## PERANCANGAN AKUISISI DATA SUMBER INFRA MERAH SEBAGAI AWAL PENELITIAN SISTEM SEEKER BERBASIS INFRA MERAH
Agus Hendra Wahyudi, Gunawan S. Prabowo
Peneliti Pusat Teknologi Terapan Dirgantara, Instrumentasi Wahana Dirgantara, LAPAN e-mail: agus8hendra@gmail.com

## ABSTRACT
Diagnostic  tool  in  the  thermal  imaging  using  the  thermovision  has  been developed  to  characterize the  plume  gas  of  solid  AP-HTPB  rocket  propellant.  The  data Acquisition  of  the  infrared  source  has  been  developed  based  on  microcontroller  and labview  as  a  Software.  This  software  can  increase    the  capability  of  the  thermovision camera with the real time process. Infrared source BaF 2 was used as an object and this test has given the result: voltage 1.8 volt, thermal 390 Kelvin, and can be converted to 7-8  um  wavelength.  In  the  future,  this  system  can  be  integrated  with  the  actuator robotic or the fin of the rocket.
Key words: Rocket plume, Acquisition, Infrared, Thermovision

## ABSTRAK
Alat  diagnosa  suhu  menggunakan  thermovision  kamera  inframerah  telah dirancang  untuk  mengkarakterisasi  plume  roket  padat  berbahan  bakar  AP-HTPB. Sistem  akuisisi  data  sumber  inframerah  ini  berbasis  mikrokontroler  dan  labview sebagai  software  pengolah  data.  Penggunaan  software  ini  dapat  menambah kemampuan  kamera  dalam  mendiagnosa  proses  pembakaran  secara  realtime khususnya  untuk  sistem  embedded.  Sebuah  sumber  inframerah  BaF 2 digunakan sebagai  alat  penguji  kerja  akuisisi  data  dan  menghasilkan  tegangan  1,8  volt,  390 Kelvin,  dan  dapat  dikonversi  menjadi  panjang  gelombang  di  7-8  um.  Sistem  akuisisi data sumber inframerah ini dapat diintegrasikan dengan sistem aktuator robotik atau fin roket sebagai bagian penelitian awal sistem seeker berbasis inframerah.
Kata kunci: Plume roket, Akuisisi, Inframerah, Thermovision

## 1 PENDAHULUAN
Salah  satu  bagian  penting  dari sistem  peluru  kendali  adalah  bagian seeker,  yang  berfungsi  dalam  mengunci sasaran tembak yang ber-potensi menghasilkan  gelombang  radiasi  infra red.  Penelitian  ini  merupakan  penelitian awal  guna  mengetahui  sejauh  mana karakteristik  sumber  radiasi,  untuk  hal tersebut  maka  perlu  dirancang  sistem akuisisi  data  guna  mengukur  radiasi infra  merah,  khusus  untuk  karakter panjang  gelombang,  nilai  emisifitas, temperatur yang dapat dikonversi menjadi  panjang  gelombang,  dan  faktor
jarak.  Penelitian  ini  akan  menjadi  awal penelitian  dan  pengembangan  sistem seeker  berbasis  filter  Infra  Red,  khusus dengan  panjang  gelombang  pada  Mid- Infra  Red.  Aplikasi  pendeteksi  panas misalnya  terdapat  pada  sistem  seeker roket  seperti  stinger  yang  menggunakan detektor  panas  dalam  bentuk  matrik pixel.  Dengan  mengetahui  karakteristik sebaran  panas  plume  roket,  stinger dapat mengejar target roket atau pesawat lawan.
Untuk mengawali penelitian tersebut,  perlu  dilakukan  karakterisasi terhadap  plume  roket  dengan  meng-
gunakan kamera inframerah thermovision. Informasi yang dihasilkan adalah berupa gambar visual sebaran suhu baik berupa foto  maupun  video.  Pada  nozzle  jet  120 radiasi  plume  dapat  diperoleh  pada suhu  berkisar  225-645 O C.    Suhu  yang diukur  dikonversi  ke  dalam  panjang gelombang diperoleh kisaran 3.25 – 6 um. Perancangan akuisisi data sumber inframerah  ini  dilakukan  menggunakan modul  mikrokontroller  8  bit  untuk mendapatkan  data  sinyal  dari  detektor thermovision secara realtime dan menyimpannya  pada  komputer  dalam bentuk fileteks. Dari segi ukuran penyimpanan  data  fileteks  jauh  lebih kecil daripada informasi gambar ataupun video.
Selain  itu  dengan  menggunakan mikrokontroller untuk mengakuisisi inframerah  pada  detektor  thermovision bisa ditambahkan fungsi untuk mengaktifkan  aktuator  misalnya  pada bagian  servo  sirip  sebuah  roket  atau servo  gimbal  kamera  pada  UAV.  Data pengamatan  suhu  terhadap  suatu  titik yang  tetap  fungsi  waktu  akan  lebih detail ditunjukkan dengan grafik akuisisi  data  inframerah  yang  telah dibuat.

## 2 DASAR TEORI
Sebuah  propelan  motor  roket yang terbakar menghasilkan sinar
inframerah
akibat menghasilkan
molekul  CO 2 dan  H 2 O  dalam  suhu  yang tinggi.  Saat  propelan  nitropolymer  atau propelan  AP  terbakar,  molekul-molekul CO 2 dan  H 2 O  dalam  suhu  tinggi  banyak terbentuk.  Grafik  hasil  pembakaran propelan  jenis  AP-HTPB  dan  RDX-HTPB ditunjukkan Gambar 2-1.
Gas CO 2 dan H 2 O akan menyerap radiasi  dan  mengemisikannya  kembali. Perhitungannya sangat kompleks  formula yang dipakai adalah menggunakan Hotell and  Sarofin   "Radiative  Heat  Transfer". Hasilnya  Dapat  ditunjukkan  pada  Tabel 2-1.
Gambar 2-1: Perbandingan  Mole  hasil pembakaran  yang  dibentuk oleh propelan komposit AP-
HTPB dan RDX-HTPB
Tabel 2-1: EMISIVITAS GAS (Kubota,
Naminosuke, 2007)
Emisivitas  gas  dihitung  hanya  pada dimensi  permukaan  yang  diberikan. Grafik Gambar 2-2 menunjukkan emisivitas  gas  dengan  perbandingan  1:1 dari    Gas  CO 2 dan  H 2 O.  Emisivitas  gas semakin tinggi dengan semakin tingginya tekanan gas tersebut.
Gambar 2-2: Grafik  emisivitas  CO 2 dan H 2 O  (Kubota,  Naminosuke, 2007)
Panjang  gelombang  cahaya  inframerah yang  dipancarkan  suatu  benda  dapat diketahui  dengan  formula  yang  ditemu- kan oleh Max Planck berikut
(Thermovision TM A20 M, 004).
(2-1)
dimana
= radiant  emitansi  dari  benda  hitam pada panjang gelombang
c = kecepatan cahaya 3x10 8 m/s h = konstanta plank 6.6 x 10 -34
Joule/K
k = konstanta  boltzman  1,4  x  10 -23
Joule/K
T = suhu  absolute  benda  hitam  dalam
Kelvin
= panjang gelombang
Grafik  dari  persamaan  Planck  di  atas akan  menunjukkan  pergeseran  puncak panjang  gelombang  dari  radiasi  benda hitam  dan  diturunkan  formulanya  oleh Wien  untuk  puncak  panjang  gelombang relatif  terhadap  suhu  sebagai  berikut (Thermovision TM A20 M, 2004):
= (2-2)

## 3 PERANCANGAN
Guna  mendapatkan  karakteristik dari  plume  roket  khususnya  panjang gelombang inframerah yang dipancarkan
maka perlu adanya sebuah akuisisi data secara eksperimen. Pada masing-masing bagian  roket  tentunya  akan  terdapat sebaran  panas  dengan  emisivitas  dan panjang  gelombang tertentu  misalnya  di bagian  nozzle,  plume  itu  sendiri  dan bodi  motor  roket.  Tahapan  akuisisi  data karakterisasi plume roket dengan sensor inframerah  thermopile  array  ditunjuk- kan pada Gambar 3-1.
Gambar 3-1: Tahapan  Sistem  Akuisisi Data  Karakterisasi  Plume Roket
Gambar 3-2: Gambar  prototipe  sistem akuisisi data inframerah
Pada sisi sensor inframerah thermovision
terdapat bahan semikonduktor  yang  peka  terhadap cahaya inframerah. Apabila cahaya inframerah  mengenai  bidang  sensor maka sensor akan mengeluarkan pembawa  muatan  hole  dan  elektron sehingga bahan sensor semakin konduktif  dan  tegangan  keluaran  pada pengkondisi  sinyal  akan  meningkat. Melalui  konverter  analog  ke  digital  dan MCU  sebuah  mikrokontroler  informasi analog tersebut diubah ke dalam informasi  digital  untuk  dikirimkan  ke
sensor Inframerah (Thermovison) signal conditioning ADC + MCU Komunikasi Serial interface software PC
komputer  melalui  mekanisme  komunikasi serial.  Algoritma  pemrograman  MCU dalam pengambilan dan pengiriman data adalah sebagai berikut:

## Mulai
Konvigurasi  ADC  secara  polling AVCC sebagai referensi 5 volt
Konvigurasi serial 38400 BPS Do Baca  data  adc  dan  konversi ke tegangan Kirimkan ke komputer dalam format $TV,Voltage <CR><LF> Delay sampling time 50 ms
Loop

## Selesai
Pada sisi penerima di komputer dirancang  sebuah  interface  penerima data,  pemroses  dan  penampil  data secara  visual  yang  dibangun  dengan bahasa pemrograman labview 8.0. tampilan  front  panel  sisi  penerima ditunjukkan sebagai Gambar 3-3 berikut. Gambar 3-3: Front Panel Software Akuisisi Data  Karakterisasi Plume Roket

## 4 PENGUJIAN
Pengujian karakterisasi plume roket ataupun jet pesawat dapat disimulasikan  dengan  suatu  sumber inframerah dengan karakteristik panjang gelombang yang mendekati plume roket. BaF 2 adalah sebuah bahan yang bersifat sebagai benda hitam yang memancarkan cahaya  inframerah.  Pada  semburan  jet ataupun roket memiliki rentang panjang
gelombang  plume  di  3  um,  dan  bagian nozzle  2.5  um.  Melalui  pengamatan karakterisasi  dengan  alat  yang  telah dibuat  akan  diuji  apakah  mampu mengakuisisi  data  panjang  gelombang BaF 2 dengan baik.
Berdasarkan  lembar  data  teknis BaF 2 memiliki  emisivitas  0,95  dan  pada penggunaan daya 450mWatt akan memancarkan  gelombang  inframerah pada  panjang  gelombang  puncaknya  di 4,8  um  (Emirs200  datasheet).  Berikut hasil akuisisi data BaF 2 pada jarak 30 cm.
Gambar 4-1: Grafik
Akuisisi
Data Inframerah Pada Gambar 4-1 dapat dianalisa saat  detektor  dinyalakan  kondisinya butuh beberapa saat untuk start pengukuran, saat detektor dikenai radiasi inframerah dari sumber inframerah  BaF 2 ,  suhu  akan  meningkat mencapai 390 Kelvin dan tegangan yang terbaca 1,8 volt dengan puncak gelombang  di  7,4  um.  Dalam  kondisi suhu  ruang  24  Celcius  tegangan  output sudah  ada  yaitu  0,5  volt  yang  setara dengan 300 Kelvin. Tampak pada Gambar  4-1  grafik  tidak  kontinyu karena pergeseran tangan penguji terhadap  detektor  cukup  berpengaruh terhadap hasil pengukuran (tidak pas di titik  pengamatan).  Untuk  itu  sebaiknya dalam  pengujian  plume  roket  posisi kamera  betul-betul  tetap  menggunakan tripod. Sehingga titik karakterisasi plume tidak bergeser.
Hasil  pengukuran  Gambar  4-1, selanjutnya  kita  bandingkan  dengan grafik  pergeseran  panjang  gelombang radiasi benda hitam menurut persamaan Planck diatas pada Gambar 4-2.
Gambar 4-2: Spektrum  radiasi  Benda hitam menurut hukum Plank  1:  Radiant  emitansi (W/cm 2 x10 3 (um)); 2: Panjang gelombang (um)
Terlihat  bahwa  untuk  puncak panjang  gelombang  380  Kelvin  berada sekitar  7-8  um.  Dan  hasil  pengukuran menunjukkan tepat 7-8 um. Apabila kita bandingkan  terhadap  hasil  foto  dari pengukuran  IR  Source  BaF 2 pada gambar  4-3  dapat  kita  ketahui  letak kebenaran hasil pengukuran.
Gambar 4-3: Foto Hasil Pengukuran
Suhu BaF 2

## 5 ANALISIS
Software  komunikasi  data  antara mikrokontroler  dan  komputer  dengan
interface  labview  yang  dibuat  telah berfungsi  dengan  baik  pada  kecepatan transfer data 38400 BPS dengan sampling  data  0,1  detik.  Tampak  pada awal thermovision dinyalakan ada waktu warming  up  atau  delay  pengukuran. Terdapat  perbedaan  antara  spesifikasi panjang  gelombang  BaF 2 dengan  hasil konversi thermovision ke panjang gelombang berdasarkan rumus pergeser- an  wien  puncak  gelombang  7,3  um padahal  pada  datasheet  BaF 2 panjang gelombang 3-5 um. Akan tetapi mengingat  alat  ukur  yang  digunakan adalah  thermovision  A20  yang  memiliki detektor  Focal  Plane  Array,  uncooled microbolometer  160x120  pixel    dengan sensitifitas  pada  panjang  gelombang  di 7,5  –  13  um  hal  ini  dapat  dimaklumi. Oleh karena itu pemilihan detektor yang disarankan  untuk  plume  roket  ataupun IR Source BaF 2 adalah jenis InSb, PbSe, ataupun  PbS  karena  sensitifitasnya  ada pada panjang gelombang 3-5 um (Kubota, Naminosuke, 2007).

## 6 KESIMPULAN
Dapat diambil kesimpulan
sementara terhadap perancangan akuisisi data plume roket ini yaitu:
 Perancangan  telah  berhasil  meng- akuisisi data thermal, panjang
gelombang,  dan  tegangan  dari  sumber inframerah tanpa kontak sejauh 30 cm.  Simulasi menggunakan sumber inframerah  BaF 2 ,  dapat  dilakukan dengan baik.
 Karakterisasi  Plume  roket  komposit AP-HTPB  belum  dilakukan  karena faktor pengujian uji statik dan terbang belum  dilakukan.  Alat  sudah  siap membuat  karakterisasi  plume  roket sebenarnya.
 Sebaiknya  digunakan  detektor  infra- merah PbSe, InSb karena sensitifitasnya pada  panjang  gelombang  3-5  um sesuai dengan plume roket padat.
 Dengan  alat  ini,  nanti  nya  kita  dapat membandingkan hasil rancang bangun filter  Infra  Red  dan  kamera  infra  Red
yang sudah ada di pasaran, khususnya  pada  kemampuan  deteksi sinyal.

## DAFTAR RUJUKAN
Emirs200 datasheet. Kubota,  Naminosuke,  2007.  Propellants
and Explosives Wiley 2007. Germany. Simko,  Milan  etal,  2007.  Application Possibilities of Thermovision
Technique  in  Diagnostics  of  Aerial System  of  Radio  Transmitters. 2007 ISSN 1648-4142 Transport.
Thermovision TM A20  M,  Operator’s manual.  2004.