Sonar

Sonar
Sonar (Singkatan dari bahasa Inggris: sound navigation and ranging), merupakan istilah Amerika yang
pertama kali digunakan semasa Perang Dunia, yang berarti penjarakan dan navigasi suara, adalah
sebuah teknik yang menggunakan penjalaran suara dalam air untuk navigasi atau mendeteksi kendaraan
air lainnya. Sementara itu, Inggris punya sebutan lain untuk sonar, yakni ASDIC (Anti-Submarine
Detection Investigation Committee).
Cara Kerja
Sonar merupakan sistem yang menggunakan gelombang suara bawah air yang dipancarkan dan
dipantulkan untuk mendeteksi dan menetapkan lokasi obyek di bawah laut atau untuk mengukur
jarak bawah laut. Sejauh ini sonar telah luas digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan
ranjau, mendeteksi kedalaman, penangkapan ikan komersial, keselamatan penyelaman, dan
komunikasi di laut.
Cara kerja perlengkapan sonar adalah dengan mengirim gelombang suara bawah permukaan dan
kemudian menunggu untuk gelombang pantulan (echo). Data suara dipancar ulang ke operator
melalui pengeras suara atau ditayangkan pada monitor.
Sejarah
Munculnya sonar tak bisa dilepas dari rintisan tokoh seperti Daniel Colloden yang pada tahun
1822 menggunakan lonceng bawah air untuk menghitung kecepatan suara di bawah air di Danau
Geneva, Swiss. Ini kemudian diikuti oleh Lewis Nixon, yang pada tahun 1906 menemukan alat
pendengar bertipe sonar pertama untuk mendeteksi puncak gunung es. Minat terhadap sonar
makin tinggi pada era Perang Dunia I, yaitu ketika ada kebutuhan untuk bisa mendeteksi kapal
selam.
Dalam perkembangan selanjutnya ada nama Paul Langevin yang tahun 1915 menemukan alat
sonar pertama untuk mendeteksi kapal selam dengan menggunakan sifat-sifat piezoelektrik
kuartz. Meski tak sempat terlibat lebih jauh dalam upaya perang, karya Langevin berpengaruh
besar dalam desain sonar.
Dua Jenis Sonar
Alat sonar pertama digolongkan sebagai sonar pasif, di mana tidak ada sinyal yang dikirim
keluar.
Pada tahun 1918 Inggris dan AS membuat sistem aktif, di mana sinyal sonar aktif dikirim dan
diterima kembali. Misalnya saja untuk mengetahui jarak satu obyek, petugas sonar mengukur
waktu yang diperlukan oleh sinyal sejak dipancarkan hingga diterima kembali. Karena tidak ada
sinyal yang dikirim pada sistem pasif, alat hanya mendengarkan. Pada sistem pasif maju, ada
bank data sonik (sumber bunyi) yang besar. Sistem komputer menggunakan bank data tadi untuk
mengenali kelas kapal, juga aksinya (kecepatan atau senjata yang ditembakkan)
Gambar sonar
Radar
Radar (yang dalam bahasa Inggris merupakan singkatan dari Radio Detection and Ranging,
yang berarti deteksi dan penjarakan radio) adalah suatu sistem gelombang elektromagnetik yang
berguna untuk mendeteksi, mengukur jarak dan membuat map benda-benda seperti pesawat
terbang, berbagai kendaraan bermotor dan informasi cuaca (hujan).
Panjang gelombang yang dipancarkan radar adalah beberapa milimeter hingga satu meter.
Gelombang radio/sinyal yang dipancarkan dan dipantulkan dari suatu benda tertentu akan
ditangkap oleh radar. Dengan menganalisa sinyal yang dipantulkan tersebut, pemantul sinyal
dapat ditentukan lokasinya dan kadang-kadang dapat juga ditentukan jenisnya. Meskipun sinyal
yang diterima relatif lemah/kecil, namun radio sinyal tersebut dapat dengan mudah dideteksi dan
diperkuat oleh radar.
Sejarah
Seorang ahli fisika Inggris bernama James Clerk Maxwell mengembangkan dasar-dasar teori
tentang elektromagnetik pada tahun 1865. Setahun kemudian, seorang ahli fisika asal Jerman
bernama Heinrich Rudolf Hertz berhasil membuktikan teori Maxwell mengenai gelombang
elektromagnetik dengan menemukan gelombang elektromagnetik itu sendiri.
Pendeteksian keberadaan suatu benda dengan menggunakan gelombang elektromagnetik pertama
kali diterapkan oleh Christian Hülsmeyer pada tahun 1904. Bentuk nyata dari pendeteksian itu
dilakukan dengan memperlihatkan kebolehan gelombang elektromagnetik dalam mendeteksi
kehadiran suatu kapal pada cuaca yang berkabut tebal. Namun di kala itu, pendeteksian belum
sampai pada kemampuan mengetahui jarak kapal tersebut.
Di tahun 1921, Albert Wallace Hull menemukan magnetron sebagai tabung pemancar
sinyal/transmitter yang efisien. Kemudian transmitter berhasil ditempatkan pada kapal kayu dan
pesawat terbang untuk pertama kalinya secara berturut-turut oleh A. H. Taylor dan L. C. Young
di tahun 1922 dan L. A. Hyland dari Laboratorium Riset kelautan Amerika Serikat di tahun
1930.
Istilah radar sendiri pertama kali digunakan pada tahun 1941, menggantikan istilah dari
singkatan Inggris RDF (Radio Directon Finding), namun perkembangan radar itu sendiri sudah
mulai banyak dikembangkan sebelum Perang Dunia II oleh ilmuwan dari Amerika, Jerman,
Prancis dan Inggris. Dari sekian banyak ilmuwan, yang paling berperan penting dalam
pengembangan radar adalah Robert Watson-Watt asal Skotlandia, yang mulai melakukan
penelitiannya mengenai cikal bakal radar pada tahun 1915. Di tahun 1920-an, ia bergabung
dengan bagian radio National Physical Laboratory. Di tempat ini, ia mempelajari dan
mengembangkan peralatan navigasi dan juga menara radio. Watson-Watt menjadi salah satu
orang yang ditunjuk dan diberikan kebebasan penuh oleh Kementrian Udara dan Kementrian
Produksi Pesawat Terbang untuk mengembangkan radar. Watson-Watt kemudian menciptakan
radar yang dapat mendeteksi pesawat terbang yang sedang mendekat dari jarak 40 mil (sekitar 64
km). Dua tahun berikutnya, Inggris memiliki jaringan stasiun radar yang berfungsi untuk
melindungi pantainya.
Pada awalnya, radar memiliki kekurangan, yakni gelombang elektromagnetik yang
dipancarkannya terpancar di dalam gelombang yang tidak terputus-putus. Hal ini menyebabkan
radar mampu mendeteksi kehadiran suatu benda, namun tidak pada lokasi yang tepat. Terobosan
pun akhirnya terjadi di tahun 1936 dengan pengembangan radar berdenyut (pulsed). Dengan
radar ini, sinyal diputus secara berirama sehingga memungkinkan untuk mengukur antara gema
untuk mengetahui kecepatan dan arah yang tepat mengenai target.
Sementara itu, terobosan yang paling signifikan terjadi di tahun 1939 dengan ditemukannya
pemancar gelombang mikro berkekuatan tinggi yang disempurnakan. Keunggulan dari pemancar
ini adalah ketepatannya dalam mendeteksi keberadaan sasaran, tidak peduli dalam keadaan cuaca
apapun. Keunggulan lainnya adalah bahwa gelombang ini dapat ditangkap menggunakan antena
yang lebih kecil, sehingga radar dapat dipasang di pesawat terbang dan benda-benda lainnya. Hal
ini yang pada akhirnya membuat Inggris menjadi lebih unggul dibandingkan negara-negara
lainnya di dunia. Di tahun-tahun berikutnya, sistem radar berkembang lebih pesat lagi, baik
dalam hal tingkat resolusi dan portabilitas yang lebih tinggi, maupun dalam hal peningkatan
kemampuan sistem radar itu sendiri sebagai pertahanan militer.
Konsep
Konsep radar adalah mengukur jarak dari sensor ke target. Ukuran jarak tersebut didapat dengan
cara mengukur waktu yang dibutuhkan gelombang elektromagnetik selama penjalarannya mulai
dari sensor ke target dan kembali lagi ke sensor.
Klasifikasi
Berdasarkan bentuk gelombang

Continuous Wave/CW (Gelombang Berkesinambungan), merupakan radar yang menggunakan
transmitter dan antena penerima (receive antenna) secara terpisah, di mana radar ini terus
menerus memancarkan gelombang elektromagnetik. Radar CW yang tidak termodulasi dapat
mengukur kecepatan radial target serta posisi sudut target secara akurat. Radar CW yang tidak
termodulasi biasanya digunakan untuk mengetahui kecepatan target dan menjadi pemandu
rudal (missile guidance).

Pulsed Radars/PR (Radar Berdenyut), merupakan radar yang gelombang elektromagnetiknya
diputus secara berirama. Frekuensi denyut radar (Pulse Repetition Frequency/PRF) dapat
diklasifikasikan menjadi 3 bagian, yaitu PRF high, PRF medium dan PRF low.
Jenis
Doppler Radar
Doppler radar merupakan jenis radar yang mengukur kecepatan radial dari sebuah objek yang
masuk ke dalam daerah tangkapan radar dengan menggunakan Efek Doppler. Hal ini dilakukan
dengan memancarkan sinyal microwave (gelombang mikro) ke objek lalu menangkap
refleksinya, dan kemudian dianalisis perubahannya. Doppler radar merupakan jenis radar yang
sangat akurat dalam mengukur kecepatan radial. Contoh Doppler radar adalah Weather Radar
yang digunakan untuk mendeteksi cuaca.
Bistatic Radar
Bistatic radar merupakan suatu jenis sistem radar yang komponennya terdiri dari pemancar
sinyal (transmitter) dan penerima sinyal (receiver), di mana kedua komponen tersebut terpisah.
Kedua komponen itu dipisahkan oleh suatu jarak yang dapat dibandingkan dengan jarak
target/objek. Objek dapat dideteksi berdasarkan sinyal yang dipantulkan oleh objek tersebut ke
pusat antena. Contoh Bistatic radar adalah Passive radar. Passive radar adalah sistem radar yang
mendeteksi dan melacak objek dengan proses refleksi dari sumber non-kooperatif pencahayaan
di lingkungan, seperti penyiaran komersial dan sinyal komunikasi.
Sistem radar
Ada tiga komponen utama yang tersusun di dalam sistem radar, yaitu antena, transmitter
(pemancar sinyal) dan receiver (penerima sinyal) .
[sunting] Antena
Antena yang terletak pada radar merupakan suatu antena reflektor berbentuk piring parabola
yang menyebarkan energi elektromagnetik dari titik fokusnya dan dipantulkan melalui
permukaan yang berbentuk parabola. Antena radar memiliki du akutub (dwikutub). Input sinyal
yang masuk dijabarkan dalam bentuk phased-array (bertingkat atau bertahap). Ini merupakan
sebaran unsur-unsur objek yang tertangkap antena dan kemudian diteruskan ke pusat sistem
radar.
[sunting] Pemancar sinyal (transmitter)
Pada sistem radar, pemancar sinyal (transmitter) berfungsi untuk memancarkan gelombang
elektromagnetik melalui reflektor antena. Hal ini dilakukan agar sinyal objek yang berada
didaerah tangkapan radar dapat dikenali. Pada umumnya, transmitter memiliki bandwidth dengan
kapasitas yang besar. Transmitter juga memiliki tenaga yang cukup kuat, efisien, bisa dipercaya,
ukurannya tidak terlalu besar dan tidak terlalu berat, serta mudah dalam hal perawatannya.
Penerima sinyal (receiver)
Pada sistem radar, penerima sinyal (receiver) berfungsi sebagai penerima kembali pantulan
gelombang elektromagnetik dari sinyal objek yang tertangkap oleh radar melalui reflektor
antena. Pada umumnya, receiver memiliki kemampuan untuk menyaring sinyal yang diterimanya
agar sesuai dengan pendeteksian yang diinginkan, dapat memperkuat sinyal objek yang lemah
dan meneruskan sinyal objek tersebut ke pemroses data dan sinyal (signal and data processor),
dan kemudian menampilkan gambarnya di layar monitor (display).
Selain tiga komponen di atas, sistem radar juga terdiri dari beberapa komponen pendukung
lainnya, yaitu



Waveguide, berfungsi sebagai penghubung antara antena dan transmitter.
Duplexer, berfungsi sebagai tempat pertukaran atau peralihan antara antena dan penerima
atau pemancar sinyal ketika antena digunakan dalam kedua situati tersebut.
Software, merupakan suatu bagian elektronik yang berfungsi mengontrol kerja seluruh
perangkat dan antena ketika melakukan tugasnya masing-masing.
Gambar Radar
Seismogram
Seismometer (bahasa Yunani: seismos: gempa bumi dan metero: mengukur) adalah alat atau
sensor getaran, yang biasanya dipergunakan untuk mendeteksi gempa bumi atau getaran pada
permukaan tanah. Hasil rekaman dari alat ini disebut seismogram.
Prototip dari alat ini diperkenalkan pertama kali pada tahun 132 SM oleh matematikawan dari
Dinasti Han yang bernama Chang Heng. Dengan alat ini orang pada masa tersebut bisa
menentukan dari arah mana gempa bumi terjadi.
Dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka kemampuan seismometer dapat ditingkatkan,
sehingga bisa merekam getaran dalam jangkauan frekuensi yang cukup lebar. Alat seperti ini
disebut seismometer broadband.
Seismograf adalah sebuah perangkat yang mengukur dan mencatat gempa bumi. Pada
prinsipnya, seismograf terdiri dari gantungan pemberat dan ujung lancip seperti pensil. Dengan
begitu, dapat diketahui kekuatan dan arah gempa lewat gambaran gerakan bumi yang dicatat
dalam bentuk seismogram.
Prinsip kerja
Seismograf memiliki instrumen sensitif yang dapat mendeteksi gelombang seismik yang
dihasilkan oleh gempa bumi. Gelombang seismik yang terjadi selama gempa tergambar sebagai
garis bergelombang pada seismogram. Seismologist mengukur garis-garis ini dan menghitung
besaran gempa.
Dahulu, seismograf hanya dapat mendeteksi gerakan horizontal, tetapi saat ini seismograf sudah
dapat merekam gerakan-gerakan vertikal dan lateral. Seismograf menggunakan dua gerakan
mekanik dan elektromagnetik seismographer. Kedua jenis gerakan mekanikal tersebut dapat
mendeteksi baik gerakan vertikal maupun gerakan horizontal tergantung dari pendular yang
digunakan apakah vertikal atau horizontal.
Seismograf modern menggunakan elektromagnetik seismographer untuk memindahkan
volatilitas sistem kawat tarik ke suatu daerah magnetis. Peristiwa-peristiwa yang menimbulkan
getaran kemudian dideteksi melalui spejlgalvanometer.
Sejarah
Pada pertengahan abad ke-18, gempa bumi diukur dengan instrumen yang bernama seismokop.
Seismokop adalah peralatan perekam gempa yang paling primitif. Seismokop terdiri dari sebuah
kontainer sederhana berisi air atau air raksa. Ketika terjadi gempa, cairan tersebut akan bergerak
naik-turun akibat getaran gempa yang terjadi.
Terobosan besar untuk pengukuran gempa bumi datang pada tahun 1920, ketika dua ilmuwan
Amerika mengembangkan alat yang disebut Wood-Anderson seismograf. Alat ini lebih sensitif
dibandingkan seismograf yang ada pada masa itu, sehingga langsung banyak digunakan di
seluruh dunia dan menjadi cikal bakal seismograf yang sekarang ada dan berkembang. Saat ini,
seismograf banyak digunakan oleh Seismologist dalam mempelajari sesar dan gempa bumi.
Klasifikasi Pengukuran Gempa
Seismograf menggunakan dua klasifikasi yang berbeda untuk mengukur gelombang seismik
yang dihasilkan gempa, yaitu besaran gempa dan intensitas gempa. Kedua klasifikasi
pengukuran ini menggunakan skala pengukuran yang berbeda pula. Skala pengukuran gempa
tersebut terdiri dari Skala Richter dan Skala Mercalli. Skala Richter digunakan untuk
menggambarkan besaran gempa sedangkan Skala Mercalli digunakan untuk menunjukkan
intensitas gempa, atau pengaruh gempa terhadap tanah, gedung, dan manusia
Gambar seismogram
Osiloskop
Langsung ke: navigasi, cari
Oskiloskop merek Textronix
Osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal listrik
agar dapat dilihat dan dipelajari. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti
pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode. Sorotan
elektron membekas pada layar. Suatu rangkaian khusus dalam osiloskop menyebabkan sorotan
bergerak berulang-ulang dari kiri ke kanan. Pengulangan ini menyebabkan bentuk sinyal
kontinyu sehingga dapat dipelajari.
Oskiloskop untuk mengukur beda fase gelombang
Osiloskop biasanya digunakan untuk mengamati bentuk gelombang yang tepat dari sinyal listrik.
Selain amplitudo sinyal, osiloskop dapat menunjukkan distorsi, waktu antara dua peristiwa
(seperti lebar pulsa, periode, atau waktu naik) dan waktu relatif dari dua sinyal terkait.
Semua alat ukur elektronik bekerja berdasarkan sampel data, semakin tinggi sampel data,
semakin akurat peralatan elektronik tersebut. Osiloskop, pada umumnya juga mempunyai sampel
data yang sangat tinggi, oleh karena itu osiloskop merupakan alat ukur elektronik yang mahal.
Jika sebuah osiloskop mempunyai sampel rate 10 Ks/s (10 kilo sample/second = 10.000 data per
detik), maka alat ini akan melakukan pembacaan sebanyak 10.000 kali dalam sedetik. Jika yang
diukur adalah sebuah gelombang dengan frekuensi 2500Hz, maka setiap sampel akan memuat
data 1/4 dari sebuah gelombang penuh yang kemudian akan ditampilkan dalam layar dengan
grafik skala XY.
Current Meter (Alat Ukur Arah dan
Kecepatan Arus Laut)
Seluruh current-meter mekanik mengukur kecepatan dengan melakukan pengubahan gerakan
linear menjadi menjadi angular.
Sebuah current-meter yang ideal harus memiliki respon yang cepat dan konsisten dengan setiap
perubahan yang terjadi pada kecepatan air, dan harus secara akurat dan terpercaya sesuai dengan
komponen velositas. Juga harus tahan lama, mudah dilakukan pemeliharaan, dan simpel
digunakan dengan kondisi lingkungan yang berbeda-beda. Indikator kinerja tergantung pada
inertia dari rotor, gerakan air, dan gesekan dalam bearing.
Secara umum current meter yang biasa dipergunakan memiliki dua tipe : dengan “verctical axis
meter” dan “axis meter horizontal”. Dalam kedua perbedaan tersebut rotasi dan rotor dari
propeller dipergunakan untuk menentukan kecepatan arus laut sesuai dengan pengaturan pada
current-meter. Sebelum current-meter ditempatkan, hubungan antara rotasi dan kecepatan
dengan mempergunakan “towing tank”.
Tiga type dari alat ukur kecepatan dengan mempergunakan hukum Faraday. Dimana konduktor
(air) menggerakkan daerah medan magnet (diubah dengan kumparan berbeda kutub) yang
menghasilkan voltase dengan adanya arus air. Jadi secara umum ada tiga jenis yang sering
dipergunakan saat ini, prinsip electromagnetik dengan mengukur kecepatan mempergunakan
hukum Faraday dengan menyatakan bahwa air mengakibatkan perubahan medan magnetik yang
ada dalam bidang yang telah diatur sehingga menghasilkan tegangan yang berbeda secara linear
sebanding dengan kecepatan arus.
Elektrode dalam penelitian dapat mendeteksi tegangan yang dihasilkan oleh air. Karena current
meter tidak bergerak bagian mereka tidak terganggu banyak sehingga tidak membutuhkan
pemeliharaan yang terkait dengan permasalahan mekanik.
Pada tahun 1998 sudah ada beberapa produk current meter yg dipergunakan :
Tabel : Current meter yang sering dipergunakan. (Sumber: Manual of Standard Operating
Procedures for Hydrometric Surveys in British Columbia, November 1998)
Vertical Axis Current Meters Horizontal Axis Current Meters
Price 622AA
Valpot BFN 002 (Braystoke)
Price 62AAA Magnetic
OTT 5(Arkansas), 2 impellers
(replaced by C31)
Price 622AA Photo-Fibre Optic
OTT, C31, 3 impellers
(Swolffer retrolit #2200)
Price Winter Model AA
Price Pygmy
Price Pygmy Photo-Fibre-Optic
(Swoffer retroit #2200)
OSS, B1, 2 impellers (identical to
C31)
OTT, C1, 3 impellers (replaced by
C2 & OSS, PC1)
OSS, PC1, 2 impellers (identical to
C2)
Swoffer 2100, impeller
Menurut www.eng.fiu pengukuran kecepatan arus air disebut dengan Water current meter yang
secara prinsip terbagi dalam tiga sistem, yaitu :
1. Sistem Pencacah Putaran, yaitu current meter yang mengkonversi kecepatan sudut dari
propeller atau baling-baling kedalam kecepatan linear. Biasanya jenis ini mempunyai kisaran
pengukuran antara 0,03 sampai 10 m/s.
2. Sistem Elektromagnetik, pada sistem ini air dianggap sebagai konduktor yang mengalir melalui
medan mamgnentik. Perubahan pada tegangan diterjemahkan kedalam kecepatan.
3. Sistem Akustik, pada sistem ini digunakan prinsip Dopler pada transduser, juga biasanya
berperan sekaligus sebagai receiver, yang memancarkan pulsa-pulsa pendek pada frekuensi
tertentu. Pulsa-pulas direfleksikan ataupun disebarkan oleh partikel-partikel dalam air dan
terjadi pergeseran frekuensi dari yang diterima kembali oleh receiver, dimana hal tersebut
dapat diukur sebagai kecepatan arus air.
Salah satu jenis current meter yang dapat dibuat adalah pengukuran arus dengan arus velositas,
dengan sistem kerja menghasilkan sinyal dari masing-masing putaran propeller yang terbuat dari
bahan medan magnetik. (www.seba.de)
Persamaan dari arus velositas adalah :
V = k.n + ∆
dimana,
V = Aliran velositas (m/s)
k = pitch hidraulic dari propeller (m)
n = revolusi propeller setiap detik
∆ = Karakteristik dari current meter *)
*) dapat diperkirakan dengan melakukan pengujian secara thowing channel
Current meter dapat pula dibagi kedalam dua kategori berdasarkan metode pengukurannya.
Kedua jenis current meter tersebut menurut adalah :
1. Current meter dengan pengukuran non-otomatik, yaitu current meter dengan cara pengukuran
atau perekaman data kecepatan arus yang harus dilakukan langsung oleh seseorang untuk
membacanya, biasanya alat ini ditempatkan pada suatu struktur tertentu.
2. Current meter dengan pengukuran otomatik, yaitu current meter yang merekam data kecepatan
arus tanpa selalu harus langsung diperiksa oleh pengguna, Biasanya tipe ini memiliki sarana
penyimpanan data yang cukup untuk jangka waktu pengukuran tertentu.
Karena banyaknya pengelompokan current meter, maka pada topik kali ini akan banyak
membahas tentang jenis current meter “verctical axis meter” dan “axis meter horizontal” yang
umum dikembangkan oleh British Columbia.
Gambar current meter