Sensor Getar Sederhana
[Makalah ini disusun oleh: Yudistira Virgus, Yulius S. Gunawan, Widianta Gomulya, dan Satrio Gani (Anggota Generasi "Engkong" 102FM)]
Benda selalu bergerak dengan amplitudo dan frekuensi yang berubah-ubah tergantung dari sumbernya. Dari kenyataan ini, timbul kenginan untuk membuat suatu alat yang dapat mendeteksi getaran/gerakan ini. Namun biasanya, getaran ini sangat kecil amplitudonya sehingga tidak terdeteksi oleh manusia. Oleh karena itu, harus digunakan alat yang memiliki sensitivitas tinggi. Terinsipirasi dari percobaan interferometer yang memiliki sensitivitas tinggi, dibuatlah suatu sensor getaran yang memanfaatkan sifat interferensi gelombang elektromagnetik (cahaya) yang digunakan dalam percobaan tersebut. Komponen penting penyusun sensor tersebut adalah sumber laser, photransistor dan catu daya.
KOMPONEN ELEKTRONIK DALAM RANGKAIAN
» Phototransistor
Phototransistor biasa disebut juga photoduodiode yang merupakan komponen semikonduktor yang sensitif terhadap cahaya dari p-n photodiode. Biasanya phototransistor dirangkai dalam konfigurasi common-emitter dengan basis tidak disambungkan dan radiasi cahaya dikonsentrasikan pada daerah sekitar collector-junction. Cara kerja komponen ini dapat dimengerti dengan collector-junction di reverse-bias. Phototransistor cukup peka terhadap perubahan intensitas cahaya yang masuk ke dalamnya. Dengan adanya perubahan intensitas cahaya yang masuk ke phototransistor, maka akan terjadi perubahan resistansi.
» Catu Daya
Catu daya adalah suatu rangkaian sumber tegangan yang digunakan untuk menghasilkan tegangan DC dari masukan berupa tegangan AC. Rangkaian catu daya tersusuna atas transformator, dioda bridge penyearah, kapasitor, dan dioda Zener.
Pada transformator, tegangan AC masukan dapat diturunkan atau dinaikkan dengan cara mengatur jumlah lilitan kumparan, sesuai dengan persamaan
Hasil tegangan yang telah diubah oleh transfomator kemudian masuk dalam rangkaian dioda bridge penyearah:
Saat tegangan di A lebih besar daripada tegangan di C, maka arus akan mengalir dari A ke C. Arus tidak dapat mengalir lewat dioda AD, sehingga akan mengalir melalui dioda AB menuju titik B dan akhirnya menuju hambatan. Arus dari hambatan akan kembali ke titik D. Di sini arus tidak akan melalui dioda AD sebab tegangan A lebih tinggi daripada C, sehingga arus akan mengalir pada dioda CD. Demikian pula sebaliknya, jika tegangan C lebih besar daripada A, maka arus akan mengalir melalui dioda BC menuju titik B dan akan kembali pada titik D. Melalui dioda AD, arus akan ke titik A. Dari sini tampak bahwa arus keluaran akan selalu dari titik B dan menuju titik D, sehingga rangkaian ini merupakan rangkaian penyearah gelombang penuh.
Kapasitor C dirangkai secara pararel dengan hambatan. Fungsi kapasitor dalam rangkaian ini adalah sebagai perata arus, sehingga arus keluaran cukup konstan, tidak berupa pulsa-pulsa arus. Dioda Zener digunakan dalam rangkaian dengan fungsi untuk menjaga tegangan keluaran agar selalu konstan untuk nilai arus berapapun. Hal ini diperlukan agar hasil keluaran tetap sehingga tidak merusak alat.
TINJAUAN TEORETIK
Solusi persamaan gelombang secara umum dapat dinyatakan
dengan
dan
Bila dua buah gelombang bertemu, maka akan terjadi interferensi antara dua buah gelombang tersebut sehingga dapat dianggap sebagai sebuah gelombang baru dengan persamaan
Bila arah rambat kedua gelombang tersebut saling berlawanan dan frekuensi dari gelombangnya sama, maka dapat tercipta suatu gelombang berdiri, yaitu gelombang dengan simpul dan perut gelombang pada titik-titik tertentu yang bergantung pada jaraknya saja.
Dalam sensor getaran ini, digunakan perpaduan gelombang dengan cara pemantulan. Dengan demikian, amplitudo, frekuensi sudut, dan bilangan gelombang kedua gelombang sama, hanya arah rambatnya saja yang berbeda. Untuk setiap titik pada lintasan cahaya akan terjadi interferensi gelombang antara gelombang datang dan gelombang pantul. Sinar datang memiliki solusi persamaan gelombang
Pada saat pemantulan, terjadi pembalikan fasa gelombang, sehingga sinar pantul memiliki persamaan gelombang
Dengan penjumlahan 2 gelombang:
sehingga
dengan L adalah jarak sumber dengan ujung pantulan dan x jarak titik dari ujung pantulan. Pada sensor getaran yang akan dibuat, x adalah jarak sensor dengan cermin dan L adalah jarak laser dengan cermin.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan alat utama yang digunakan dalam pembuatan sensor getaran ini adalah laser, photodiode, dan juga cermin. Awal percobaan hanya ditargetkan agar sensor dapat mendeteksi getaran dengan hasil keluaran berupa suara, namun ke depannya sensor ini dapat dikembangkan agar dapat mengambil data dan menghitung frekuensi getaran. Data yang diperoleh merupakan suara dari
HASIL PERCOBAAN
Salah satu hasil percobaan pengujian sensor yang telah dibuat dapat dilihat pada gambar berikut. Keluaran dari speaker dicitrakan dengan menggunakan perangkat lunak cool edit pro.
ANALISIS
Pada sensor getaran yang telah dibuat, prinsip interferensi cahaya diterapkan ketika cahaya ditangkap oleh phototransistor. Sinar laser ditembakkan sedemikian rupa sehingga sebagian sinar mengenai phototransistor, dan sebagian sinar diteruskan. Sinar yang diteruskan tersebut dipantulkan oleh cermin (yang akan bergetar oleh suatu faktor eksternal), dan hasil pantulannya akan ditangkap kembali oleh phototransistor, sehingga pada phototransistor akan muncul pola gelap terang.
Bila ada getaran yang terjadi, maka jarak cermin terhadap phototransistor akan berubah, dan pola gelap terang akan tergeser sehingga phototransistor dapat menangkap perubahan tersebut. Ini berarti intensitas yang diterima oleh phototransistor jadi berubah dan demikian pula tegangan pada speaker, sehingga akan terdeteksi getaran yang keluarannya berupa bunyi.
Pada percobaan awal, sumber tegangan untuk laser tidak menggunakan baterai tetapi digunakan catu daya. Akan tetapi, transformator yang digunakan memberikan sinyal tegangan yang memiliki frekuensi 50 Hz sehingga memberikan derau (noise) pada alat ini dan muncul pada speaker. Rangkaian awal dari percobaan ini adalah seperti gambar berikut.
Oleh karena adanya noise ini, maka rancangannya diubah, yaitu dengan menggunakan sumber tegangan AC menjadi DC secara langsung sehingga noise bisa teratasi.
Sensor getaran yang dibuat hanya akan mendeteksi getaran cermin dalam arah satu dimensi saja yaitu arah yang sejajar dengan sinar datang dan sinar pantul laser. Perubahan dalam arah tegak lurus sinar datang tidak akan mempengaruhi jarak antara cermin dengan laser dan phototransistor. Dengan kata lain itu tidak mengubah pola gelap terang yang terjadi. Kerasnya suara pada speaker dipengaruhi oleh kecepatan dari gerakan cermin sehingga pola gelap terang juga berubah dengan cepat. Hal ini diakibatkan oleh kerasnya suara speaker bergantung pada laju perubahan tegangan terhadap waktu. Jadi, semakin cepat laju perubahan ini (laju cermin), maka akan semakin keras suaranya.
RINGKASAN
- Sensor getaran yang telah dibuat ternyata memiliki sensitivitas tinggi karena dapat mendeteksi gerakan/getaran yang sangat kecil. Oleh karena sensitivitas yang tinggi ini, diputuskan agar sensor tidak menggunakan sumber tegangan AC karena dapat menimbulkan noise berfrekuensi 50 hertz.
- Sensor ini harus menggunakan laser yang memiliki koherensi tinggi karena dibutuhkan pola gelap terang (bukan pola terang yang memiliki intensitas berbeda-beda).
- Sensor dapat mendeteksi getaran pada arah yang sejajar dengan sinar laser.
BAHAN BACAAN
- P. Horowitz, 1980, The Art of Electronics: 2nd edition (London: Cambridge University Press).
- K. Krane, 1996, Modern Physics: 2nd edition(New York: John Wiley and Sons, Canada).
- Millman dan Halkias, 1964, Integrated Electronics, (Mc Graw Hill, Tokyo).
- H.J. Pain, 1995, The Physics of Vibrations and Waves, 4th edition (New York: John Wiley & Sons).
- M. Sayer dan A. Mansingh, 2000, Measurement, Instrumentation and Experiment Design in Physics and Engineering (Prentice Hall, India).
Ternyata belajar ttg interferensi buat nyiapin UTS 2 fisika dasar II gk sia2, bnyk aplikasinya cuy
Ditulis dengan#Tuk mas Rudy,
Ditulis denganaplikasi fisika dari konsep-konsep yang sederhana memang sering tersembunyi, itulah sebabnya kita harus terus mencarinya. Semangat!
Ehm maaf d’dlm rangkaian ad IC 7805 yup? bener?
minta link spesifikasi nya?
emg k’lo Phototransistor bisa dapet di mana ya? n brp duit?
selain pake Phototransistor ama laser bs gak? (pake alat yg laen gito?)
mohon d’blz thanks
Ditulis denganspesifikasi IC 7805 dapat ditemukan di http://alldatasheet.com
phototransistor kalo Anda di daerah Bandung dapat ditemukan di Jaya Plaza, paling bagus harganya 11 ribuan rupiah
phototransistor itu di sini berkelakuan sebagai sensor, jadi gak bisa diganti pake laser… toh lasernya di sini kan sudah dipakai sebagai sumber cahaya untuk interferensi
semoga membantu.
Ditulis dengantetap semangat!
Wow… keren… mantap!
Ditulis denganBisa ditampilkan pola intensitas interferensinya? Mungkin menarik pula digunakan sebagai sensor posisi untuk perubahan posisi yang kecil (dalam orde panjang gelombang laser yang digunakan), karena perubahan posisi akan mengubah pola interferensi.
Ditulis dengan#Pak SV,
Terima kasih atas tanggapannya. Sayangnya kami tidak memiliki data itu.
Sepertinya penggunaan alat ini pun tidak terkait sampai sana (sensor posisi). Deskripsi riil dari cara kerja alat ini adalah, ketika ada sumber yang menyebabkan sensor bergetar (anggaplah sensor dalam sebuah kotak), maka sensor akan mengeluarkan bunyi yang kerasnya tergantung dari amplitudo sumber getaran (seperti keluaran speaker pada gambar).
Sampai sekarang kami belum menyelidiki apakah bisa diubah menjadi sensor posisi.
Ditulis denganPanjang gelombang lasernya kira-kira 600 nm, jadi getaran yg terdeteksi kira-kira pada orde yg sama, iya gak? Misalnya cerminnya cuma bergerak uniform (kecepatan konstan), pola yg muncul (perubahan intensitas yg terukur) cuma gelombang sinusoidal biasa. Makin cepat cerminnya makin kecil periode sinusoidalnya. Tidak jelas hubungan kecepatan dengan amplitudo. Misalnya cerminnya berosilasi pada orde mm, artinya sekitar 2000 kali panjang gelombang laser. Cermin bisa dianggap bergerak uniform utk sekian ratus panjang gelombang. Mohon pencerahannya. Bisa dijelasin itu gambar osilasi apa? Amplitudonya menyatakan kerasnya suara speaker? Interesting.
Ditulis dengan[citation needed]
Ditulis dengan#Wikipedia,
Woi engkong, iseng banget sih!
Biarin dong ga pake citation jg, supaya pembaca cari sendiri di “Bahan Bacaan”
#K’Zainul,
Ditulis denganntar… kita pikir dulu (adminnya mau nanya ke yg bikin alatnya)
Semoga jawabnya bisa segera kita publikasikan.
#Fisikawan Muda,
Rada bercanda sih komentar itu. Waktu ngebaca artikelnya bareng Kak Zainul, kami rada bingung soalnya kan kalo baca artikel ilmiah (atau Wikipedia
) habis ada pernyataan biasanya kan ada citation-nya, jadi gampang cari artikel yang sesuai dengan pernyataan itu. Tapi ini kan artikel populer jadi yah tidak perlu terlalu seperti artikel ilmiah sih…
Ditulis dengan#K’Zainul,
Jadi gini Kang, sebenarnya yang dideteksi sama speaker itu adalah perubahan pola interferensi cahaya dalam sensor ketika terjadi getaran dari sumber (anggaplah ada gempa bumi, misalnya).
Misalnya, posisi phototransistor mula2 berada pada simpul, atau mula2 berada pada perut, maka photransistor tidak akan (sebutlah) menghasilkan sinyal “1″ (aktivasi) jika terus berada pada keadaan tersebut. Tapi ketika ada getaran, maka posisi pola interferensi akan berubah, misalnya yang tadinya phototransistor mendeteksi simpul akan menjadi perut, atau sebaliknya, atau di manapun deh (yang penting phototransistor mendeteksi perubahan pola interferensi).
Dengan demikian, semakin cepat sumber bergetar atau amplitudo getaran sumber makin besar, maka pola interferensi akan berubah-ubah dengan cepat, sehingga bunyi yang keluar dari speaker itu lebih keras. Nah, gitu dulu ya…
Tentang gambar, agak lupa nih
Ditulis denganmaklum-lah, pengerjaannya sudah tepat 2 tahun yang lalu. Nanti kalau kita sudah ingat akan segera dipublikasikan.
Artikel yg menarik. Saya belajar banyak hal. Kuadrat dari persamaan yg terakhir berbanding lurus dengan intensitas. Asumsi periode gelombang laser jauh lebih kecil dari periode getaran, atau bisa juga karena waktu respon phototransistor yg jauh lebih lambat, maka faktor cos(something)^2 bisa diganti dengan rata2nya yaitu 1/2. Persamaan menjadi y2= 2A2 sin2(2 Pi x/lambda). Misalnya cermin bergerak dengan kecepatan konstan x = v t. Diperoleh sinusoidal biasa, dengan frekuensi berbanding lurus dengan kecepatan. Misalnya cermin berosilasi harmonik x = B sin(w t) diperoleh y2 = 2A2 sin2[2 Pi B sin(w t)/lambda]. Diplot di Maple misalnya plot(sin(3*Pi*sin(0.2*x))^2, x=0..10*Pi); ada sedikit kemiripan dengan gambar di atas. Just curious. Bisakah dipikirkan cara membuat getarannya “under control”?
Ditulis dengan#Widianta
Ditulis denganOh, gitu ya. Saya baru tahu cara kerja phototransistor. Jadi laju perubahan intensitas yg terbaca sebagai amplitudo.
Plot turunan pertama terhadap waktu d[y2]/dt di Maple diperoleh hasil yg lebih mirip lagi dengan gambar diatas. .
Ditulis denganEm, belum saya coba plot tuh…ntar dicoba deh…
Maaf ternyata salah, tentang masalah phototransistor, bacanya itu biasa saja. Kalau ada cahaya maka arus mengalir: terjadi penguatan, yang artinya sinyal satu. Kalau tidak ada cahaya tidak ada penguatan arus, artinya nol.
Yang membaca adanya “perubahan” sinyal atau tidak itu speakernya…
Maaf sekali lagi… (kemaren terlalu pede
)
Ditulis denganWah, keren…
walau aku belum begitu paham, akan aku coba memahaminya….
Kebetulan aku dapat tugas Elektronika Instrumentasi, suruh buat paper.
boleh ya aku copy.
Tengkyu…
Ditulis dengan#Arif,
Silakan, jangan lupa peraturan copyleft ::: bebas ngopi asal sebutkan tempat nongkrong kopinya
Ditulis denganSalam Sains Indonesia.
Tulisan yang cukup bagus, sangat berguna sekali dalam pengembangan sains ke depannya.
Kedepannya sensor seperti ini efektifnya dapat digunakan di mana? Mungkin akan lebih menarik disampaikan sekilas di bagian pendahuluannya.
Terimakasih
Ditulis denganInformasinya bagus, tapi saya mencari tentang sensitivitas. Tolong dilengkapi lagi yaa. Nanti saya buka lagi… OK!!!
Ditulis dengan#Arisandi,
hmm… kami pun inginnya begitu…
Sayangnya para punggawa proyek ini sudah akan lulus semuanya. Sampai sekarang belum ada yg melanjutkan.
Doakan saja agar ada yg mau melanjutkan di antara anggota kami.
Ditulis denganAtau Anda mungkin berminat?
Wah keren nih…
alat yang bagus boleh ya aku buat alat nih buat nambah pengetahuan,
Ditulis denganini komponen sudah ada semua tinggal lasernya aja, pake laser apa bingung nih!
kirim ke email ku ya. makasih
#Iskhak,
Ditulis denganpake laser pointer biasa aja.
Laser pointer tu pa toh mas apa yang buat mainan anak-anak toh, bisa didapat di toko apa kalo boleh tau di daerah Solo di mana ya? terus penguat sinyalnya pake apa?
Ditulis denganSeri photo transistor apa?
Kereeeeennnnnnnnn…
Ditulis denganHebat… pakai dioda bridge buat sumber DC, kalau pasangnya terbalik tetap jalan. Ide bagus.
#Iskhak,
Rangkaian itu sepertinya langsung bisa bunyi, mungkin perlu dipasang kit audio amplifier 5 watt biasa, atau dicolok ke line in komputer. (betul gak, Widi?)
Phototransistor itu tidak ada nomornya, sebaiknya dicoba satu persatu, jenisnya sedikit kok. (di Jaya Plaza Bandung ada 2 macam yg saya tahu)
Ditulis dengan#Eko,
Trims dah bantu, si Widi tuh dah lupa lho tentang phototransistor dan beberapa hal cara kerja sensor ini.
#Iskhak,
Ditulis denganAda-ada aja, kita ini bukan Wong Solo, ya ga tau lah
Mas Widi dkk mau nanya dunk… tapi bahasanya bingung ni… hehe
… mksh
Ditulis denganSeandainya kita mau membuat alat pengontrol elektronik jaraHP. Jadi alat itu bekerja bila ada panggilan masuk (no hpnya cuma kita yg tahu) dan dengan sensor getar hp bisa mematikan alat elektronik yang masih nyala. trus kira klo alat ini memakai sistem reLay bisa g? klo bisa tolong jelasin yang sejelas-jelasnya y
Kami suka web ini coz nyangkut bgt ma pljrn d skul aquw n gratis or blh didownload ma siapa aja
Ditulis denganSaya sangat suka yang disajikan, kalo boleh saya minta ide-ide aplikasi fisika yang sederhana tapi bermanfaat terutama bagi guru fisika.
Ditulis denganMas widi dkk…
Ditulis denganAku mau tanya. Ada software atau program yang bisa digunakan untuk membuat rangkaian elektronik tapi dengan animasi ketika rangkaian yang dibuat salah, ada sesuatu yang terjadi dengan rangkaian tersebut? Kalo ada aku boleh minta sofware atau programnya ga buat di download free?
Boleh dong saya iseng jawab… kan nama belakang saya WIDIatmoko.
Ide bagus, membuat sistem kontrol dengan getaran HP. taruh HP di atas microphone, perkuat sinyal suara yg dihasilkan, sambung ke peak level detector (terbuat dari 1 dioda, 1 kapasitor, 1 resistor), lalu transistor, lalu relay. Jika ada suara yg masuk ke microphone (bisa getaran HP atau bunyinya saja) transistor akan mengaktifkan relay sehingga alat listrik yg terhubung akan mati/hidup. Pakai relay pulsa, supaya jadinya saklar toggle: sekali bunyi mati, bunyi lagi nyala.
Ditulis dengankeren makasih ya aq leh minta ya bwt referensi aq… makasih ya
Ditulis denganAsyik belajar buat elektronika brur… unik lah
Ditulis denganthanks…
#oga
Ditulis denganhmmm udah lama sih ga maen2 ma rangkain eletronik.
Cuma berbagi aja, klo ga salah nih softwarenya Proteus.
CMIIW
Bos kalo aku jadikan untuk tugas akhirku/skripsi bagaimana?Boleh gag?Kebetulan aku mahasiswa fisika peminatan instrumentasi kan ada sensor2nya githu.Saat ini sih aku sedang oprek2 JST.Bisa gag ya digabungin?Kalo bro2 punya ide bwt ta yg ada kaitanya dgn JST SENSOR dan FISIKA serta gampang dibuatnya boleh kirim ke kucingkentung@yahoo.Com. Bagi yg berbaik hati menyumbang saran aku ucapkan terima kasih sebelumnya.
Ditulis denganSaLam pak fisikawan muda, saya angkatan 2005 fisika usu. Skarang lg cari judul TA ma teman2, bisa bantu ga kira2 hal2 yg sedang ngetren untuk dijadikan TA itu seperti apa?
Ditulis denganTrims.
ehm kalo yang dipake sensor ultrasonik n dengan bahan yang berbeda rumus yang dipake apa yach…
misalnya sensor dengan gelombang bunyi diarahkan pada bahan yang kasar atau keras maka hasilnya gmn…???
Ditulis dengan
ampun deh rumusnya gak ngerti wa susah banget ^_^
Ditulis denganThankz All…
jadi tambah wawasan 
Ditulis denganwah gini boss!!!!
Ditulis denganaku inget sesuatu ni tentang interferensi dua gelombang….
klo g salah, itu bisa dimanfaatin buat mengetahi banyaknya ikatan rangkap pada suatu senyawa.
klo g salah itu ada hubungannya dengan efek tindall dan hamburan compton…..
dengan menembakan 2 gelombang yang koheren dan menentukan gelombang refrensinya….
itu kayaknya bisa jadi semacam FTIR…..
klo aku g salah setelah di FFT muncul spektrom penyusun senyawa tersebut terhadap bilangan gelombang.tapi itu kalo aku g salah lo……
dan ternyata selama ini aku selalu salah
gini kang mau tanya sensor getar itu bisa nangkep getaran sekecil apapunkan, misalnya kalo kita tidur kan suka ada nyamuk tuh getaran sinyamuk itu bakal ketangkep ga?
Ditulis dengan