## RANCANG BANGUN SENSOR GETARAN BERBASIS KOIL DATAR UNTUK MENGANALISIS DAYA REDAM VIBRASI BEBERAPA JENIS KAYU TIDAK AWET UNTUK BANGUNAN RUMAH SEDERHANA
Islahudin 1* , Nur Fatimah 2
1* Mahasiswa Sarjana Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Muhammadiyah Mataram
2 Dosen Progran Studi Pendidikan Fisika Universitas Muhammadiyah Mataram Corresponding author : E-mail : islahudin.ntb@gmail.com
Diterima 2 Juli 2018, Disetujui 5 Juli 2018

## ABSTRAK
Koil  datar  adalah  lilitan  kawat  yang  sangat  tipis  dan  bertindak  sebagai  induktor,  bersama  dengan kapasitor  membangun  sebuah  osilator  yang  menghasilkan  frekuensi  bergantung  pada  nilai induktansi  dan  kapasitansi.  Osilator  ini  dinamakan  osilator  LC.  Induktansi  koil  datar  bergantung pada jarak benda logam di depan koil datar. Jika induktansi berubah, frekuensi akan berubah juga. Frekuensi  dapat  dirubah  ke  dalam  bentuk  tegangan  untuk    merepresentasikan  jarak.  Efek  ini kemudian  diterapkan  pada  frekuensi  rendah  menggunakan  bandul  pada  rumahan  sensor  untuk menganalisis daya redam vibrasi beberapa jenis kayu tidak awet. Adapun tujuan penelitian ini antara lain, (1) Membuat rangkaian pengolah sinyal dari sensor getaran berbasis koil datar, (2) Menentukan besarnya  daya  redam  vibrasi  beberapa  jenis  kayu  tidak  awet  untuk  rumah  sederhana,  dan  (3) Menentukan jenis kayu tidak awet yang memiliki daya redam vibrasi paling besar. Lokasi penelitian ini  telah  dilaksanakan  di  Laboratorium  Fisika  Dasar  Universitas  Muhammadiyah  Mataram.  Pada penelitian ini, variabel yang diukur adalah tegangan keluaran sensor getaran koil datar. Ukuran kayu yang digunakan adalah sama untuk kayu mangga, nangka, dan durian, yaitu panjang 100 cm, lebar 7 cm, dan tingi 5 cm. Jarak logam pengganggu terhadap koil datar dirubah menggunakan vibrator agar tegangan  keluaran  sensor  berubah  sesuai  dengan  frekuensi  vibrator  yang  digunakan.  Sensor getaran koil datar ini diukur responnya terhadap perubahan jarak dari logam pengganggu, kemudian dicatat hasilnya dan dianalisis menggunakan Fast Transform Fourier (FFT) Analysis ToolPack pada Ms. Excel. Sensor getaran mendeteksi arah getaran dalam sumbu x. Data penelitian yang diperoleh menggunakan  rekaman  data  dari  mikrokontroler  Atmega  16.  Data  sensor  yang  direkam  berupa tegangan keluaran sensor yang dicacah dalam orde waktu milidetik (ms) untuk sensor dalam arah x. Untuk  menampilkan  rekaman  data  pada  kedua  sensor  pada  PC,  maka  digunakan  aplikasi  bahasa pemrograman Procesing. Nilai frekuensi yang sudah diperoleh antara lain untuk kayu mangga ke-1, 2,  dan  3  berturut-turut  yaitu  7,8125  Hz,  7,8125  Hz,  7,8125  Hz.  Untuk  kayu  nangka  ke-1,  2,  dan  3 berturut-turut  yaitu  17,1875  Hz,  17,1875  Hz,  17,1875  Hz.  Adapun  untuk  kayu  durian  ke-1,  2,  dan  3 berturut-turut yaitu 17,1875 Hz, 17,1875 Hz, 17,1875 Hz. Struktur kayu tidak awet yang memiliki daya redam vibrasi paling tinggi adalah struktur kayu tidak awet yang memilki tingkat frekuensi terendah. Dalam hal ini kayu tidak awet yang paling besar daya redam vibrasinya adalah kayu mangga dengan nilai  frekuensi  terendah  yaitu  7,8125  Hz.  Hal  ini  terjadi  karena  kayu  mangga memiliki  struktur  yang lebih lunak dibandingkan kayu nangka dan durian.
Kata Kunci : Sensor Getaran, Koil Datar, Daya Redam Vibrasi, Kayu Tidak Awet, Rumah Sederhana

## PENDAHULUAN
Indonesia adalah negara kepulauan dengan tingkat  resiko  terhadap  gempa  bumi  yang  cukup tinggi,  hal  ini  disebabkan  karena  wilayah kepulauan  Indonesia  berada  di  antara  empat sistem  tektonik  yang  aktif,  yaitu  tapal  batas lempeng
Eurasia, lempeng
Indo-Australia,
lempeng Filipina dan lempeng Pasifik. Di samping itu  Indonesia  adalah  negara  kepulauan  dengan garis  pantai  terpanjang  di  dunia  sehingga  selain
rawan  terhadap  gempa  juga  rawan  terhadap tsunami.  Salah  satunya  gempa  yang  terjadi  pada awal  tahun  2013  di  pulau  Lombok,  Provinsi  Nusa Tenggara  Barat.  Meskipun  tidak  menimbulkan korban  jiwa  namun  kerusakan  bangunan  akibat bencana  alam  tersebut  ditaksir  mencapai  ratusan juta rupiah.
Rusak  dan  runtuhnya  bangunan  tersebut diakibatkan  oleh  ketidak  mampuan  konstruksi bangunan  dalam  menahan  getaran  gempa  yang
menimpanya.  Salah  konstruksi  bangunan  yang penting adalah kayu. Pada dasarnya, perlindungan bangunan saat gempa dicapai melalui kemampuan kayu  dalam  menahan  getaran  gempa  yang sebelumnya  telah  di  redam  oleh  tanah,  dan meningkatkan  fleksibilitas  bangunan.  Salah  satu cara menahan
getaran gempa
adalah menggunakan  jenis  kayu  yang  tepat  pada  bagian rangka  dan  atap  bangunan  terutama  bagunan sederhana  yang  sebagian  besar  terbuat  dari  kayu tidak  awet.  Bangunan  sederhana  sebagian  besar terdapat di wilayah yang dekat dengan perbukitan dan pegunungan.
Banyak  jenis  kayu,  khususnya  kayu  tidak awet yang tidak mampu menahan getaran gempa. Kayu  yang  baik  untuk  menahan  getaran  gempa adalah kayu yang memiliki tingkat kelenturan yang tinggi. Kayu yang memiliki tingkat kelenturan yang tinggi  akan  sulit  untuk  patah,  sehingga  baik  untuk di  gunakan  sebagai  konstruksi  bangunan  rumah sederhana.
Kondisi  tersebutlah  yang  membuat  peneliti ingin  menghitung  konstanta  elastisitas  beberapa jenis kayu tidak awet sebagai kerangka bangunan menggunakan sensor elastisitas berbasis koil datar sebagai  alat  penginderanya.  Dengan  bantuan perangkat  lunak,  akan  diperoleh  suatu  alat  ukur elastisitas  yang  sederhana,  mempunyai  ketelitian tinggi  dan  biaya  yang  murah.  Pada  penelitian  ini akan  disertakan  pengukuran  jarak  dan  diukur responnya terhadap tegangan keluaran.

## METODE PENELITIAN
A.  Tahapan-Tahapan Penelitian 1.  Tahap I : Desain Kalibrasi Jarak Getaran merupakan gangguan
yang bergerak  secara  periodik  dengan  amplitude tertentu.  Karena  itu,  agar  koil  dapat  digunakan sebagai  sensor  getaran, maka  harus dilakukan  uji karakteristik  statisnya.  Koil  datar  yang  digunakan adalah  sebanyak  tiga  jenis  koil  yang  memiliki diameter  dan  jumlah  lilitan  yang  sama.  Untuk keperluan ini, maka dibuat suatu objek yang dapat mengatur  jarak  massa  pengganggu  ke  koil. Mekanik  ini  terdiri  dari  mikrometer  digital  yang dapat diatur perubahan jaraknya dengan ketelitian 1µm,  bantalan  objek  yang  dapat  didorong  oleh mikrometer  sekrup,  tempat  meletakkan  koil  datar, dan  keseluruhan  bagian  tersebut  disatukan dengan body. Gambar  mekanik  dari  sistem  ini dapat dilihat pada gambar 1. di bawah ini.
Cara  kerja  dari  alat  ini  adalah  dengan  cara menarik  atau  mendorong  bantalan  mikrometer sehingga  objek  dapat  menjauhi  atau  mendekati koil  datar.  Kalibrasi  dilakukan  dengan  terlebih dahulu  memberikan  jarak  terjauh  antara  objek dengan  koil  datar  sebesar  15  mm,  sehingga  koil datar  hanya  memungkinkan  mendekati  objek.
Jarak  ini  digunakan  untuk  menentukan  daerah kerja sensor koil datar.
Gambar 1. Mekanik pengkalibrasi karakteristik stasis sensor
2.  Tahap II :  Desain  Kalibrator  Frekuensi Rendah Sensor  koil  datar  yang  akan  dirancang adalah  untuk  mendeteksi  getaran  dalam  arah  x dan  y  pada  frekuensi  rendah.  Karena  itu,  perlu dibuat  rangkaian  yang  dapat  menghasilkan getaran  frekuensi  rendah    khususnya  di  bawah  1 Hz.  Selain  frekuensi  1  Hz,  dibuat  juga  kalibrator sampai  10  Hz  dengan  cara  menambahkan  gir konversi  pada  kalibrator  1  Hz,  tujuannya  adalah untuk  mengetahui  frekuensi  karaktristik  sensor. Gambar  sistem  tersebut,  dapat  dilihat  pada gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2. Sistem mekanik kalibrator frekuensi rendah Sistem  ini  terdiri  dari  motor  gear,  batang penghubung, sensor optokopler, objek, dan sensor koil datar. Kecepatan putaran motor gear ini  dapat diatur dengan potensio yang kemudian diteruskan ke batang penghubung ke objek. Dapat dilihat dari gambar  bahwa  jika  motor  berputar  maka  objek akan bergerak bolak-balik secara horizontal. Pada batang  penghubung  dipasang barier atau penghalang  untuk  sensor  optokopler  sehingga frekuensi  pergerakan  batang  dapat  dihitung. Sensor getaran berbasis koil datar terdiri dari bodi sistem  sensor  koil  datar,  tiang  penyangga,  dan elemen koil datar.
Koil datar terbuat dari PCB yang dibuat jalur- jalur sebanyak 30 lilitan berdiameter 3 cm dengan nilai  masing-masing  induktansi  sebesar  7,8  µH. Gambar di bawah ini adalah salah satu elemen koil datar.

## Gambar 3. Elemen koil datar
3. Tahap III : Merancang Rangkaian Pengolah Isyarat Analog Sensor Koil Datar Rangkaian  pengolah  isyarat  analog  terdiri dari  pengolah  isyarat  sensor,  filter  dan  penguat diferensial.  Blok  diagram  dari  rangkaian  pengolah isyarat  analog  ini  dapat  dilihat  pada  diagram  di bawah ini.
Gambar 4. Blok diagram rangkaian pengolah isyarat analog

## HASIL DAN PEMBAHASAN
A.  Pembuatan Sensor
Pada  tahap  ini  telah  dilakukan  serangkaian proses  pembuatan  sensor.  Hal  yang  dilakukan pertama  kali  setelah  mendapat  bahan  adalah memasang  semua  bahan  sesuai  bentuk  sensor, adapun  bahan  yang  digunakan  adalah  besi  dan koil datar. Seperti pada lampiran 1 gambar 4.1
Gambar 5 . Bentuk sensor koil datar
B.  Pemilihan Kayu Pada  tahap  ini  dipilih  3  jenis  kayu  yaitu  kayu nangka,  kayu  mangga,  dan  kayu  durian.  Ketiga kayu  tersebut  memiliki  ukuran  yang  sama  yaitu panjang  100  cm,  lebar  7  cm,  dan  tinggi  5  cm. Seperti pada gambar 6 di bawah.
Gambar 6. Kayu Durian, Nangka, dan Mangga
C. Pengambilan Data Pada  tahap  ini  telah  dilakukan  serangkain proses  pengambilan  data.  Hal  pertama  yang dilakukan adalah menghubungkan dan
mengaktifkan  semua  rangkaian  sensor  dengan objek  atau  kayu  yang  akan  diteliti.  Seperti  pada gambar  7.
Gambar 7. Rangkaian sistem sensor untuk proses pengambilan data
Bentuk gelombang tegangan keluaran sensor yang tampil pada PC dibuat menggunakan bahasa Pemgrograman  Procesing.  Adapun  tampilan keluarannya tampak pada gambar 8 berikut.
Gambar 8. Bentuk gelombang tegangan keluaran sensor
Adapun hasil pengukuran respon sensor arah x terhadap jarak tampak pada Gambar 9 berikut
Gambar 9. Respon sensor arah x terhadap perubahan jarak D.  Analisis Data Berdasarkan  grafik  pada  Gambar  9  di  atas dapat  dilihat  bahwa  tegangan  keluaran  sensor semakin  besar  jika  jarak  antara  sensor  dengan bahan  pengganggu  semakin  kecil,  begitu  juga sebaliknya.  Selain  itu,  diperoleh  bawah  ada  dua macam  tegangan,  yaitu  tegangan  keluaran  yang bernilai positif dan tegangan keluaran yang bernilai negatif. Berdasarkan grafik pada Gambar 9  di atas juga  diperoleh  bahwa  daerah  kerja  sensor  x  yang dapat  diambil  adalah  antara  0.250  –  4.050  mm. Kurva  pada  daerah  tersebut  membentuk  hasil yang kontinu sehingga diperkirakan dapat didekati dengan suatu fungsi dengan baik.
Dari  ketiga  jenis  kayu  tidak  awet  ini  sudah diuji  dan  diketahui  karakterisitiknya  dengan menggunakan  sensor  getaran  berbasis  koil  datar. Dimana  mekanismenya  adalah  kayu  yang  akan diuji  dan  diketahui  daya  redamnya  pada  mulanya kayu  di  lubangi  di  bagian  ujung  agar  bisa ditanamkan  tiang  sensor  kemudian  diletakkan  di lantai.  Sensor  yang  sudah  ditanamkan  tersebut  di beri  suatu  getaran  dengan  menggunakan ticker timer yang  memiliki  frekuensi  50  Hz  sehingga tanah mengalami getaran yang langsung direspon oleh  sensor  koil  datar.  Respon  sensor  tersebut
selanjutnya  diteruskan  ke  rangkaian  pengolah sinyal  yang  terhubung  dengan  mikrokontroler Atmega  16  untuk  di  ubah  tegangan  analog  ke dalam  bentuk  ADC  ( Analog to Dygital Converter ).
Hasilnya  dapat  ditampilkan dalam bentuk gelombang seperti yang ditunjukan pada gambar 8 di  atas.  Setelah  digunakan  analisis  FFT,  maka telah  diperoleh  frekuensi  masing-masing  kayu tidak  awe.  Seperti  yang  ditunjukan  pada  gambar berikut.
1. Kayu Mangga a.  Kayu Mangga 1
Frekuensi FFT: 7,8125 Hz. Amplitudo: 0,06 volt b.  Kayu Mangga 2
Frekuensi FFT: 7,8125 Hz. Amplitudo: 0,14 volt

## c.  Kayu Mangga 3
Frekuensi FFT: 7,8125 Hz. Amplitudo: 0,15 volt
2.  Kayu Nangka
a.  Kayu Nangka 1
Frekuensi FFT: 17,1875. Amplitudo: 0,16 volt
b.  Kayu Nangka 2
Frekuensi FFT: 17,1875. Amplitudo: 0,14 volt
c.  Kayu Nangka 3
Frekuensi FFT: 17,1875. Amplitudo: 0,10 volt 3.  Kayu Durian a.  Kayu Durian 1
Frekuensi FFT: 17,1875. Amplitudo: 0,35 volt b.  Kayu Durian 2 Frekuensi FFT: 17,1875. Amplitudo: 0,27 volt c.  Kayu Durian 3 Frekuensi  FFT:  17,1875  Hz.  Amplitudo:  0,35 volt
SIMPULAN DAN SARAN

## Simpulan
Adapun  kesimpulan  dari  penelitian  ini  adalah sebagai berikut.
1. Rangkaian  pengolah  sinyal  getaran  berbasis koil  datar  telah  dirancang  dan  dibuat  dengan menghubungkan  koil  datar  yang  terletak  pada bodi sensor setelah ditanamkan ke dalam kayu
yang  fungsinya  untuk  merubah  adanya perubahan  induktansi  koil  datar  akibat  logam pengganggu  menjadi  tegangan  keluaran  (Vo) DC.  Rangkaian  ini  dapat  bekerja  secara maksimal  dan  dapat  mengukur  frekuensi  atau daya  redam  suatu  kayu  dengan  hasil  yang akurat dan lebih efisien.
2. Daya  redam  suatu  kayu  tidak  awet  dapat ditentukan  dengan  mengukur  vibrasi  kayu tersebut  setelah  sebelumnya  di  kalibrasi dengan  komponen  sistem  sensor  koil  datar.
Daya  redamnya  sudah  bisa  dtentukan  setelah diketahui  nilai  frekuensinya.  Nilai  frekuensi yang sudah diperoleh antara  kayu mangga  ke- 1,  2,  dan  3  adalah  7,8125  Hz,  7,8125  Hz, 7,8125  Hz.  Untuk, kayu  nangka  ke-1, 2,  dan  3 adalah  17,1875  Hz,  17,1875  Hz,  17,1875  Hz.
Dan untuk kayu durian ke-1, 2, dan 3 berturut- turut adalah:, 17,1875 Hz, 17,1875 Hz, 17,1875 Hz.
3. Struktur  kayu  tidak  awet  yang  memiliki  daya redam  paling  tinggi  adalah  struktur  kayu  tidak awet  yang  memilki  tingkat  frekuensi  terendah. Dalam hal ini kayu tidak awet yang paling besar daya  redamnya  adalah  kayu  mangga  yang memiliki  struktur  yang  lebih  lembek  dari  kedua kayu lainnya dengan nilai frekuensi terendahnya 7,8125 Hz.
Saran
Adapun  saran  yang  dapat  dikemukakan adalah sebagai berikut.
1. Perlu  adanya  pengembangan  penelitian  lebih lanjut  pada  sensor  ini  dengan  cara menambahkan  sensor  koil  datar  pada  arah  y untuk mendeteksi getaran dua arah sekaligus.
2. Peneliti  mengharapkan  agar  pemerintah dapat  menjadikan  hasil  penelitian  ini  sebagai rujukan  dalam  memilih  kayu  yang  tepat  yang dijadikan  sebagai  atap  bangunan  dalam pembangunan  infrastuktur-infrastruktur  baik yang  ada  di  Kota  maupun  Desa,  seperti pondasi  jalan  raya,  pondasi  gedung,  maupun bangunan umum lainnya. 3. Peneliti juga mengharapkan kepada masyarakat agar informasi dari hasil penelitian ini bisa dijadikan sebagai pedoman dan  berpikir  cermat  dalam  rangka  memilih kayu atap bangunan yang tepat dan baik yang tidak  hanya  berfungsi  sebagai  penopang bangunan  tersebut  namun  juga  mampu meredam  daya  getaran,  terutama  getaran gempa yang akan menimbulkan kerugian baik material  maupun  korban  jiwa,  sehingga langkah ini sangat efektif untuk meminimalisir dampak  negatif  akibat  runtuhnya  bangunan baik rumah maupun ruko.

## DAFTAR PUSTAKA
Felix,  Yap.  1965. Konstruksi Kayu .Trimitra. Bandung. Frick,  Heinz.  1982. Ilmu Konstruksi Bangunan Kayu . Yogyakarta : Kasinus.
Djamal,  Mitra.  1996. A Study of Flat Coil Sensor For Measuring Displacements .  Journal Departement  of    Physics,  Faculty  of Mathematics and Sciences ITB. Watiasih, richa. Penerapan LVDT Sebagai Sensor Getaran Pendeteksi Ketidakrapatan
Berbasis Data Getaran Pada Komresor, POLITEKNIK  Jurnal  Teknologi,  Volume 7,  No  2,  September  2008-ISSN  1412- 6427. Universitas Bhayangkara Surabaya. Lazuardi. Studi Awal Sensor Getaran Berdasarkan
Prinsip Induktif .  Tesis  Program  Magister Fisika S2, Jurusan Fisika ITB, 1996. Sardo  Martinus. Studi Awal Pembuatan Prototipe Alat Ukur Kecepatan Aliran Udara Menggunakan Sensor Koil Datar , Laporan  Tugas  Akhir  Program  DIII Instrumentasi Jurusan Fisika UI, 1999. Erik  Hallen. Electromagnetic Theory .  Chapman  &
Hall Ltd, London. 1962. Grant, L, S., Philips, W. R. 1996.
Electromagnetisme, 2 nd . Ed., John Wiley and Sons, Chycester. Sutrisno.  1986. Elektronika: Teori Dasar dan Penerapannya (Jilid I dan II), Penerbit IT . Bandung.. Widanarto, Wahyu. 2000. Desain dan Pembuatan Alat Ukur Kecepatan Aliran Udara dengan Sensor Koil Datar berbasis Mikrokontroler 89c51, Jurusan  Fisika, PPS ITB (tidak dipublikasikan) Andrianto, Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA 16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision
AVR), Penerbit Informatika, Bandung. Setiadi,  Rahmon  Nanda.  2009. Sensor Getaran Frekuensi Rendah Berbasis Koil Datar . Tesis  Program  Magister  Fisika  S2, Jurusan Fisika ITB.