Volume  7 No.2 Juli 2015 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.ftumj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@ftumj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## VISUALISASI SIMPANGAN GETARAN DENGAN METODE INTERFEROMETRI POLA SPEKEL ELEKTRONIK
Muchiar 1,* , Kisman M Mahmud 2
1 Pusat Penelitian Fisika-LIPI Kawasan PUSPITEK, Serpong, Tangerang Kawasan PUSPITEK, Serpong, Tangerang, Banten 15314
2 Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta
Jl. Cempaka Putih Tengah No 27 Jakarta Pusat 10510 *Email: muhiar2003@yahoo.com Diterima:  20 Maret 2015 Direvisi: 7 Mei 2015 Disetujui:  23 Juni 2015

## ABSTRAK
Simpangan getaran sebuah membran berupa membran bundar yang bergetar sinusoidal, telah dvisualisasikan dengan  menggunakan  Metode  Interferometri  Pola  Spekel  Elektronik.  Pola  spekel  dari  permukaan  membran pada saat tidak bergetar dan pada saat sedang bergetar pada frekuensi dan amplitudo tertentu, masing-masing, direkam dengan kamera CCD dan datanya disimpan didalam komputer. Selanjutnya, masing-masing data pola spekel membran yang sedang bergetar tersebut di substraksi dengan data pola spekel membran  dalam keadaan diam.      Hasil    yang  diperoleh  berupa  visualisasi  citra  spekel  simpangan  rata-rata permukaan  membran  yang disertai dengan pola frinji tertentu.   Bentuk dari pola frinji yang terjadi bersesuaian dengan pola simpangan getaran yang dialami oleh bagian permukaan membran. Sedangkan jumlah pola frinji yang terjadi bersesuain dengan  besarnya  simpangan rata-rata  yang  terjadi.  Metode  ini  mensyaratkan  perioda getaran  membran  jauh lebih pendek dibandingkan waktu perekaman kamera CCD. Dari segi kualitas, metode ini menghasilkan citra tidaklah sebaik atau setajam yang diperoleh dengan Metode Interferometri Holografi.
Kata Kunci : getaran, interferometry, pola spekel, pola frinji, visualisasi

## ABSTRACT
Deviation  of  the  vibration  of  a  membrane  in  the  form  of  a  circular  membrane  that  vibrates  sinusoidal,  has dvisualisasikan  using  Interferometry  Method  Electronic  speckle  pattern.  Speckle  pattern  of  the  surface  of  the membrane when not  vibrate and at the time was vibrating at a certain frequency and amplitude, respectively, recorded with a CCD camera and the data stored in the computer. Furthermore, each speckle pattern data of the vibrating membrane being in subtraction with membrane speckle pattern data at rest. Results obtained in the form of visualization of the image speckle average deviation membrane surfaces accompanied by certain fringe pattern.  The  shape  of  the  fringe  pattern  that  occurs  corresponding  to  the  deviation  pattern  of  vibration experienced by the surface of the membrane. While the number of fringe pattern that occurs bersesuain to the magnitude  of  the  average  deviation  occurs.  This  method  requires  the  membrane  vibration  period  is  much shorter  than  the  recording  time  CCD  cameras.  In  terms  of  quality,  this  method  produces  an  image  is  not  as good or as sharp as that obtained by Method Interferometry Holography.
Keywords : Vibration, interferometer, speckle pattern, fringe pattern, visualization

## PENDAHULUAN
Spekel  adalah  bintik-bintik  terang  dan  gelap yang  terjadi  sebagai  hasil  interferensi  diantara sinar-sinar  yang  dipantulkan  oleh  suatu permukaan  difus,  apabila  permukaan  tersebut diterangi dengan berkas cahaya
monokhromatis  (Gambar  1).  Pola  spekel elektronik adalah data-data elektronik  sebagai hasil    perekaman    terhadap    pola    spekel dengan    menggunakan    kamera  elektronik (kamera CCD atau kamera video). Pola spekel
elektronik  ini  dapat  ditayangkan  pada  layar monitor  ataupun  disimpan  didalam  komputer untuk keperluan lebih lanjut.
Gambar  1.  Kiri,  skematik  pembentukan spekel; Kanan, contoh pola spekel
Metode  Interferometri  Pola  Spekel  Elektronik merupakan pengembangan dari metode interferometri klasik, suatu ilmu yang mempelajari  dan  memanfaatkan  fenomena interferensi.  Pada  Interferometri  Pola  Spekel Elektronik (IPSE) yang dipelajari dan dimanfaatkan  adalah  pola  spekel  elektronik. Metode  ini  adalah  yang  relatif  sederhana, meskipun  mempunyai  keterbatasan,  yaitu perioda  dari  objek  yang  bervibrasi  haruslah lebih  singkat  dari  waktu  perekaman  kamera CCD.  Selain  itu  besarnya  simpangan  yang dapat  diamati  akan  sangat  dibatasi  oleh kemampuan  untuk  menganalisa  pola  frinji yang terbentuk pada citra visualisasi.
Pada  penelitian  ini  objek  yang  diamati  adalah sebuah  membran  bundar  terbuat  dari  pelat aluminium  tipis  dan  sebagai  sumber  cahaya monokhromatis  digunakan laser  Helium-Neon (=  632.8  nm),  dengan  daya  sekitar  30  mili- Watt.
Hasil  substraksi  adalah  berupa  pola  citra spekel  permukaan  objek  yang  disertai  dengan suatu  pola  frinji.  Pola  frinji  yang  dihasilkan bergantung pada simpangan yang dialami oleh bagian-bagian  permukaan  objek.  Dari  hasil pengamatan,  bentuk  pola  frinji  berubah dengan  frekuensi  getaran,  sedangkan  jumlah frinji  yang  terjadi  bergantung  pada  besarnya simpangan  rata-rata  yang  dialami  oleh permukaan objek.

## T E O R I
Misalkan  suatu  permukaan  membran  yang difus diterangi dengan berkas cahaya monokhromatis  dan  misalkan  pula  amplitudo dari  berkas  cahaya  pantulan  oleh  permukaan membran  ke  arah  kamera  (berkas  objek),  dan
berkas  cahaya  yang  diarahkan  langsung  pada kamera  (berkas  referensi)  adalah I O    dan I R. Pada  saat  objek  belum  bergetar,  intensitas cahaya yang diterima kamera dapat dituliskan sebagai
(1)
Apabila objek bergetar  sinusoidal, fasa berkas objek  yang  diterima  kamera  akan  selalu berubah-ubah, sehingga intensitas cahaya yang diterima kamera akan menjadi
(2) dimana k adalah  faktor  geometri  yang bergantung pada susunan percobaan,
adalah simpangan getaran objek pada sebarang adalah  fasa  dari  berkas  objek  dan  fasa  dari berkas referensi.
Untuk  objek  yang  bergetar  dengan  perioda jauh    lebih    singkat    dibandingkan    waktu perekaman kamera, maka yang intensitas yang terekam adalah intensitas rata-rata, atau
(3)
Karena  objek  bergetar  sinusoidal,  maka simpangannya,  , dapat dinyatakan sebagai
(4)
Dimana adalah  amplitudonya  dan
adalah fasa getaran
Dengan  mensubstitusikan  Pers.[4]  kedalam Pers. (3), diperoleh
(5)
Integral    pada    persamaan    diatas    merupakan fungsi  Bessel   orde  nol,  sehingga  Pers. (5) dapat dituliskan sebagai
(6)
Substraksi  dari  citra  objek  dalam  keadaan diam  dengan  citra  objek  dalam  keadaan
bergetar akan  menghasilkan frinji gelap untuk harga J 0 = 0.

## METODE PENELITIAN
.
Gambar  2.  Skematik  susunan  komponen percobaan Secara skematik, susunan perangkat percobaan    adalah  seperti    yang  diperlihatkan pada  Gambar  2.  Sebagai  objek, O ,  pada percobaan ini adalah sebuah membran sirkular dengan  diameter  sekitar  75  mm,  terbuat  dari pelat  tipis  aluminium  dengan  tebal  sekitar  0,1 mm.  Permukaan  objek  dibuat  difus.  Objek  ini dikopel dengan corong pengeras suara CS dan diklem  pada  suatu  dudukan  yang  kuat  dan kaku  sehingga  getarannya  dapat  berlangsung dengan  baik.  Corong  pengeras  suara  ini dihubungkan  dengan  generator  bunyi, SG , sebagai  sumber  getaran.  Pada  penelitian  ini frekuensi dinaikkan secara bertahap mulai dari 100  Hz  hingga  1500  Hz  dan  setiap  tahapan berselisih frekuensi sebesar 50 Hz. Objek diterangi oleh berkas cahaya monokhromatik  berasal  dari  sumber  laser
Helium-
ini  dibagi  menjadi  dua  berkas,  dengan intensitas hampir sama, menggunakan pembagi  berkas PB .  Sebuah  berkas  diarahkan oleh cermin C1 ke objek uji, O . Sebelum tiba di objek uji, sinar ini dimekarkan oleh objektif mikroskop OM1 . Permukaan objek yang difus akan menghamburkan berkas cahaya yang tiba padanya.  Hamburan  ini  (berkas  objek) ditangkap  oleh  kamera CCD. Berkas  lainnya, dinamakan  berkas  referensi,  oleh  cermin C2 diarahkan  ke  lensa  kamera CCD setelah terlebih  dahulu  dimekarkan  oleh  objektif mikroskop OM2 .
Berkas  referensi  bersama-sama  dengan  berkas objek, setelah melalui Ground Glass GG, akan ditangkap oleh lensa kamera CCD dan diubah menjadi sinyal listrik yang  menghasilkan pola spekel  elektronik  dan  data  ini  disimpan didalam  komputer PC .  Penyimpan  data dilakukan  untuk  setiap  kondisi  frekuensi  dan amplitudo getaran dan disimpan dalam file-file yang  berbeda.  Setelah  percobaan  selesai, dilakukan  proses  substraksi.  Data  pola  spekel dari  membran  yang  bergetar  pada  suatu kondisi  di  substraksi  dengan  data  pola  spekel dari  membran  pada  saat  tidak  bergetar.  Hasil substraksi  bisa  dilihat  melalui  monitor MV dan  datanya  disimpan  didalam  file  yang berbeda.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil      substraksi      terhadap      masing-masing data      rekaman      yang      diperoleh,      sebagian ditunjukkan pada Gambar 3.
(A) (B)
Gambar  3.  (A)  Perubahan  bentuk  pola  frinji karena  perubahan  frekuensi;  (B)  Perubahan jumlah frinji karena perubahan amplitudo.
Dari  citra  pola  spekel  hasil  substraksi  yang diperoleh,  terlihat  bahwa  bentuk  pola  frinji mempunyai  kaitan  dengan  frekuensi  getaran. Pada frekuensi rendah, segmen-segmen membran,  untuk  posisi  radial  yang  sama, bergetar dengan amplitudo yang hampir sama.
Ini  terlihat  dari  bentuk    pola    frinji    yang hampir    bulat    dan    simetris.    Akan    tetapi dengan    kenaikan    frekuensi,  terlihat  bahwa segmen-segmen  membran,  pada  posisi  radial yang  sama,  amplitudo  getarannya  makin berbeda.  Ini  jelas  terlihat  pada  gambar  bagian (A)  diatas,  yaitu  untuk  gambar  yang  ke-3  dan ke-4  dari  kiri,  dimana  pola  frinji  yang terbentuk  sudah  tidak  lagi  berupa  lingkaran dan jarak antar frinji juga sudah tidak simetris. Hal  ini  terlihat  jelas  sekali  pada  segmen- segmen membran diparuh bagian kanan. Dari  contoh  citra  frinji  pada  Gambar  3(B), terlihat  bahwa  kenaikan  besarnya  amplitudo hanya  menghasilkan  perubahan  jumlah  frinji yang  terbentuk.  Bentuk  pola  frinji  tidaklah berubah dengan bertambahnya atau berkurangnya besar amplitudo. Demikian pula dengan  jarak  antar  frinji  berubah  secara proporsional.
Dengan demikian, berdasarkan analisa terhadap  bentuk  pola  dan  jumlah  frinji, ternyata  bahwa  pola  getaran  dari  masing- masing  segmen  membran  dapat  berubah dengan berubahnya frekuensi getaran.
Perubahan  pola  ini  akan  makin  terlihat  pada frekuensi  yang  lebih  tinggi.  Sebaliknya  pola getaran masing-masing segmen tersebut tidaklah  berubah  apabila  amplitudonya  yang berubah.  Perubahan  yang  terjadi,  apabila  a mplitudo  berubah  pada  frekuensi  yang  sama, hanyalah pada besarnya nilai simpangan.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  pengalaman  selama  melakukan percobaan    dan    juga    dari    data-data    hasil substraksi  yang  diperoleh,  dapat  ditarik beberapa kesimpulan, yaitu:
a. Visualisasi      simpangan      getaran membran      dengan      Metode Interferometri      Pola      Spekel
Elektronik dapat dilakukan, khususnya
untuk simpangan rata-rata.
b. Selain memvisualkan besarnya
simpangan  rata-rata,  citra  substraksi juga  memperlihatkan  bagaimana  pola getaran  (simpangan)  dari  masing- masing segmen membran.

## DAFTAR PUSTAKA
O.J.  Lokberg, Speckle  Metrology ,  ed.  R.S.
Sirohi,  Marcel  Dekker  Inc.,  New  York,
1993.
Muchiar, Penelitian Visualisasi dan Karakteristik  Slip-Band  pada  Pelat Paduan aluminium
Tipe  A5052P, Prosiding  ETM .http://www- pnp.physics.ox.ac.uk/~atlas/vibespi/taes pi.html, Time    Average    ESPI   for Vibration Measurement .