## ANALISIS PERGESERAN MIKRO MENGGUNAKAN SENSOR SERAT OPTIK FD 620-10
Bayu Hadi Saputro 1 , Harmadi 2 dan Wildian 2
1 Program Pascasarjana FMIPA Universitas Andalas
2 Departemen Fisika, FMIPA Universitas Andalas, Padang 25163
1 bayu.ddice@gmail.com

## Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang analisis pergeseran mikro menggunakan serat optik FD 620-10. Hasil yang diperoleh berupa sensitivitas sensor serat optik untuk pengukuran pergeseran mikro. Pergeseran mikro diukur menggunakan metode sensor serat optik ekstrinsik. Susunan sistem sensor serat optik terdiri dari serat optik produksi autonics tipe FD 620-10, laser dioda dengan λ =650 nm, dan fotodetektor OPT101. Sensitivitas tertinggi berada pada jarak 1 mm sampai 2 mm yakni sebesar 2,506. Maksimum pengukuran pergeseran mikro yang dapat dipakai adalah 3 mm.
Kata kunci : sensor serat optik, sensitivitas, pergeseran mikro

## Abstract
[Title:  Micro-displacement  analisys  using  fiber  optics  sensor  FD  620-10] A  research  to  analize  micro- displacement using FD 620-10 has done. The result is sensitivity of fiber optics sensor for mirco-displacement measurement. Fiber  optics sensor consist of autonics FD 620-10, diode  Laser ( λ =650  nm), and  Photodetector OPT101. The highest sensitivity is at a distance 1 mm to 2 mm of 2,506. Micro-displacement measurement maximum distance can be used is 3 mm.
Keywords : fiber optics sensor, sensitivity, micro-displacement

## PENDAHULUAN
Serat  optik  merupakan  sebuah  media transmisi gelombang elektromagnetik  yang terbuat dari  bahan  kaca  atau  plastik.  Transmisi  gelombang elektromagnetik  pada  serat  optik  dapat  terjadi karena  menggunakan  prinsip pemantulan  sempurna (total  internal  reflection)  dengan  memanfaatkan perbedaaan  indeks  bias  antara  lapisan  core  dan claddingnya  [1].    Kemampuan  serat  optik  untuk menangkap gelombang elektromagnetik dalam sudut tertentu disebut dengan numerical aperture (NA). NA merupakan  besaran  fisis  yang  dimiliki  oleh  setiap serat optik. NA dapat dinyatakan dengan persamaan (1) berikut:
2 2 2 1 sin n n NA maks
    (1)
dimana  n 1 =  indeks  bias  inti  serat  optik  dan  n 2 = indeks bias cladding serat optik.
Serat  optik  saat  ini  dikembangkan  menjadi sebuah sistem sensor yang dapat mengukur berbagai besaran  fisis  seperti  sensor  getaran  [2,3],  sensor suhu,  sensor  tekanan  dan  sebagainya.  Keunggulan serat  optik  sebagai  sensor  antara  lain  adalah  tidak kontak  langsung  dengan  obyek  pengukuran,  tidak menggunakan  listrik  sebagai  isyarat,  akurasi pengukuran yang tinggi, dan ukurannya yang kecil.
Pergeseran  mikro  merupakan  karakteristik awal untuk pengembangan sistem sensor serat optik sebagai  contoh  sensor  getaran  [2].  Selain  itu, pemanfaaatan  pergeseran  mikro  banyak  digunakan pada indusri kemasan, penanggulangan bencana alam seperti  longsor  dan  sebagainya.  Penelitian  tentang pergeseran  mikro  telah  dilakukan  oleh  wajdi  [4], namun  perlu  dikembangkan  perlakuan  lain  untuk membandingkan  dan  mendapatkan  hasil  guna menambah informasi tentang pergeseran mikro.

## METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah sensor  serat  optik  ekstrinsik.  Serat  optik  hanya sebagai  penghubung  cahaya  ke  sistem  sensing eksternal [5]. Jenis serat optik yang digunakan adalah serat optik multimode buatan Autonics dengan tipe FD  620-10.  Laser  sebagai  sumber  cahaya  berwana merah dengan panjang gelombang λ =650 nm serta daya output 10 mW. Komponen pendukung lainnya adalah  fotodetektor  OPT  101,  cermin,  multimeter digital,  dan  catu  daya.  Pada  sistem  ini  tidak dilakukan modifikasi pada struktur serat optik untuk fungsi  penginderan.  Pergeseran  mikro  dapat dijelaskan dengan konfigurasi alat  yang telah dibuat pada Gambar 1

## Gambar 1. Sistem sensor serat optik ekstrinsik
Serat  optik  yang  digunakan  tidak  dilakukan modifikasi  seperti  Gambar  1.  Serat  optik digabungkan  dengan  masing-masing  fungsi  yakni sebagai  trasmitter  dan  receiver.  Serat  optik  akan mengindra pergeseran cermin berdasarkan pantulan cahaya dari cermin.
Pada  Gambar  1,  Cahaya  dari  laser  merah dipandu  menggunakan  serat  optik  (transmitter) menuju  cermin  pemantul.  Cermin  pada  penelitian ini  dapat  digeser  dan  memiliki  ukuran  penggeseran dalam  orde  milimeter.  Cermin  berfungsi  sebagai pemantul  cahaya  dan  obyek  yang  akan  diukur posisinya.  Perubahan  posisi  cermin  menyebabkan arah  cahaya  yang  dipantulkan  akan  berubah. Perubahan  arah  pantulan  cahaya  menyebabkan intensitas cahaya yang dipandu ke dalam serat optik (receiver)  akan  mengalami  perubahan.  Perubahan
intensitas  cahaya  yang  dipandu  oleh  serat  optik (receiver)  akan  diubah  menjadi  tegangan  DC  oleh fotodetektor. Tegangan yang berubah akan menjadi acuan  dalam  menentukan  perubahan  posisi  dari cermin dan menyatakan pergeseran mikro.
Pengukuran  pergeseran  mikro  dilakukan dengan  memvariasikan  pergeseran  sebesar  1mm dengan  rentang  0  mm  sampai  dengan  15  mm. Pengambilan  data  dilakukan  sebanyak  5  kali  untuk memperoleh hasil yang presisi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengukuran  pergeseran  mikro  yang telah dilakukan dengan pengulangan sebanyak 5 kali pada
Tabel 1 berikut :
Tabel 1. Hasil karakterisasi perubahan jarak antara sensor serat optik dengan cermin
Jarak sensor serat  optik  dari cermin (mm) Pengukuran I (Volt) Pengukuran II (Volt) Pengukuran III (Volt) Pengukuran IV (Volt) Pengukuran V (Volt) 0 0,035 0,031 0,028 0,027 0,027 1 0,745 0,684 0,589 0,764 0,851 2 3,251 3,384 3,198 2,900 2,935 3 3,636 3,620 3,467 3,316 3,296 4 2,758 2,884 3,049 2,405 2,106 5 2,723 2,072 2,101 1,845 1,791 6 1,481 1,258 1,257 1,208 1,228 7 1,185 0,916 0,960 0,911 0,971 8 0,748 0,816 0,805 0,699 0,736 9 0,646 0,561 0,606 0,510 0,456 10 0,520 0,510 0,484 0,441 0,365 11 0,392 0,416 0,391 0,374 0,321 12 0,295 0,350 0,320 0,303 0,296 13 0,271 0,274 0,271 0,270 0,242 14 0,133 0,187 0,234 0,214 0,193 15 0,121 0,125 0,165 0,160 0,137
Secara  umum  berdasarkan  pengukuran berulang  yang  telah  dilakukan,  tegangan  keluaran tertinggi sensor serat optik terdapat pada posisi jarak sebesar  3  mm  dari  cermin.  Tegangan  keluaran
terendah  pada  jarak  0  mm.  Pengukuran  dalam bentuk  plotting  grafik  pada  Gambar  2  sebagai berikut :
Gambar 2. Plotting data pengukuran berulang pergeseran mikro
Hasil  pengukuran  berulang  yang  dilakukan tidak  memiliki  perbedaan  yang  cukup  signifikan terhadap  hubungan  tegangan  keluaran  sensor  serat optik  dengan  perubahan  posisi  cermin.  Perubahan posisi  cermin  secara  teori  menyebabkan  pantulan
cahaya  berubah  dengan  sudut  tertentu.  Perubahan ini  dapat  dilihat  lebih  jelas  dengan  mengambil  data dari satu pengukuran saja. Sebagai contoh digunakan plotting data pengukuran I pada Gambar 3 berikut :
Gambar 3. Plotting hasil pengukuran I
Berdasarkan plotting hasil pengukuran I dapat dijelaskan  bahwa  perubahan  posisi  cermin mempengaruhi tegangan keluaran dari fotodetektor. Pada  jarak  0  mm  sampai  3  mm  menunjukkan kecenderungan (trend) grafik meningkat, sedangkan pada  jarak  3  mm  sampai  15  mm  menunjukkan kecenderungan grafik menurun.
Bagian  pertama  ketika  kurva  memiliki kecenderungan  naik  pada  posisi  cermin  berjarak  0
mm  sampai  3  mm  dengan  sensor  serat  optik. Kecenderungan  ini  terjadi  karena  sudut  pantulan cahaya  dari  cermin  dianggap  masih  dalam  range sudut  yang  masih  bisa  diterima  oleh  serat  optik. Kecenderungan  naik  didukung  teori  numerical apreture (NA). Secara perhitungan, sudut NA yang dimiliki oleh serat optik FD-620-10 sebesar 11,55o. Jarak  antara  1  mm  sampai  dengan  2  mm  memiliki sensitivitas  terbesar  yakni  2,506.  Hasil  ini  dapat
digunakan  sebagai  acuan  untuk  mengembangkan sensor serat optik untuk mengukur getaran.
Bagian  kedua  ketika  kurva  memeliki kecenderungan  menurun  untuk  jarak  besar  dari  3 mm.  Pada  bagian  ini  tegangan  berkurang  dengan bertambahnya  jarak  antara  cermin  dengan  sensor serat  optik,  dimana  hubungan  ini  berkebalikan dengan kurva pada jarak 0 mm - 3 mm. Keadaan ini terjadi  diduga  karena  pada  jarak  besar  dari  3  mm jumlah  cahaya  pantulan  cermin  hanya  sedikit  yang dapat masuk ke dalam serat optik.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Hasil yang telah didapatkan dalam penelitian ini  menunjukkan  bahwa  sensor  serat  optik  dapat mengukur  pergeseran  mikro.  Berdasarkan  rentang pengukuran  yang  dilakukan  mulai  dari  0  mm  –  15 mm,  hasil  terbaik  pada  pengukuran  pergeseran mikro  didapatkan  pada  posisi  jarak  0  mm  –  3  mm antara  cermin  dengan  serat  optik.  Dimana, sensitivitas tertinggi didapatkan pada jarak 1 mm- 2 mm  yang  sangat  potensial  untuk  dikembangkan untuk pembuatan sensor getaran.
Saran  dari tindak  lanjut  penelitian  ini adalah dapat  dikembangkan  sensor  serat  optik  untuk pengukuran getaran. Selanjutnya dapat meningkatkan  sensitivitas  dari  sensor  serat  optik dengan melakukan variasi diameter dari serat optik.

## DAFTAR PURTAKA
Castrellon,  J.  2002.  Optical  Fiber  Sensors:  An Overview.  Autonomous  University  of
Morelos State, Meksiko.
Saputro, Bayu H. 2014. Aplikasi sistem sensor serat optik  untuk  pengukuran  frekuensi  getaran akustik. Unand: Padang.
Udd,  Eric.  1991.  Fiber  Optic  Sensors  :  An introduction for engineers and scientist. John Wiley and Sons, Inc : Canada
Wajdi,  Badrul.,  Marzuki,  Ahmad.,  Cari.  2010. Pergeseran Mikro Fiber Optik Sebagai Dasar Rancangan  Sensor  Pengukuran  Dalam  Orde Mikro.  Prosiding  seminar  nasional  teknik fisika (STNF10), Surabaya
Zulaichah,  Siti.  2004.  Pengukuran  Frekuensi Getaran  Menggunakan  Serat  Optik.  ITB  : Bandung.