PENGOLAHAN DATA AKUSTIK HASIL PENGUKURAN
LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION
MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN DIGITAL
SKRIPSI
INTAN ZAHAR
110801008
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGOLAHAN DATA AKUSTIK HASIL PENGUKURAN
LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION
MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN DIGITAL
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat
mencapai gelar Sarjana Sains
INTAN ZAHAR
110801008
DEPARTEMEN FISIKA
PERSETUJUAN
Judul :Pengolahan Data Akustik Hasil Pengukuran
Laser Induced Breakdown Detection
Menggunakan Bahasa Pemrograman Digital
Kategori :Skripsi Nama : Intan Zahar Nomor Induk Mahasiswa : 110801008
Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Disetujui di
Medan, 10 Juli 2015
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing 1
PERNYATAAN
SKRIPSI
PENGOLAHAN DATA OPTIK UNTUK DETEKSI PARTIKEL NANO
MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN DIGITAL
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2015
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah
memberikan rahmat selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan
skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moral, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Dekan FakultIbu Kirana Yanti
Putri M.Sc dan Bapak Takdir Tamba M.Eng. Sc selaku Dosen Pembimbing
yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan
memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
2. Terimakasih yang sebesar- besarnya kepada kedua orang tuaku yang tercinta ,
kepada Bapak Zaharuddin dan Ibu Makhdalena yang telah mendidik dan
membesarkan saya sampai saya bisa melakukan dan menyelesaikan penulisan
skripsi ini serta memberikan inspirasi , dorongan spritual, dana, perhatian dan
doa yang tak henti-hentinya kepada penulis.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan
Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA
USU, Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang
telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
4. Pihak LIPI Serpong yang banyak membantu diantaranya Ibu Kirana Yanti
Putri M.Sc selaku pembimbing di P2F LIPI, Bapak Dr. Bambang Widyatmoko
selaku kepala P2F LIPI, Pak Andi, Bapak Dr. Masno Ginting , Bapak
Pardamean Sebayang, Ibu Ani, Pak Prabowo, dan seluruh staf dan karyawan
P2F LIPI yang banyak membantu, saya mengucapkan terimakasih.
5. Kepada teman-teman stambuk breaving,Hendra Damos, Parasian Simbolon,
Trisno Manurung, Nova Pratiwi Barus, Desi Permatasari Siagian,Bambang,
Khairuddin, Ivo Kristin, beserta seluruh kawan-kawan fisika 2011 yang telah
memberikan partisipasi , semangat dan dukungan untuk menyelesaikan
6. Sahabat – sahabat ku Tri Mala Sari dn Sri Handika yang memberikan
semangat, doa dan waktu untuk memberikan motivasi kepada penulis skripsi.
7. Adik-adikku dari Stambuk 2012, 2013 dan 2014 yang telah rela meluangkan
waktunya bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.
8. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu
penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi
penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini
bermanfaat bagi yang membutuhkannya.
Medan, Juli 2015
PENGOLAHAN DATA AKUSTIK HASIL PENGUKURAN LASER INDUCED BREAKDOWN (LIBD)
MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN DIGITAL
ABSTRAK
Telah dilakukan pengolahan perhitungan data akustik Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) menggunakan bahasa perograman Matlab.Programan Matlab digunakan untuk menghitung jumlah Probability Breakdown pada setiap sampel.
Proses pengambilan data dimulai dengan mengukur sampel 3ml. Jenis laser yang digunakan yaitu laser Nd-Yag dengan panjang gelombang 532nm dan frekuensi 10Hz. Material yang digunakan adalah air murni, air kran, campuran air murni dan air kran dengan volume yang berbeda dan air Polystarene. Masing – masing sampel akan berinteraksi dengan energi laser yang berbeda dan waktu yang sama. Proses interaksi dilakukan memfokuskan berkas sinar laser dengan bahan material. Proses interaksi berkas sinar laser dengan material akan menimbulkan suara dan dilakukan perekaman. Pada proses simulasi dilakukan dengan menghitung jumlah breakdown pada setiap suara yang dihasilkan.
DATA PROCESSING ACOUSTIC MEASUREMENT RESULT LASER INDUCED BREAKDOWN (LIBD)
PROGRAMMING USING DIGITAL
ABSTRAC
The calculation process of acoustic data Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) have done with program Matlab. Program Matlab is used to calculate the amount of probability breakdown in each sample.
Proces data begin mesure sample 3ml. Type of laser that used laser Nd-YaG with a wavelength of 532 nm and frequency of 10 Hz. The material used is pure water, tap water, admixture pure water and tap water with different of volume, and polystarene. Each of sample will interac with the laser power is different and same time. Interaction process is done focused beam laser with each material. Interaction process beam laser with material will cause sound and do recorded sound. Simulated process is done calculate the amount of probability breakdown at every sound.
In the calculate process probability breakdown of data using Matlab programming laguage can be seen for pure water, combined pure water with tap water with a small energy probability breakdown has not occurred while the sample Polystarene 330, 7,5ppb, Polystarene 330, 15ppb and tap water have occurred.
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii BAB 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1 BAB 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Koloid 2.1.1 Definisi Koloid 5
2.1.2 Kegunaan Koloid 6 2.2. Laser 2.2.1 Definisi Laser 7
2.2.2 Komponen Laser 7 2.2.3 Sifat-sifat Laser 8
2.2.4 Interaksi laser dengan partikel 10
2.2.4.1 Interaksi laser dengan partikel dalam larutan 11
2.2.5 Laser Nd-Yag 12
2.3 Laser Induced Breakdown Detection 2.3.1Definisi Laser Induced Breakdown Detection 13
2.3.2 Prinsip kerja Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) 14 2.4 Pengolahan Sinyal Akustik 2.4.1 Definisi sinyal akustik 15
2.4.2 Pengolahan sinyal Analog menjadi sinyal digital 16
2.4.3 Frekuensi Sampling 16
2.5 Bahasa Pemrograman
2.5.1 Bahasa pemrograman Matlab 17
2.5.1.1 M. File 18
BAB 3. Metodologi Penelitian
3.1 Diagram blok penelitian 20 3.1.1 Pembuatan pemrograman
3.1.1.1 Pembuatan programan perancangan sistem LIBD 21 3.1.1.2 Fasilitas Simulasi pada Perancangan sistem LIBD 23 3.1.2 Set Up Laser Induced Breakdown Detection 23 3.1.3 Pengukuran sampel yang digunakan 25 3.1.4 Pengambilan data LIBD 26 3.1.5 Sistem pengolahan data 26 3.2 Digram Perangkat Lunak Pengolahan Suara LIBD 27 3.2.1 Membaca sumber suara 27 3.2.2 Menghitung jumlah Breakdown pada sampel 28
BAB 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Hasil Pengolahan Data Breakdown menggunakan GUI 29 4.2 Analisa Probability breakdown pada sampel
4.2.1 Hasil data akustik Laser induced breakdown detection 31
BAB 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 36
5.2 Saran 36
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Koloid 5
Gambar 2.2 Diagram komponen laser 8 Gambar 2.3 Interaksi cahaya dengan 2 level sistem 10
Gambar 2.4 Laser Nd-YAG 12
Gambar 2.5 Prinsip kerja LIBD 13
Gambar 2.6 Proses pembentukan gelombang kejut 14
Gambar 3.1 Diagram Blok 20
Gambar 3.2 Tampilan GUI 22
Gambar 3.3 Tampilan perancangan sistem sinyal LIBD 22
Gambar 3.4 Setting suara LIBD 23
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lamp
1. Lampiran Peralatan dan Bahan 39
2. Lampiran Data sampel 41
PENGOLAHAN DATA AKUSTIK HASIL PENGUKURAN LASER INDUCED BREAKDOWN (LIBD)
MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN DIGITAL
ABSTRAK
Telah dilakukan pengolahan perhitungan data akustik Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) menggunakan bahasa perograman Matlab.Programan Matlab digunakan untuk menghitung jumlah Probability Breakdown pada setiap sampel.
Proses pengambilan data dimulai dengan mengukur sampel 3ml. Jenis laser yang digunakan yaitu laser Nd-Yag dengan panjang gelombang 532nm dan frekuensi 10Hz. Material yang digunakan adalah air murni, air kran, campuran air murni dan air kran dengan volume yang berbeda dan air Polystarene. Masing – masing sampel akan berinteraksi dengan energi laser yang berbeda dan waktu yang sama. Proses interaksi dilakukan memfokuskan berkas sinar laser dengan bahan material. Proses interaksi berkas sinar laser dengan material akan menimbulkan suara dan dilakukan perekaman. Pada proses simulasi dilakukan dengan menghitung jumlah breakdown pada setiap suara yang dihasilkan.
DATA PROCESSING ACOUSTIC MEASUREMENT RESULT LASER INDUCED BREAKDOWN (LIBD)
PROGRAMMING USING DIGITAL
ABSTRAC
The calculation process of acoustic data Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) have done with program Matlab. Program Matlab is used to calculate the amount of probability breakdown in each sample.
Proces data begin mesure sample 3ml. Type of laser that used laser Nd-YaG with a wavelength of 532 nm and frequency of 10 Hz. The material used is pure water, tap water, admixture pure water and tap water with different of volume, and polystarene. Each of sample will interac with the laser power is different and same time. Interaction process is done focused beam laser with each material. Interaction process beam laser with material will cause sound and do recorded sound. Simulated process is done calculate the amount of probability breakdown at every sound.
In the calculate process probability breakdown of data using Matlab programming laguage can be seen for pure water, combined pure water with tap water with a small energy probability breakdown has not occurred while the sample Polystarene 330, 7,5ppb, Polystarene 330, 15ppb and tap water have occurred.
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangannanopartikelyaitudalambidang industry, bioteknologidan industry
farmasi.Diameter ukurankoloidadalah 10-9m sampaidengan 10-6m1.
Denganukurannanopartikel/koloidsangatkecilsehinggamemilikipermukaan yang
besardalamhubunganmassa. Untukmenghitungjumlahkoloiddarisampelsangatsulit
karenakoloidmempunyaikosentrasidanukuran yang sangatkecil (d < 10-7 m) [
Bundschuh.et al.2001].
Laser-induced breakdowndeteksi(LIBD) adalah salah satuteknik yang
palingsensitifdikembangkansejauh iniuntuk mengukurukurannanopartikeldalam
kisaran10-1000nmdankonsentrasipada kisaran1ng/L(ppt) untukmg/L(ppm).
TeknologiLIBDuntukukurannanopartikeldapatditentukandengan mengukurenergi
ambangyaitusebagai energisinar laserminimum yang diperlukanuntuk
menghasilkanlaser-induced plasma.Probabilty
Breakdowndidefinisikansebagainilai yang diperolehdengan
membagijumlahkalibahwagangguanlaser-inducedterjadidengan
jumlahtotalpulsasinarinsidenlaser
[jung et al patent.2009].
MetodeLaser-induced breakdowndeteksi( LIBD)
menggunakanenergitinggidengansinar laser yang menghasilkansebuah plasma
(kerusakandielektrik) padapartikel. Metodeinimendapatkan optic non liner
dandapatmenentukanukuranpartikeldankosentrasidari
sample.Prinsipinididasarkanpada energy ambangpada sample yang
dibuktihkanuntukmenghasilkanbreakdown dielectric dariplsma [wagneret
al.2005].
Terkaithaltersebut, karakteristikpartikelnanomenjadisesuatu yang
sangatpenting.Dalambeberapatahunbelakanganini,
penelititelahmengembangkanteknikkantifikasipartikelnanodalambentukkoloid
yang dapatdilakukanuntukmengukurukurankoloiddengan LIBD
dapatdiaplikasikandengan :
1. LIBD berdasarkan padadeteksioptikdariemisiplasmabaik
menggunakantabungphotomultiplierataucharge-coupled
device(CCD)kamera.
2. LIBDberdasarkandeteksiakustikgelombangyang dihasilkan
olehgangguanlaser inducedmenggunakantransduserpiezoelektrik(PZT).
LIBD yangakankitaambil data berupasuara. Padametodeakustik, gelombangsuara
yang terdeteksiharusdiubahmenjadibentukcacah digital agar
informasinyadapatdigunakanuntukmenentukankarakteristikpartikelnano yang di
ukur.
Belumadanya software untukmengolah sinyal suara yang dihasilkan oleh
sistem LIBD degan teknik pengambilan data suara.Denganmenggunakansuara
yang dihasilkanLIBD,kitaakanmengetahuiukurandan kosentrasi koloid yang
terkandungdidalamsuatuunsur. Suara yang dihasilkanakandiolah menjadi sinyal–
sinyaldigital. DenganmenggunakanMATLAB yang
akandiaplikasikanuntukmengubahsuara analog menjadisebuah sinyal digital serta
menerjemahkan sinyal tersebut untuk karakteristik koloid.
Berdasarkan latar belakang diatas, maka peneliti akanmencoba melakukan
penelitian tentang pembutatan software Sinyal Audio LIBD untuk
mengkarakterisasi koloid dari suatu unsur. Software ini diharapkan dapat
mempermudah pekerjaan sehingga dapat dengan mudah menentukan ukuran
koloid.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, perumusan masalah yang
diajukan adalah sebagai berikut: Tidak terdapat software/program siap pakai yang
khusus didedikasi untuk pengolahan data mentah LIBD, termasuk untuk metode
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi ruang lingkup yang jelas berdasarkan uraian yang telah
dikemukakan pada latar belakang di atas, maka penulis membatasi permasalahan
sebagai berikut :
a. Pembuatan data digital dengan menggunakan MATLAB
b. Pengolahan data Akustik
c. Percobaan dilakukan untuk validasi pemrograman yang dibuat.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Membuat pengolah data akustik LIBD dengan menghitung jumlah
Breakdown menggunakan bahasa pemrograman.
2. Untuk menentukan kemurnian air dengan mengamati jumlah Probability
Breakdown yang terjadi
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah :
1. Dapat menentukan Probability Breakdownkoloidair, yang didasarkan
padagenerasiplasmaselektif(breakdown) pada partikelindividu
denganpulsalaser terfokus dengan teknik akustik.
2. Diharapkan pengolahan data menggunakan software MATLAB GUI ini
dapat digunakan untuk pengembangan pada aplikasi tertentu.
1.6 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium laser Bidang Fisika Pusat
Kecamatan Setu, Kota Tanggerang selatan, Kode Pos 15310, Provinsi Banten,
Indonesia. Dimulai dari tanggal 2 Februari sampai tanggal 5 Mei.
1.7 Sistematika Penulisan
Sitematika penulisan pada masing – masing bab adalah sebagai berikut :
Bab I Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan
masalah yang akan diteliti, rumusan masalah, tujuan
penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian,
dan sistematika penulisan.
Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang
menjadi acuan untuk proses pengambilan data,
analisa data serta pembahasannya.
Bab III Metodelogi Penelitian
Bab ini dibahas tentang peralatan penelitian,
diagram alir penelitian,dan tahapan-tahapan simulasi untuk GUI Matlab.
Bab IV Hasil dan Pembahasan
Bab ini berisikan hasil Simulasi yang telah dilakukan dan penjelasan mengenai hasil yang telah dicapai.
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang
diperoleh dari penelitian dan memberikan saran
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KOLOID
2.1.1 Definisi Koloid
Secara umum partikel nano atau koloid mempunyai ukuran diameter mulai
dari 10-9 sampai dengan 10-6m [D.J. Shaw.1980]. Karena ukuran yang sangat
kecil, nano partikel atau koloid mempunyai permukaan massa yang lebih besar
dalam penyerapan zat kimia. Bahkan di luar kelarutan termodinamika pada
senyawa masing – masing, koloid dapat menstabilkan zat dalam suatu larutan
[T.Hofmann.2001].Material atau struktur yang mempunyai ukuran nano akan
mempunyai sifat-sifat yang berbeda dari material realnya. Karakteristik spesifik
dari nanopartikel tersebut bergantung pada ukuran, distribusi, morfologi, dan
fasanya(Tadros, T.F. 2005).Koloid yang berada di dalam air dapat didefinisikan
sebagai bahan padat dengan fase satu dimensi yang berukuran 1m sampai dengan
1µm [Lead, J. R.; Wilkinson, K. J.2006]. Koloid mempunyai peranan penting
terhadap lingkungan air yaitu proses tersebut sebagai spesiasi kontaminan,
transportasi, dan bioavailabilitas [Wells, M. L.; Smith, G. J.; Bruland, K. W.2000]
Gambar 2.1 Koloid
Koloid banyak ditemukan pada system perairan alami.Koloid terbagi
koloid organik (seperti humat dan asam), dan termasuk mikroorganisme (seperti
bakteri dan virus).Koloid mempunyai kapasitas penyerapan yang tinggi, misalnya
pada ion logam berat [D.Merys.1991]. Koloid yang berada di dalam air sangat
sulit untuk ditemukan karena mempunyai kosentrasi dan ukuran koloid kecil
dimana partikel banyak ditemukan dengan ukuran (d < 100nm).
[T.Kitamori,K.1983] .Secara umum ukuran partikel koloid dapat diklasifikasikan
menurut bentuk laminar atau linier. Bentuk koloid banyak dijumpain bulat atau
hampir bulat.Contohprosesyangsangat bergantung
padapenerapankoloid/fenomenapermukaanyaitu adhesi, kromatografi, detergensi.
Koloid yang berada di alam hayati (seperti di bakteri dan virus ) memiliki
pengaruh penting terhadap kualitas produk obat dan khususnya pada air minum.
Koloid di dalam air sangat sulit untuk ditemukan karena memiliki kosentrasi dan
ukuran yang sangat kecil (d<10 -7m).Dalam air alami, koloid sebagai peran
pembawa untuk migrasi larut dalam air polutan. Jumlah dan ukuran koloid air
bervariasi dengan sifat fisik dan kimia. Koloid dalam air alami terdiri dari bahan
organik atau anorganik dan gabungan dari keduanya. Konsentrasi dalam air alami
umumnya dalam kisaran ppb dengan diameter rata-rata partikel umum kurang dari
50 nm [budched et al.2001].
2.1.2 Kegunaan Koloid
Koloidalamimempunyai peran yang sangat
pentinguntuktransportasipolutan. Hal ini ditunjukkan dari berbagai kegunaan
koloid seperti kemurnian air minum dalam pengolahanair danpenelitian dibidang
lingkungan. Selain itu, koloidberfungsisebagai media untuk
pertumbuhanmikrobiologi yaitu koloid tersebut dapat menjadi indikatordari
mikroorganisme patogen, seperti bakteri, virusatau
parasit[http://techtransfer.ima.kit.edu/ResearchToBusiness]. Morfologi, komposisi
danstrukturkoloid sangat pentinguntuk menentukanperan dari koloid
2.2 Laser
2.2.1 Definisi Laser
Semenjak ditemukannya MASER (Microwave Amplification by Stimulated
Emission of Radiation) oleh Charles H. Townes, MASER merupakan cikal bakal
ditemukannya LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation).Laser merupakan pengembangan dari Maser yang dikembangkan oleh
Theodore Maiman pada tahun 1960 (yang pada saat itu mengunakan kristal rubi
untuk menghasilkan cahaya laser) walaupun pada tahun 1917 Albert Einstein
telah mempublikasikan teori dasar tentang laser. Laser merupakan gelombang
elektromagnetik [Helen Martina Manurung,2009]. Laser merupakan akronim dari
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Laser yang sudah
dikembangkan saat ini terdiri dari beberapa jenis. Berdasarkan sifat keluarannya,
jenis laser dapat dibagi menjadi dua kategori yakni laser kontinyu dan laser pulsa.
Laser kontinyu memancarkan cahaya yang tetap selama medium lasernya
tereksitasi sementara itu laser pulsa memancarkan cahaya dalam bentuk pulsa
pada interval waktu tertentu [William T, Silfvast, 2004].
Pada laser, yang proses yang terpenting adalah proses dasar yang
memungkinkan penguatan (amplification) pada frekuensi optik sampai pada
frekuensi yang diperoleh. Proses ini menggunakan energi yang terlibat ketika
partikel yang berlainan membentuk materi, terkhususnya atom-atom, io-ion dan
molekul-molekul yang berpindah dari tingkat energi yang satu ke tingkat energi
yang lainnya [Colin E. Webb, 2004]
2.2.2 Komponen Laser
Setiap laser mempunyai komponen sebagai berikut:
1. Media Laser, dapat berupa benda padat, cair maupun gas. Media ini
2. Rongga optik atau pipa laser, mempunyai dua cermin yaitu cermin yang
memantulkan cahaya sepenuhnya (fully reflective) dan cermin yang
meneruskan sebagian cahaya (partially transmissive) yang ditempakan di
ujung rongga optik.
3. Sumber energi, baik mekanis maupun optik. Sumber energi ini berfugsi
untuk memompa atom-atom di dalam media laser tingkat energi yang
lebih tinggi. Atom-atom yang telah berada di tingkat energi yang lebih
akan mengakibatkan terjadinya populasi inverse dan melepaskan
foton-foton cahaya. Foton tersebut akan dipantulkan kedua cermin, saling
menabrak dan menghasilkan emisi yang lebih terstimulasi. Energi foton
pada panjang gelombang dan frekuensi yang sama keluar melalui cermin
penerus sebagian cahaya dan membentuk sinar laser.
Rongga Optik
Media Laser Sinar Laser
Cermin yang memantulkan
cahaya sepenuhnya Sumber Energi
Cermin yang meneruskan sumber cahaya
Gambar 2.2 Diagram Komponen Laser
Energi yang keluar sangat kuat, koheren, kolimasi dan monokromatik.
Koheren mempunyai arti bahwa semua foton tetap berada pada fase yang sama.
Kolimasi berarti bahwa sinar laser sejajar, utuh, tidak menyebar dan sangat
searah. Selain itu, sinar laser juga merupakan energi elektromagnetik yang bersifat
Sifat cahaya laser dicirikan oleh monokromatik, koheren, terarah danbrightness.
a. Monokromatik
Monokromatis artinya hanya satu frekuensi yang dipancarkan. Sifat inidiakibatkan
oleh : hanya satu frekuensi yang dikuatkan [ν = (E2-E1)/h] dan susunan dua
cermin yang membentuk cavity-resonant sehingga osilasihanya terjadi pada
frekuensi yang sesuai dengan frekuensi cavity.
b. Koheren
• Koheren ruang (spatial coherence)
Jenis koherensi ini dimasudkan adalah korelasi antara medan disuatu titik dan
medanpada titik yang sama pada saat berikutnya ; yakni hubungan antara E
(x,y,z,t1) dan E (x,y,z,t2). Jika beda fase antara dua medan tetap selama periode
yang diamati, yangberkisar antara beberapa mikrodetik, gelombang tersebut
kita namakan memilikikoherensi temporal. Jika beda fase berubah beberapa
kali dan secara tidak teraturselama periode pengamatan yang singkat,
gelombang dikatakan tidak – koheren • Koheren waktu (temporal coherence)
Dua medan pada dua tiik berbeda pada permukaan gelombang dari suatu
gelombang elektromagnetis dikatakan koheren special jika mereka
mempertahankan beda fase tetap selama waktu t. Bahkan hal ini mungkin jika
dua berkas tersebut secara sendiri- sendiri tidak koheren temporal (menurut
waktu), karena setiap perubahan fase dan salah satu berkas diikuti oleh
perubahan fase yang sama dalam berkas yang lain. Dengan sumber cahaya
biasa hal ini hanya mungkin jika dua berkas telah dihasilkan dalam bagian
yang sama dari sumber. Tidak koleransi temporal merupakan karakteristik dari
berkas tunggal cahaya,sedangkan tidak kolerensi sepesial berkenaan dengan
hubungan antara dua berkas cahaya yang terpisa.Dua berkas cahaya yang
berasal dari bagian-bagian berbeda dari sumber telah di pancarkan oleh
kelompok kelompok atom yang berbeda. Masing-maing berkas tidak akan
koheren waktu dan akan mengalami perubahan fase acak sebagai akibatnya
beda fase antara dua berkas juga akan mengalami perubahan prubahan yang
cepat dan acak. Dua berkas yang demikian dikatakan tidak koheren sepesial
c. Keterarahan (Directionality)
Merupakan konsekuensi langsung ditempatkannya bahan aktif dalam cavity
resonant, dimana hanya gelombang yang merambat dalam arah yang tegak
lurus terhadap cermin-cermin yang dapat dipertahankan dalam cavity.
d. Brightness (Kecemerlangan)
Brightness suatu sumber cahaya didefinisikan sebagai daya yang dipancarkan
persatuan luas permukaan persatuan sudut ruang.
2.2.4 Interaksi Laser dengan Partikel
Cahaya dapat digambarkan sebagai fluks sebuah foton. Setiap foton diuraikan
dengan kecepatan cahaya dan megandung energi sebesar :
� = ℎ� (2.1)
Dimana adalah frekuensi dan h adalah konstanta Planck (h = 6.675 × 10-31
Js).Pada dasarnya ada tiga macam bentuk interaksi yang terjadi antara cahaya
dengan materi, yaitu absorpsi, emisi spontan dan emisi terstimulasi.
(a) Absorpsi (b) Emisi spontan (c) Emisi terstimulasi
Gambar 2.3 Interaksi cahaya dengan 2 level sistem
a. Absorpsi adalah proses tereksitasinya elektron dari tingkatan energi E1 ke
E2 akibat penyerapan foton dengan energi hν > (E2 - E1), dimana h adalah
konstanta Planck 6,626 x 10-34 J.s
b. Emisi spontan adalah proses meluruhnya elektron yang tereksitasi di
tingkatan energi E2 ke tingkatan energi E1. Karena E2> E1, maka proses
peluruhan akan melepaskan energi yang berupa :
Emisi radiatif (memancarkan foton dengan energi = E2 – E1)
Emisi non-radiatif ( tidak memancarkan foton)
c. Emisi terstimulasi adalah proses yang melibatkan elektron-elektron yang
sudah berada di E2 distimulasi/dirangsang oleh foton yang datang untuk
meluruh ke E1, sehingga akan memperkuat energi cahaya yang datang
(amplification by simulated emission of radiation)[ayi Bahtiar.M.Si.2008].
Laser memanfaatkan proses yang meningkatkan atau memperkuat sinyal cahaya
setelah sinyal tersebut telah dihasilkan dengan cara lain. Proses-proses ini terdiri
dari emisi terstimulasi dan optik umpan balik yang dihasilkan oleh cermin.
Dengan demikian, dalam bentuk yang paling sederhana, laser terdiri dari media
penguatan (dimana dirangsang oleh emisi terstimulasi) dan cermin sebagai umpan
untuk mengembalikan cahaya ke amplifier untuk proses penguatan sinyal cahaya
selanjutnya [William T. Silfvast, 2004].
2.2.4.1 Interaksi Laser dengan Partikel dalam Larutan
Proses interaksi laser pada materi yaitu ketika bahan disinari dengan
lasersehingga energi laser akan diubah menjadi energi eksitasi elektronik dan
kemudian energi tersebut akan ditransfer ke kisi dari bahan melalui tabrakan
antara elektron dengan kisi. Pengendapan energi laser akan menghasilkan
kenaikan suhu, gasifikasi dan ionisasi. Proses Interaksi laser dengan materi
dikelompokkan linier dan nonlinier yaitu berupa efek thermal, interaksi nonlinier,
efek laser pada plasma, dan sebagainya [R.M.Wood,2003; N.Bloembergen,1974].
Interaksi laser dengan materi akan menyerap energi laser menyebabkan
peningkatan suhu, ekspansi material dan tegangan thermal. Ketika suhu terus
dan terionisasi yang menyebabkan perubahan struktur material.Stres melebihi
nilai tertentu mengakibatkan bahan materi patah atau merusak plastis.
Sinar laser energi rendah dalam bahan material jernih, terjadi penyerapan
laser dengan sendirinya yang disebut dengan ionisasi nonlinier berupa
Foto-ionisasi dan Foto-ionisasi avalence. Multi-photon Foto-ionisasi adalah proses elektron
menyerap photon dalam waktu tertentu untuk mendapatkan energi dan terionisasi.
Konduksi elektron dalam material dapat menyerap proton untuk menaikkan
energi. Elektron yang bertabrakkan menghasilkan sepasang pita konduksi dengan
energi kinetik yang lebih rendah .
Dielektrik memiliki lebar band gap, daya serap rendah dan proses
kerusakan ambang batas instrinsik. Kerusakan faktual terjadi pada intensitas laser
yang rendah dari batas instrinsik material. Menurut Keldysh tentang teori ionisasi
mengatakan semakin tinggi foton maka semakin besar kemungkinan bahan akan
terionisasi, panjang gelombang laser pada plasma jauh lebih pendek dari pada
insiden laser sehingga terjadi efek ionisasi laser panjang gelombang pendek.
[L.V.Keldeysh,1965].
2.2.5 Laser Nd-YAG
Laser Nd:YAG dapat beroperasi pada kontinu dan pulsa, yang dipompa oleh
lampu atau laser semikonduktor AlGaAs. Laser ini banyak digunakan untuk
berbagai aplikasi, seperti : pemrosesan material (drilling dan welding), aplikasi
medis (laser Nd:YAG kontinu dengan daya 50 Watt digunakan untuk evaporasi
Gambar 2.4 laser Nd-YAG
2.3 Lasere Induced Breakdown Detection
2.3.1 Definisi Lasere Induced Breakdown Detection
Laser-induced breakdowndeteksi(LIBD) adalah Suatu metode yang sangat
sensitif untuk mendeteksi nano partikel (koloid). Selama proses deteksi pada
proses plasma akan menghasilkan sebuah partikel yang dipancarkan oleh sinar
laser dan emisi sinar plasma pada optik[ Bundshuh,T.2001]. Metode
Laser-induced breakdowndeteksi(LIBD) berdasarkan dari nilai ambang breakdown dan
kepadatan suatu bahan material.Energi pulsa laser disesuaikan sehingga di dalam
cairan murni tidak ada peristiwa breakdown dan hanya kerusakan pada nilai
ambang koloid pada volume fokus yang dapat terlampaui.[Bettis.J.R,1992].
Gambar 2.5. Prinsip kerja LIBD (Laser Induced Breakdown Detection)
Secara khusus,LIBDsedang dikembangkanuntuk mendeteksipartikel yang
sangatkecildengan diameter kurang dari100nm, tidakmudah terdeteksidengan
menggunakanperangkat yang tersedia saat inidengan
pengukuranintensitashamburan cahaya. Salah satuteknologi Laser Induced
Breakdown Detection(LIBD)yangdikenal berdasarkandeteksiakustikgelombang
yang dihasilkan olehgangguanlaser induced[jung et al.2009].
2.3.2Prinsip Kerja Laser Induced Breakdown Detection (LIBD)
Breakdown probability atau probabilitas breakdown adalah kemungkinan
atau peluang terjadinya breakdown untuk sejumlah tertentu pulsa laser yang
ditembakkan.Rumusnya adalah banyaknya breakdown yang terjadi dibagi
banyaknya pulsa laser yang ditembakkan.Breakdown probabilitydapat digunakan
untuk menentukan ukuran dan konsentrasi partikel.Yang disebut dengan
breakdown sendiri adalah proses terjadinya plasma akibat interaksi berkas sinar
laser terpulsa dengan partikel koloid.
Proses terjadinya breakdown yaitu sinar laser yang termodulasi dari
intensitas energi yang tinggi (proses radiasi). Atom mengalami ionisasi pada
proses multiphoton ionisasi menghasilkan elektron bebas selanjutnya mengalami
percepatan akibat inverse bremsstrahlungdalam medan listrik pulsa laser.
Setelahmendapatkancukupenergi, atom-atom lain pun
mengalamiionisasidanjumlahelektron yang terlepasmenjadiberlipatganda.Hal
initerjadiberulang-ulangdanmengakibatkanpeningkatandensitaspembawamuatanbebas,
Gambar 2.6 :proses pembentukan gelombang kejut
2.4 Pengolahan Sinyal Akustik
2.4.1 Definisi Sinyal akustik
Sinyal adalah model dari besaran fisik yang berubah terhadap
waktu.Sinyal bisa diamati, maka sinyal perlu merambat, menembus medium
(yakni sistem), untuk tiba di tempat pengamat.Namun medium seringkali bersifat
resistif, mengambilenergi panas dari sinyal, sehingga tidak banyak lagi energi
yang tersisa untuk diamati di tempat penerima.Sifat peredaman medium ternyata
bergantung dari sebuah besaran yang disebut frekuensi [Aemin.2000].Secara
matematik sinyal biasanya dimodelkan sebagai suatu fungsi yang tersusun lebih
dari satu variabel bebas.Contoh variabel bebas yang bisa digunakan untuk
merepresentasikan sinyal adalah waktu, frekuensi atau koordinat spasial.berkaitan
dengan pembangkitan sinyal dengan menggunakan sebuah sistem
[Tri Budi Santoso.2012]
Ada beberapa klasifikasi sinyal yang ada :
1. Sinyal waktu kontinyu, yaitu terdefinisi pada setiap waktu
3. Sinyal analog, yaitu sinyal waktu kontinyu dengan amplitudo yang
kontinyu
4. Sinyal digital, yaitu sinyal waktu diskrit dengan amplitudo bernilai diskrit
Gelombang suara adalah gelombang yang dihasilkan dari sebuah benda
yang bergetar. Gelombang suara ini memiliki lembah dan bukit, satu buah lembah
dan bukit akan menghasilkan satu siklus atau periode. Siklus ini berlangsung
berulang-ulang, yang membawa pada konsep frekuensi.Karena pada dasarnya
sinyal suara adalah sinyal yang dapat diterima oleh telinga manusia.Angka 20 Hz
sebagai frekuensi suara terendah yang dapat didengar, sedangkan 20 KHz
merupakan frekuensi tertinggi yang dapat didengar.
Panjang gelombang merupakan jarak antara titik gelombang dan titik
ekuivalen pada fasa berikutnya.Amplitudo merupakan kekuatan atau daya
gelombang sinyal.Gelombang yang lebih tinggi diinterpretasikan sebagai
gelombang yang lebih tinggi, sehingga dinamakan amplifier untuk perangkat yang
berfungsi untuk menambah amplitudo.Frekuensi merupakan jumlah getaran dalam
waktu satu detik.Diukur dalam Hertz atau siklus per detik.Getaran gelombang
suara semakin cepat, maka frekuensi semakin tinggi. Frekuensi lebih tinggi
diinterpretasikan sebagai jalur yang lebih tinggi [Tri Budi Santoso.2012]
2.4.2 Pengolahan sinyal analog menjadi sinyal digital
Berdasarkan bentuknya, data dan sinyal dapat dibedakan ke dalam sinyal
analog dan sinyal digital.Suatu data atau sinyal dikatakan analog apabila
amplitudo dari data atau sinyal tersebut terus menerus ada dalam rentang waktu
tertentu (kontinyu) dan memiliki variasi nilai amplitudo tak terbatas.Misalnya,
data yang berasal dari suara (voice) tergolong sebagai data analog.Sebaliknya data
atau sinyal dikatakan digital apabila amplitudo dari data atau sinyal tersebut tidak
kontinyu dan memiliki variasi nilai amplitudo yang terbatas (diskrit).
Frekuensi sampling (sample rate) adalah jumlah sampel per detik dalam suatu
suara. Sebagai contoh : jika frekuensi samplingadalah 44.100 Hertz, rekaman
dengan durasi 60 detik akan berisi 2.646.000 samples. Nilai yang bisa digunakan
untuk frekuensi 22.050 Hertz (cukup untuk pembicaraan biasa).
Menurut teorema Nyquist, frekuensi sampling minimum adalah dua kali
bandwith dari sinyal yang di sampling untuk mencegah terjadinya aliasing.
2.4.4 WAV
WAV (atau WAVE) merupakan singkatan dari istilah dalam bahasa
Inggris waveform audio format, dan merupakan standar format berkas audio yang
dikembangkan oleh Microsoft dan IBM. Format ini adalah format dasar yang
mudah untuk sampling audio. WAV merupakan varian dari format bitstream
RIFF dan mirip dengan format IFF dan AIFF yang digunakan komputer Amiga
dan Macintosh. Baik WAV maupun AIFF kompatibel dengan sistem operasi
Windows dan Macintosh. Meskipun sebuah file WAV dapat menahan audio yang
terkompres, format WAV yang paling umum berisi audio yang belum terkompres
dalam bentuk modulasi pulse-code (PCM). Audio PCM adalah format audio
standar untuk Compact Disc (CD) pada 44.100 sampel perdetik, 16 bit persampel.
Semenjak PCM menggunakan metode penyimpanan yang tidak terkompres,
lossless, yang menyimpan semua sampel dari sebuah track audio, pengguna ahli
atau ahli audio dapat menggunakan format WAV untuk audio kualitas maksimum.
Audio WAV dapat juga dirubah dan dimanipulasi dengan software (perangkat
lunak). Software yang dapat menciptakan WAV dari Analog Sound misalnya
adalah Windows Sound Recorder. WAV jarang sekali digunakan di internet
karena ukurannya yang relative besar. Maksimal ukuran file WAV adalah 2GB
[Ronald Wilson.2004].
2.5 Bahasa Pemrograman
MATLAB adalah perangkat lunak yang memungkinkan untuk melakukan
matematika dan komputasi,menganalisis data, mengembangkan algoritma,
melakukan simulasi dan pemodelan,dan menghasilkan tampilan grafis dan
antarmuka pengguna grafis.MATLAB dapat mengirim data ke speaker sebuah
komputer, sehinggga dapat dengan mudah secara visualmemanipulasi data, dan
mendengarkan pada saat yang sama. Sebuah digitalrekaman suara yang menarik
memuat data dan lakukan plot. Sinyalseperti data suara sering terdiri dari data
waktu dengan kandungan frekuensi waktu yang berbeda-beda memungkinkan
untuk menganalisis frekuensi sampling yang dihasilkan [andrew knight.1961].
Sebagai sebuah system, MATLAB tersusun dari 5 bagian utama:
a. Development Environment merupakan sekumpulan perangkat dan fasilitas
yang membantu untuk menggunakan fungsi-fungsi dan file-file MATLAB.
Beberapa perangkat ini merupakan sebuah graphical user interfaces
(GUI).
b. Matlab Mathematical Function Library merupakan sekumpulan algoritma
komputasi mulai dari fungsi-fungsi dasar seperti: sum, sin, cos, dan
complex arithmetic, sampai dengan fungsi-fungsiyang lebih kompek
seperti matrix inverse, matrix eigenvalues, Bessel functions, dan Fast
Fourier Transforms.
c. Matlab Language merupakan suatu high-level matrix/array language
dengan control flow statements, functions, data structures, input/output,
dan fitur-fitur object-oriented programming.
d. Graphics merupakan fasilitas untuk menampilkan vektor dan matrik
sebagai suatu grafik.
e. Matlab Application Program Interface(API) merupakan suatu library yang
memungkinkan program yang telah anda tulis dalam bahasa C dan
Fortranmampu berinterakasi dengan Matlab
Setiap fungsi mempunyai ruang kerjanya sendiri yang berbeda dengan
ruang kerja MATLAB. Satu-satunya hubungan antara ruang kerja MATLAB
ada dalam ruang kerja MATLAB. Variabel yang dibuat oleh suatu fungsi tinggal
hanya dalam ruang kerja fungsi. Jumlah dari argumen input dan output yang
digunakan jika suatu fungsi dipanggil hanya ada dalam fungsi tersebut. Di dalam
M-File, kita dapat menyimpan semua perintah dan menjalankan dengan menekan
tombol atau mengetikan nama M-File yang kita buat pada command window.
2.5.1.1 M File
Di dalam MATLAB, kita dapat menyimpan semua script yang akan digunakan
dalam file pada MATLABdengan ekstensi M-File dapat dipanggil dengan
memilih menu file->new->M-File. Fungsi M-file harus mengikuti beberapa
aturan dan sejumlah sifat penting. Aturan-aturan dan sifat-sifat tersebut meliputi
nama fungsi dan nama file harus identik misalnya anda membuat fungsi dengan
nama pangkat maka anda memberi nama M-file anda pangkat juga. Baris
komentar sampai dengan baris bukan komentar yang pertama adalah teks help
yang ditampilkan jika anda meminta help dari fungsi yang anda buat.
Setiap fungsi mempunyai ruang kerjanya sendiri yang berbeda dengan
ruang kerja MATLAB. Satu-satunya hubungan antara ruang kerja MATLAB
dengan variable-variabel dalam fungsi adalah variabel-variabel input dan dan
output fungsi. Jika suatu fungsi mengubah nilai dalam suatu variabel input,
perubahan itu hanya tampak dalam fungsi dan tidak mempengaruhi variable yang
ada dalam ruang kerja MATLAB. Variabel yang dibuat oleh suatu fungsi tinggal
hanya dalam ruang kerja fungsi. Jumlah dari argumen input dan output yang
digunakan jika suatu fungsi dipanggil hanya ada dalam fungsi tersebut. Fungsi
ruang kerja memuat jumlah argument input. Fungsi kerja nargout memuat jumlah
argument output. Dalam praktek, variabel-variabel nargout dan nargin biasanya
digunakan untuk mengeset variabel input standar dan menentukan variable output
BAB 3
METEDOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Blok Penelitian
Untuk mempermudahkan dalam melakukan proses penelitian maka kita akan
membuat diagram blok penelitian. Adapun diagram blok dalam skripsi ini sebagai
Pembuata
Program
Set Up
Ekserimen
Pengukuran
Sampel
Pengambilan
Data
Pengolahan Data
di PC
Gambar 3.1 Diagram Blok
Pada Gambar 3.1 akan dijelaskan masing – masing perlakuan yang dilakukan
pada proses penelitian.
3.1.1 Pembuatan Program
3.1.1.1Pembuatan Program Perancangan Sistem LIBD
Untuk membuat sebuah user interface matlab dengan fasilitas GUIDE,
kita harus mulai dengan membuat desain sebuah figure. Perancangan sistem
perangkat lunak sinyal hasil suara LIBD adalah sistem perangkat lunak untuk
membuat suatu sinyal sesuai dengan keinginan kita sendiri. Suara di text box yang
tersedia adalah suara yang dihasilkan dari tembakan LIBD dari sampel dan
dengan menggunakan perangkat–perangkat yang diberikan pada jendela GUI
seperti :
a. static text f. slider
b. list box g. radio button
c. popup menu h. axes
d. push button i. toggle button
e. edit text j. check box
Untuk membuat program kita dapat menentukan perangkat yang
diinginkan.Perangkat yang tertera pada GUI dan fungsi masing–masing
memudahkan kita dalam pemrograman. Dengan membuka jendela GUI pada
MATLAB kita akan memulai untuk membuat program menghitung jumlah cacah
yang dihasilkan pada Laser Induced Breakdown Detektion (LIBD).
Untuk GUI MATLAB proses pengolahan data maka pertama yang kita
lakukan adalah membuka jendela MATLAB. Setelah jendela MATLAB terbuka
maka selanjutnya pilih New> GUI >Blank GUI > Ok maka akan menampilkan
jendela LayOut GUI.
Gambar 3.4 Tampilan Perancangan Sistem Sinyal LIBD
3.1.1.2 Fasilitas Simulasi pada perancangan Sistem Sinyal LIBD
Fasilitas yang ingin dibuat pada programan Grafic User Interface (GUI) adalah
sebagai berikut :
1. Pemanggilan data suara, dimana pemanggilan data suara akan memilih
data yang dipanggil dan akan ditampilkan grafik suara yang dihasilkan.
Pemanggilan dilakukkan sebanyak 3 kali sesuai dengan pengambilan
data pada eksperimen.
2. Threshold dan text box, menu textbox untuk pengisian nilai treshold
dan akan menampilkan grafik setelah di threshold
3. Hitung dimana pada menu hitung akan menampilkan angka untuk
menghitung jumlah Probability Breakdown yang terjadi setelah di
4. Probability Breakdown dimana pada menu ini akan menghitung
jumlah rata–rata breakdown yang dihasilkan dan membagikan
1000pulsa dan menampilkan hasilnya pada textbox.
5. Close pada menu ini digunakan untuk menutup program.
3.1.2Set Up Laser Induced Breakdown Detection (LIBD)
Eksperimen dilakukan menganalisa datasuarametodeLIBD dengan tujuan
pengambilan data suara dan menyimpannya.Laserinduced breakdowndetecktion
(LIBD) adalah Suatu metode yang sangat sensitive untuk mendeteksi nano
partikel (koloid).Set Up alat dilakukan untuk mempermudah dalam memfokuskan
laser pada sampel agar mendapatkan suara dari proses Plasma.
Laser Cermin
Lensa
Sampel PC
Mikrophone Difokuskan
Gambar 3.2 Setting suara LIBD
Set Up alat dilakukan pada laser Nd-Yag berfungsi untuk memancarkan
pulsa laser ke sampel dengan panjang gelombang 532nm dan frekuensi 10Hz.
Laser tersebut akan memberikan energi yang berbeda dengan mengkalibrasikan
nilai Q-Swicth delay pada control system. Control Systemberfungsi untuk
mengkalibrasi nilai energi yang akan ditembakkan. Energi yang diberikan pada
sample dengan variasi mulai dari 0.07mj sampai dengan 5mj.Pemancaran sinar
laser akan difokuskan pada sampel dengan mennggunakan cermin dan lensa
ukuran 15cm.
Energi yang dipancarkan pada sampel akan menghasilkan bunyi atau
bremsstrahlungdalam medan listrik pulsa laser. Setelahmendapatkancukupenergi,
atom-atom lain pun mengalamiionisasidanjumlahelektron yang
terlepasmenjadiberlipatganda.Hal
initerjadiberulang-ulangdanmengakibatkanpeningkatandensitaspembawamuatanbebas,
sehinggatimbul plasma[Jea II Kim.2008].Pada proses terjadinya plasma dengan
suhu tinggi dan tekanan yang luas terjadi gelombang kejut pada bahan material.
Dengan menggunakan gelombang kejut yang disebabkan oleh ekspansi plasma
thermal dengan menimbulkan suara yang kuat dalam waktu yang cepat dan
bahkan terdengar oleh telinga manusia.
[Sobral, H,dkk. 2000; Wagner. 2003].Oleh karena itu gelombang suara / akustik
(audible) ini memiliki informasi mengenai breakdown.
Penentuan ukuran partikel koloid tergantung pada probability breakdown
yang ditimbulkan akibat energi laser yang diberikan.Energi maximum yang
diberikan untuk menimbulkan breakdown tergantung pada besarnya partikel.
Dengan meningkatnya energi menyebabkan probability breakdown besar yang
dapat memberikan informasi ukuran partikel setelah membandingkan dengan
koloid standart [bundschuh et al.2005]. Semakin besar ukuran partikel, maka
semakin rendah nilai breakdown threshold energy, dan sebaliknya.
3.1.3Pengukuran Sampel yang Digunakan
Air murni, air kran dan air polysterene berfungsi sebagai sampel yang akan
digunakan. Sampel tersebut diukur pada Q-Vat yang berfungsi sebagai tempat
sampel.Adapun komposisi pengukuran yang digunakan dalam setiap sampel
dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 3.1 pengukuran Sampel dengan berat
Sampel Berat (ml)
Air Murni 3 ml
Air murni +
Polysterene 330nm 15ppb 3ml
Polysterene 330nm 15ppb 3ml
Dari tabel 3.1 dapat dijelaskan tahapan pengukuran yang dilakukan pada
eksperimen :
a. Untuk sampel air murni dan air kran masing – masing di ukur 3ml
pada kwpet ,
b. Untuk variasi penggabungan air murni dan air kran di ukur air murni
sebanyak 2ml dan air kran 1 ml begitu juga sebaliknya.
c. Untuk menghasilkan polysterene 330nm 15ppb terlebih dahulu
mencampurkan polyterene 0.1ml dan 9.9ml air murni dan diukur
dialam kwvet sebanyak 3ml.
d. Untuk polysterene 330nm 7.5 ppb polystrene 330nm 15ppb diberikan
1.5 ml dan 1.5 air murni dan diukur sebanyak dan diukur dialam
kwvet sebanyak 3ml.
3.1.4Pengambilan Data LIBD
Pengambilan data yaitu berupa data suara yang dihasilkan Laser Induced
Breakdown Detection (LIBD). Pada pengambilan data pertama suara akan
direkam sebanyak 3 kali pengulangan pada 1 kali energi dalam setiap sampel.
Waktu perekaman yang dibutuhkan yaitu 01.40 detik perekaman. Suara direkam
menggunakan Mikrophone Hp yang berfungsi untuk mengubah data besaran suara
menjadi besaran listrik yang mempunyai resolusi 1080p.Hasil rekaman akan
diolah pada komputer yang berfungsi untuk mengolah data analog menjadi data
3.1.5 Sistem Pengolahan Data
Suara input yang merupakan suara yang dihasilkan Laser Induced Breakdown
Detection (LIBD). Suara tersebut akan dikonversi menjadi alamat .wav dengan
menggunakan program convert to .wav. Pengolahan data menggunakan komputer
untuk simulasi. Simulasi sistem Laser Induced Breakdown Detection (LIBD)
dilakukan dengan menggunakan software MATLAB R2010a. Pada proses simulasi
dilakukan perhitungan jumlahbreakdown pada setiap suara yang dihasilkan.
Setelah melakukan perhitungan pada setiap suara maka selanjutnya melakukan
perhitungan jumlah secara keseluruhan breakdown yang dihasilkan.Pemanggilan
data suara sebanyak 3 kali sesuai dengan pengambilan data suara yang dilakukan.
3.2 Diagram Perangkat Lunak Pengolahan Suara LIBD
Adapun diagram proses pengolahan suara LIBD menggunakan software
Nilai dihitung 1 jika sinyal berada pada nilai atau melewati threshold Mulai
Membaca Sumber Suara
Threshold
Plot
Hitung Breakdown
Hitung
ProbabilityBreakdown
End
Gambar 3.1 Diagram alir Perangkat Lunak Pengolahan Suara LIBD
3.2.1 Membaca Sumber Suara
Sumber suara yang digunakan berasal dari rekaman sendiri.Digunakan sumber
suara asli untuk menghasilkan suara LIBD yang nyata. Tiap tembakan plasma
yang dihasilkan direkam dan disimpan dalam format WAV. Dalam merekam
suara digunakan mikrofon seperti yang telah dijelaskan pada pembahasan
3.1.2.Sumber suara tersebut diolah dengan Matlab karena sumber suara berformat
WAV, maka untuk membaca sumber suara tersebut digunakan perintah wavread.
[x,fs]=wavread(‘nama file suara’)
Frekuensi sampling yang digunakan adalah 44100 Hz dan waktu yang digunakan
sekitar beberapa detik.Matrik yang digunakan adalah matriks pendek yang
bertujuan agar semua matriks dapat terbaca dalam perintah.Tujuan diggunakan
matriks WAV dengan baris terpendek sehingga terbaca signal suara tersebut.
3.2.2 Menghitung Jumlah Breakdown Pada Sampel
Perhitungan jumlah Breakdown pada proses Laser Induced Breakdown Detection
(LIBD) dilakukan pada proses simulasi. Sinyal suara breakdown yang telah
direkam dimasukkan sebanyak 3 kali dan nilai breakdown akan ditampilkan pada
jendela matlab dimana nilai dari masing – masing sampel dari energi yang
berbeda akan dihitung probabilitybreakdown . Setelah perhitungan dilakukan dan
dirata-rata kemudian di konversi ke BD Probability dengan jumlah pulsa laser
dengan menggunakan rumus
BD Probability =Jumlah Breakdown Jumlah Pulsa
Perhitungan jumlah BD Proabability dilakukan pada sampel air murni, air
kran dan air polystren dengan tembakan energi dari yang terkecil hingga yang
terbesar.
BAB IV
Pada skripsi ini pengolahan data digital yang dilakukan meliputi
pengolahan data jumlah banyaknya Probability breakdown yang terjadi pada
larutan sampel air murni, air kran dan air polystrene (perpaduan air ) seperti yang
telah dijelaskan pada sub bab 3.2. Untuk mengetahui banyaknya kejadian atau
jumlah breakdown pada koloid dalam berbagi larutan dilakukan dengan
pengolahan data digital GUI MATLAB.
4.1 Pengolahan Data Breakdown Menggunakan GUI Matlab
Untuk menganalisis suara yang dihasilkan pada sampel digunakan pemrograman
Matlab. Bahasa pemrograman MATLAB cukup baik untuk mengolah data berupa
suara dengan pengolahan data digital. Bahasa pemrograman Matlab memiliki GUI
( Guide User Interface ) memudahkan untuk menganalisis data berupa suara yang
diambil. Pertama kali pemrograman dilakukan dengan memanggil suara yang
direkam dan disimpan alamat .wav. Pemanggilan data suara menggunakan
wavread seperti yang dijelaskan pada Bab III.Dengan memanggil suara dari
masing – masing sampel akan mengetahui sinyal digital dari suara yang dihasilkan
Gambar 4.1 Hasil pengolahan data breakdown menggunakan GUI Matlab
Selanjutnya sinyal digital suara di Threshold digunakan untuk menentukan
nilai ambang sinyal dan dihitung puncak – puncak gelombang yang dihasilkan
dari suara Breakdown yang dihasilkan. Berdasarkan penelitian
(Kurniawan.A,2002) Thresholding berarti melewatkan koefisientersebut ke suatu
ambang batas yang telah ditentukan, sehingga koefisien yang tidak sesuai ambang
tersebut tidak terpakai.Nilai threshold sangat bergantung pada eksperimen karena
untuk membersihkan noise dan mendapatkan rata – rata noise untuk memudahkan
menghitung jumlah gelombang.Noise dapat terjadi akibat terekamnya suara dari
luar akibat perekeman suara yang terlalu lama.
Gambar 4.2 Hasil sinyal yang di treshold
Hasil sinyal suara dipanggil 3 kali disebabkan karena percobaan yang
dilakukan sebanyak 3 kali.Hasil Threshold maka selanjutnya program akan
menghitung nilai probbility breakdown dari masing – masing sampel dengan
energi yang terkecil sampai energi yang terbesar. Hasil nilai dari Probability
Breakdown disimpan dan diolah menjadi grafik .
4.2 Analisa Probability Breakdown Pada Sampel
4.2.1 Hasil Data Akustil Laser Induced Breakdown Detection (LIBD)
Laser-induced breakdown deteksi (LIBD) adalah salah satu teknik yang paling
sensitif dikembangkan sejauh ini untuk mengukur ukuran nanopartikel dalam
kisaran 10-1000 nm dan konsentrasinya di kisaran 1 ng / L (ppt) untuk mg / L
suara yang dihasilkan oleh Laser Induced Breakdown Detection dapat hubungan
Energi dengan Probability Breakdown terhadap variasi air murni, air kran dan
Polysterene. Berikut gambar hasil data dari beberapa sampel yang digunakan :
1. 3ml Air Murni
Gambar 4.2 Hasil grafik energi VS Probability BD air Murni
Gambar 4.3 Hasil grafik Probability BD2ml Air Murni + 1 ml Air Kran
3. 1 ml Air Murni + 2 ml Air Kran
Gambar 4.4 Hasil grafik Probability BD1 ml Air Murni + 2 ml Air Kran
Untuk hasil grafik diatas peluang terjadinya Probabitity Breakdown 3ml
Probability breakdown yang terjadi pada air murni relatif lebih sedikit
dibandingkan dengan air lain. Semakin kecil Probability Breakdown yang terjadi
maka kosentrasi partikel dalam air tersebut adalah kecil.Kosentrasi dari partikel
air yang kecil memerlukan energi yang lebih besar untuk menimbulkan terjadinya
breakdown. Hal ini membuktikan bahwa air murni hampir tidak memiliki koloid
menyebabkan air tersebut dapat dikatakan benar murni. Terlihat bahwa untuk
energi yang kecil maka Probability breakdown yang ditimbulkan oleh air murni
hampir tidak ada.
4. Air Kran
Gambar 4.6 Hasil grafik Probability BD Polysterene 330, 7,5 ppb
6. Polysterene 330, 15 ppb
Gambar 4.6 Hasil grafik Probability BD Polysterene 330, 7,5 ppb
Dari hasil grafik untuk sampel air kran, Polysterene 330, 15ppb dan
polesterene 330, 7,5 ppb menunjukkan untuk energi yang kecil maka probability
breakdown sudah dapat terlihat. Hal ini membuktikan untuk sampel air kran dan
Polysterene 330,15ppb peluang terjadinya breakdown lebih besar dibandingkan
dengan poloysterene 330,7,5ppb , air kran,air murni, dan percampuran air murni
dengan air kran. Semakin banyak terjadinya Probability breakdown maka ukuran
dan kosentrasi partikel dalam polysterene tersebut adalah besar. Ini menunjukkan
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
1. Dari percobaan telah berhasil dilakukan perhitungan data akustik Laser
Induced Breakdown Detection (LIBD) menggunakan bahasa pemrograman
Matlab dengan sampel 3ml (air murni, air kran, polystarene 330, 15ppb, dan
polystarene 330, 7,5ppb) dan gabungan dari 2ml air murni dengan 1ml air
kran serta sebaliknya.
2. Berdasarkan hasil perhitungan data akustik diperoleh Polystrene 330,15ppb
mempunyai banyak koloid dibandingkan dengan sampel air murni, air kran,
polystarene 330, 7,5ppb dan gabungan air murni dengan air kran. Hal ini
dibuktikan dengan banyaknya probability yang terjadi pada sampel
Polysterene.
5.2 SARAN
1. Untuk penelitian selanjutnya dapat menggunakan mikrophone dengan
sensitivitas tinggi.
2. Untuk penelitian selanjutnya dapat menghitung Probability BD dengan
memisahkan suara hasil gangguan dan suara Hasil Probability BD .
3. Untuk penelitian selanjutnya dapat menentukan ukuran dan kosentrasi dari
DAFTAR PUSTAKA
Bahtiar, A. M.Si. 2008. Rekayasa Optik. Diktat kuliah Universitras Padjajaran. Bettis, J.R. 1992.Correlation Among the Laser-Induced Breakdown Thresholds in
Solid. Liquids and Gases.Appl. Opt. 31, 3448.
D.J. Shaw.1980. Introduction to Colloid and Surface Chemistry.3rded, Butterworth London.
D. Myers. 1991. Surfaces Interfaces AND Colloids. VCH Publisher Inc. New York.
E.C. Jung. H.-R. Cho.K,K. Park. J.-W. Yoen.K.Song. 2009.Nanoparticle Sizing by a Laser-Induced Breakdown Detection using an Optical Probe Beam Deflection. 97: 867-875
Foth, Hans – Jochen. 2008. Laser IN Chemistry Vol. I. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, Weinheim.
Kurniawan,A. 2002. Reduksi Noise Pada Sinyal Suara dengan Menggunakan Transformasi Wavelet.Universitas Diponogoro Semarang.
Lead, J. R.; Wilkinson, K. J. 2006.Environmental Colloids:Behavior, Structure and Characterization. Currentknowledge and future developments. In John Wiley and Sons: Chichester.
L. V. Keldysh. 1965. Ionization in the Field of a Strong Electromagnetic wave. Sov. Phys. JETP.
Muirhead D, Lead JR. 2003. Measurement of the Size and Structure of Natural Aquatic Colloids in an Urbanised Watershed by Atomic Force Microscopy.Hydrobiologia.
M, Helen Martina. 2009. Pengukuran Daya Laser CO2 dan Laser DPSS Serta Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser DPSS dan Laser He-Ne Menggunakan CCD.
N. Bloembergen. 1974. Laser-induced Electric Breakdown in Solids. IEEE J. Quantum.Electron.
R. M. Wood, 2003. Laser-induced damage of optical materials, IOP Publishing Ltd., London, UK.
Santschi PH, Balnois E, Wlkinson KJ, Zhang J, Buffle J, Guo L.Fibrillar. 1998. Polysaccharides in Marine Macromolecular Organic Matter as Imaged by Atomic Force Microscopy and Transmission Electron Microscopy.Limnol Oceanogr.
Silfvast, William T. 2004. Laser Fundamental.Second Edition.Cambridge University Pres. United Kingdom.
T,Bundschuh. W, Hauser. Kim.J-I. Knop,R. F,J, Scherbaum. 2000. Determination of Colloid Size by 2-D Optical Detection of Laser Induced Plasma. T,Bundschuh. Knop.R, Kim.J-I. 2001. Laser-Induced Breakdown Detection
T. U.Wanger, T. Bundschuh, R,Koster. 2005. Laser-Induced Breakdown Detection (LIBD) for The Highly Sensitive Quantification of Aquatic Colloids.
Tadros, T. F. 2005. Applied Surfactan: Surfactan in Nanoemulsi. Wiley-VHC Verlag. New York.
T. Kitamori, K. Yokose, M. Sakagami and T.Sawada. 1989. Phys. jpn. J. Appl. The Math Works inc. 1989.MatlabUser’s Guide.
Wells, M. L. Smith, G. J. Bruland, K. W. 2000. The distribution of colloidal and Particulate Bioactive Metals in Narragansett.By: RI. Mar.Chemestry. Webb, Collin E. 2004. Handbook of Laser Technology and Applications. Institute
of Physics Publishing.
Willson,R. 2004. Rancang Bangun Perangkat Lunak Komposer Musik Menggunakan Matlab. Universitas Indonesia.
LAMPIRAN
2.
Data Sampel
a. Air murni 3ml
Energy(mj) Probability Air Murni
Energy Probability
c. 1 ml Air Murni + 2 ml Air Kran
Energy BD probability
1ml air Murni + 2ml air kran
3.
Program
function varargout = baru05(varargin)
% BARU05 M-file for baru05.fig
% BARU05, by itself, creates a new BARU05 or raises the existing
% singleton*. %
% H = BARU05 returns the handle to a new BARU05 or the handle to
% the existing singleton*. BARU05 or raises the
% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are
% applied to the GUI before baru05_OpeningFcn gets called. An
% unrecognized property name or invalid value Choose "GUI allows only one
% instance to run (singleton)". %
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES
% Edit the above text to modify the response to help baru05
% Last Modified by GUIDE v2.5 28-Apr-2015 15:23:57
% Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @baru05_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @baru05_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [] , ...
'gui_Callback', []);
gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end
if nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
end
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before baru05 is made visible.
function baru05_OpeningFcn(hObject, eventdata,
handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to baru05 (see VARARGIN)
% Choose default command line output for baru05
handles.output = hObject;
% Update handles structure
guidata(hObject, handles);
% UIWAIT makes baru05 wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.
function varargout = baru05_OutputFcn(hObject,
eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
varargout{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in pushbutton1.
function pushbutton1_Callback(hObject, ~, handles)
% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
threshold =str2num(get(handles.edit2,'string')); [filename,pathname] = uigetfile({'*.wav'});
if ~isequal(filename,0)
[x,fs] = wavread([pathname '/' filename]);
signal2 = signal1; handles.x = signal1; axes(handles.axes2);
jd = length(signal1); dx = 4410;
jb=floor(jd/dx); hb=0;
for m = 1:jd
end
set(handles.edit3,'string',hitungstr); %
guidata(hObject, handles); display(hitung);
function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to edit1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit1 as text
% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit1 as a double
% --- Executes during object creation, after setting all properties.
function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata,
handles)
% hObject handle to edit1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called
% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.
% See ISPC and COMPUTER.
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit2 as text
% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit2 as a double
% --- Executes during object creation, after setting all properties.
function edit2_CreateFcn(hObject, eventdata,
handles)
% hObject handle to edit2 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called
% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.
% See ISPC and COMPUTER.
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
function edit3_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to edit3 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit3 as text
% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit3 as a double
% --- Executes during object creation, after setting all properties.
function edit3_CreateFcn(hObject, eventdata,
handles)
% hObject handle to edit3 (see GCBO)
% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called
% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.
% See ISPC and COMPUTER.
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
% --- Executes on button press in pushbutton2.
function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata,
handles)
% hObject handle to pushbutton2 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
threshold =str2num(get(handles.edit5,'string')); [filename,pathname] = uigetfile({'*.wav'});
if ~isequal(filename,0)
[x,fs] = wavread([pathname '/' filename]);
signal2 = signal1; handles.x = signal1; axes(handles.axes4);
jd = length(signal1); dx = 4410;
jb=floor(jd/dx); hb=0;
