SENSOR

Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu atau dapat juga dinyatakan sebagai ujung dari kontrol otomatis. Saat ini terdapat berbagai macam sensor yang telah dipergunakan di industri, dan teknologi. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor di dalamnya.Saat ini, sensor telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.

 

Sensor (transducer) bertujuan untuk mengubah besaran fisik menjadi sinyal elektris.Besaran yang paling banyak diukur : posisi, force, kecepatan, percepatan, tekanan, level, flow, temperature.

 

Secara umum sensor dibagi ke dalam dua jenis:

Ø  Sensor fisika , meliputi; sensor cahaya, sensor suara, sensor kimia, , sensor gaya, sensor kecepatan, sensor percepatan, dan sensor suhu.

Ø  Sensor kimia (biasanya melibatkan beberapa reaksi kimia). Contoh sensor kimia adalah sensor pH, sensor oksigen, sensor ledakan, dan sensor gas.

 

Berikut adalah beberapa contoh dari kedua jenis sensor tersebut:

 

Sensor Cahaya

Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya, salah satu yang paling populer adalah kamera digital. Pada saat ini sudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai 1 buah foton saja.

 

Di bawah ini adalah jenis-jenis sensor cahaya, di antaranya:

·         Detektor kimiawi, seperti pelat fotografis, dimana mmolekul silver halida dibagi menjadi sebuah atom perak metalik dan atom halogen. Pengembang fotografis menyebabkan terbaginya molekul yang berdekatkan secara sama.

·         Fotoresistor atau Light Dependent Resistor (LDR) yang berubah resistansinya ketika dikenai cahaya

·         Sel fotovoltaik atau sel matahari yang menghasilkan tegangan dan memberikan arus listrik ketika dikenai cahaya

·         Fotodioda yang dapat beroperasi pada mode fotovoltaik maupun fotokonduktif

·         Tabung fotomultiplier yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, kemudian elektron-elektron tersebut akan dikuatkan dengan rantai dynode.

·         Tabung cahaya yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, dan umumnya bersifat sebagai fotoresistor.

·         Fototransistor menggabungkan salah satu dari metode penyensoran di atas

·         Detektor optis yang berlaku seperti termometer, secara murni tanggap terhadap pengaruh panas dari radiasi yang masuk, seperti detektor piroelektrik, sel Golay, termokopel dan termistor, tapi kedua yang terakhir kurang sensitif.

·         Detektor cryogenic cukup tanggap untuk mengukur energi dari sinar-x tunggal, serta foton cahaya terlihat dan dekat dengan inframerah (Enss 2005).

 

Sensor temperatur

Resistance Temperatur Detektor

• Sensor temperatur berdasar prinsip kenaikan resistansi logam (metal) yang sebanding dengan kenaikan temperatur.
• Jenis – jenis metal : platinum (repeatable, sensitive, mahal), nikel (kurangrepeatable, kurang sensitive, murah), dan lain-lain.

Sensitivitas

·         Dilihat dari rasio perubahan pada tahanan dan temperatur.

·         Platinum : 0.004/^oC, nikel : 0.005/^oC.

Waktu respon

·         Sekitar 0.5 sampai 5 detik atau lebih. Kelambatan respon ini disebabkan kelambatan konduktivitas termal untuk membawa alat ke kondisi thermal equilibrium dengan lingkungannya.

·         Besarnya time constants berbeda untuk kondisi “free air” (respon lambat) dan kondisi “oil bath” (respon cepat).Konstruksi 

·         Berupa gulungan/belitan sejenis kawat dari logam tertentu.

·         Ada juga yang dilindungi oleh sheat atau protective tube yang sangat penting untuk lingkungan yang “tidak aman”, meski hal itu menaikkanwaktu respon.

Signal conditioning

·         Karena perubahan resistansi terhadap perubahan temperatur sangat kecil (0.4%), RTD biasanya digunakan dalam rangkaian jembatan. (Lihat Gambar 2.7, “PCIT”)

·         Supaya resistansi kabel tidak berubah saat resistansi RTD berubah, perlu ditambahkan compensation line.  Range

·         Range efektif RTD bergantung pada jenis kawat yang digunakan sebagai elemen aktif. Untuk jenis platinum rangenya –100^oC sampai 650^oC, sedang untuk jenis nikel rangenya dari –180^oC sampai 300^oC. 

 

Sensor suhu

 

adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi besaran listrik yang dapat dengan mudah dianalisis besarnya. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatannya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya.

 

Menggunakan bahan logam

 

Logam akan bertambah besar hambatannya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah. Hal ini dapat dijelaskan dari sisi komponen penyusun logam. Logam dapat dikatakan sebagai muatan positif yang berada di dalam elektron yang bergerak bebas. Jika suhu bertambah, elektron-elektron tersebut akan bergetar dan getarannya semakin besar seiring dengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka gerakan elektron akan terhambat dan menyebabkan nilai hambatan dari logam tersebut bertambah.

Bahan semikonduktor mempunyai sifat terbalik dari logam, semakin besar suhu, nilai hambatan akan semakin turun. Hal ini dikarenakan pada suhu yang semakin tinggi, elektron dari semikonduktor akan berpindah ke tingkat yang paling atas dan dapat bergerak dengan bebas. Seiring dengan kenaikan suhu, semakin banyak elektron dari semikonduktor tersebut yang bergerak bebas, sehingga nilai hambatan tersebut berkurang

Untuk mendapatkan sinyal listrik yang baik dengan sedikit kegaduhan, dapat digunakan jembatan Wheatstone dan rangkaian Lock in Amplifier. (Sumber:wikipedia.com)

 

Sensor Posisi

Potentiometric

·         Sensor posisi paling sederhana dengan melibatkan perpindahan wiper pada potensiometer. Alat ini mengubah gerakan linear atau anguler menjadi perubahan resistansi yang dapat dikonversi secara langsung menjadi sinyal tegangan atau arus. Lihat Gambar 5.1, “PCIT”.

 

 

B.      Linear Variable Differential Transformer (LVDT)

Prinsip kerja

• Berdasar prinsip variable reluctance, dimana inti yang bergerak bertujuan untuk mengubah fluks magnetik diantara 2 gulungan kawat atau lebih. Lihat Gambar 5.8, “PCIT”.
• Intinya berupa material transparan (permeable) yang dapat bergerak bebas melalui bagian tengah dari form. Coil primer dieksitasi oleh sumber tegangan ac. Fluks yang terbentuk oleh coil primer dihubungkan dengan 2 coil sekunder, menginuksikan tegangan ac pada masing – masing coil.
• Ketika inti diletakkan di tengah, tegangan yang diinduksikan coil primer besarnya sama. Jika inti bergerak ke salah satu sisi, tegangan ac yang lebih besar akan diinduksikan ke coil yang dekat, sedangkan coil yang lain menerima induksi tegangan ac lebih kecil. Selain itu, juga terjadi perubahan fase tegangan yang berhubungan dengan arah gerakan inti.
• Jika 2 coil sekuder dihubungkan secara seri, maka 2 tegangan akan dikurangkan, sehingga terbentuk selisih tegangan.

 

Signal Conditioning

• Terdiri dari rangkaian pendeteksi fasa dari selisih tegangan coil sekunder.
• Output berupa tegangan DC yang amplitudonya berhubungan dengan seberapa jauh perpindahan inti dan polaritasnya menunjukkan arah gerakan inti.

 

 

Sensor Strain

A.  Metal Strain Gauges (SGs)

Prinsip kerja

• Strain  : hasil pemberian gaya atau tekanan pada benda padat/solid. 
• Sensor ini bekerja berdasar perubahan resistansi logam yang disebabkan logam tersebut berubah panjangnya.
• 

Dimana : R = perubahan resistansi              l  = perubahan panjang

                R₀  = resistansi mula-mula               l₀  =  panjang mula-mula 

Instalasi

• Cara memasang SG ini dilakukan dengan melekatkan kabel logam atau foil pada elemen yang akan diukur strainnya. Kemudian saat elemen tersebut ditekan dan berubah bentuk, maka SG juga akan berubah bentuk dan menghasilkan perubahan resistansi.
• Spesifikasi SG diindikasikan oleh Gauge Factor
• GF = 

Dimana : = perubahan kecil pada resistansi gauge karena strain.

                Strain =   =     perubahan kecil pada

Konstruksi

• Berupa logam tipis yang dilekati elemen kabel atau foil.
• Umumnya unidirectional, hanya memberi respon di salah satu arah saja.

 

Signal Conditioning

• Menggunakan rangkaian jembatan karena perubahan resistansi yang kecil dan adanya efek temperature.

 

Namun, selain jenis-jenis sensor tersebut terdapat pula jenis sensor lain, yaitu:

 

Proximity Sensor/ Proximity Switch

 

 

 

Proximity sensor memiliki jarak sensing yang relatif pendek, mulai dari beberapa milimeter sampai beberapa centimeter saja. Semakin besar dimensi sensor, jarak sensing juga semakin jauh. Terdapat dua macam Proximity sensor yang paling banyak dipergunakan yaitu Proximity Inductive dan Proximity CapacitiveProximity. Inductive berfungsi untuk mendeteksi obyek besi/metal. Meskipun terhalang oleh benda non-besi sensor akan tetap dapat mendeteksi selama dalam jangkauannya. Jika sensor mendeteksi adanya besi di area sensingnya maka kondisi output akan berubah. Proximity ini dapat dengan efektif menggantikan limit switch/ mechanical switch yang merupakan teknologi lama.

Proximity Capacitive akan mendeteksi semua obyek yang ada dalam jarak sensingnya baik metal maupun non-metal. Misal untuk pendeteksian level tangki biji plastik, atau mendeteksi ada atau tidaknya bahan dalam sebuah saluran.

Pada perkembangan selanjutnya menjadi sensor sensor yang lebih spesifik :
Magnetic Sensor : pendeteksian ada tidaknya suatu medan magnet.
Ultrasonic sensor : pengukuran jarak dengan menggunakan gelombang suara mempergunakan efek Dopler.
Doublesheet sensor : pengukuran doble tidaknya suatu sheet metal.
dll.

 

Photosensor

Photosensor/ photoswitch seperti namanya mempergunakan cahaya/photo sebagai sarana pendeteksiannya. Dari cara kerja sensor ini terdapat tiga macam sensor yang nantinya akan berkembang lebih spesifik sesuai dengan kebutuhan industri.

 

Difuse

 

Sensor ini bekerja seperti radar. Didalam sensor ini sudah terintegrasi pemancar dan penerimanya. Jarak sensing sensor jenis ini relatif paling pendek diantara 2 jenis sensor yang lain, berkisar 10 cm sampai 50 cm (adjustable dan dibagi beberapa tipe).

 

 

Retroreflextive

 

 

 

Sensor retrorefletif menggunakan media pemantul (pasif) / mata kucing untuk membalikan sinar dari sensor. Sinar yang dipantulkan ini mempunyai polarisasi yang berbeda 90 deg. Jarak sensing sensor ini relatif lebih jauh daripada jenis difuse.

Through

 

 Beam

 

Sensor through beam merupakan sepasang sensor yaitu terdiri dari emiter (pemancar) dan receiver (penerima). Kelebihan sensor jenis ini adalah mempunyai jarak sensing yang sangat jauh serta sudut sensing yang lebih sempit.

 

 

Sensor sensor dengan cahaya yang mempunyai fungsi khusus
Color Sensor : Pendeteksian warna
Vision Sensor : Pendeteksian gambar
dll.

 

Sensor Sonar

 

Sensor sonar adalah sensor yang umum digunakan untuk menentukan jarak sebuah objek. Pada dasarnya sensor ini bekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang suara, dimana dalam hal ini variabel yang diukur adalah waktu pemantulan sejak gelombang tersebut dipancarkan. Tidak seperti sensor jarak lain seperti inframerah atau sensor laser, sensor sonar ini memiliki jangkauan deteksi yang relatif luas, sehingga untuk jarak deteksi yang didapat, tidak dapat ditentukan lokasi objek secara tepat pada daerah deteksi tersebut tanpa menggunakan pengolahan lanjutan.

 

 

Salah satu aplikasi penting pemanfaatan sensor sonar adalah pada bidang robot mobile. Agar dapat bernavigasi secara autonomous, sebuah robot mobile yang cerdas tentunya harus mampu mengenali keadaan lingkungan dimana robot tersebut beroperasi. misal robot mobile yang dirancang harus memiliki kemampuan mendeteksi objek-objek penghalang yang bersifat statis maupun dinamis. Untuk tujuan tersebut maka sebuah robot mobile harus dilengkapi dengan sensor yang dapat

memetakan lingkungan sekelilingnya secara real time.

 

 

Sensitifitas deteksi dari sensor sangat tergantung dari besar sudut yang dibentuk oleh sensor dengan bidang refleksi (objek): jika sudut yang dibentuk terlalu besar maka sinyal tidak akan terpantul ke penerima, sehingga dimungkinkan objek tidak akan

terdeteksi oleh sensor. Semakin jauh jarak objek yang terdeteksi, maka posisi objek tersebut semakin tidak diketahui secara pasti. Hal ini terkait dengan bidang deteksi yang berbentuk kerucut dengan pusat pada sensor tersebut. Jika objek yang dideteksi berukuran besar dan berbentuk tidak beraturan atau jumlahnya banyak, maka dimungkinkan terjadi pantulan-pantulan, sehingga jarak yang terdeteksi oleh sensor tidak merefleksikan jarak objek yang sebenarnya.

 

 

Sensor sonar pada dasarnya bekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonic, berikut ini adalah hal yang dilakukan oleh sensor untuk

mendeteksi keberadaan sebuah objek:

1. Sensor memancarkan sinyal ultrasound dengan frekuensi sekitar 50 KHz. (Kecepatan sinyal suara, V =0.3 m/ms)

2. Sensor mendeteksi waktu pantulan lewat receiver sejak sinyal tersebut dipancarkan

(Δt)

3. Sensor menghitung jarak objek yang terdeteksi, dengan rumus:

tvdD=2

 

 

 

MODEL SONAR

 

 

Model sonar pada dasarnya adalah cara bagaimana data jarak hasil pembacaan sensor diintrepretasiakan. Tidak seperti sensor jenis lain (misal Laser atau sumber infrared) yang hanya mendeteksi wilayah yang sangat sempit (focus), pancaran gelombang sonar bersifat menyebar dan membentuk area deteksi berbentuk kerucut Kita tidak dapat secara langsung mengintepretasikan data jarak yang dihasilkan sensor sonar secara langsung tanpa pengolahan awal, maka secara umum jangkauan sudut deteksi untuk sensor sonar ini besarnya kurang lebih 30°.