8 analisis kecepatan reaksi sensor terhadap gelombang cahaya

Analisis Kecepatan Reaksi Sensor Terhadap Gelombang Cahaya Infra Merah…………………………..Amir D
ANALISIS KECEPATAN REAKSI SENSOR TERHADAP GELOMBANG
CAHAYA INFRA MERAH DAN LASER
Amir D1
1
Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe
Email: [email protected]
ABSTRAK
Penggunaan sensor dalam aplikasi kehidupan saat ini semakin banyak memberikan kemudahan dalam kehidupan
manusia, dimana banyak diterapkan teknologi elektronika, sehingga pekerjaan manusia dapat dikerjakan dengan
mudah tanpa harus membuang tenaga dan mempersingkat waktu. Aplikasi sensor banyak digunakan untuk
mengontrol sistem, seperti menghidup-matikan pesawat TV, membuka pintu, mengoperasikan plant. Pada artikel
ini akan dikaji tentang kecepatan tanggapan waktu sensor terhadap gelombang cahaya yang dating padanya.
Waktu tanggapan ini akan dikaji terhadap dua sumber gelombang cahaya, yaitu; cahaya inframerah dan cahaya
laser. Metode untuk mengamati tanggapan waktu sensor menggunakan metode kualitatif. Berdasarkan hasil
perhitungan diketahui bahwa tanggapan waktu respon sensor infra merah Untuk pengujian jarak 1,2,3,4 dan 5
meter hasilnya diperoleh berturut-turut 47,7 ms, 52,3 ms, 52,6 ms, 53,5 ms dan 54 ms, sedangkan untuk
tanggapan waktu respon sensor laser, faktor jarak kedatangan sumber cahaya tidak ada pengaruh yang signifikan.
Secara umum kecepatan tanggapan waktu respon sensor laser di banding dengan sensor infra merah maka
tanggapan waktu respon sensor laser lebih cepat. Tanggapan waktu respon tercepat dari sensor laser adalah 24 ms
demikian juga tanggapan waktu respon tercepat sensor infra merah adalah 25,3 ms.
Kata kunci : Cahaya, Remote pengirim sinyal, Sensor, Relay, Motor DC
I
PENDAHULUAN
meng-konversi menjadi besaran mekanik dalam
bentuk gerak.
Secara umum sensor didefe-nisikan sebagai alat
yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia
kemudian mengubahnya menjadi sinyal electrik baik
arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisik yang
mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan
sinyal electrik meliputi temperatur, tekanan, gaya,
medan magnet cahaya, per-gerakan dan sebagainya
[1].
Sensor yang baik akan mampu mendeteksi
perubahan suatu energi, seperti energi listrik, energi
fisika, energi kimia, energi biologi dan sebagainya
meskipun kenaikan atau perubahan energi tersebut
sangat kecil.
Kecepatan respon dan waktu recovery adalah
waktu yang dibutuhkan sensor untuk menerima
respon energi yang dideteksinya. Semakin cepat
waktu respon dan waktu recovery, maka semakin
baik sensor tersebut. Kemudian stabilitas dan daya
tahan, yaitu sejauh mana sensor dapat secara
konsisten memberikan besar sensitifitas yang sama
terhadap energi, serta seberapa lama sensor tersebut
dapat terus digunakan [3].
Pada artikel ini akan dikaji kecepatan
tanggapan waktu sensor terhadap gelombang cahaya
inframerah dan gelombang cahaya laser yang datang
pada permukaan sensor.
Untuk mengamati tanggapan waktu tersebut
digunakan indikator simulasi miniatur gerbang yang
digerakkan oleh motor DC. Peng-kajian tanggapan
waktu masing-masing sensor dipelajari dari seberapa cepat tanggapan waktu untuk merubah
besaran cahaya menjadi besaran listrik selanjutnya
II TINJAUAN PUSTAKA
Sensor
Sensor adalah divais yang digunakan untuk
merubah suatu besaran fisika atau kimia menjadi
besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan
rangkaian listrik tertentu [1] Sensor dapat diklasifikasikan sesuai dengan jenis transfer energi yang
dapat dideteksi yaitu, sensor termal, sensor
elektromag-netik, sensor mekanik, sensor kimia-wi,
sensor radioasi optik dan sensor radiasi ionisasi.
Sensor dalam teknik pengukuran dan
pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah
besaran fisik menjadi besaran listrik yang
proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan
pengaturan ini harus memenuhi persyaratanpersyaratan kualitas yakni: Linieritas; yaitu besar.
Waktu tanggapan adalah sensor harus dapat berubah
cepat bila Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian,
sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat
diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup nilai
masukan pada sistem tempat sensor tersebut
berubah. Batas fre-kuensi terendah dan tertinggi
adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan
tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor
secara benar. Stabilitas waktu untuk nilai masukan
(input) tertentu sensor harus dapat memberikan
keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu
yang lama. Histerisis yang menyebabkan gejala pada
8
Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 11 Nomor 1, Maret 2014: hal. 8-12
suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat
memberikan keluaran yang berlainan.
lampu penerangan, intensitas cahaya pada ruang
berjendela dan pendalian pintu, pintu [2][3][4].
Cahaya
Infra Merah
Cahaya menurut Newton (1642 - 1727) terdiri
dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil
yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah
dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sementara
menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalah
gelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara
keduanya hanya pada frekuensi dan panjang
gelombangnya saja. Gelombang merambat dengan
kecepatan 300.000 km per detik. Beberapa
pemamfaatan gelombang cahaya sebagai pengendali
Infra
merah
adalah
gelombang
elektromagnetik yang tidak dapat ditangkap mata,
dengan panjang gelombang antara 0,78
m
sampai 1mm. Daerah infra merah mulai dari
perbatasan sinar merah yang dapat tertangkap mata
sampai ke dalam gelombang mikro. Sinar infra
merah dapat ditangkap melalui pelat-pelat fotografis
khusus [2].
Gambar 1. Spektrum frekuensi
Pada bidang komunikasi, sistem sensor inframerah
digunakan sebagai media komunikasi untuk menghubungkan dua perangkat. Teknologi ini banyak
digunakan sebagai alat pengontrol jarak jauh, alarm
keamanan, dan otomatisasi pada sistem. Teknologi
ini menggunakan LED inframerah yang bertindak
sebagai pemancar, yang juga telah dilengkapi dengan
rangkaian untuk membangkitkan data yang akan
dikirimkan melalui sinar inframerah serta foto
transistor yang bertindak sebagai komponen
penerima.
Penyerapan gelombang elek-tromagnetik
dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkattingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi
elektronik, vibrasi, atau rotasi. Untuk menghitung
besarnya energi yang diterima oleh ikatan pada
gugus fungsi dapat digunakan persamaan 1 dan
persamaan 2.
cahaya
Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation) merupakan alat yang dapat
memancarkan
cahaya
gelombang
radio
elektromagnetik pada daerah infrared, visible atau
ultraviolet. Cahaya yang dipancarkan oleh laser yang
di hasilkan dari stimulasi emisi radiasi dari medium
yang ada di laser, emisi radiasi tersebut dikuat-kan
sehingga menghasilkan cahaya yang mempunyai
sifat monokromatis (tunggal/hanya satu), koheren,
ter-arah dan brightness (sifat kecerahan tinggi)[5][6].
E = h.ν .......... ..…………….(1)
atau
E= h
C
…………………….(2)

Dimana E adalah energi yang diserap ( J ), h adalah
tetapan Plank bernilai 6,626 x 10-34 Joule.det dan v
adalah frekuensi radiasi (s-1), C adalah kece-patan
cahaya yang harganya sebesar 2,998 x 108 m/det dan
 panjang gelombang (m). Dalam perhitungan
panjang gelombang dengan menggunakan persamaan
3.

λ= c / f............................(3)
Dalam penelitiannya, Arif Kristanta menyebutkan
bahwa cepat rambat gelombang adalah jarak yang
ditempuh gelombang dalam waktu satu detik
(sekon). Dimana cepat rambat gelombang
dilambangkan dengan v dan satuannya adalah m/s,
Seperti persamaan 4.
Gambar 2. Bentuk fisik sinar laser
v = λ f.........................(4)
9
Analisis Kecepatan Reaksi Sensor Terhadap Gelombang Cahaya Infra Merah…………………………..Amir D
Dimana v adalah cepat rambat gelombang (m/s) λ
adalah panjang gelombang dan f adalah frekuensi.
III.
pada jarak pengukuran (d), yaitu dari 1 meter hingga
5 meter untuk masing-masing gelombang cahaya.
Indikator pergerakan awal gerbang dijadikan untuk
mempelajari respon tanggapan waktu sensor.
Pergerakan respon gerbang dideteksi menggunakan
stopwatch secara digital Setiap pengukuran untuk
masing-masing jarak dilakukan sebanyak 10 kali.
Selanjutnya data-data hasil pengukuran dikaji dan
dianalisis respon tanggapan waktunya ditinjau dari
aspek panjang gelombang, energi.
METODOLOGI PENELITIAN
Untuk mengkaji tanggapan waktu sensor infra
merah dan laser terhadap gelombang cahaya yang
datang padanya, maka metode penelitian yang
digunakan diper-lihatkan seperti pada gambar 3. Untuk mengamati respon tanggapan waktu masingmasing sensor, maka jarak gelombang cahaya diset
Sensor
Penerim
a
Sumber
Cahaya
Relay
Gerbang
Motor
DC
d
Stop
Watch
Gambar 3. Blok metode penelitian
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
lintasan ke lintasan lainnya, satuannya adalah Joule.
Besarnya energi yang dimiliki oleh masing-masing
cahaya saat menuju keper-mukaan sensor dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan 2 dan
hasilnya diperlihatkan pada tabel 1. Pada tabel 1.
terlihat bahwa energi yang dimiliki oleh cahaya
inframerah jauh lebih besar dibanding energi yang
dimiliki oleh cahaya laser. Harganya secara berturutturut sebe-sar 6,626.10-22 Joule dan 6,626.10-31 Joule
Pada sub-bab ini akan diuraikan hasil
penelitian tentang reason tanggapan waktu terhadap
sifat-sifat energy, sifat-sifat daya dan pengaruh jarak.
Lebih jelasnya diuaraikan berikut ini.
Energi Cahaya
usaha
Energi adalah sebuah kemampuan atau
untuk memindahkan elektron dari satu
Tabel 1. Hasil perhitungan energi yang di pancarkan
Parameter yang di
hitung
Parameter yang di ketahui
Sumber Cahaya
Tetapan Planck
Kecepatan Cahaya
(C)
Laser
6,626 x 10-34
3.108
Panjang
Gelombang
(meter)
300.000
Infra Merah
6,626 x 10-34
3.108
0,0003
Tanggapan Waktu Sensor
Energi (Joule)
6,626.10-31
6,626.10-22
men-jadi energi listrik dan mengkon-versinya
menjadi energy gerak atau mekanik. tanggapannya
terhadap pe-rubahan masukan cahaya. Tanggapan
Tanggapan waktu pada sensor menunjukan
seberapa cepat sensor mengubah gelombang cahaya
10
Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 11 Nomor 1, Maret 2014: hal. 8-12
laser yang memiliki energi foton sebesar 6,626 x 1031
Joule.
waktu pada kedua sumber cahaya tersebut di uji
berdasarkan jarak serta massa yang bervariasi. Lebh
lengkap akan di uraikan pada sub di bawah ini.
Sensor Infra Merah
Tanggapan waktu sensor infra merah terhadap
masukan cahaya di amati terhadap sumber cahaya
infra merah yang memiliki
Gambar 6 Kurva tanggapan waktu sensor laser
dengan massa 100 gram
Gambar 4 Kurva tanggapan waktu sensor infra
merah dengan massa 100 gram
energi foton sebesar 6,626 x 10-22 Joule. Di amati
pada jarak kedatangan sumber cahaya sejauh 1, 2, 3,
4 dan 5 meter. Hasilnya di perlihatkan pada gambar
4., 5 dan 6.
Gambar 7 Kurva tanggapan waktu sensor laser
dengan massa 120 gram
Gambar 8 Kurva tanggapan waktu sensor laser
dengan massa 140 gram
Gambar 5. Kurva tanggapan waktu sensor infra
merah dengan massa 120 gram
Di amati pada variasi jarak kedatangan sumber
cahaya sejauh 1, 2, 3, 4 dan 5 meter dengan bobot
massa pintu 140 gram. Hasilnya di perlihatkan pada
gambar 6, 7 dan 8
Perbandingan Tanggapan Waktu Respon Sensor
Pada sub-bab ini akan di berikan gambaran
tentang perban-dingan tanggapan waktu respon
sensor infra merah dan sensor laser.
Untuk mengamati tanggapan waktu tersebut
digunakan indikator gerakan gerbang yang memiliki
massa 120 gram yang digerakkan oleh motor DC
dengan daya Lebih rinci perbandingan tanggapan
waktur pada kedua sensor tersebut dapat dilihat
gambar 9.
Informasi yang didapatkan dari gambar
tersebut terlihat bahwa tanggapan waktu respon
Gambar 6. Kurva tanggapan waktu sensor infra
merah dengan massa 140 gram
Laser
Tanggapan waktu sensor laser terhadap
masukan cahaya di amati terhadap sumber cahaya
11
Analisis Kecepatan Reaksi Sensor Terhadap Gelombang Cahaya Infra Merah…………………………..Amir D
sensor laser secara umum lebih cepat dari pada
sensor infra merah.
Pada jarak 1 sampai 5 meter diketahui
bernilai 34,7 ms, 44,8 ms, 35 ms, 33,9 ms dan 34,8
ms sedangkan sensor laser jauh lebih besar atau lebih
lama dengan nilai masing-masing 47m7 ms, 52,3 ms,
52,6 ms, 53,5 ms dan 54 ms.
Nuklir, Prosiding PPI - PDIPTN Pustek
Akselator dan Proses Bahan-Batan, Yogyakarta.
[2] Sudirman s., Daniel Adutae, Sri Kurniati a, 2012,
Perancangan Remote
Kontrol
Untuk
Mengen-Dalikan Lampu Penerangan Dengan
Menggunakan Sinyal Infra Merah, Jurnal
Media Elektro , Vol. 1, No. 1,, KupangIndonesia.
[3] Keyza Novianti , Chairisni Lubis, Tony, 2012,
Perancangan prototipe Sistem Penerangan
Otomatis Ruangan Berjendela Berdasarkan
Intensitas
Cahaya,
Seminar
Nasional
Teknologi Informasi, UNTAR.
[4]
[5] Heri Sugito, dkk, 2005, Pengukuran Panjang
Gelombang Sumber Ca-haya Berdasarkan
Pola Interfe-rensi Celah Banyak, Berkala
Fisika Vol.8, No.2, April 2005, hal 37-44, Undip
Semarang.
Gambar 9 Kurva perbandingan tanggapan waktu
sensor dengan massa 120 gram
V.
Benny, Yenniwarti Rafsyam, 2012,
Pemanfaatan Infrared Remote Universal
Sebagai Pengendali Pintu, Orbith vol. 8 no. 3:
196 – 200, Jakarta.
KESIMPULAN
Dari uraian pada hasil dan pembahasan di
atas, maka dapat di tarik beberapa kesimpulan,
antara lain :
1. Tanggapan waktu respon sensor infra merah
terhadap jarak kedatangan sumber cahaya pada
jarak 1 sampai dengan 5 meter di pengaruhi oleh
faktor jarak keda-tangan cahaya, Hasilnya
diperoleh berturut-turut 47,7 ms, 52,3 ms, 52,6
ms, 53,5 ms dan 54 ms. sedangkan untuk
tanggapan waktu respon sensor laser, faktor
jarak kedatangan sumber cahaya tidak ada
pengaruh yang signifikan.
2. Kecepatan tanggapan waktu respon sensor laser
di banding dengan sensor infra merah lebih
cepat. Tanggapan waktu respon tercepat dari
sensor laser adalah 24 ms sedangkan tanggapan
waktu respon infra merah adalah 25,3 ms.
3. Tanggapan waktu respon sensor infra merah,
untuk pengukuran ja-rak kedatangan 1 sampai 5
meter
dipengaruhi oleh jarak kedatangan
sumber cahaya, sedangkan tangga-pan waktu
laser, pada jarak yang sama tidak dipengaruhi
oleh jarak
4. Untuk jarak kedatangan 1 hingga 5 meter,
tanggapan waktu sensor infra merah hasilnya
diperoleh berturut-turut 47,7 ms, 52,3 ms, 52,6
ms, 53,5 ms dan 54 ms. sedangkan untuk
tanggapan waktu respon sen-sor laser, faktor
jarak keda-tangan sumber cahaya tidak ada
pengaruh yang signifikan.
[6] Tipler, P., 1991, Fisika Untuk Teknik dan
Sains, Jakarta, Erlangga.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Hiskia,2007, Perkembangan, Teknologi Sensor
dan Aplikasinya Un-tuk Diteksiradiasi
12