SENSOR FISIKA
Sebelum kita membahas mengenai apa itu sensor
fisika, hal yang perlu diketahui lebih dahulu adalah apa itu pengertian sensor.
Sensor adalah komponen elektronika
yang merubah besaran fisik menjadi besaran listrik dalam bentuk gelombang
elektromagnetik. Dalam membahas mengenai sensor, tak akan lepas dari yang
namanya transduser. Apa itu transduser ?. Tranduser
merupakan sistem yang melengkapi agar sensor tersebut mempunyai keluaran
sesuai yang kita inginkan dan dapat langsung dibaca pada keluarannya. Pada
intinya sensor dan transduser tidak dapat dipisahkan karena setiap komponen
dalam elektronika pasti harus ada sistem yang mendukung kinerja antara komponen
satu dengan komponen lainnya.
Nah, setelah kita mengetahui pengertian dari
sensor dan transduser, saatnya mengetahui apa itu sensor fisika.
PENGERTIAN SENSOR FISIKA
Sensor fisika adalah sensor yang dapat mendeteksi
suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika. Yang termasuk kedalam jenis
sensor fisika yaitu :
1. Sensor cahaya
2. Sensor suara
3. Sensor suhu
4. Sensor gaya
5. Sensor percepatan
Selanjutnya,
mari kita bahas jenis sensor fisika satu per satu secara singkat
1. SENSOR CAHAYA
Sensor yang kita bahas pertama adalah sensor cahaya. Sensor cahaya adalah sensor fisika yang
dapat mendeteksi sinar atau cahaya dan merubahnya menjadi besaran listrik. Komponen
elektronika yang termasuk dalam sensor ini antara lain :
a.
LDR (Light Dependent Resistor)
Adalah
resistor yang nilai resistansinya tergantung dari sinar atau cahaya yang
menimpanya. Contoh aplikasi sehari-hari adalah lampu jalan di jalan raya. Cara kerjanya
adalah saat siang hari dimana cahaya matahari sangat kuat maka nilai resistansi
pada resistor akan turun dan lampu akan mati. Hal itu terjadi karena pada
resistor saat ada cahaya yang kuat arus listrik yang mengalir akan lancar dan
membuat resistansi menurun. Begitu pula sebaliknya jika pada malam hari tidak
ada cahaya matahari pada resistor arus yang mengalir lemah dan membuat
resistansi meningkat, maka lampu akan menyala.
 |
| Gambar LDR 1 www.oddwires.com |
 | |
|
b. Photo dioda
 |
|
Gambar photo diode komponenelektronika.biz
|
Adalah sebuah dioda yang apabila dikenai cahaya akan memancarkan
electron sehingga akan menalirkan arus listrik yang berfungsi sebagai sensor
cahaya. Contoh aplikasinya adalah penerima sinyal inframerah pada remote control
mobil mainan.
c. Phototransistor
Adalah sebuah transistor yang apabila dikenai cahaya akan mengalirkan
electron sehingga akan terjadi penguatan arus seperti pada sebuah transistor.Kaki basis dalam Photo Transistor adalah berupa lensa yang
berfungsi sebagai sensornya. Apabila Intensitas cahaya tinggi maka arus yang
mengalir dari kolektor ke emitor akan semakin besar pula, hal ini sebagai
akibat penguatan bias basis cahaya tersebut. Cahaya yang biasa digunakan
sebagai input adalah Infra Red dan Laser.
Berikut adalah gambar simbol dari Photo Transistor:
Berikut adalah gambar simbol dari Photo Transistor:
Untuk aplikasi dalam rangkaian elektronika diperlukan
transistor lain agar output semakin besar. Apabila output PhotoTransistor masuk
pada input basis transistor selanjutnya, maka disebut Photo Darlington. Ini
sama dengan apabila kita membutuhkan penguatan besar pada aplikasi transistor
biasa.
Berikut adalah contoh gambar PhotoTransistor:
Gambar phototransistor digitalmedia.risd.edu
d.
Optocoupler
Masing-masing bagian Optocoupler (Transmitter dan Receiver) tidak memiliki hubungan konduktif rangkaian secara langsung tetapi dibuat sedemikian rupa dalam satu kemasan komponen.
Dari gambar diatas dapat
dijelaskan bahwa Arus listrik yang mengalir melalui IR LED akan menyebabkan IR
LED memancarkan sinyal cahaya Infra merahnya. Intensitas Cahaya tergantung pada
jumlah arus listrik yang mengalir pada IR LED tersebut. Kelebihan Cahaya Infra
Merah adalah pada ketahanannya yang lebih baik jika dibandingkan dengan Cahaya
yang tampak. Cahaya Infra Merah tidak dapat dilihat dengan mata telanjang.
Cahaya Infra Merah yang
dipancarkan tersebut akan dideteksi oleh Phototransistor dan menyebabkan
terjadinya hubungan atau Switch ON pada Phototransistor. Prinsip kerja
Phototransistor hampir sama dengan Transistor Bipolar biasa, yang membedakan
adalah Terminal Basis (Base) Phototransistor merupakan penerima yang peka
terhadap cahaya.
Optocoupler banyak
diaplikasikan sebagai driver pada rangkaian pada Mikrokontroller, driver pada
Motor DC, DC dan AC power control dan juga pada komunikasi rangkaian yang dikendalikan
oleh PC (Komputer).
Selanjutnya yang akan kita bahas adalah sensor suara. Sensor suara adalah sensor yang dapat
mendeteksi suara dan mengubahnya menjadi besaran listrik. Komponen elektronika
yang termasuk dalam sensor ini adalah Microphone. Micropone
adalah komponen elektronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkn
oleh gelobang suara akan menghasilkan sinyal listrik dan lain-lain.
Ada dua macam microphone:
1. Microphone arang
2. Microphone capasitor
Kualitas dari micropone capasitor lebih baik daripada yang
arang. Lebih sensitive dan tentu menyebabkan harganya lebih mahal.
Prinsip kerja microphone arang:
Suara-->membran-->serbuk arang--->arang padat
Membrane dicatu tegangan positif dan arang dicatu negative.
Membrane yang peka terhadap tekanan suara menekan serbuk arang sehingga
kepadatan arang berubah. Perubahan kepadatan inilah yang mempengaruhi besarnya
impedansi, atau dalam hal ini resistansi dari arang, sehingga mempengaruhi
besarnya arus (v=i(t).r(t)).
Prinsip kerja microphone capasitor
Suara-->membran-->celah udara-->bahan
kapasitor(pelat inductor)
Membrane yang dipengaruhi tekanan suara terhadap waktu
mempengaruhi lebarnya celah antara membrane dengan bahan kapsitor. Sehingga
besanya impedansi, dalam hal ini kapasitansi, berubah karena lebar celah yang
berubah terhadap waktu. Hal ini pula yang mempengaruhi besarnya arus.
3.SENSOR SUHU
Sensor suhu adalah suatu piranti yang dapat mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan, gerakan atau resistansi. Komponen yang termasuk dalam sensor suhu yaitu:
a. NTC
Adalah komponen
elektronika dimana jika dikenai panas maka tahanan nya akan naik
b. PTC
Adalah komponen elektronika dimana jika terkena panas maka tahanannya
akan semakin
turun.
turun.
1. Thermocouple (T/C)
Thermocouple pada intinya
terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur
bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan
sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding.
Simbol Thermocouple
Kelebihan Thermocouple adalah Self Powered, Sederhana, Murah, Bentuk yang beragam,
Range respon suhu yang luas.
Kekurangan Thermcouple adalah Tidak linier, Tegangan output rendah, Memerlukan
tegangan referensi, Kurang Stabil, Kurang Sensitif
Salah satu contoh thermocouple adalah J-TC Thermocouple. JTC merupakan sensor yang
mengubah besaran suhu menjadi tegangan, dimana sensor ini dibuat dari sambungan dua
bahan metallic yang berlainan jenis. Sambungan ini dikomposisikan dengan campuran
kimia tertentu, sehingga dihasilkan beda potensial antar sambungan yang akan berubah
terhadap suhu yang dideteksi.
2. Resistance Temperature Detector (RTD)
Resistance
Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip dasar pada
tahanan listrik dari
logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi
dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah
bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan
reproduksibilitas.
logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi
dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah
bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan
reproduksibilitas.
Kelebihan
Resistance Temperature Detector (RTD)
a. Stabilitas
kerja yang tinggi
b. Memiliki
akurasi pengukuran yang tinggi
Kekurangan
Resistance Temperature Detector (RTD)
a. Harga
RTD mahal
b. Memerlukan
supply daya
c. Resistansi
yang rendah
d. Tahanan
absolut yang rendah
e. Mengalami
self heating
3. Thermistor
Termistor adalah resistor yang
peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat
suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka
dengan perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang
kecil.
Kelebihan
Thermistor
a.
Level
perubahan output yang tinggi
b. Respon
terhadap perubahan suhu yang cepat
c. Perubahan
resistansi pada kedua terminal (pin)
Kekurangan
Termistor
a. Tidak
linier
b. Range
pengukuran suhu yang sempit
c. Rentan
rusak
d. Memerlukan
supply daya
e. Mengalami
self heating
Contoh sensor suhu yang
termasuk termistor adalah NTC (Negative Temperature
Coefficient). NTC merupakan sensor yang mengubah
besaran suhu menjadi hambatan. NTC dibuat dari campuran bahan semikonduktor
yang dapat menghasilkan hambatan intrinsik yang akan berubah terhadap
temperatur.
4. IC Sensor
Suhu
IC Sensor adalah sensor suhu
dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan
penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat
linear.
Kelebihan IC
Sensor Suhu
a. Output
paling linier
b. Perubahan
level output yang tinggi
c. Harga
murah
Kekurangan IC
Sensor Suhu
a. Temperatur
kerja dibawah 200 0C (T < 200 0C)
b. Memerlukan
supply daya
c. Respon
time yang lambat
d. Mengalami
self heating
e. Konfigurasi
terbatas
Salah satu jenis IC sensor suhu
adalah tipe
LM35.IC sensor suhu LM 35 ini memiliki output yang linier dan bekerja dengan
tegangan 5 volt DC. IC sensor suhu LM 35 sering digunakan sebagai pengindera
temperature atau suhu ruangan.
4.
SENSOR GAYA
Salah satu sensor yang sedang berkembang
saat ini adalah sensor gaya, dan lebih spesifiknya adalah flexiforce. Prinsip
kerja dari sensor ini tentu sesuai dengan namanya, yaitu untuk deteksi adanya
gaya yang ditimbulkan oleh suatu rangsangan yang masuk dalam suatu alat. Gaya
itu sendiri menyebabkan terjadinya tegangan yang nantinya akan menimbulkan
suatu sinyal tertentu. Berikut adalah grafik terjadinya sinyal karena gaya
tertentu :
Gaya /beban
--> stress --> strain --> perubahan resistansi --> sinyal
Sensor flexiforce sebagai sensor gaya sebagaimana telah disebutkan di atas berbentuk printed circuit yang sangat tipis dan fleksibel. Sensor flexiforce sangat mudah diimplementasikan untuk mengukur gaya tekan antara 2 permukaan dalam berbagai aplikasi. Sensor flexiforce bersifat resistif dan nilai konduktansinya berbanding lurus dengan gaya/beban yang diterimanya. Semakin besar beban yang diterima sensor flexiforce maka nilai hambatan output-nya akan semakin menurun. Pada keadaan tanpa beban, resistansi sensor ini sebesar kurang lebih 20M ohm. Ketika diberi beban maksimum, resistansi sensor akan turun hingga kurang lebih 20K ohm.
5. SENSOR PERCEPATAN
Adalah sensor yang berfungsi untuk
mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur
percepatan akibat gravitasi bumi.
Pengertian percepatan itu sendiri adalah merupakan
suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu. Bertambahnya suatu kecepatan
dalam suatu rentang waktu disebut juga percepatan (acceleration). Jika
kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya,
disebut deceleration.
Prinsip Kerja Accelerometer
Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Accelerometer yang diletakan di permukaan bumi dapat mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik vertikalnya, untuk percepatan yang dikarenakan oleh pergerakan horizontal maka accelerometer akan mengukur percepatannya secara langsung ketika bergerak secara horizontal. Hal ini sesuai dengan tipe dan jenis sensor Accelerometer yang digunakan karena setiap jenis sensor berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh perusahaan pembuatnya. Saat ini hamper semua sensor/tranduser accelerometer sudah dalam bentuk digital (bukan dengan sistem mekanik) sehingga cara kerjanya hanya bedasarkan temperatur yang diolah secara digital dalam satu chip.
Semoga bermanfaat…. ^_^
DAFTAR PUSTAKA
Tidak ada komentar:
Posting Komentar