Gbr. 2 Arah medan Magnet pada arus listrik yang bergerak Gbr. 1. Magnetometer
Bumi
Fluxgate Magnetometer Siswo Purnomo (0920903011)
Fisika FMIPA Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia.
Abstrak, Magnetometer adalah alat ukur medan magnet. Terdapat beberapa metoda yang dapat dilakukan untuk mengukur kuat medan magnet bumi. antara lain metode resonansi magnetik, metode induksi, metode pelat Hall dan metode fluxgate. Pada metode fluxgate, kita menggunakan sensor fluxgate magnetometer. Keluaran komponen fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0 – 5volt dengan frekuensi tertentu. Frekuensi output untuk fluxgate pada kondisi normal (tanpa pengaruh medan magnet) adalah pada 64.736KHz. Rangkaian fluxgate magnetometer mempunyai komponen D flip flop, beberapa buah resistor sebagai komponen pemroses dan beberapa dioda untuk mendrive LED sebagai display.
A. Pendahuluan
Letak mantel dan inti yg sangat dalam dan komposisi batuan di kerak sulit utk diprediksi
maka setiap pengukuran medan magnet yang dilakukan di atas bumi akan mengukur medan magnet bumi yg ditimbulkan oleh mantel dan inti PLUS karena komposisi mineral di kerak bumi. (ditambah lagi dengan noise pengukuran). Alat untuk mengukur medan magnet bumi namanya magnetometer. Hasil pengukurannya adalah medan magnet absolut, ketelitiannya biasanya sampai 1 nT (nano Tesla). Cara mengukurnya bisa dengan magnetometer portable (alatnya digendong seperti tas punggung), bisa dengan aero magnetometer (digandeng dengan pesawat) dan menggunakan kapal laut.
Magnetometer adalah alat ukur medan magnet yang banyak digunakan orang untuk berbagai keperluan, antara lain untuk penelitian bahan-bahan magnetik, keamanan penerbangan (mendektesi barang bawaan), pemetaan medan magnet bumi, pengetesan kebocoran medan magnet dari suatu alatpenghasil lainnya[1]. Magnetometer ini merupakan salah satu alat yang digunakan dalam survey geofisika yang dapat memberikan informasi tentang struktur bawah
permukaan[4]. Keuntungan metode magnetik
adalah dapat mendeteksi letak dan batas litologi dari analisis anomali medan magnet dan diperkuat dengan data gradien vertikal medan magnetik total yang dapat memberikan respon jika terjadi perbedaan lithologi pada suatu daerah. Dari pengolahan data magnetik diharapkan dapat memberikan gambaran bawah permukaan daerah penelitian dan dapat mendeteksi kontak litologi.
B. Dasar Teori
Medan Magnet
2
µ0 : Permeabilitas ruang hampa (4π x 10-7weber/A.m).
r : Vektor satuan yang besarnya 1
Karena dl × rˆ = dl sin θ, maka magnet pada kawat berarus listrik
Medan magnet di titik yang berjarak z di atas sepotong kawat lurus berarus listrik tetap adanya kuat kutub yang berada sejauh r dari titik m tersebut. Kuat medan magnet H didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat kutub magnet[4]:
1
Satuan untuk kuat medan magnet H adalah Oersted (1 Oersted = 1 dyne / unit kutub) (cgs) atau A/m (SI).
Medan magnet bumi mempunyai beberapa elemen, seperti gambar di bawah ini :
Gbr 4 Gambaran medan magnet pada bumi
Arah vektor medan magnet yaitu medan total (BT), medan horizontal (H ), medan vertikal (V ), komponen H kearah utara ( X ), komponen H ke arah timur (Y ), deklinasi (d) dan inklinasi (i).
Intensitas untuk komponen horisontalnya adalah :
2 2 Y X
H
Intensitas total medan magnetik bumi adalah :
inklinasi yaitu sudut vertikal antara vektor intensitas medan total dengan bidang horizontal[5].
i arctan 2 2 Y X
Z
Deklinasi merupakan sudut yang dibentuk antara utara geografis dengan utara magnet.
D arcsin 2 2 Y X
Y
Sensor Fluxgate Magnetometer
Terdapat beberapa metoda yang dapat dilakukan untuk mengukur kuat medan magnet bumi. antara lain: metode resonansi magnetik, metode induksi, metode pelat Hall dan metode fluxgate.
Prinsip Fluxgate magnetometer adalah menggunakan dua buah inti material magnetis, seperti mumetal, permaloy, ferrite dan sebagainya. Pada medan magnet yang lemah logam tersebut mempunyai permeabilitas besar. Untuk design umum kumparan primer (excitation coil) dililitkan pada dua buah inti feromagnetik yang dibuat simetris tetapi arahnya berlawanan ,Sedangkan kumparan sekunder (pick-up coil) dililitkan mengelilingi kedua inti. Lilitan primer dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik frekuensi rendah (50-1000 Hz), lilitan sekunder dihubungkan dengan suatu amplifier.
Gbr 5 Bentuk Sederhana Sensor Magnetik Fluxgate
Bila kumparan primer dihubungkan dengan sumber arus, maka pada kumparan sekunder akan timbul arus induksi yang arahnya berlawanan. Tanpa adanya medan magnet luar, magnetisasi kumparan akan simetris dan saling menghilangkan. Tetapi dengan adanya medan magnet luar maka salah satu kumparan akan mengalami flux magnet yang lebih besar dari yang lainnya, tetapi dalam setengah gelombang berikutnya kumparan yang mengalami flux magnet tambahan berganti dengan kumparan kedua.
Dengan demikian pada saat yang sama kedua kumparan mempuya pulsa yang berbeda dan keluaran dari kumparan sekunder merupakan pulsa tegangan yang berasal dari selisih flux yang ditimbulkan kumparan primer. Tegangan pulsa sebanding dengan medan magnet luar yang mempengaruhinya.
Konfigurasi lilitan yang baik akan meningkatkan ketelitian karena medan yang akan diukur tidak mengalami distorsi yang berasal dari inti. Sensor ini merupakan salah satu sensor yang paling cocok untuk mengukur medan magnet DC/AC frekuensi rendah dalam daerah medan magnet 1nT – 1mT[6].
C. Sistem Fluxgate Magnetometer Sensor
Gbr 6 Blok Diagram Detektor Medan Magnet dengan Menggunakan Fluxgate
Komponen ini merupakan salah satu komponen yang dapat mendeteksi kuat medan magnet selain komponen hall effect sensor. Pemakaian fluxgate sedikit berbeda dengan pemakaian pada hall effect sensor karena yang dioutputkan oleh komponen fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0 – 5volt dengan frekuensi tertentu yang berkaitan dengan polaritas dan kuat medan magnet yang diterima oleh fluxgate.
Dengan bentuk output seperti ini maka output fluxgate dapat langsung diumpankan pada gerbang logika (TTL) karena outputnya sudah
pada level TTL. Teknik yang digunakan untuk
mengaplikasikan fluxgate hampir sama dengan teknik BFO. Frekuensi output untuk fluxgate pada kondisi normal (tanpa pengaruh medan magnet) adalah pada 64.736KHz. Sinyal dengan frekuensi ini harus diturunkan dulu menjadi sekitar 32.368KHz agar ketika dicampur dengan sinyal referensi akan terbentuk sinyal dengan frekuensi yang dapat didengarkan oleh indera penderngar manusia.
Pengkondisi Signal
Untuk membagi 2 frekuensi output dari fluxgate digunakan komponen digital D flip-flop yaitu MC4013. Pada MC4013 ini terdiri
dari dua buah D flip-flop dimana salah satunya digunakan sebagai mixer dari osilator yang dibentuk dari IC opamp U2, TL081. Frekuensi output sinyal osilator ini pada 32.768KHz diumpankan pada input clock2 D flip-flop. Konfigurasi ini secara tidak langsung membentuk rangkaian mixer secara digital.
Output dari Q2 merupakan level digital yang mempunyai variasi frekuensi cukup baik dan dapat di dengar perubahannya. Frekuensi output Q2 berkisar pada frekuensi 100Hz.
Pemrosesan Signal
Resistor R3 berfungsi untuk menghasilkan negative feedback yang cukup kecil sedangkan R4 akan membatasi arus output opamp yang mengalir menuju kristal agar kristal bekerja pada daerah operasi yang baik.
Rangkaian R5 dan C6 akan membentuk sebuah LPF orde satu untuk menapis sinyal dengan frekuensi tinggi sebelum sinyal ini dikuatkan lagi untuk akhirnya diumpankan pada sebuah speaker. Kuat-lemahnya bunyi ditentukan oleh besar-kecilnya nilai resistor R6. Apabila volume suara masih kurang keras maka nilai resistor R6 dapat diturunkan sampai didapatkan volume suara yang dinginkan.
Display
Selanjutnya rangkaian dioda D1, D2, C10 dan C12 akan membentuk sebuah rangakaian charge pump sederhana yang nantinya akan men-drive led. Rangkaian charge pump ini akan bekerja jika level output dari TL082 (U3) pada level yang cukup tinggi sehingga led akan tampak berkedip jika sensor mendapatkan medan magnet yang cukup kuat. Pengaturan nilai R5 dan C6 yang merupakan LPF ini sangat berperan dalam penentuan waktu penyalaan led. Dengan kata lain led akan menyala setelah didapatkan medan magnet dengan kekuatan tertentu.
Semakin kuat medn magnet yang diukur oleh fluxgate maka semakin tinggi pula output frekuensinya sehingga pada akhirnya semakin tinggi pula frekuensi sinyal yang lewat pada rangkaian LPF tersebut. Sehingga nilai C6 dan R5 harus dibuat sedemikian rupa sehingga pada kuat medan magnet tertentu akan menyalakan led. Tetapi dengan nilai R5 dan C6 pada skematik sudah cukup untuk kondisi pada umumnya.
D. Karakteristik Statik Fulxgate Magnetometer
Tidak jauh berbeda dengan alat-alat yang lainnya, magnetometer ini juga mempunyai beberapa karakteristik static.
Kondisi Operasi
Temperatur : Converter 0 s/d +500 : Detector –10 s/d +500C
Temperatur Penyimpanan : -30 s/dan + 600C
Kelembaban : di atas 80% (converter)
Konsumsi Daya
Power Supply Daya AC 220V ±20V 50/60 Hz 20VA DC 24V ± 5V 15W
Karakteristik Pengukuran
Kanal Pengukuran : 3 kanal (H, D, Z) Medan magnet referensi : 0 – 50 mT Range Pengukuran : ±50mT, ±5mT,
±500nT, ±50nT Frequency Band : DC to 5 Hz, 1 Hz
dan 0.1Hz Resolusi : 0.3 nT (pada Dc
0.1 Hz) Akurasi : ± 2% FS pada
setiap skala Sinyal Kalibrasi : ± 20, 4., 60, 80
dan 100nT Output Analog : ± 10 Vdc
Coil Resistancce
Coil Resistance Exciting Coil 70 ± 10W Signal Coil 75 ± 10W Compensation Coil 95 ± 10W
Dengan jenis magnetometer yang lain, karakteristik dari magnetometer ini juga tidak terlalu berbeda. Seperti dapat dilihat pada table berikut ini.
Tbl. 1 Perbandingan Karakteristik Sensor yang digunakan pada magnetometer
Survey
sensor AlkaliVapor Proton Fluxgate Resolution 0.01 -0.25 0.1 - 1 0.1 - 2 Instrumental
error 0.01 - 0.5 0.1 - 1.0 0.5 - 1.0 Diurnal etc. 0.5 - 2.0 0.5 - 2 0.5 - 2 Positioning
Errors 0.25 - 5 0.25 - 5 0.25 - 5 Total 0.77 - 4.75 0.95 - 9 1.35 – 10
E. Daftar Pustaka
[1] Mahmudin, Pembuatan dan Pengembangan Sensor Medan Mgnet Fluxgate,
http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?
mod=browse&op=read&id=jbptitbpp-gdl-res-2001-djamalmitr-1651 (online), tanggal akses 12 Desember 2009, ITB press, Bandung, 2001.
gnet (online), tanggal akses 12 Desember 2009.
[3] Djamal, M, Sensor Magnetik fluxgate dan aplikasinya untuk mengukur kuat arus. Jurnal Kelompok keilmuan Fisika Teoritik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Fakultas MIPA ITB, Hal 51-68, Tanpa Tahun.
[4] Telford, W.M. Applied Geophysics. Cambridge University Press, London. 1976.
[5] Shuey, R.T., Pasquale, AS. End correction in magnetic profile interpretation. Geophysics, Volume 38, No.3, 507-512.
[6] Utomo, FB, Mengukur Geomagnet dengan Fluxgate Magnetometer, http://geofisika42. wordpress.com/2009/02/22/ya-mengukur-
![PEMBELAJARAN FOREHAND GROUN])STROKE MENGGUNAKA}{ PADDLE D AN RAKET SEHTA EAKTOR KEKUATAN OTOT BAHU PADAPETEMS PEMULA ipi41412](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)