Translate

Minggu, 15 Maret 2015

SENSOR



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

              
Gambar lampu jalan www.sindotrijaya.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:

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
Adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik. Pada dasarnya Optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu Transmitter yang berfungsi sebagai pengirim cahaya optik dan Receiver yang berfungsi sebagai pendeteksi sumber cahaya.

Masing-masing bagian Optocoupler (Transmitter dan Receiver) tidak memiliki hubungan konduktif rangkaian secara langsung tetapi dibuat sedemikian rupa dalam satu kemasan komponen.
Pada prinsipnya, Optocoupler dengan kombinasi LED-Phototransistor adalah Optocoupler yang terdiri dari sebuah komponen LED (Light Emitting Diode) yang memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor yang peka terhadap cahaya (Phototransistor) sebagai bagian yang digunakan untuk mendeteksi cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED. Untuk lebih jelas mengenai Prinsip kerja Optocoupler, silakan lihat rangkaian internal komponen Optocoupler dibawah ini :
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).


                                          Gambar optocoupler www.infoservicetv.com   


2. SENSOR SUARA
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.   
4 jenis utama sensor suhu :

               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.

                                           Simbol Resistance Temperature Detector (RTD)
Kelebihan Resistance Temperature Detector (RTD)
                                      a. Stabilitas kerja yang tinggi
                                      b. Memiliki akurasi pengukuran yang tinggi
                                      c. Lebih linier dari pada thermocouple

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.
   Simbol Thermistor

 

 

 

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.
                                                      Simbol IC Sensor Suhu
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