simetri 2 x 2 berbahan serat optik dengan

metode fused 24

3.1 Rancangan sensor level ketinggian 34

3.2 Setup alat percobaan 35

3.3 Setup alat karakteristik multimode fiber coupler sebagai sensor

ketinggian permukaan 36



xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Lampiran

1 Data karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem

sensor ketinggian permukaan

2 Data Spesifikasi Oli PRIMAXP Hasil Produksi PT.

PERTAMINA PRIMA XP SAE 20W-50



1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Fluida adalah zat - zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan bentuk

dengan bentuk tempat/wadahnya. Selain itu, fluida memperlihatkan fenomena

sebagai zat yang terus - menerus berubah bentuk apabila mengalami gaya geser

(shearing force) (Iwan, 2008), atau dengan kata lain yang dikategorikan

sebagai fluida adalah suatu zat yang tidak mampu menahan gaya geser tanpa

berubah bentuk. Yang dimaksud dengan gaya geser adalah suatu gaya yang

menyebabkan sesuatu berubah arah momennya. Dari definisi fluida tersebut

yang termasuk dalam kategori fluida adalah zat cair dan gas. Zat padat tidak

termasuk fluida karena zat padat tidak dapat mengalir serta zat padat dianggap

sebagai bahan yang reaksi deformasinya terbatas ketika menerima atau

mengalami suatu gaya geser. Berdasarkan sifatnya, fluida dapat digolongkan

menjadi dua macam yakni fluida statis dan fluida dinamis. Fluida statis adalah

fluida dalam keadaan diam, sedangkan fluida dinamis adalah fluida dalam

keadaan bergerak.

Untuk zat cair yang diam (fluida statis) memiliki beberapa sifat, salah

satunya yakni tekanan. Berdasarkan prinsip hidrostatik, tekanan pada suatu titik

dalam suatu zat cair bergantung pada ketinggian zat cair tersebut. Semakin

tinggi permukaan suatu zat cair terhadap bidang dasar tempatnya, maka

tekanan pada bidang dasar zat cair juga akan semakin meningkat, sebaliknya

semakin dekat permukaan suatu zat cair terhadap bidang dasarnya, maka



2

tekanan pada bidang dasar zat cair akan semakin menurun. Sehingga kita bisa

mengetahui ketinggian suatu zat cair yang diam apabila kita mengetahui

tekanan pada bidang dasar zat cair tersebut.

Beberapa metode untuk mengukur ketinggian zat cair telah banyak

dilakukan selain berdasarkan prinsip hidrostatis, diantaranya yakni dengan

prinsip kapasitif, ultrasonik, gelombang mikro, inframerah, elektro-mekanik,

radiometri dan optik. Prinsip kerja sensor ketinggian zat cair tersebut dapat

bersifat kontak langsung (intrusive) maupun tidak langsung (non-intrusive)

dengan zat cair. Sebagai contoh, dengan prinsip gelombang ultrasonik telah

berhasil dikembangkan untuk mengukur ketinggian air (Negara.dkk, 2009).

Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmitter Tx dengan frekuensi

40KHz, kemudian gelombang pantulan diterima receiver Rx dan diumpankan

ke sistem up-counter . Selisih waktu tempuh penjalaran gelombang ultrasonik

dari transmitter Tx sampai dengan diterima kembali oleh receiver Rx

berbanding lurus dengan ketinggian air. Kemudian, teknik opto-fluidic dengan

electronically controlled variable fokus lens atau ECVFL juga berhasil

dikembangkan (Reza.dkk, 2010). Deteksi dilakukan dengan merekam profil

spasial intensitas berkas cahaya berdaya rendah yang merupakan pantulan dari

permukaan cairan sebagai fokus lensa (ECVFL). Ketinggian cairan ditentukan

dengan cara membandingkan ukuran spot berkas dengan panjang fokus lensa

pada tabel ECVFL.

Usaha-usaha untuk membuat sensor sebagai alat ukur dalam sebuah

pengukuran telah banyak dilakukan dewasa ini. Salah satunya adalah dengan

menggunakan serat optik ( fiber optic). Serat optik menjadi salah satu pilihan



3

pengembangan sensor yang menjanjikan karena memiliki keunggulan

diantaranya yaitu tidak kontak langsung dengan obyek pengukuran, tidak

menggunakan sinyal listrik, akurasi pengukuran yang tinggi, immun terhadap

induksi listrik maupun magnet, dapat dimonitor dari jarak jauh, dapat

dihubungkan dengan sistem komunikasi data serta dimensinya yang kecil dan

ringan memudahkan penginstalannya (Krohn, 2000).

Prinsip kerja sensor serat optik dapat diklasifikasikan menjadi tiga

kategori yaitu berbasis pada modulasi panjang gelombang, modulasi fase dan

modulasi intensitas (Krohn, 2000). Sensor serat optik telah digunakan untuk

mendeteksi beberapa parameter fisis diantaranya adalah deformasi bahan

(Sklodowski, 2003), strain bahan (Inaudi and Glisic, 2005), suhu (Bongsoo et

al., 2005), vibrasi (Binu et al., 2007), konsentrasi gas (Singh and Karan, 2001),

pergeseran (Samian et al., 2009) serta parameter fisis lainnya.

Penggunaan serat optik sebagai sensor level ketinggian zat cair telah

banyak dilakukan, diantaranya yang berhasil diteliti adalah sensor ketinggian

zat cair menggunakan serat optik dengan probe berupa prisma (Hossein, 2004)

maupun elemen sensitif berbentuk kerucut (Pekka et al., 1997). Prinsip

kerjanya adalah perubahan daya optis cahaya pantulan total di dalam probe

akibat perubahan indeks bias medium di sekitar probe. Teknik yang lebih

sederhana juga berhasil dilakukan dengan mendeteksi rugi daya optis cahaya

dalam serat optik yang dipoles dan dilengkungkan sebagai sensor yang kontak

secara langsung dengan zat cair (Lomer et al., 2007). Teknik ini tidak dapat

mendeteksi ketinggian zat cair secara kontinu, tetapi hanya dapat mendeteksi

pada titik-titik tertentu yang menandakan ketinggian zat cair. Disamping itu,



4

deteksi ketinggian zat cair melalui pergeseran panjang gelombang Bragg yang

dihasilkan dari Fiber Bragg Grating (FBG) telah berhasil dilakukan (Kyung-

Rak et al., 2009). Pergeseran panjang gelombang Bragg terjadi karena

perubahan panjang FBG akibat terdorong atau tertarik oleh pelampung yang

berada pada permukaan zat cair. Teknik lain yang berhasil dikembangkan

adalah menggunakan dua buah serat optik sebagai pemancar dan penerima

berkas cahaya melalui sebuah lensa (head sensor ). Amplitudo berkas cahaya

pantulan dari permukaan zat cair yang diterima serat optik penerima melalui

lensa dapat mengindikasikan ketinggian zat cair (C. Vazquez et al., 2004).

Kemudian, dengan teknik yang sederhana telah dikembangkan juga sensor

level ketinggian air berdasarkan sensor pergeseran berbasis modulasi intensitas

menggunakan fiber coupler serta menggunakan prinsip hidrostatis. Prinsip

kerjanya adalah tekanan hidrostatis yang bergantung pada ketinggian

permukaan air akan dimanfaatkan untuk menekan membran. Pergeseran

membran akibat tekanan tersebut dapat dideteksi menggunakan fiber coupler

(Samian dan Supadi, 2010). Modulasi intensitas yang dipantulkan kembali ke

fiber coupler dapat mendeteksi secara kontinyu ketinggian air. Kelebihan yang

dimiliki sensor ini adalah mampu men-sensing perubahan ketinggian secara

kontinyu, sistem sensor tidak kontak langsung dengan zat cair.

Pada penelitian sebelumnya, sebagaimana dilakukan Samian,dkk (2010),

zat cair yang digunakan adalah air, sehingga dari kesamaan sifat sebagai fluida

serta prinsip tekanan hidrostatik yang dimiliki oleh fluida maka konsep sensor

ini memungkinkan dilakukan terhadap bensin dan oli. Akan tetapi, pada

penelitian sebelumnya, membran yang digunakan sebagai media yang



5

mengalami tekanan hidrostatik terbuat dari bahan latex yang akan mengalami

kerusakan apabila berinteraksi dengan zat cair yang mengandung gugus

hidrokarbon semisal bensin dan oli, sehingga dalam penelitian ini digunakan

membran yang terbuat dari bahan nitrile polymer yang tidak mengalami

kerusakan ketika berinteraksi dengan bensin maupun oli. Penggunaan sampel

berupa bensin dan oli dalam penelitian ini, dikarenakan pentingnya manfaat

yang dimiliki kedua cairan ini dalam kehidupan manusia. Pada beberapa

waktu yang lalu telah terjadi ledakan dan kebakaran pada area penyimpanan

bahan bakar bensin yang terdapat pada perusahaan kilang minyak sehingga

banyak menimbulkan korban jiwa, hal ini diduga dari adanya hubungan singkat

arus listrik pada instalasi pengukur ketinggian bensin dari tempat penyimpanan

tersebut. Dari latar belakang tersebut maka dengan desain sensor yang

dihasilkan dengan serat optik Multimode fiber coupler, membran berbahan

nitrile polymer serta menggunakan prinsip hidrostatis ini dapat dihasilkan

sensor ketinggian pada bensin dan oli, tentunya dengan terjaminnya keamanan

penggunaan yang berkaitan dengan ledakan bahan tersebut khususnya bensin,

karena sensor ini tidak mengalami kontak langsung dengan zat cair yang

digunakan serta tidak menggunakan isyarat listrik sebagai sinyal sensor.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang penelitian ini, maka dapat diambil rumusan masalah

sebagai berikut:

1. Apakah Multimode fiber coupler dan membran berbahan nitrile polymer

dapat digunakan sebagai sensor ketinggian permukaan bensin dan oli?



6

2. Berapakah resolusi, rentang pengukuran, dan sensitivitas sensor ketinggian

permukaan menggunakan Multimode fiber coupler ?

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Laser yang digunakan adalah laser He-Ne (Klasse DIN 58126, 632,8 nm,

Uniphase) dengan daya keluaran 30 mW.

2. Jenis serat optik yang digunakan adalah Multimode Fiber coupler

berstruktur 2x2 dari bahan serat optik plastik berdiameter 1 mm (diameter

core 960 µm, tebal cladding 20 µm) dan panjang 50 cm. Nilai coupling

ratio, directivity dan exces loss dari Multimode Fiber coupler yang

digunakan masing-masing sebesar 0,25, 25 dB, dan 1,37 dB.

Digunakannya serat optik ini karena memiliki performasi yang paling baik

diantara serat optik lain yang dimiliki Laboratorium Optik Dan Laser.

3. Membran yang digunakan adalah membran berbahan nitrile polymer .

Karena membran jenis ini yang mampu diperoleh saat akan melakukan

penelitian.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Merancang bangun Multimode fiber coupler dan membran berbahan nitrile

polymer sebagai sensor ketinggian permukaan pada bensin dan oli.

2. Menentukan nilai resolusi, rentang pengukuran, dan sensitivitas sensor

ketinggian permukaan Multimode fiber coupler.



7

1.5 Manfaat Penelitian

Dari hasil penelitian ini, meskipun rancang bangun sensor ketinggian

bensin dan oli yang dihasilkan masih dalam skala laboratorium, namun prinsip

sensor yang dihasilkan berpotensi untuk dikembangkan sebagai sensor

ketinggian bensin dan oli dalam skala yang sesungguhnya karena dari hasil

penelitian telah terbukti faktor keamanannya dari kebakaran maupun ledakan,

sebab tidak menggunakan isyarat listrik sebagai sinyal. Selain itu, dengan

metode ini didapatkan pengukuran yang akurat, beresolusi tinggi, dan teknik

pengoperasian yang mudah.



8

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini akan dijelaskan teori dan konsep yang mendukung percobaan,

misalnya tentang pengertian sensor, dasar sensor pergeseran, kualifikasi alat – alat

dan bahan yang digunakan pada percobaan, serta teori-teori pendukung lain yang

diperlukan.

2.1 Sensor

Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-

gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi, seperti:

energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan

sebagainya (D Sharon dkk, 1982). Contohnya: Camera sebagai sensor

penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba,

LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.

Dalam memilih peralatan sensor yang tepat dan sesuai dengan sistem

yang akan di sensor, maka persyaratan umum sensor yang perlu diperhatikan

adalah sebagai berikut.

a. Linearitas

Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah

secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara

kontinu. Contohnya, sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan

sesuai dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti ini, biasanya

dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran dibandingkan



9

dengan masukannya berupa sebuah grafik. Gambar 2.1 memperlihatkan

hubungan antara dua buah sensor panas yang berbeda. Garis lurus pada

Gambar 2.1 (a) menunjukkan tanggapan linear, sedangkan pada gambar 2.1

(b) menunjukkan hubungan non-linear.

Gambar 2.1. Keluaran dari alat ukur sensor panas (D Sharon dkk, 1982)

b. Sensitivitas

Sensitivitas akan menunjukkan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap

kuantitas yang diukur. Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan

yang menunjukan “perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan

masukan”. Misalnya, beberepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang

dinyatakan dengan “satu volt per derajat”, yang berarti perubahan satu

derajat pada masukan akan menghasilkan perubahan satu volt pada

keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan “dua volt

per derajat”, yang berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang

pertama. Linearitas sensor juga mempengaruhi sensitivitas dari sensor.

Apabila tanggapannya linier, maka sensitivitasnya juga akan sama untuk

jangkauan pengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan pada gambar

100 T

e m p e r a t u r ( m a s u k a n ) 1

100 T

e m p e r a t u r ( m a s u k a n ) 1

00

Tegangan (keluaran)

a. Hubungan linear b. Hubungan non-linear

Tegangan (keluaran)



10

2.1 (b) akan lebih peka pada temperatur yang tinggi dari pada temperatur

yang rendah (D Sharon dkk, 1982).

c. Resolusi

Nilai resolusi sistem sensor adalah satuan ukuran terendah yang dapat

dibaca oleh sensor, atau dengan kata lain resolusi merupakan nilai

perubahan terkecil dari input sensor yang dapat mengubah output sensor

(Joseph J. Carr, 2010).

d. Tanggapan waktu

Secara umum sensor tidak mengubah parameter keluaran segera ketika

perubahan parameter masukan terjadi. Sebaliknya, itu akan berubah menjadi

keluaran baru selama periode waktu tertentu yang disebut tanggapan waktu.

Tanggapan waktu dapat didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk

output sensor untuk berubah dari keadaan sebelumnya ke nilai parameter

keluaran.

Gambar 2.2. (a) Definisi waktu bangkit (b) Definisi waktu turun (Joseph J.

Carr, 2010).



11

Perkembangan sensor sekarang ini sangat pesat sesuai dengan kemajuan

teknologi otomasi, semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka

semakin banyak pula jenis sensor yang digunakan. Maka secara umum sensor

dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian berdasarkan fungsi dan

penggunaannya, yaitu:

a) Sensor Thermal (panas)

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi

gejala perubahan panas, temperatur, suhu pada suatu dimensi benda

atau dimensi ruang tertentu. Contohnya bimetal, termistor,

termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier,

photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.

b) Sensor Mekanis

Sensor mekanis adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi

perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan, pergeseran, posisi,

gerak lurus dan melingkar, tekanan, laju aliran. Contohnya; strain

gage, linear variable deferential transformer ( LVDT ), proximity,

potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb.

c) Sensor Optis (cahaya)

Sensor optik adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi

perubahan cahaya dari sumber cahaya dengan memanfaatkan

peristiwa pantulan atau pembiasan cahaya yang mengenai benda

ataupun ruangan. Contohnya photo cell, photo transistor, photo diode,

fiber optik, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dsb.



12

2.2 Sensor Pergeseran

Desain fiber coupler sebagai sensor pergeseran terdiri dari laser, detektor,

fiber coupler dan cermin (target) yang diperlihatkan pada gambar 2.3. Kanal

sensing berfungsi sebagai pemancar sekaligus penerima berkas cahaya

pentulan dari cermin.

Gambar 2.3. Desain sensor pergeseran menggunakan multimode fiber

coupler (Samian, dkk, 2009).

Prinsip kerja fiber coupler sebagai sensor pergeseran berbasis modulasi

intensitas adalah sebagai berikut, kanal sensing fiber coupler berperan sebagai

penyampai berkas laser terhadap cermin sekaligus pengumpul berkas laser

yang dipantulkan balik oleh cermin. Pergeseran cermin akan menyebabkan

perbedaan banyak cahaya yang diterima kanal sensing. Banyaknya cahaya

yang diterima kanal sensing fiber coupler dapat dideteksi pada kanal deteksi.

Berkas laser yang keluar dari kanal deteksi akan ditangkap oleh detektor optik

untuk dikonversi menjadi besaran listrik berupa tegangan. Tegangan keluaran

berkas laser diukur dengan menggunakan mikrovoltmeter. Dengan mengukur

tegangan keluaran berkas laser tiap pergeseran cermin akan diperoleh

hubungan antara daya optik laser akibat pergeseran cermin (Samian, dkk,

2009).



13

Gambar 2.4. Skema berkas cahaya yang diemisi dan diterima oleh kanal

sensing dengan metode bayangan (Samian, dkk, 2009).

Hubungan perubahan daya optik cahaya akibat pergeseran cermin dapat

dianalisis dengan menggunakan pendekatan berkas Gaussian. Gambar di atas

menunjukkan skema perjalanan berkas cahaya yang diemisi dan diterima kanal

sensing dengan menggunakan metode bayangan. Untuk memperoleh hubungan

antara daya optik dan pergeseran cahaya, ada beberapa asumsi yang digunakan,

antara lain penampang serat optik pada kanal sensing dianggap rata dan sejajar

dengan permukaan cermin, dan berkas keluaran dari kanal sensing dianggap

berbentuk kerucut simetri dengan sudut θ. W(z) adalah jari-jari berkas dan a

adalah jari-jari serat optik. Hubungan tersebut dapat dirumuskan dalam

persamaan 2.1 berikut (Samian, dkk, 2009).

)(

2exp1

2 zW

aPPt b

(2.1)

Dari gambar dapat diperoleh,



14

a z zW tan2)( (2.2)

Dengan substitusi persamaan (2.1) ke persamaan (2.2), maka diperoleh

2)1(

2exp1

czPPt b

(2.3)

Dengan Pb, Pt dan z masing-masing menyatakan daya optik cahaya yang

diterima kanal deteksi, daya total cahaya dan pergeseran cermin. Sedangkan

konstanta a NAc 1sintan2

dengan NA dan a masing-masing adalah

numerical aperture dan jari-jari serat optik (Samian, dkk, 2009). Dari desain

sensor pergeseran ini dapat dihasilkan data yang dapat dimuat pada sebuah

pola grafik yang ditampilkan dalam Gambar 2.6 dan daerah liniernya dari

Gambar 2.6 ditampilkan oleh Gambar 2.7

Gambar 2.5. Plot grafik tegangan keluaran detektor terhadap pergeseran

cermin (Samian, dkk, 2009).



15

Gambar 2.6. Daerah linier dari plot grafik tegangan keluaran detektor

terhadap pergeseran cermin (Samian, dkk, 2009).

2.3 Laser He-Ne

Laser He-Ne diciptakan pertama kali pada tahun 1961 oleh Ali Javan.

Berkas laser He-Ne mempunyai keistimewaan dibanding dengan sumber

cahaya konvensional, yaitu berkasnya kecil dan sangat terarah, monokromatik,

koheren, dan kecerahannya tinggi. Komponen utama laser He-Ne adalah zat

aktif, cermin-cermin resonator , dan pemompa energi. Bahan aktif yang

dipergunakan adalah campuran gas Helium (He) dan Neon (Ne) dengan

perbandingan 7 : 1. Zat aktif ini ditempatkan pada sebuah tabung dengan

tekanan 1 torr. Resonator terdiri dari dua buah cermin. Cermin pertama

memiliki koefisien reflektivitas sampai 99,99% dan cermin kedua yang disebut

dengan cermin keluaran adalah cermin penerus sebagian ( partially

transmitting) (Rohman, 2011).

Masalah utama dalam laser gas adalah bagaimana atom dapat dirangsang

secara terpilih ke tingkat tertentu dalam jumlah yang cukup untuk mencapai



16

pembalikan populasi. Pemompaan elektrik ke dalam zat aktif akan

menghasilkan populasi elektron tereksitasi yang cukup memadai. Atom He

ternyata lebih siap terangsang oleh kejutan elektron daripada atom-atom Ne.

Interaksi antara elektron-elektron yang dihasilkan oleh lucutan antara anoda

dan katoda akan menghasilkan atom-atom He yang elektron-elektronnya

tereksitasi. Aras yang dihuni oleh elektron-elektron ini adalah 2s3

dan 2s1

yang

metastabil. Jika suatu atom He dalam keadaan metastabil membentur atom Ne

dalam keadaan dasar, maka akan terjadi pertukaran energi sehingga atom Ne

akan naik ke tingkat 2s atau 3s dan atom He akan kembali ke keadaan dasar.

Hal ini memungkinkan mekanisme populasi terpilih yang secara terus-menerus

memberikan atom-atom Ne ke tingkat-tingkat 2s dan 3s yang akan menaikkan

populasinya. Menurut Sirohi (1985), aras 2s dan 3s dari atom-atom Ne yang

memiliki umur sekitar 10-8

detik merupakan kondisi yang amat sesuai untuk

terjadinya aksi laser (Rohman, 2011). Mekanisme pembalikan populasi pada

zat aktif dapat diamati pada Gambar 2.6,

Gambar 2.7. Skema tingkat energi He-Ne (Laud, 1988)



17

dengan transisi-transisi energi yang mungkin seperti telah dijelaskan di atas,

aksi laser dari campuran atom-atom He dan Ne dapat menghasilkan keluaran

laser dengan panjang gelombang 0,6328 μm ; 1,15 μm ; dan 3,29 μm.

2.4 Serat optik

Serat optik adalah pandu gelombang dielektrik atau media transmisi

gelombang cahaya yang terbuat dari bahan silica atau plastik berbentuk

silinder. Serat optik terdiri dari bagian teras (core) yang dikelilingi oleh bagian

yang disebut selubung (cladding). Bagian core memiliki fungsi untuk

menentukan cahaya yang merambat dari satu ujung ke ujung yang lain.

Sedangkan bagian cladding berfungsi sebagai cermin untuk memantulkan

cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya. Bagian terluar dari serat optik

disebut jaket (coating) yang berfungsi sebagai pelindung. Bagian teras (core)

merupakan jalur utama pemandu gelombang cahaya yang mempunyai indeks

bias terbesar n1. Sedangkan bagian cladding mempunyai indeks bias2

n yang

nilainya sedikit lebih rendah dibandingkan n2 (Keiser,1991)

Gambar 2.8. Skema bagian penyusun serat optik (Keiser, 1991)

Ada beberapa jenis serat optik, yaitu:

Multimode Step Indeks

Pada jenis Multimode step indeks ini, diameter core lebih besar dari

diameter cladding. Dampak dari besarnya diameter core menyebabkan



18

rugi-rugi dispersi pada waktu transmisi. Penambahan prosentase bahan

silika pada waktu pembuatan, tidak terlalu berpengaruh dalam menekan

rugi-rugi dispersi pada waktu transmisi.

Berikut adalah gambar dari perambatan gelombang dalam serat

optik Multimode Step Indeks:

Gambar 2.9. Perambatan Gelombang pada Multimode Step Indeks

(Ismiatun, 2011).

Multimode Graded Indeks

Pada jenis serat optik multimode graded indeks ini, core terdiri dari

sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang berbeda, indeks bias

tertinggi terdapat pada pusat core dan berangsur-angsur turun sampai ke

batas core-cladding. Akibatnya dispersi waktu berbagai mode cahaya yang

merambat berkurang sehingga cahaya akan tiba pada waktu yang

bersamaaan. Berikut adalah gambar perambatan gelombang dalam

Multimode Graded Indeks :



19

Gambar 2.10. Perambatan Gelombang pada Multimode Graded Indeks

(Ismiatun, 2011).

Singlemode Step Indeks

Pada jenis Singlemode Step Indeks, baik core maupun claddingnya

dibuat dari bahan silica glass dengan ukuran core yang jauh lebih kecil

dari cladding sehingga transmisi data hanya menggunakan satu lintasan

cahaya. Metode semacam ini dapat menghindarkan ketidak akuratan yang

dapat terjadi dalam penyaluran data. Seperti ditunjukkan gambar berikut :

Gambar 2.11. Perambatan Gelombang pada Singlemode Step Indeks

(Ismiatun, 2011).

Mekanisme pemanduan gelombang cahaya dalam serat optik berdasar

pada prinsip pemantulan dalam total pada bidang batas core dan cladding

sesuai Hukum Snellius. Untuk memudahkan pemahaman mekanisme

pemanduan gelombang cahaya dalam serat optik step-indeks, digunakan teori



20

sinar dalam mendeskripsikan perambatan muka gelombang cahaya seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 2.11 berikut.

Gambar 2.12. Sketsa perambatan sinar pada serat optik step-index

(Keiser, 1991).

Penerapan hukum Snellius dilakukan pada proses pemantulan dan

pembiasan sinar pada bidang batas antara dua medium yang berbeda. Sinar

yang datang dari medium rapat (n1) ke medium kurang rapat (n2) akan

dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang batas antara core dan cladding

dalam Gambar 2.13, jika sudut diperbesar secara gradual maka pada sudut θ

tertentu, sinar akan dirambatkan pada bidang batas kedua medium yaitu bidang

batas core dan cladding (sinar tidak dibiaskan pada cladding). Pada saat θ

mencapai kondisi ini dinamakan sudut kritis ()

(

)

(2.4)



21

dengan n1 dan n2 menunjukkan indeks bias core dan indeks bias cladding.

Untuk nilai sudut dalam Gambar 2.5, tidak ada sinar yang dibiaskan ke

dalam cladding, sehingga seluruh sinar akan terpandu dalam core serat optik.

Untuk mengetahui sudut sinar masukan pada bagian core serat optik agar

sinar dapat terpandu, diterapkan hukum Snellius pada bidang batas antara core

dan udara. Agar sinar dapat terpandu, maka sudut = dengan

demikian persamaan Snellius menjadi :

2

–

21

2sin1

C (2.5)

dengan adalah indeks bias udara yang nilainya 1, maka dengan

menggabungkan persamaan (2.4) dan (2.5) dapat dituliskan kembali menjadi

persamaan berikut.

(2.6)

Persamaan (2.6) menunjukkan hubungan antara sudut masukan sinar

dengan indeks bias ketiga medium yang berinteraksi. Hubungan tersebut

dinyatakan sebagai tingkap numeris atau NA (numerical aperture), sehingga

nilai NA serat optik dapat ditulis sebagai berikut

(2.7)



22

didefinisikan beda indeks bias antara core dan selubung ( ) menurut

persamaan:

(2.8)

perbedaan nilai n1 dan n2 sangat kecil sehingga

, oleh sebab

itu:

1n √ (2.9)

Nilai Δ berkisar sampai untuk serat optik multimode dan

sampai untuk serat optik singlemode (Keiser, 1991). Nilai NA untuk serat

optik step-index berkisar antara – . Untuk serat optik step-index

multimode dari bahan plastik berdiameter core besar, nilai NA antara –

(Krohn, 2000).

2.5 Fiber Coupler

Fiber coupler adalah divais optik yang berfungsi sebagai pembagi daya

optik ( power divider ). Fiber coupler dapat dibuat dari serat optik multimode

dengan cara menggabungkan ( fused ) kedua buah serat optik tersebut dengan

panjang lintasan kopling dan lebar gap tertentu (Samian.dkk, 2008).

Proses perpindahan daya gelombang optik antar pandu gelombang dapat

dijelaskan menggunakan teori moda tergandeng (couple mode theory).



23

Berdasarkan teori moda tergandeng (couple mode theory), bila lebar gab antara

dua pandu gelombang sangat kecil akan mengakibatkan gelombang evanescent

dari kedua buah pandu gelombang disepanjang daerah gab saling memberikan

gangguan ( perturbation), kopling antar keduanya akan menyebabkan

amplitudo gelombang optik yang merambat pada masing-masing pandu

gelombang berubah sepanjang jarak rambatnya. Jika ke dalam pandu

gelombang pertama ditransmisikan gelombang optik, maka sebagian berkasnya

ter-evanescant ke pandu gelombang kedua. Berkas pada pandu gelombang

tersebut terpandu dan sebagian berkasnya akan ter-evanescant ke pandu

gelombang pertama lagi. Overlaping antar gelombang evanescent yang saling

berinterferensi mengakibatkan terjadinya proses perpindahan daya antar pandu

gelombang optik . Jika interferensinya saling menguatkan akan terbentuk

gelombang optik simetri dengan tetapan perambatan βb, dan ketika

interferensinya saling melemahkan maka akan terbentuk gelombang optik

asimetri dengan tetapan perambatannya βa.

Serat optik multimode dipilih sebagai bahan utama fiber coupler karena

memiliki gejala evanescent , yaitu penetrasi gelombang pada daerah selubung

cukup besar untuk moda-moda orde tinggi, sehingga transfer daya optik antara

serat optik cukup tinggi (Allard, 1990). Fiber coupler yang tersusun dari dua

buah serat optik mempunyai empat buah port dan disebut fiber coupler struktur

simetri 2 × 2. Skema fiber coupler struktur simetri 2 x 2 dari bahan serat optik

dengan metode fused diperlihatkan pada gambar 2.12 berikut.



24

Gambar 2.13. Fiber coupler struktur simetri 2 x 2 berbahan serat

optik dengan metode fused (Fernando, 2007).

Berdasarkan gambar 2.12 diatas, jika port Al bertindak sebagai port

masukan, dengan mengambil analogi teori moda terkopel untuk pandu

gelombang planar singlemode, maka sebagian berkas cahaya akan terkopel

menuju port keluaran B2 dengan rasio kopling (ratio coupling) tertentu saat

melewati daerah interaksi kopling sepanjang Lc. Berkas cahaya yang tidak

terkopel akan keluar menuju port A2. Rasio kopling ditentukan oleh panjang

daerah interaksi kopling

dan lebar gap antar core serat optik (g) yang

digabungkan. Akibat struktur penggabungan serat optik, sebagian kecil berkas

cahaya dipantulkan menuju port Al dan Bl. Rasio daya optik berkas cahaya

pantulan yang menuju port B I terbadap daya optik masukan disebut Crosstalk.

Proses kopling berkas cahaya diantara kedua serat optik menyebabkan rugi

(losses) akibat struktur fiber coupler. Rugi tersebut adalah rugi keluaran atau

excess loss yaitu fraksi daya optik keluaran terhadap daya optik masukan dan

rugi sisipan atau insertion loss yaitu fraksi daya optik pada port keluaran B2

terhadap daya optik masukan (Samian.dkk, 2008).

Parameter-parameter fiber coupler sebagai divais optik yang perlu

diketahui adalah couplingatio (CR),insertion loss (Lins) , excess loss (Le) dan



25

crosstalk (Ct). Dengan mengacu pada gambar 2.12 parameter-parameter

tersebut dituliskan dalam persamaan-persamaan sebagai berikut.

(2.10)

[

] (2.11)

*

+(2.12)

*

+ (2.13)

jika P1 = P2, maka nilai CR = 0.5, disebut coupler 3 dB (Fernando, 2007)

2.6 Tekanan ( p)

Secara umum tekanan didefinisikan sebagai gaya rata-rata (F) per satuan

luas (A) (Alonso and Finn, 1979). Perumusan tekanan dapat dinyatakan

dengan :

(2.14)

Tekanan harus dinyatakan sebagai satuan gaya dibagi dengan satuan luas.

Dalam satuan SI, tekanan diukur dalam newton per meter kuadrat atau ⁄ ,

untuk menghargai seorang ilmuwan Perancis bernama Blaise Pascal (1623-

1662), satuan tekanan ini dinamakan pascal (Pa) (Alonso and Finn, 1979).

Dalam satuan CGS satuannya adalah ⁄ .

Untuk kasus fluida, tekanan dipancarkan dengan kekuatan sama ke

semua arah dan bekerja tegak lurus pada suatu bidang. Dalam bidang datar



26

yang sama kekuatan tekan dalam suatu fluida akan sama (Ranald V.Giles,

1984). Tekanan yang disebabkan oleh zat cair diam sebanding dengan

kedalaman cairan dan massa jenisnya. Sebuah cairan akan berubah bentuk

sesuai dengan wadahnya, tetapi tidak akan termampatkan. Hal ini disebabkan

oleh cairan tersebut akan menggunakan gaya dari dasar wadah yang diberikan

pada cairan tepat diatas permukaan wadah cairan tersebut. Karena kontinuitas

alami cairan sebanding dengan gaya per satuan luasnya (tekanan). Tekanan

dalam cairan sebenarnya memiliki berat yang sebanding dengan

kedalamannya, karena gaya berat sebanding dengan kedalaman (Carl R Nave,

1985). Hal itu tentu sebanding pula dengan massa jenis cairan. Jika cairan

tersebut berada dalam bentuk ruang (volume) maka berat cairan tersebut

diperoleh :

(2.15)

dimana adalah massa jenis, g adalah percepatan gravitasi, h adalah

kedalaman cairan, dan A luas area dasar wadah cairan. Dari persamaan (2.14)

dan (2.15), diperoleh tekanan cairan dari dasar wadah adalah :

(2.16)

dimana tekanan cairan () adalah tekanan relatif terhadap tekanan udara yang

biasanya disebut sebagai tekanan gauge .

Persamaan (2.16) bukan suatu tekanan mutlak/absolut dari dasar wadah

karena tidak diperhitungkan adanya tekanan udara yang mempengaruhi cairan

tersebut. Tekanan mutlak adalah penjumlahan tekanan udara/atmosfir dengan

tekanan cairan yang memiliki persamaan sebagai berikut,



27

(2.17)

dengan , ρ, , dan h, masing-masing adalah tekanan atmosfir, kerapatan zat

cair, percepatan gravitasi, dan tinggi zat cair.

Dari pemaparan di atas, bila dapat dibuat suatu sensor yang dapat

mengukur tekanan hidrostatis pada dasar suatu tangki, maka dapat ditentukan

level ketinggian zat cair. Suatu membran elastis yang diletakkan pada sisi

samping dekat dasar tangki akan dapat mengalami tekanan hidrostatis.

Sehingga perubahan bentuk membran akibat tekanan hidrostatis di dasar tangki

dapat dimanfaatkan untuk sensor ketinggian zat cair.

2.7 Bensin

Bensin, atau Petrol (biasa disebut gasoline di Amerika Serikat dan

Kanada) adalah cairan bening, agak kekuning-kuningan. Bensin berasal dari

minyak mentah (crude oil) yang diproses melalui destilasi bertingkat, dimana

minyak mentah dipisahkan ke dalam kelompok-kelompok (fraksi) dengan titik

didih tertentu. Destilasi merupakan suatu proses pemisahan dua atau lebih

komponen zat cair berdasarkan pada titik didih. Secara sederhana destilasi

dilakukan dengan memanaskan/menguapkan zat cair lalu uap tersebut

didinginkan kembali agar menjadi cairan dengan bantuan kondensor. Dalam

proses destilasi, suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan

kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam destilasi,

campuran zat dididihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan

kembali kedalam bentuk cairan, zat yang memiliki titik didih rendah akan

http://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikat

http://id.wikipedia.org/wiki/Kanada

http://id.wikipedia.org/wiki/Kanada

http://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikat



28

menguap lebih dulu. Untuk mendapatkan senyawa bensin ini diperlukan

temperatur sekitar 70 – 140oC dalam proses destilasi (Suyanto, 2001).

Bensin tersusun atas gugus hidrokarbon yang bergantung dari jenis

bensin. Pada umumnya, bensin merupakan suatu campuran (blend ) dari hasil

pengilangan yang mengandung paraffin (CnH2n+2), naphthene (CnH2n-4) dan

aromatic (CnH2n-6) dengan perbandingan yang bervariasi (Suyanto, 2001)..

Karena tersusun atas gugus hidrokarbon ini, bensin dapat digunakan sebagai

pelarut, misal untuk cat, tinta,dll. Sebagai bahan bakar, bensin memiliki

bilangan oktan yang tergolong baik yakni sekitar 87 – 95 bergantung dari jenis

campuran yang ditambahkan di dalam bensin. Bilangan oktan adalah angka

yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bahan

bakar terbakar secara spontan. Semakin tinggi bilangan oktan yang dimiliki

suatu bahan bakar maka semakin baik kualitasnya. Di Indonesia, bensin

diperdagangkan dalam dua kelompok besar: campuran standar (premium), dan

bensin super (pertamax dan pertamax plus).

2.8 Oli (Pelumas)

Pelumas konvensional, umumnya terdiri atas 90% minyak dasar (crude

oil), hasil penyulingan minyak bumi, ditambah 10% campuran bahan kimia

aditif guna meningkatkan kinerjanya. Bahan kimia yang dipakai sebagai

campuran biasanya detergen (pembersih), antioksidasi dan Index Viscosity

Improver (campuran peningkat kekentalan). Penggabungan unsur-unsur itu

membentuk oli yang mampu melumasi mesin (Warsowiwoho ,dkk, 1984).

Berikut merupakan jenis oli berdasarkan penyusunnya :

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrokarbon

http://id.wikipedia.org/wiki/Pelarut

http://id.wikipedia.org/wiki/Bensin

http://id.wikipedia.org/wiki/Bensin

http://id.wikipedia.org/wiki/Pelarut

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrokarbon



29

- Oli Mineral

Oli mineral terbuat dari oli dasar (base oil) yang diambil dari

minyak bumi (crude oil) yang telah diolah dan disempurnakan serta

ditambah dengan zat - zat aditif untuk meningkatkan kemampuan dan

fungsinya.

- Oli Sintetis

Pada dasarnya, oli sintetis didesain untuk menghasilkan kinerja

yang lebih efektif dibandingkan dengan oli mineral. Pelumas sintetis,

sebagian besar atau seluruhnya terdiri atas bahan-bahan aditif.

Jumlahnya menentukan jenis oli sintetisnya. Oli sintetis penuh ( full

synthetic oil) mengandung 100% bahan aditif, yaitu minyak dasar

bahan kimia yang bukan dihasilkan dari penyulingan minyak bumi.

Sedangkan oli semi sintetis dibuat dengan menggunakan minyak dasar

bahan kimia yang dicampur dengan minyak mineral. Mengingat proses

pengolahannya tidak lagi mengandalkan minyak dasar, bahan kimia

yang banyak diaplikasi sebagai pengganti antara lain ester asam

berbasa dua, ester organo fosfat , ester -silikat, glicol-polialkilena,

silikon, klorida, dan fluor.

Minyak pelumas mesin atau yang lebih dikenal oli mesin memang banyak

ragam dan macamnya. Bergantung jenis penggunaan mesin itu sendiri yang

membutuhkan oli yang tepat untuk menambah atau mengawetkan usia pakai

(life time) mesin. Semua jenis oli pada dasarnya sama yakni sebagai bahan

pelumas agar mesin berjalan mulus dan bebas gangguan serta berfungsi sebagai

pendingin. Oli mengandung lapisan-lapisan halus, berfungsi mencegah



30

terjadinya benturan antar logam dengan logam komponen mesin seminimal

mungkin, mencegah goresan atau keausan mesin. Untuk beberapa keperluan

tertentu, aplikasi khusus pada fungsi tertentu, oli dituntut memiliki sejumlah

fungsi-fungsi tambahan. Mesin diesel misalnya, secara normal beroperasi pada

kecepatan rendah tetapi memiliki temperatur yang lebih tinggi dibandingkan

dengan mesin bensin.

http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_diesel

http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_bensin

http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_bensin

http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_diesel



31

BAB III

METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan dijelaskan tentang metode penelitian aplikasi multimode

fiber coupler sebagai sensor ketinggian permukaan bensin dan oli berbasis sensor

pergeseran yang meliputi waktu dan tempat dilaksanakannya penelitian, peralatan

dan bahan yang digunakan dalam penelitian, desain sensor, prosedur penelitian

dan pengambilan data, serta analisis data yang diperoleh dari penelitian.

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Kegiatan penelitian dilakukan selama sekitar enam bulan, dimulai bulan

September 2011 sampai dengan bulan Januari 2012 dan dilaksanakan di

Laboratorium Optik Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Airlangga.

3.2. Peralatan dan Bahan

Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Laser He-Ne.

Sumber cahaya yang digunakan adalah laser He-Ne dengan panjang

gelombang 632,8 nm dan daya keluaran 30 mW.

2. Atenuator

Atenuator ini berfungsi sebagai pereduksi intensitas dari laser He-Ne,

karena laser yang digunakan memiliki daya keluaran yang lebih besar

dibandingkan laser He-Ne biasa yang hanya memiliki tegangan keluaran

sebesar 1 mW.



32

3. Multimode Fiber Coupler .

Multimode Fiber coupler yang digunakan berstruktur 2 x 2 dari bahan

serat optik plastik berdiameter 1 mm (diameter core 960 µm, tebal

cladding 20 µm) dan panjang 50 cm. Nilai coupling ratio, directivity dan

exces loss dari Multimode Fiber coupler yang digunakan masing-masing

sebesar 0,25, 25 dB, dan 1,37 dB.

4. Mikrometer posisi (Uniphase)

Mikrometer posisi ini berfungsi untuk menggeser kanal sensing serat optik

Multimode Fiber coupler .

5. Tangki

Tangki ini dari bahan gelas berdiameter 5,7 cm dan tinggi 76 cm yang

dilengkapi dengan skala (skala terkecil 1 mm). Selain itu, tangki ini juga

dilengkapi dengan pipa sebagai tempat untuk mengikatkan membran yang

memiliki diameter 14,625 mm dan panjang 53,2 mm serta tangki ini juga

memiiki keran yang memudahkan saat proses pengurangan volume zat

cair di dalam tangki.

6. Membran berbahan Nitrile polymer

Membran ini berfungsi sebagai media yang mengalami tekanan hidrostatik

zat cair di dasar tangki. Membran yang dipakai merupakan sarung tangan /

gloves yang terbuat dari nitrile polymer yang diproduksi oleh PT. Harada

Indonesia yang memiliki ketebalan sebesar 80 µm.



33

7. Aluminium Foil

Aluminium Foil ini direkatkan pada permukaan membran yang berfungsi

sebagai reflektor /pemantul kembali sinar yang dipancarkan melalui

Multimode Fiber Coupler

8. Detektor OPT 101 ( Burr Brown).

Detektor OPT 101 merupakan foto detektor yang beroperasi baik pada

daya optik yang rendah dan mempunyai kepekaan yang tinggi pada daerah

dekat panjang gelombang cahaya merah. Detektor ini berfungsi untuk

mendeteksi perubahan daya optik cahaya pada port deteksi akibat

pergeseran cermin yang disebabkan oleh muai panjang logam aluminium.

9. Mikrovoltmeter tipe LH 53213

Mikrovoltmeter berfungsi untuk membaca tegangan keluaran detektor

optis OPT 101 saat terkena cahaya dari sumber cahaya.

10. Perangkat pendukung

Perangkat pendukung yang dibutuhkan berupa bangku optik, holder, serta

kabel-kabel pendukung.

Bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Bahan bakar Bensin / Premium

Bahan bakar bensin yang digunakan adalah bensin yang diproduksi oleh

Pertamina sebanyak 1,94 liter (≈ 2 liter). Secara umum bensin ini

memiliki massa jenis 0,68 kg/l.



34

2. Bahan Oli pelumas PRIMAXP

Bahan pelumas Oli yang digunakan adalah oli PRIMAXP untuk kendaraan

bermotor yang diproduksi PT. Pertamina sebanyak 1,94 liter (≈ 2 liter).

Oli PRIMAXP ini memiiki massa jenis 0,889 kg/l.

3.3 Prosedur Penelitian

3.3.1 Desain Sensor

Rancangan multimode fiber coupler sebagai sensor ketinggian zat cair

berdasarkan prinsip hidrostatis serta sensor pergeseran yang berbasis

modulasi intensitas diperlihatkan pada gambar berikut :

Gambar 3.1. Rancangan sensor level ketinggian (Samian dan Supadi, 2010)

Pada gambar tersebut, berkas cahaya masukan dari laser (Pin)

sebagian dipancarkan melalui kanal sensing (Pe) menuju membran yang

dilapisi bahan reflektor pada bagian tengahnya. Berkas cahaya pantulan dari

membran sebagian akan masuk kembali ke kanal sensing sebagai berkas

balik (Pb). Berkas balik tersebut kemudian sebagian akan terkopel menuju

ke kanal deteksi (Pd) dan terbaca oleh detektor optis. Besarnya daya optis



35

berkas balik bergantung pada posisi membran terhadap kanal sensing. Disisi

lain, tekanan zat cair pada bagian bawah tangki akan mendorong membran

menjadi lebih cembung, sehingga terjadi pergeseran permukaan pantul

membran terhadap kanal sensing (z), dalam hal ini jika diameter pipa tempat

membran berada jauh lebih kecil dari ketinggian zat cair, maka dapat

diasumsikan bahwa tekanan zat cair pada seluruh bagian membran

homogen. Kemudian, posisi permukaan membran tersebut akan

menyebabkan perubahan daya optis berkas balik. Seperti diketahui bahwa

tekanan zat cair bagian bawah tangki dipengaruhi oleh ketinggian zat cair.

Dengan demikian ketinggian zat cair dapat dideteksi melalui perubahan

daya optis yang terbaca pada detektor optis.

3.3.2 Pengambilan Data

Karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sensor level ketinggian

Sebelum melakukan pengambilan data, terlebih dahulu dilakukan

setup alat seperti gambar berikut

Gambar 3.2. Setup alat percobaan



36

Selanjutnya, mendekatkan mikrometer posisi berhimpit dengan membran,

sehingga diperoleh posisi awal mikrometer adalah 2,84 mm. Kemudian,

menggeser mundur mikrometer posisi hingga beberapa milimeter lalu

mengisi tangki dengan zat cair yang digunakan sampai dengan ketinggian

74 cm, yang pertama dimasukkan adalah oli. Setelah itu, menggeser

kembali mikrometer posisi sampai berhimpit dengan membran, sehingga

diperoleh posisi mikrometer setelah membran bergeser akibat tekanan oli

yakni 4,63 mm. Langkah berikutnya adalah menggeser mundur

mikrometer sejauh sejauh 0,27 mm, sehingga diperoleh posisi akhir

mikrometer sebesar 4,9 mm.

Gambar 3.3. Setup alat karakteristik multimode fiber coupler sebagai

sensor ketinggian permukaan

Setelah itu, proses karakterisasi multimode fiber coupler sebagai

sensor ketinggian permukaan dilakukan dengan memasukkan berkas



37

cahaya laser ke kanal masukan fiber coupler dan mencatat daya optis

berkas balik (akibat terpantul oleh permukaan membran) yang sebagian

terkopling pada kanal deteksi. Daya optis tersebut terbaca melalui

tegangan keluaran detektor optis (Vd) dan tertera pada mikrovoltmeter.

Selanjutnya, tegangan keluaran detektor optis dicatat setiap ketinggian

bahan diturunkan sebesar 5 mm. Ketinggian bahan dikurangi dengan cara

membuka keran tangki secara perlahan. Setelah ketinggian bahan turun 5

mm, keran ditutup dan tegangan keluaran detektor dicatat. Demikian

langkah tersebut dilakukan sampai ketinggian bahan 4 cm, yang mana

pada ketinggian ini merupakan batas bawah yang bisa diamati.

Setelah proses diatas, tangki dikosongkan sehingga tidak ada oli

yang tersisa di dalam tangki, selanjutnya mengisi kembali tangki dengan

bensin. Proses karakterisasi yang dilakukan sama dengan proses yang

dilakukan terhadap oli. Selanjutnya, kembali mengosongkan tangki dan

mengisinya dengan air yang kemudian dilakukan proses karakterisasi

sebagaimana dilakukan terhadap zat cair sebelumnya.

3.4 Metode Analisis Data

Karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sensor level ketinggian

Pengukuran ketinggian permukaan zat cair menggunakan multimode

fiber coupler merupakan pengembangan dari aplikasi sensor pergeseran

dengan modulasi intensitas terhadap tekanan hidrostatik oleh zat cair statis,

dimana setiap perubahan ketinggian menyebabkan perubahan tekanan

bagian dasar tangki yang berisi zat cair. Sehingga dari sini akan diperoleh



38

bahwa perubahan ketinggian akan mengakibatkan perubahan intensitas

sinar yang diterima detektor sebagai tegangan keluaran. Dari langkah yang

dilakukan akan didapatkan data perubahan keluaran tegangan detektor

terhadap perubahan ketinggian bensin, oli, dan air yang terbaca oleh

mikrovoltmeter, hasil tersebut ditampilkan pada tabel Lampiran 1.

Untuk mengetahui hubungan tegangan keluaran detektor terhadap

perubahan ketinggian, maka dilakukan plot data tegangan keluaran

detektor terhadap perubahan ketinggian. Dari grafik tersebut dicari daerah

yang diperkirakan merupakan daerah linier yang kemudian diuji dengan

menggunakan persamaan garis linier. Sehingga diperoleh koefisien

korelasi . Jika nilai koefisien korelasi semakin mendekati 1,

maka hubungan antara data ketinggian zat cair terhadap tegangan keluaran

detektor adalah linear. Linieritas tersebut merupakan syarat utama sensor

yang menunjukkan bahwa satuan yang di-sensing sebanding dengan satuan

keluaran dari sensor tersebut, dalam hal ini adalah tegangan keluaran

detektor sesuai dengan tinggi zat cair.



39

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bagian ini akan diperlihatkan hasil penelitian aplikasi multimode fiber

coupler sebagai sensor ketinggian permukaan dengan menggunakan tiga jenis

cairan, yaitu bensin, oli dan air. Penggunaan air dalam penelitian dimaksudkan

sebagai data pembanding selain yang diperoleh dari bensin dan oli. Data hasil

penelitian ini disajikan dalam bentuk plot data penelitian, analisis regresi linier

serta pembahasannya.

4.1 Hasil Penelitian

Hasil dari penelitian aplikasi multimode fiber coupler sebagai sensor

ketinggian permukaan bensin dan oli berbasis sensor pergeseran adalah

berupa data tegangan keluaran detektor sebagai fungsi ketinggian bensin,

oli, dan air. Data tersebut diperlihatkan pada Lampiran 1. Plot grafik data

tegangan keluaran detektor terhadap perubahan tinggi permukaan bensin,

oli, dan air dapat dilihat pada Gambar 4.1.



40

Gambar 4.1. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan

Ketinggian Permukaan Bensin, Oli, dan Air

4.2 Pembahasan

Dari grafik pada Gambar 4.1 menunjukkan rentang pengukuran

ketinggian yang dilakukan sebesar 4 cm – 74 cm. Batas bawah yang terukur

sebesar 4 cm dikarenakan pada rentang pengukuran 0 cm –

4 cm membran

tidak mengalami perubahan bentuk (cembung) sebab tekanan pada ketinggian

ini terlalu kecil sehingga tegangan keluaran detektor tidak mengalami

perubahan. Sedangkan batas atas sebesar 74 cm dikarenakan tangki yang

tersedia memiliki ketinggian tersebut. Dari grafik terlihat bahwa daerah dengan

ketinggian 4 cm – 74 cm, hubungan antara tegangan keluaran detektor antara

bensin, oli, dan air tidak linier. Hal tersebut tidak dapat dianalisis secara teoritis

karena hubungan antara tingkat kecembungan membran dengan daya optis

berkas cahaya pantulan dari membran yang terkopel ke fiber coupler belum

dapat dirumuskan. Namun, jika dikaitkan dengan sensor pergeseran

menggunakan fiber coupler dengan target cermin datar dalam hal ini

ditunjukkan oleh persamaan 2.1 terlihat bahwa hubungan antara daya optis

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

T e g a n g a n

K e l u a r a n

D e t

e k t o r ( V )

Tinggi (m)

Air

Oli

Bensin



41

berkas cahaya pantulan dari cermin yang terkopel ke fiber coupler tidaklah

linier, akan tetapi dari hasil eksperimen masih dapat ditemukan daerah yang

linier (Gambar 2.7). Dengan demikian, dapat dipahami grafik data hasil

eksperimen yaitu data tegangan keluaran detektor terhadap ketinggian bensin,

oli, dan air memiliki daerah yang linier. Untuk rentang ketinggian antara 4 cm

– 24 cm terdapat hubungan yang linier antara tegangan keluaran detektor

terhadap ketinggian bensin, oli, dan air yang hasilnya ditampilkan pada

Gambar 4.2, Gambar 4.3, dan Gambar 4.4. Untuk daerah linier yang lain yaitu

rentang ketinggian antara 24 cm – 74 cm juga terdapat hubungan yang linier

antara tegangan keluaran detektor dengan ketinggian bensin, oli, dan air yang

hasilnya ditampilkan pada Gambar 4.5, Gambar 4.6, dan Gambar 4.7.


Ketinggian Permukaan Bensin

y = 0.1309x + 0.0711R² = 0.9914

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.0 0.1 0.2 0.3

T e g a n g a n

k e l u a r a n

d e t e k t o r ( V )

Tinggi Bensin (m)

0.04 - 0.24 (m)

cm



42


Ketinggian Permukaan Oli


Ketinggian Permukaan Air

y = 0.1517x + 0.0721

R² = 0.9917

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.0 0.1 0.2 0.3

T e g a n g a n

k e l u a r a n

d e t e k t o r

( V )

Tinggi Oli (m)

0.04 - 0.24 (m)

y = 0.1762x + 0.065

R² = 0.993

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.0 0.1 0.2 0.3

T e g a n g a n

k e l u a r a n

d e t e k t o r

( V )

Tinggi Air (m)

0.04 - 0.21 (m)

cm



43


Ketinggian Permukaan Bensin

Gambar 4.6. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap PerubahanKetinggian Permukaan Oli

y = 0.2857x + 0.027

R² = 0.9943

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

T e g a n g a n

k e l u a r a n

d e t

e k t o r ( V )

Tinggi Bensin (m)

0.24 - 0.74 (m)

cm

y = 0.3851x + 0.0045

R² = 0.9923

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

T e g a n g a n

k e l u a r a n d

e t e k t o r

( V )

Tinggi Oli (m)

0.24 - 0.74 (m)



44


Ketinggian Permukaan Air

Pada plot grafik daerah linier tegangan keluaran detektor terhadap

ketinggian bensin, oli, dan air diatas, untuk ketinggian antara 4 cm – 24 cm

diperoleh persamaan regresi linier untuk bensin y = 0.1309x + 0.0711 dengan

koefisien korelasinya adalah R² = 0.9914, untuk oli diperoleh persamaan

regresi linier y = 0.1517x + 0.0721 dengan koefisien korelasinya adalah R² =

0.9917, dan untuk air diperoleh persamaan regresi linier y = 0.1762x + 0.065

dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.993. Sedangkan untuk ketinggian

24 cm – 74 cm, diperoleh persamaan regresi linier untuk bensin y = 0.2857x +

0.027 dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.9943, untuk oli diperoleh

persamaan regresi linier y = 0.3851x + 0.0045 dengan koefisien korelasinya

adalah R² = 0.9923, dan untuk air diperoleh persamaan regresi linier y =

0.3948x + 0.0117 dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.9951. Dari data

tersebut dapat diketahui bahwa nilai rata-rata koefisien korelasi mendekati

1 untuk tiga jenis zat cair, yang artinya hubungan antara tegangan keluaran

y = 0.3948x + 0.0117

R² = 0.9951

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

T e g a n g a n

k e l u a r a n

d e t e k t o r

( V )

Tinggi air (m)

0.21 - 0.70 (m)

cm



45

detektor terhadap perubahan tinggi permukaan adalah linier. Adanya linieritas

dari penelitian ini sangat penting, karena linieritas adalah persyaratan umum

sebuah sensor yang menjelaskan bahwa sensor dapat menghasilkan tegangan

keluaran detektor yang berubah secara kontinu sebagai tanggapan terhadap

tinggi permukaan zat cair sebagai masukan yang juga berubah secara kontinu.

Sehingga dapat dikatakan bahwa adanya linieritas dalam penelitian ini adalah

sebagai parameter keberhasilan dari penelitian sistem sensor ketinggian

permukaan zat cair ini. Semakin linier data hubungan antara tegangan keluaran

detektor terhadap perubahan tinggi permukaan zat cair, maka semakin baik

pula sensor tersebut.

Selain itu, dari hasil regresi linier di atas didapatkan bahwa daerah

dengan rentang ketinggian antara 4 cm – 24 cm memiliki sudut kemiringan

grafik (slope) lebih kecil dibandingkan daerah dengan rentang ketinggian

antara 24 cm –

74 cm. Dalam hal ini sudut kemiringan grafik (slope) dapat

diartikan sebagai sensitivitas dari sensor. Sensitivitas sensor adalah

kemampuan sensor untuk mendeteksi perubahan keluaran dibandingkan satuan

perubahan masukan. Sensitivitas akan menunjukkan seberapa jauh kepekaan

sensor terhadap kuantitas yang diukur. Semakin besar nilai sensitivitas sebuah

sensor, maka semakin peka sensor tersebut terhadap masukannya, sehingga

semakin baik pula kualitas sensor tersebut. Dengan demikian, daerah dengan

rentang ketinggian antara 24 cm – 74 cm dipilih karena memiliki sensitivitas

yang besar serta rentang daerah 24 cm – 74 cm merupakan daerah kerja sensor.

Nilai sensitivitas sensor dapat diketahui dari gradien persamaan garis linier

yang sudah diperoleh pada Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7. Dari



46

persamaan tersebut diperoleh nilai sensitivitas sensor untuk bensin sebesar

0.2857 V/m, untuk oli sebesar 0.3851 V/m, dan untuk air sebesar 0.3948 V/m.

Artinya jika detektor dan mikrovoltmeter yang digunakan mampu membaca

perubahan tegangan sebesar 1 mV, maka sensor memiliki kemampuan

mendeteksi perubahan ketinggian permukaan sebesar 3,50 mm untuk bensin,

untuk oli 2,59 mm, dan untuk air 2,53 mm.

Dari Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7, selain menunjukkan

karakteristik membran yang dipengaruhi oleh ketinggian zat cair, juga

menunjukkan karakteristik membran yang dipengaruhi oleh 3 jenis zat cair

yang memiliki massa jenis berbeda. Antara tiga jenis zat cair yang dipakai

yakni bensin, oli dan air dengan massa jenis masing – masing 0,68 kg/l, 0,889

kg/l dan 1 kg/l, zat cair dengan massa jenis tinggi akan memiliki pola

kemiringan grafik yang lebih tajam dibandingkan dengan zat cair dengan

massa jenis lebih rendah. Hal ini sesuai dengan perumusan tekanan pada

persamaan 2.16, yakni tekanan selain dipengaruhi oleh ketinggian zat cair juga

dipengaruhi oleh massa jenis zat cair, yang berarti bahwa semakin besar massa

jenis zat cair maka tekanan pada dasar tangki juga akan semakin tinggi. Hal ini

diperlihatkan juga pada grafik Gambar 4.5, Gambar 4.6, dan Gambar 4.7, yang

menunjukkan pada ketinggian 24 cm –

74 cm dari ketiga jenis zat cair yang

dipakai, air memiliki pola grafik dengan sudut kemiringan yang lebih tinggi,

kemudian oli dan bensin.

Dari pembahasan diatas juga dapat diketahui nilai resolusi dari sistem

sensor ketinggian permukaan ini. Nilai resolusi sistem sensor adalah satuan

ukuran terendah yang dapat dibaca oleh sensor, dalam hal ini adalah satuan



47

tinggi permukaan terkecil yang terbaca oleh sensor. Untuk bensin, oli, dan air

memiliki nilai resolusi yang sama yakni 0,5 cm.

Karakterisasi pada penelitian ini dilakukan untuk mencari parameter-

parameter sensor sebagaimana dijelaskan sebelumnya. Nilai-nilai tersebut

dapat dirangkum yang ditampilkan pada tabel 4.2.

Tabel 4.1. Karakteristik Multimode Fiber Coupler sebagai Sistem Sensor

Ketinggian Permukaan.

ZatCair

Resolusi()

Rentang

pengukuran

()

Daerah Linier()

Sensitivitas( )

Bensin 0, 5 4 – 74 24 - 74 28.57

Oli 0, 5 4 – 74 24 - 74 38.51

Air 0, 5 4 – 74 21 – 70 39.48

berdasar pada Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa sensor ketinggian

permukaan dengan memanfaatkan multimode fiber coupler sangat baik

diaplikasikan sebagai sistem sensor.

Selain itu, dalam perancangan sistem sensor ini juga tidak terlepas dari

peran membran yang digunakan yakni membran yang terbuat dari bahan nitrile

polymer . Membran ini terbukti tahan atau resistif terhadap bensin, dimana

pada kebanyakan polymer biasanya tidak tahan terhadap bensin yang ketika

berinteraksi dengan bensin akan mengalami kerusakan struktur pada bahan

tersebut sehingga terjadi pemelaran atau paling buruk adalah bahan/material

polymer tersebut akan hancur. Disamping itu, sifat elastisitas membran juga

berpengaruh terhadap respon ketinggian zat cair. Membran dengan elastisitas

tinggi hanya akan sangat responsif untuk tekanan yang rendah, sebaliknya



48

membran dengan elastisitas rendah hanya akan sangat responsif terhadap

tekanan yang tinggi. Hal ini tentunya diakibatkan oleh sifat yang dimiliki oleh

bahan/material membran tersebut.



49

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan eksperimen, hasil, dan pembahasan yang telah dilakukan

dalam penelitian “Aplikasi Multimode Fiber Coupler Sebagai Sensor

Ketinggian Permukaan Bensin Dan Oli Berbasis Sensor Pergeseran”,

dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Dengan memanfaatkan prinsip hidrostatik dan sensor pergeseran yang

menggunakan Multimode fiber coupler dan membran berbahan nitrile

polymer dapat dikonstruksi sensor ketinggian permukaan bensin dan oli.

Hal ini ditunjukkan dengan kemampuan sensor yang dapat men-sensing

perubahan ketinggian sebagai input dan merubahnya menjadi tegangan

keluaran detektor sebagai output .

2. Sensor ketinggian permukaan dengan memanfaatkan multimode fiber

coupler dan membran berbahan nitrile polymer memililki nilai resolusi

sebesar 0,5 cm, jangkauan 4 cm – 74 cm, dan daerah linier sebesar 24

cm – 74 cm serta nilai sensitivitas sensor untuk bensin dan oli masing –

masing sebesar 28.57 () dan 38.51 ().

5.2 Saran

Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik disarankan bahwa:

1. Membran yang digunakan harus sesuai dengan sampel, sehingga dipilih

material membran yang tidak berinteraksi dengan sampel



50

2. Sebaiknya memilih membran dengan elastisitas sesuai dengan

ketinggian yang diinginkan, untuk ketinggian yang besar sebaiknya

dipilih membran dengan elastisitas rendah dan sebaliknya untuk

ketinggian yang rendah dipilih membran dengan elastisitas tinggi,

dikarenakan elastisitas membran dapat mempengaruhi respon sensor

terhadap perubahan ketinggian sampel



DAFTAR PUSTAKA

Allard, F., 1990, Fiber Optic Handbook , Mc Graw Hill, New York.

Alonso, Marcelo, Edward J.Finn, 1979, Dasar-Dasar Fisika Universitas Edisi

Kedua Jilid 1 Mekanika Dan Termodinamika, hal 322-323,

Erlangga:Jakarta

Binu, S. V.P. Mahadevan Pillai, N. Chandrasekaran, 2007, Fiber Optic

Displacement Sensor for Measurement Amplitude and Frequency of

Vibration, Optic & Laser Technology, 39:1537 – 1543 . University of

Kerala, Kariavattom, Thiruvananthapuram 695 581, Kerala, India

Bongsoo, LEE, Gye Rae, Soon-Cheol CHUNG and Jeong Han Yi., 2005, JournalKorean Physical Society.

C. D. Singh and Karan Singh, 2001, Optical and Quantum Electronic

C. Vázquez, A.B. Gonzalo, S. Vargas, J. Montalvo, 2004, Multi-sensor System

Using Plastic Optical Fibers For Intrinsically Safe Level

Measurements, Sensors and Actuators, A 116: 22 – 32. Universidad

Carlos III Madrid Avenida Universidad 30, Leganés, Madrid

28911,Spain

Carr, Joseph J. and John M. Brown, 2010, Introduction to Biomedical Equipment

Technology, Third Edition, Prentice Hall Inc., A Pearson Education

Company, Upper Saddle River, New Jersey 07458.

D. Inaudi, B. Glisic, 2005, Field Applications of Fiber Optic Strain and

Temperature Monitoring Systems, The 1st International Workshop on

Opto-electronic Sensor-based Monitoring in Geo-engineering (1st

OSMG-2005), Pages 93-102, Nanjing, China.

Fernando, X. 2007, Adroit Group, Lecture Handout : WDM Concept and

Component, Ryerson University.

Giles, Ranald V, 1984. Mekanika Fluida & Hidrolika. Penerbit Erlangga, Jakarta.

Hossein Golnabi, 2004, Design and Operation of A Fiber Optic Sensor For Liquid

Level Detection, Optics and Lasers in Engineering, 41: 801 – 812 .

Sharif University of Technology, Tehran, Iran

Ismiatun, 2011, Aplikasi multimode Fiber Coupler Sebagai Sistem Sensor Suhu

dengan Menggunakan Probe Aluminium, Skripsi S-1, Universitas

Airlangga, Surabaya.



Karyono, Iwan Yudi, 2008, Analisa Aliran Berkembang Penuh Dalam Pipa,

Universitas Indonesia.

Keiser, G, 1991, Optical Fiber Communication, Mc Graw Hill Book Co.

Krohn, D.A, 2000, Fiber Optic Sensor, Fundamental and Application, 3rd

, ISA,

New York.

Kyung-Rak Sohn, Joon-Hwan Shim, 2009, Liquid-Level Monitoring Sensor

Systems Using Fiber Bragg Grating Embedded In Cantilever, Sensors

and Actuators, A 152: 248 – 251, Korea Maritime University,

Dongsan-Dong, Youngdo-Gu, Busan 606-791, South Korea.

Laud, B.B, Penterjemah : Susanto, 1988, Laser dan Optik Non Linier , Penerbit

Universitas Indonesia, Jakarta.

Lomer, M., J. Arrue , C. Jauregui, P. Aiestaran, J. Zubia, J.M. L´opez-Higuera,

2007, Lateral Polishing of Bends In Plastic Optical Fibres Applied to

A Multipoint Liquid-Level measurement sensor, Sensors and

Actuators, A 137: 68 – 73, Spain.

Nave, Carl. R, 1985, Physics for The Health Sciences 3rd

Edition, Saunders

Company : Philadelphia.

Negara, Anugrah P., Ashariyanto, Rudy, 2009, Aplikasi Gelombang Ultrasonik

Untuk Mengukur Level Ketinggian Air , Institut Teknologi Sepuluh

Nopember, Surabaya.

Pekka Raatikainen , Ivan Kassamakov , Roumen Kakanakov , Mauri Luukkala,

1997, Fiber-Optic Liquid-Level Sensor, Sensors and Actuators, A 58:

93 – 97, Bulgarian Academy of Science, Institute of Applied Physics,

Plovdiv, Bulgaria.

Reza, S. A., N. A. Riza, 2010, Agile Lensing-Based Non-Contact Liquid Level

Optical Sensor For Extreme Environments, Optics Communications,

283: 3391 – 3397, The College of Optics & Photonics University of

Central Florida, 4000 Central Florida Boulevard, Orlando, FL 32816-

2700, USA.

Rohman, M. Nurur, 2011, Rekonstruksi Numerik Holografi Digital, Skripsi S-1,

Universitas Airlangga, Surabaya.

Samian dan Supadi, 2010, Sensor Ketinggian Air Menggunakan Multimode Fiber

Coupler, Departemen Fisika,Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Airlangga, Surabaya

Samian, 2008, Direction Coupler Sebagai Sensor Pergeseran Mikro, Prosiding

Seminar Nasional Aplikasi Fotonika, Surabaya.



Samian, 2010, Performansi Multimode Fiber Coupler Dengan Parameter

Coupler Berbeda Sebagai Sensor Pergeseran, Jurnal Ilmu Dasar. 11

(2): 83 – 186.

Samian, Gatut Yudoyono, 2010, Aplikasi Multimode Fiber Coupler sebagaiSensor Temperatur, Jurnal Fisika da Aplikasinya, 6 (100104):1 – 4.

Samian, Yono Hadi Pramono, Ali Yunus Rohedi, Febdian Rusydi, AH Zaidan,

2009, Theoretical and Experimental Study of Fiber-Optic

Displacement Sensor Using Multimode Fiber Coupler. Journal of

Optoelectronics and Biomedical Materials, 1 (3): 303 – 308 .

Sharon,D., William, D. C., 1982, Sensor and Tranducer,

http://journal.mercubuana.ac.id/data/Sensor%20&%Tranduser.pdf.

Diakses pada tanggal 27 Juli 2011.

Sirohi, RS., 1985, A Course of Experiments With He- Ne Laser , Wiley Eastern

Limited, New Delhi.

Sklodowski, M., 2003. Theory and Aplication of Fiber Optics Sensor to

Settlement of Historical Structure, Proceeding AMAS Workshop,

Jadwisun, 291-299.

Suyanto, 2001. Bahan Bakar dan Minyak Lumas, Sekolah Tinggi Perikanan,

Jakarta.

Warsowiwoho dan Gandhi Harahap, 1984. Bahan Bakar, Pelumas, Pelumasan dan

Servis, Pradnya Paramita, Jakarta.



LAMPIRAN 1

Data karakterisasi multimode fiber coupler sebagai sistem sensor ketinggian

permukaan

Tinggi (m)Oli Air Bensin

Tegangan (V) Tegangan (V) Tegangan (V)

0.040 0.080 0.074 0.077

0.045 0.080 0.074 0.078

0.050 0.081 0.075 0.079

0.055 0.081 0.075 0.079

0.060 0.082 0.076 0.079

0.065 0.082 0.077 0.080

0.070 0.083 0.077 0.081

0.075 0.084 0.077 0.081

0.080 0.084 0.079 0.082

0.085 0.085 0.080 0.082

0.090 0.085 0.081 0.083

0.095 0.086 0.081 0.083

0.100 0.087 0.082 0.084

0.105 0.088 0.083 0.084

0.110 0.088 0.084 0.085

0.115 0.089 0.084 0.085

0.120 0.090 0.085 0.086

0.125 0.090 0.086 0.087

0.130 0.091 0.087 0.088

0.135 0.092 0.088 0.088

0.140 0.093 0.089 0.089

0.145 0.093 0.090 0.089

0.150 0.094 0.091 0.090

0.155 0.095 0.092 0.091

0.160 0.095 0.093 0.092

0.165 0.096 0.094 0.092

0.170 0.097 0.095 0.092

0.175 0.098 0.096 0.093

0.180 0.099 0.097 0.094

0.185 0.100 0.098 0.095

0.190 0.100 0.099 0.096

0.195 0.101 0.100 0.096

0.200 0.103 0.101 0.097

0.205 0.104 0.102 0.098

0.210 0.105 0.103 0.099

0.215 0.105 0.105 0.100





0.220 0.106 0.106 0.101

0.225 0.107 0.107 0.102

0.230 0.108 0.108 0.102

0.235 0.109 0.110 0.103

0.240 0.110 0.111 0.103

0.245 0.111 0.112 0.104

0.250 0.112 0.114 0.105

0.255 0.113 0.115 0.106

0.260 0.115 0.116 0.107

0.265 0.116 0.117 0.108

0.270 0.117 0.119 0.109

0.275 0.118 0.120 0.1100.280 0.119 0.122 0.111

0.285 0.120 0.124 0.112

0.290 0.121 0.125 0.113

0.295 0.122 0.126 0.114

0.300 0.124 0.128 0.115

0.305 0.125 0.130 0.117

0.310 0.126 0.131 0.118

0.315 0.127 0.132 0.119

0.320 0.129 0.135 0.120

0.325 0.130 0.137 0.121

0.330 0.131 0.138 0.122

0.335 0.133 0.140 0.123

0.340 0.134 0.141 0.124

0.345 0.135 0.143 0.125

0.350 0.136 0.145 0.126

0.355 0.138 0.147 0.127

0.360 0.140 0.149 0.129

0.365 0.141 0.150 0.130

0.370 0.143 0.153 0.1310.375 0.144 0.155 0.132

0.380 0.146 0.157 0.133

0.385 0.147 0.158 0.135

0.390 0.149 0.161 0.136

0.395 0.150 0.162 0.138

0.400 0.152 0.165 0.139

0.405 0.154 0.167 0.140

0.410 0.156 0.169 0.141

0.415 0.158 0.172 0.142

0.420 0.160 0.174 0.144





0.425 0.161 0.176 0.145

0.430 0.163 0.178 0.146

0.435 0.165 0.180 0.147

0.440 0.167 0.183 0.149

0.445 0.170 0.185 0.150

0.450 0.172 0.188 0.151

0.455 0.173 0.190 0.153

0.460 0.176 0.192 0.154

0.465 0.177 0.195 0.156

0.470 0.179 0.197 0.157

0.475 0.181 0.199 0.158

0.480 0.183 0.202 0.1600.485 0.186 0.204 0.162

0.490 0.188 0.206 0.163

0.495 0.189 0.207 0.165

0.500 0.192 0.212 0.166

0.505 0.195 0.214 0.168

0.510 0.197 0.216 0.169

0.515 0.199 0.218 0.171

0.520 0.201 0.221 0.172

0.525 0.204 0.223 0.174

0.530 0.206 0.225 0.175

0.535 0.208 0.227 0.178

0.540 0.211 0.229 0.179

0.545 0.213 0.231 0.181

0.550 0.215 0.233 0.182

0.555 0.217 0.235 0.183

0.560 0.220 0.237 0.185

0.565 0.222 0.239 0.187

0.570 0.225 0.241 0.188

0.575 0.226 0.243 0.1900.580 0.228 0.245 0.192

0.585 0.232 0.248 0.193

0.590 0.233 0.249 0.195

0.595 0.236 0.252 0.196

0.600 0.238 0.253 0.197

0.605 0.240 0.255 0.200

0.610 0.242 0.256 0.201

0.615 0.244 0.258 0.203

0.620 0.247 0.260 0.205

0.625 0.249 0.261 0.206





0.630 0.251 0.263 0.208

0.635 0.253 0.264 0.211

0.640 0.255 0.266 0.212

0.645 0.257 0.267 0.214

0.650 0.259 0.268 0.216

0.655 0.261 0.269 0.217

0.660 0.263 0.271 0.218

0.665 0.265 0.272 0.220

0.670 0.266 0.273 0.221

0.675 0.268 0.275 0.223

0.680 0.270 0.276 0.224

0.685 0.271 0.277 0.2260.690 0.273 0.278 0.228

0.695 0.275 0.279 0.229

0.700 0.277 0.280 0.230

0.705 0.278 0.281 0.232

0.710 0.281 0.282 0.233

0.715 0.281 0.282 0.234

0.720 0.284 0.283 0.236

0.725 0.285 0.284 0.237

0.730 0.287 0.284 0.239

0.735 0.288 0.285 0.240

0.740 0.291 0.285 0.241



LAMPIRAN 2

Data Spesifikasi Oli PRIMAXP Hasil Produksi PT. PERTAMINA

PRIMA XP SAE 20W-50

skripsi hadi (080810459)

Documents