ANALISIS PENGGUNAAN FIBER OPTIK SEBAGAI SENSOR KELEMBABAN YANG TERTANAM DI DALAM BETON

(1)

1737

Tema: 7 Ilmu-ilmu murni (Matematika, Fisika, Kimia dan Biologi)

ANALISIS PENGGUNAAN FIBER OPTIK SEBAGAI SENSOR

KELEMBABAN YANG TERTANAM DI DALAM BETON

Oleh

Farida Asriani

1*

, Hesti Susilawati

1

, Widhiatmoko Heri Purnomo

1

, Gandjar Pamudji

2

,

dan Roy Indra Rahmat

1

Jurusan Teknik Elektro Universitas Jenderal Soedirman

2

Jurusan Teknik Sipil Universitas Jenderal Soedirman

*

Penulis korenponden: [email protected]

ABSTRAK

Sampai saat ini beton masih menjadi pilihan utama dalam konstruksi bangunan. Oleh sebab itu mengetahui dan memonitoring kinerja beton secara berkala sangatlah penting. Dengan demikian perlu adanya peralatan yang mampu mengukur perubahan parameter pada beton. Penelitian ini merupakan bagian dari pengembangan fibre optik sebagai sensor yang digunakan untuk mengukur kinerja beton. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis sensitifitas fiber optik untuk mendeteksi perubahan kelembaban pada beton. Fiber optik jenis singlemode dengan cladding gelatin sebagai sensor kelembaban ditanamkan pada pusat benda uji beton silinder. Pengujian fiber optik dilakukan dengan memberikan masukan sinar laser pada salah satu konektor fiber optik dan membaca daya serat optik pada konektor yang lain. Sumber cahaya yang digunakan berupa laser dengan panjang gelombang 1310 nm dan pada sisi keluaran diterima dengan menggunakan optical power meter (OPM). Hasil penelitian menunjukkan perubahan kelembaban beton berpengaruh terhadap daya keluaran serat optik. Perubahan daya keluaran serat optik meningkat seiring dengan meningkatnya nilai kelembaban beton. Besarnya sensitifitas fiber optik dengan cladding gelatin yang dicapai adalah 0,9244. Dengan demikian fiber optik dengan cladding gelatin dapat direkomendasikan untuk digunakan sebagai sensor kelembaban pada beton mutu normal.

Kata Kunci : fiber optik, sensor, kelembaban, beton

ABSTRACT

cylindrical concrete test object. Optical fiber testing is done by providing laser beam input on one of the optical fiber connectors and reading fiber optic power on the other connector. The light source used is a laser with a wavelength of 1310 NM and on the output side is received using an optical power meter (OPM). The result of this research showed that the change of concrete moisture effect on fiber optic output power. The change in fiber optic output power increases with the increase of concrete moisture value. The magnitude of fiber optic sensitivity with gelatin cladding achieved was 0.9244. Thus, optical fibers with gelatin cladding may be recommended for use as humidity sensors in normal quality concrete.

(2)

1738

PENDAHULUAN

Fiber optik yang merupakan hasil rekayasa material, telah banyak diterapkan dalam teknologi

telekomunikasi sebagai media transmisi atau perambatan cahaya. Sensor fiber optik dapat

diterapkan sebagai sensor yang tertanam didalam beton dengan konfigurasi tertentu guna mengukur

sifat-sifat fisik dari beton secara berkesinambungan seperti parameter regangan dan pergeseran

elemen struktur beton (Bames, dkk 2005).

Sensor serat optik saat ini merupakan pilihan utama bagi proses sensing dalam

struktur beton.

sensor fiber optik adalah kandidat yang sangat baik untuk tujuan monitoring perubahan lingkungan karena keunggulannya dibandingkan sensor elektrik konvensional. Sensor

fiber optik mudah diintegrasikan dengan piranti lain, ukurannya ringan, tidak menghantarkan arus

listrik karena sinyal yang dipakai adalah sinyal cahaya, kuat dan tahan terhadap lingkungan yang

keras, sensitivitas tinggi, .kemampuan Multiplexing untuk membentuk jaringan sensor, dan

kemampuan multifungsi sebegai sensor ( Fidanboylu, & Efendioglu, H. S. , 2009).

Sensor fiber

optik terdistribusi dapat diterapkan dalam smart struktur secara tertanam untuk memantau

suhu, regangan dan getaran pada beton. .Sensor ini memiliki resolusi dalam centimeter dan

memiliki presisi tinggi untuk pengukuran suhu (Bao and Chen, 2012).

Selain itu sensor fiber optik tertanam di dalam beton telah diterapkan untuk mendeteksi retakan akibat adanya

pembebanan pada beton

(Asriani dkk, 2015; Asriani dkk, 2016). Sistem pendeteksi

kerusakan beton berbasis arduino juga telah dikembangkan (Asriani dkk, 2017).

Untuk deteksi perubahan kelembaban beton secara nirkabel telah dikembangkan

dengan menggunakan sensor SHT 21S (Baroca dkk, 2013). Sensor ini adalah sensor

elektris. Sensor elektris sangat riskan ketika diterapkan pada daerah lembab bahkan berair.

Pada paper ini penulis menerapkan sensor fiber optik karena kelebihannya bisa diterapkan

dilingkungan berair dan tahan lama. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis sensitifitas

fiber optik untuk mendeteksi adaanya perubahan kelembaban pada beton.

METODEPENELITIAN

Metode yang diterapkan pada penelitian ini adalah metode experiment. Penelitian

dilakukan di laboratorium instrumentasi dan kendali, serta laboratorium Teknik Sipil Fakultas

Teknik Unsoed. Jangka waktu penelitian adalah 6 bulan.

Alat dan Bahan Penelitian.

Peralatan yang diperlukan pada penelitian ini meliputi :

(3)

1739

3. Termometer

4. Cetakan beton

Bahan yang diperlukan meliputi :

1. Kabel Fiber optik dengan konektor RC-RC 2. LED

9. Bahan pembuat beton ( Pasir, semen, kerikil) 10. Kabel

Tahapan Penelitian

Secara garis besar tahapan penelitian terdiri dari :

A. Pembuatan konfigurasi fiber optik

Konfigurasi fiber optik yang akan ditanam di dalam beton harus dirancang sedemikian rupa agar sensitif terhadap perubahan kelembaban. Konfigurasi fiber optik yang dirancang berbentuk lurus dengan melakukan pengelupasan sepancang 4 cm sampai dengan intinya. Selanjutnya inti dari fiber optik dilapisi dengan gelatin.

Cladding gelatin dibuat dengan perbandingan gelatin dan air 2:3 . Campuran kemudian dipanaskan

sampai suhu 70oC. Selanjutnya campuran gelatin didiamkan sampai suhu kamar. Ketika campuran

gelatin yang sudah dipanaskan mencapai suhu kamar maka bagian fiber optik yang yang sudah

dikupas jaketnya dilapisi dengan cladding gelatin. Pelapisan dilakukan dengan mencelupkan

bagian inti fiber optik ke dalam gel gelatin sesaat langsung diangkat dan didiamkan hingga

mengeras. Ketika gel gelatin sudah mengeras maka sensor siap ditanamkan dalam beton.

B. Pembuatan Beton dengan Sensor Fiber Optik Tertanam

Beton yang dirancang pada penelitian ini adalah sampel beton mutu normal dengan bentuk silinder

ukuran panjang 30cm dan diameter 15cm. Agar bentuk sensor fiber optic yang tertanam di dalam

beton tidak berubah (tetap lurus maka fiber optik dilekatkan pada kawat. Pada penelitian ini

penanaman sensor fiber optik didalam beton terletak tepat di tengah seperti ditunjukkan pada

(4)

1740

Gambar 1.

Posisi fiber optik dengan clading gelatin di dalam beton.

Untuk mengetahui besarnya nilai kelembaban suhu sebagai pembanding dari outout sensor

fiber optik maka didalam beton juga dipasang sensor kelembaban DHT 11.

C. Perancangan Hardware

Blok diagram sistem sensor tertanam dalam beton ditunjukkan pada Gambar 2. Sensor fiber optik

dihubungkan dengan sumber laser pada satu terminal sebagai terminal input dan pada ujung

terminal yang lain dahubungkan dengan optical power meter (OPM) sebagai terminal output.

Sumber laser mengeluarkan sinar laser dengan panjang gelombang tertentu sesuai yang

dikehendaki. Kemudian OPM akan mencatat daya output sinar laser yang tertangkap pada ujung

fiber optik.

Gambar 2. Blok diagram sistem sensor kelembaban tertanam di dalam beton.

Sensor DHT11 yang diletakan sejajar dengan fiber optik di dalam beton yang sebelumnya

(5)

1741

menggunakan kabel jumper. Pembacaan nilai kelembaban oleh arduino nantinya akan

ditampilkan pada layar lcd.

Gambar 3. Rangkaian pengukur kelembaban dengan DHT11

D. Pengujian Sensor tertanam di dalam beton

Pengujikan dilakukan dengan mengaktifkan sistem pembacaan sensor tertanam didalam beton.

Sumber laser diaktifkan kemudian daya outputnya ditampilkan pada OPM. Kelembaban suhu

dalam beton ditampilkan pada LCD.

E. Pengambilan data

Pengambilan data dilakukan selama masa pengerasan beton yaitu 28 hari sejak pertama .beton

dibuat. Pencatatan data dilakukan tiap pagi, siang dan sore hari.

F. Analisis Data

Analisis data dilakukan untuk mengetahui tingkat sensitifitas fiber optik untuk mendeteksi adanya

perubahan kelembaban dalam beton. Analisi dilakukan dengan membuat grafik hubungaan antara

kelembaban dan daya output. Tingkat kemiringan grafik menujnukkan sensitifitas sensor fiber optic

(6)

1742

HASIL DAN PEMBAHASAN

Fiber optik dengan lapisan cladding gelatin

Pada penelitian ini dibuat 10 buah fiber optik dengan cladding gelatin. Sensitifitas fiber optik

dengan cladding gelatin terhadap udara bebas diukur dengan melakukan pengamatan lossis daya

output fiber optic terhadap perubahan kelembaban udara bebas.

Tabel 1. Data pengujian fiber optik dengan cladding gelatin di udara bebas

Fiber Optik dengan cladding gelatin

dB

dBm

µW

Kelembaban

(%)

Suhu ©

42,49

-7,51

177,4

70

27 42,47

-7,53

176,6

72

27 42,45

-7,55

175,7

74

27 42,44

-7,56

174,5

75

26 42,40

-7,60

173,7

76

26 42,39

-7,61

173,3

79

26 42,37

-7,63

172,5

82

25 42,36

-7,64

172,1

84

25 42,57

-7,42

181,5

65

29 42,63

-7,37

183,2

53

37

Beton dengan sensor kelembaban tertanam

Pada penelitian ini beton yang dirancang adalah beton mutu normal. Sensor yang teratanam tepat

dibagian tengah beton terdiri dari fiber optic dan sensor DHT 11 dengan posisi sejajar. Hasil

(7)

1743

Gambar 4. Beton dengan sensor tertanam

Perancangan hardware

Hardware yang dirancang pada penelitian ini adalah rangkaian pengukur kelembaban beton dengan

DHT 11. Rangkaian ini dirancang untuk mengukur kelembaban di dalam beton. Adapun rangkaian

dari sistem yang dirancang ditunjukkan pada Gambar 5.

(8)

1744

Hasil pengujian rangkaian menunjukkan bahwa sistem pengukuran kelembaban dengan

sensor DHT 11 dapat berfungsi dengan baik.

Pengujian sensor kelembaban beton

Pengujian sistem sensor tertanam di dalam beton dilakukan dengan mengamati dan mengambil data

perubahan lossis fiber optik terhadap perubahan nilai kelembaban di dalam beton.

Pengujian

dilakukan sejak hari pertama beton dibuat sampai beton berusia 28 hari. Pengambilan data

dilakukan setiap pagi, siang dan sore hari. Dari data yang didapatkan diperoleh hubungan

antara daya fiber optik dan kelembaban seperti ditunjukkan pada grafik

Gambar 6

.

Gambar 6

. Hubungan daya fiber optik terhadap kelembaban beton

Analisi Data

Analisis data dimaksudkan untuk mengetahui sensitifitas sensor fiber optik dengan cladding gelatin

terhadap perubahan kelembaban pada beton. Dari data yang diperoleh dibuat nilai rerata daya serat

output untuk tiap nilai kelembaban. Selanjutnya dibuat grafik daya sensor fiber optik terhadap

(9)

1745

Gambar 7. Grafik rerata daya outout terhadap kelembaban

Rentang nilai dayaserat optik (-8.6) dBm untuk kelembaban 87 % dan (-7.54) dBm untuk

kelembaban 91% dengan nilai koefisien gradient( sensitivitas) sebesar 2,5x10-1 dBm/ %; 0,9244.

Jadi dapat disimpulkan bahwa sensor fiber optic dengan cladding gelatin memiliki sensitifitas yang

bagus, atau dengan kata lain sensor fiber optik dengan cladding gelatin dapat mendeteksi dengan

baik adanya perubahan kelembaban pada beton.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian ini bisa disimpulkan bahwa fiber optik dengan cladding

gelatin yang diletakkan tepat ditengah-tengah beton memiliki sensitivitas yang baik

terhadap kelembaban dengan nilai sensitivitas sebesar 0,9244.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terimakasih kami haturkan kepada rektor Unsoed yang telah mendanai penelitian

ini sehingga penulis bisa menyelesaikan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Asriani Farida, Pamudji Gandjar, dan Susilawati Hesti, 2015, Pengembangan Deteksi

Kerusakan Beton yang Menggunakan Sampah Plastik dengan Sensor Fiber

Optik”, Prosiding Seminar nasional Keteknik Sipilan Bidang Vokasional III,

(10)