1

BAB I

PENDAHULUANManusia memiliki sesuatu yang unik (khas) yang hanya dimiliki oleh dirinya sendiri. Ini menimbulkan gagasan untuk

menjadikan keunikan tersebut sebagai identitas diri. Teknologi yang dapat mendukung hal tersebut yaitu biometrik.

Biometrik adalah metode untuk mengindentifikasi atau mengenali seseorang berdasarkan karakteristik fisik atau

perilakunya. Beberapa jenis biometrik yaitu, sidik jari, pola wajah, pola suara hingga lapisan iris dari mata.

Fingerprint merupakan struktur genetika berbentuk rangka yang sangat detail pada diri manusia dan tidak dapat dihapus

atau diubah sampai kapanpun. Fingerprint adalah simbol yang menandakan bahwa tidak ada pribadi yang sama di dunia

ini, bahkan untuk kembar identik sekalipun. Pada zaman sekarang, sidik jari dimanfaatkan untuk identifikasi absesensi.

Alat absensi fingerprint adalah suatu metode baru yang saat ini telah berkembang menggunakan mesin dengan bantuan

software untuk mengisi data kehadiran suatu komunitas atau instansi yang menggunakannya. Alat absensi ini mempunyai

beberapa teknik pembacaan sidik jari yaitu, dengan menggunakan sensor kapasitif.

Oleh karena itu penulis tertarik untuk mebahas tentang penggunaan sensor kapasitor pada mesin absensi digital tersebut.

Dimana konsep fisika yang terkait tentang kapasitor plat sejajar.

Tujuan dari penulisan makalah ini yaitu untuk mengetahui secara mendalam tentang aplikasi dari kapasitor sebagai

sensor. Adapun manfaat dari penulisan makalah ini yaitu agar kita sebagai mahasiswa fisika mengetahui bentuk dari

2

penggunaan sensor kapasitif dalam kehidupan sehari-hari, serta untuk menyelesaikan salah satu tugas yang diberikan oleh

dosen pada mata kuliah seminar fisika.

3

BAB II

KAJIAN TEORITIS

A. Pengertian Sensor

Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur sesuatu,

yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan

kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Variabel keluaran dari sensor yang

diubah menjadi besaran listrik disebut transduser. Hampir seluruh peralatan

elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut

telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang

sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.

Sensor merupakan penggabungan dari beberapa media atau perangkat

elektronik yang tentunya juga terdiri dari komponen-komponen elektronika

untuk membuat sensor tersebut menjadi bekerja. Sistem kerja sensor ini juga

bermacam-macam tergantung ke tipe isyarat dari sensor tersebut. Fenomena fisik

yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi

temperatur, tekanan, gaya, medan magnet cahaya, pergerakan dan sebagainya.

B. Persyaratan Umum dari Sensor

Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan harus memenuhi

persyaratan-persyaratan sebagai berikut :

1. Linearitas

Konversi harus benar – benar proporsional, jadi karakteristik konversi harus

linear.

2. Tidak tergantung pada temperatur

4

Kekurangan konverter tidak boleh tegantung pada temperatur di

sekelilingnya,   kecuali sensor suhu

3. Kepekaan

Kepekaan harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang

ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.

4. Waktu tanggapan

Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk

mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara  mendadak.

Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat

sensor tersebut berubah.

5. Batas frekuensi terendah dan tertinggi

Batas – batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan

tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar.  Pada

kebanyakan aplikasi diisyaratkan bahwa frekuensi terendah adalah 0Hz.

6. Stabilitas waktu

Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran

(output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.

7. Histerisis

Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada

sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat

memberikan keluaran yang berlainan.

C. Jenis–jenis Sensor1. Sensor cahaya

Sensor cahaya (fotovoltaic) ialah alat sensor cahaya yang mengubah

energi cahaya langsung jadi energi listrik yang biasanya memanfaatkan

cahaya matahari. Sensor cahaya yang paling mudah ditemukan dan

digunakan adalah LDR (Light Dependent Resistor), yakni resistor khusus

yang nilai hambatannya dapat berubah sesuai dengan intensitas cahaya.

5

Jika cahaya makin terang (intensitas cahaya naik), Nilai hambatan LDR

mengecil. Sebaliknya, bila intensitas cahayanya berkurang, nilai hambatan

LDR akan membesar. 

2. Sensor Suhu

Komponen Elektronika untuk keperluan pengukuran suhu yang paling

mudah ditemukan adalah NTC (Negative Temperature Coefficient) dan

PTC (Positive Temperature Coefficient). Keduanya adalah resistor yang

hambatannya dapat berubah sesuai dengan suhu di sekitarnya.

3. Sensor Mekanis

Sensor mekanis digunakan untuk mendeteksi posisi, pergerakan,

kecepatan, atau tekanan pada suatu benda. Contohnya adalah strain gauge

dan bourdon tube (untur mengukur tekanan) potensiometer (untuk

mengukur sudut putaran), dan load cell (untuk mengukur gaya). Pada strain

gauge, tekanan yang dikenakan pada sensor akan mengubah nilai

hambatannya. Dengan demikian, bila hambatannya berubah, tegangan yang

terbaca oleh sensor ini akan berubah sesuai besarnya tekanan yang

diberikan.

4. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah komponen yang kerjanya didasarkan prinsip

dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk

menafsirkan eksistensi sebuah benda spesifik yang ada dalam frekuensinya.

Sensor ultrasonik bekerja dengan cara memancarkan suatu gelombang dan

kemudian menghitung waktu pantulan gelombang tersebut

Frekuensi kerja yang digunakan dalam gelombang ultrasonik

bervariasi tergantung pada medium yang dilalui, mulai dari kerapatan

rendah pada fasa gas, cair hingga padat.

6

5. Sensor Kapasitif

Sensor kapasitif merupakan sensor elektronika yang bekerja

berdasarkan konsep kapasitif. Sensor ini bekerja berdasarkan perubahan

muatan energi listrik yang dapat disimpan oleh sensor akibat perubahan

jarak lempeng, perubahan luas penampang dan perubahan volume

dielektrikum sensor kapasitif tersebut. Konsep kapasitor yang digunakan

dalam sensor kapasitif adalah proses menyimpan dan melepas energi

listrik dalam bentuk muatan-muatan listrik pada kapasitor yang

dipengaruhi oleh luas permukaan, jarak dan bahan dielektrikum. Sifat

sensor kapasitif yang dapat dimanfaatkan dalam proses pengukuran.

Gambar 2.1 Sensor Kapasitif

Sensor kapasitif terdiri dari komponen utama 2 plat sebagai elektroda

yaitu sensing elektroda dan referensi elektroda.

Hukum Gauss untuk medan listrik,

(pers. 1)

Dengan σ itu adalah rapat muatan per satuan luas,

7

(pers .2) Sehingga persamaan untuk medan listrik di dalam kapasitor,

Q = E.A.ε (pers. 3)

Maka hubungan beda potensial dan medan listriknya seperti persamaan di bawah ini,

V = E.d (pers. 4)

Kontruksi sensor kapasitif yang digunakan berupa dua buah lempeng

logam yang diletakkan sejajar dan saling berhadapan. Jika diberi beda

tegangan antara kedua lempeng logam tersebut, maka akan timbul

kapasitansi antara kedua logam tersebut. Nilai kapasitansi yang

ditimbulkan berbading lurus dengan luas permukaan lempeng logam,

berbanding terbalik dengan jarak antara kedua lempeng dan berbading

lurus dengan zat antara kedua lempeng tersebut (dielektrika), seperti

ditunjukkan oleh persamaan berikut :

(pers. 5)

(pers. 6)

Dimana : ε0 = permitivitas ruang hampa (8,85 pF/m)

εr = permitivitas relativ (udara = 1)

A = luas plat/lempeng dalam (m2 )

d = jarak antara plat /lempeng dalam (m)

E = medan listrik

8

V = beda potensial

σ = rapat muatan

Sifat sensor kapasitif yang dimanfaatkan dalam pengukuran yaitu:

a. Jika luas permukaan dan dielektrika (udara) dalam dijaga konstan,

maka perubahan nilai kapasitansi ditentukan oleh jarak antara kedua

lempeng logam.

b. Jika luas permukaan dan jarak kedua lempeng logam dijaga konstan

dan volume dilektrikum dapat dipengaruhi makan perubahan

kapasitansi ditentukan oleh volume atau ketinggian cairan elektrolit

yang diberikan.

c. Jika jarak dan dielektrikum (udara) dijaga konstan, maka perubahan

kapasitansi ditentukan oleh luas permukaan kedua lempeng logam yang

saling berdekatan.

BAB III

9

PEMBAHASAN

A. Pola Fingerprint (Sidik Jari)

Secara umum, sidik jari (fingerprint) dapat dibedakan menjadi beberapa tipe

menurut Henry dikelompokkan menjadi loop pattern, whorl pattern dan arch

pattern. Hampir 2/3 manusia memiliki sidik jari dengan loop pattern, 1/3

lainnya memiliki sidik jari dengan whorl pattern, dan hanya 5-10% yang

memiliki sidik jari dengan arch pattern. Pola-pola sidik jari seperti inilah yang

digunakan untuk membedakan sidik jari secara umum. Namun untuk mesin

pembaca sidik jari, pembedaan seperti ini tidaklah cukup. Karena itulah mesin

absensi fingerprint dilengkapi dengan metode pengenalan lain yang disebut

minutiae.

Gambar 3.1 Arch Pattern

Gambar 3.2 Whorl Pattern

10

Gambar 3.3 Loop Pattern

Minutiae sebenarnya merupakan rincian sidik jari yang tidak penting bagi

kita, tetapi bagi sebuah mesin sidik jari itu adalah sesuatu detil yang sangat

diperhatikan.

Gambar 3.4 Pola Jari

Minutiae pada sidik jari adalah titik-titik yang mengacu kepada crossover

(persilangan dua garis), core (putar-balikan sebuah garis), bifurcation

(percabangan sebuah garis), ridge ending (berhentinya sebuah garis), island

(sebuah garis yang sangat pendek), delta (pertemuan dari tiga buah garis yang

membentuk sudut) dan pore (percabangan sebuah garis yang langsung diikuti

dengan menyatunya kembali percabangan tersebut sehingga membentuk sebuah

lingkaran kecil). Mesin absensi fingerprint akan mencari titik-titik ini dan

membuat pola dengan menghubung-hubungkan titik-titik ini. Pola yang didapat

dengan menghubungkan titik-titik inilah yang akan digunakan untuk melakukan

pencocokan bila ada jari yang menempel pada mesin fingerprint. Jadi, mesin

11

fingerprint tidak mencocokan pola yang didapat dari minutiae-minutiae ini.

Mesin fingerprint bekerja dengan mengambil gambar dari sidik jari tersebut.

Banyak cara dapat dilakukan untuk mengambil gambar fingerprint tersebut

namun metode umum yang dilakukan adalah dengan sensor kapasitif.

B. Mekanisme Kerja Sensor Kapasitif Dalam Teknik Pembacaan Pada Mesin Fingerprint.

Sensor kapasitif bekerja berdasarkan prinsip pengukuran kapasitansi dari

material yang dipindai. Material tersebut bisa besi, baja, alumunium, tembaga,

kuningan dan air. Pemindai kapasitif menggunakan arus listrik untuk mengukur

besarnya kapasitas. Kumparan sisi aktif dari sensor kapasitif yang dibentuk oleh

dua elektroda logam agak mirip dengan kapasitor terbuka. Pada saat target

mencapai sisi sensor, target memasuki medan elektrostatis yang dibentuk oleh

elektroda-elektroda. Ini menyebabkan kenaikan kapasitansi rangkaian.

Gambar 3.5 Mesin Absensi Fingerprint

12

Gambar 3.6 Sensor Kapasitif Sederhana

. Sensor kapasitif dibuat dari beberapa chip semikonduktor pada sebuah sel

yang tipis. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6 di atas, masing-masing sensor

terdiri dari susunan sel. Sel-sel ini memiliki dua pelat konduktor, yang ditutupi

dengan lapisan isolasi. Dengan demikian, mereka membentuk sebuah kapasitor

sederhana yang digunakan untuk menyimpan muatan. Sel-sel yang sangat kecil

dari ukuran sebenarnya mereka akan lebih kecil lagi daripada lebar punggung jari

kita. Sensor ini kemudian akan dihubungkan ke integrator. Output dari integrator

akan diberikan ke masukan penguat operasional pembalik. Op-amp ini terdiri

dari ratusan transistor, resistor dan kapasitor. Op-amp berfungsi mengubah

tegangan input terhadap tegangan referensi yang diberikan kepada input lain.

Ketika jari ditempatkan untuk diidentifikasi, ia bertindak sebagai kapasitor pelat

lain. Hal ini dipisahkan dengan bantuan lapisan isolasi. Ketika menggerakkan jari

dari satu titik ke titik lain, kapasitansi berubah karena adanya variasi jarak antara

plat kapasitor. Dengan demikian, tegangan output dicatat dengan perubahan

tegangan output sesuai dengan penampilan ridge dan valley. Sebuah gambar

13

output yang sempurna dari sidik jari demikian diperoleh. Karena adanya ridge

(gundukan) dan valley (lembah) pada sidik jari, maka kapasitas dari kapasitor

masing-masing orang akan berbeda.

Setelah mesin fingerprint menyimpan image atau gambar yang diambil,

mesin kemudian melakukan searching minutiae atau mencari titik-titik minutiae.

Gambar 3.7 Mencari Minutiae

Gambar 3.8 Sebelum Cocok

Gambar 3.9 Minutiae Cocok

14

Gambar 3.10 Hasil Cocok

Jika mesin fingerprint mendapat pola yang sama berarti proses identifikasi

sudah berhasil. Tidak semua minutiae harus digunakan dan pola yang ditemukan

tidak harus sama, itu berarti posisi jari kita pada saat identifikasi pada mesin

fingerprint juga tidak harus persis sama dengan pada saat kita menyimpan data

fingerprint kita pertama kali pada mesin tersebut. Pemindai fingerprint kapasitif

dianggap menghasilkan tingkat keamanan yang tinggi, karena tidak bisa

dipalsukan dengan fotocopy sidik jari, atau sidik jari tiruan.

Setelah proses registrasi atau pendaftaran sidik jari pada mesin absensi

fingerprint, maka citra atau pola sidik jari akan disimpan. Dalam proses

penyimpanan pola fingerprint, terdapat beberapa teknik penyimpanan antara lain,

1.      Data sidik jari disimpan di dalam perangkat alat absensi sidik jari.

Cara ini disebut sabagai pendapat desentralisasi. Biasanya terjadi

pada mesin sidik jari tipe stand alone, yakni mesin sidik jari yang dalam

pengoperasiannya bisa berjalan tanpa harus terhubung dengan

komputer. Data akan tersimpan pada memori yang ada pada mesin.

2.      Data sidik jari disimpan pada database di computer.

Cara ini disebut sebagai cara sentrilisasi. Biasanya digunakan pada

alat sidik jari tipe online atau yang harus terhubung dengan computer.

Data sidik jari yang harus diregistrasi akan langsung disimpan pada

database yang ada pada harddisk komputer.

15

BAB IV

PENUTUP

A. KesimpulanSetelah membahas tentang teknik pembacaan pada mesin absensi fingerprint

saya menyimpulkan bahwa mesin absensi fingerprint pembacaannya dengan

teknik sensor kapasitif yang menggunakan cara pengukuran kapasitif untuk

membentuk citra sidik jari. Sensor tersebut terhubung dengan sebuah integrator

yang dilengkapi inverter penguat yang dapat menerjemahkan sehingga akan

membentuk sidik jari yang sedang dipindai.

B. SaranBerdasarkan pembahasan makalah ini saya menyarankan memilih mesin

fingerprint yang teknik pembacaanya menggunakan sensor kapasitif sebagai

mesin absensi, karna teknik pembacaan dari mesin ini sangat efektif dan data-

data kehadirannya tidak dapat dimanipulasi.

16

DAFTAR ISI

BAB 1

PENDAHULUAN........................................................................................................1

BAB II

KAJIAN TEORITIS...................................................................................................3

A. PENGERTIAN SENSOR..........................................................................................3B. PERSYARATAN UMUM DARI SENSOR..................................................................3C. JENIS–JENIS SENSOR...........................................................................................4

BAB III

PEMBAHASAN...........................................................................................................9

A. POLA FINGERPRINT (SIDIK JARI).........................................................................9B. MEKANISME KERJA SENSOR KAPASITIF DALAM TEKNIK PEMBACAAN PADA MESIN FINGERPRINT.................................................................................................11

BAB IV

PENUTUP..................................................................................................................15

A. KESIMPULAN.....................................................................................................15B. Saran.................................................................................................................15