RANCANG BANGUN DIGITAL SURVEY METER DENGAN GLOBAL POSITIONING SYSTEM UNTUK RADIASI BETA- GAMMA

(1)

RANCANG BANGUN DIGITAL SURVEY METER DENGAN

GLOBAL POSITIONING SYSTEM UNTUK RADIASI

BETA-GAMMA

Prajitno, Jumari, Adi Abimanyu, Jani Budi Setiawan, Nurhidayat

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, BATAN Jl.Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta 55281 E-mail: prajit@batan.go.id

ABSTRAK

RANCANG BANGUN DIGITAL SURVEYMETER DENGAN GLOBAL POSITIONING SYSTEM UNTUK RADIASI BETA-GAMMA. Telah berhasil dibuat prototip Survey Meter yang digunakan untuk mengetahui tingkat radiasi beta atau gamma di suatu lokasi, yang dipadukan dengan Global Positioning System sehingga dapat diketahui posisi koordinat lintang dan bujur saat melakukan pengukuran. Untuk mendeteksi radiasi beta-gamma digunakan detektor Geiger Mueller Ludlum model 44-6 dengan tegangan kerja +900 Volt. Penentuan koordinat lokasi pengukuran digunakan modul GPS receiver tipe Leadtek LR9805ST. Pencacahan pulsa hasil deteksi radiasi, konversi menjadi satuan mR/jam dan mengambil data dari receiver GPS digunakan mikrokontroller AT89S8253, selanjutnya data ditampilkan pada layar Liquid Crystal Display. Prototip menggunakan catu daya baterei kering 6V/4Ajam, dengan konsumsi arus 150 mA sehingga mampu digunakan terus menerus selama ±24jam. Keunggulan prototip survey meter hasil rancang bangun ini adalah data tingkat radiasi dan lokasi saat melakukan pengukuran dapat disimpan dalam media elektronik. Untuk memudahkan pengguna melakukan evaluasi hasil pengukuran, prototip dilengkapi perangkat lunak agar data yang sudah disimpan dapat di up-load ke komputer dan dapat ditampilkan di layar monitor yang dilengkapi peta lokasi. Prototip telah dikalibrasi di PTKMR-BATAN menggunakan sumber CS-137. dengan ketidakpastian 2,7% dan faktor kalibrasi 0,99.

Kata kunci: survey meter, Geiger Mueller, GPS, mikrokontroler

ABSTRACT

DESIGN AND CONSTRUCTION OF DIGITAL SURVEYMETER WITH GLOBAL POSITIONING SYSTEM FOR BETAGAMMA RADIATION. The prototypes of survey meter used to know the level of beta or gamma radiation at a location and combined with Global Positioning System to detect the position of latitude and longitude coordinates has been manufactured. To detect radiation of beta-gamma it is used a Geiger Mueller detector made by Ludlum, model 44-6 with a working voltage of +900 volts. Counting of pulses of radiation detection results, the conversion into of MR/h units and retrieving data from the GPS receivers using AT89S8253 microcontroller, subsequently the data is displayed on the screen Liquid Crystal Display. Power supply of prototypes using dry battery 6V/4AH and draw 150 mA so it can be operated continuously for ± 24 hours. Excellence of survey meter prototype that has made is the radiation level and the location where the data is measured can be stored in electronic media. To allow users to evaluate the measurement results, the prototype includes software for data that is stored can be up-loaded into a computer and can be displayed on a monitor that has a map of the location. Prototypes have been calibrated in PTKMR-BATAN using CS-137 source. with the uncertainty of 2.7% and the calibration factor 0.99.

Keywords: survey meter, Geger Mueller, GPS, microcontroller

PENDAHULUAN

eningkatan kemampuan sumber daya manusia BATAN di bidang rancang bangun elektronika nuklir perlu dilakukan terutama untuk tujuan jangka pendek yaitu mengurangi kebergantungan peralatan instrumentasi nuklir terhadap produk luar negeri. Proses peningkatan kemampuan diwujudkan melalui pelaksanaan tahapan transformasi industri yang sekaligus dipergunakan sebagai sarana peningkatan kemampuan individu serta pembentukan infrastruktur sumber daya manusia di bidang elektronika nuklir. Dua tahapan transformasi industri adalah tahap

integrasi teknologi yaitu perancangan produk dengan teknologi yang telah tersedia dan tahap pendalaman teknologi yaitu perancangan produk dengan teknologi baru.

Tahapan integrasi teknologi dalam bidang elektronika nuklir telah dilakukan di PTAPB-BATAN diantaranya telah berhasil melaksanakan rancang-bangun alat survey meter analog, alat ukur ini berfungsi dan digunakan untuk mengukur intensitas radiasi beta dan gamma di lingkungan fasilitas nuklir.

Agenda Riset Nasional 2006 – 2009 khususnya

P

(2)

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah – Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2011 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 19 Juli 2011

program penelitian dan pengembangan iptek fokus pada rancang bangun dan pembuatan bekal/alat khusus, salah satu item kegiatan yang harus dilakukan adalah pengembangan alat monitoring radiasi nuklir[1].

Untuk merealisasikan agenda program riset nasional khususnya pengembangan alat monitoring radiasi nuklir, telah dilaksanakan kegiatan penelitian rancang bangun Global Positioning System(GPS)

Digital Survey Meter Radiasi Beta Gamma yang

dibiayai oleh program insentif Dikti-Diknas.

Keunggulan prototip GPS Digital Survey Meter hasil rancang bangun ini adalah data intensitas radiasi dan data lokasi saat melakukan pengukuran dapat disimpan dalam media elektronik. Bila diperlukan data dapat di up-load ke komputer untuk memberikan kemudahan pengguna dalam melakukan analisis/evaluasi, karena data akan ditampilkan di layar monitor yang dilengkapi peta/denah lokasi yang telah disiapkan sebelumnya. Desain alat dibuat ringkas dan kompak dalam model jinjing, mudah dioperasikan dan dibawa ke lapangan serta yang lebih penting adalah kecuali detektor Geiger Muller

(GM) semua komponennya dapat diperoleh di

pasaran lokal.

Survey meter telah dikalibrasi menggunakan sumber radiasi standar CS-137 oleh Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi (PTKMR) – BATAN dan dari kalibrasi tersebut diperoleh hasil ketidakpastian 2,7% dan faktor kalibrasi 0,99.

TEORI

Global Positioning System (GPS) adalah suatu

sistem navigasi menggunakan bantuan satelit. Di manapun posisi seseorang berada di bumi akan dapat diketahui dengan mudah jika menggunakan GPS. Pada umumnya, anggapan orang ketika berbicara tentang GPS, adalah berarti suatu penerima GPS. GPS sebenarnya merupakan suatu kumpulan dari 27 satelit yang mengorbit bumi (24 satelit utama yang beroperasi dan 3 satelit cadangan).

GPS merupakan sistem koordinat global yang

dapat menentukan koordinat posisi benda dimana saja di bumi baik koordinat lintang, bujur, maupun ketinggiannya. Teknologi ini sudah menjadi standar untuk digunakan pada dunia pelayaran dan penerbangan di dunia. Teknologi GPS ini bebas dimanfaatkan oleh siapa saja di dunia secara gratis asal memiliki alat GPS receiver[2,3].

Kegunaan sebuah penerima GPS untuk menentukan lokasi empat atau lebih dari satelit-satelit tersebut, mengukur jarak masing-masing satelit dan menggunakan informasi ini untuk menentukan posisi dirinya sendiri di bumi. Masing-masing satelit berputar mengelilingi bumi dua kali setiap harinya. Orbit dari satelit-satelit tersebut diatur sedemikian rupa sehingga pada setiap saat dan di

manapun posisi penerima di bumi, akan dapat mendeteksi keberadaan paling sedikit empat satelit diangkasa.

Modul GPS receiver buatan Leadtek tipe LR9805ST adalah suatu modul yang dapat menerima sinyal satelit-satelit GPS untuk kemudian melakukan perhitungan koordinat posisi dirinya berdasarkan data yang ada, data dikeluarkan dalam bentuk pulsa digital serial dengan standar RS-232[4,5]. Data keluaran modul receiver ini akan diambil oleh modul mikrokontroler ATMEL AT89LS8252 untuk diproses lebih lanjut dan bersama-sama data hasil pengukuran intensitas radiasi akan ditampilkan pada layar LCD[6].

TATA KERJA

Bahan dan peralatan yang digunakan dalam rancang bangun Digital Survey Meter Dengan GPS untuk Radiasi Beta-Gamma adalah :

1. Komponen elektronik untuk pembuatan modul

2. Detektor GM Ludlum 44-6 3. Modul receiver dan antenna GPS 4. Rechargeble Battery 6V 5. Personal Komputer 6. Oscilloscope 7. Digital Multimeter 8. Soldering Iron 9. SMD rework station

Susunan prototip

A. Blok diagram Digital Survey Meter dengan GPS untuk Radiasi Beta Gamma seperti ditampilkan pada Gambar 1 :

Gambar 1. Blok diagram Digital Survey Meter dengan GPS

1. Detektor Geiger Mueller (GM) :

Detektor LUDLUM Model 44-6 digunakan untuk mendeteksi radiasi Beta atau Gamma, tanggapan detektor secara nominal linier (≤10%) sampai dengan 50mR/jam tanpa diperlukan alat untuk melakukan koreksi waktu mati. Waktu mati secara tipikal adalah 95µs.

2. HVPS : sumber daya tegangan tinggi pencatu tegangan detektor GM yang dapat memberikan catu tegangan arus searah sampai dengan 1000VDC dengan arus maksimum 30mA.

(3)

3. Pembalik dan pembentuk pulsa: rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah pulsa negatip keluaran detektor GM menjadi pulsa positip dan membentuk pulsa dengan lebar 10µs dengan level TTL.

Gambar 3. Modul elektronik sumber tegangan tinggi dan pembentuk pulsa

4. Sistem Mikrokontroler:

• mencacah pulsa hasil deteksi detektor GM dan mengubah hasil cacahan menjadi REM atau Sievert

• menerima data dari GPS receiver dan memilah data yang diterima sesuai format. • menampilkan data intensitas radiasi dan

koordinat lokasi pengukuran pada LCD 4 baris.

• mengirimkan data intensitas radiasi dan koordinat lokasi pengukuran ke komputer personal dalam format ASCII melalui komunikasi RS-232

Gambar 4. Modul elektronik mikrokontroller Diagram alir program sistem mikrokontroler ditampilkan pada Lampiran 1.

5. LCD : penampil LCD 4 (empat) baris yang digunakan untuk menampilkan data dosis (2 baris) dan data posisi lokasi pengukuran, tanggal dan jam (2 baris).

Gambar 5. Bentuk tampilan Liquid Crystal Display (LCD) 4 baris

6. GPS receiver : GPS modul menggunakan LEADTEK tipe LR9805ST menerima data posisi lokasi pengukuran dan mengirimkan data ke sistem mikrokontroler melalui RS-232.

7. Antena GPS digunakan untuk menerima sinyal dari satelit.

Gambar 6. a. Modul GPS receiver dan b. Antena GPS

8. Battery charger : rangkaian elektronik sumber arus yang berfungsi untuk mengisi baterei dan apabila baterei sudah terisi penuh secara otomatis akan mati. Masukkan dari battery

charger adalah tegangan listrik PLN 220Vac.

9. Rechargeble Battery: baterei yang dapat diisi ulang, digunakan untuk menjadi sumber daya semua rangkaian elektronik dengan tegangan 6 V dan arus 4Ajam.

10. Komputer personal :

• Mengambil data hasil pengukuran intensitas radiasi yang disimpan pada survey meter melalui komunikasi data RS-232

• menampilkan pada layar monitor peta lokasi pengukuran di suatu kawasan

• menampilkan pada layar monitor data dosis hasil pengukuran sesuai posisi

• menyimpan semua data hasil pengukuran dan lokasi ke media elektronik

Gambar 7. Blok diagram pengambilan data

B. Penentuan tegangan kerja GM : tegangan kerja GM ditentukan dengan melakukan pencacahan sumber standar persatuan waktu dan memvariasi tegangan tinggi, dengan blok diagram seperti pada Gambar 8.

(4)

Gambar 8. Blok diagram pengujian detektor GM C. Pengujian modul sumber tegangan tinggi dan

pembentuk pulsa : pengujian tegangan tinggi dilakukan dengan blok diagram seperti tertampil pada Gambar 9.

Gambar 9. Blok diagram pengujian modul tegangan tinggi

Pengujian dilakukan dengan mem-variasi catu tegangan DC mulai 4 sampai 7 V dan diukur arus keluaran catu tegangan DC serta keluaran modul tegangan tinggi.

Pada Gambar 10 ditampilkan blok diagram pengujian pembentuk pulsa. Pengujian dilakukan dengan mengamati bentuk pulsa keluaran modul pembentuk pulsa menggunakan oscilloscope dan dengan mengatur potensio dapat ditentukan lebar pulsa yang diharapkan.

Gambar 10. Blok diagram pengujian pembentuk pulsa.

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Penentuan Tegangan Kerja Geiger

Mueller.

Grafik tegangan tinggi vs cacah per 10 detik untuk menentukan tegangan kerja GM menggunakan sumber radioaktif standar dan melakukan variasi tegangan detektor dengan kenaikan 10Volt mulai 720 Volt. Pada tegangan 1020 Volt pencacahan tidak diteruskan karena hasil cacahan ada kecenderungan naik yang dikawatirkan terjadi discharge yang dapat merusak detektor. Pada Gambar 11 ditampilkan grafik tegangan vs cacah/10detik. Dari grafik tersebut dapat ditentukan tegangan kerja GM yang sebaiknya dioperasikan antara 800 Volt sampai 1020 Volt dan sesuai rekomendasi pabrik pembuat maka detektor dioperasikan pada tegangan 900 Volt. Pada Tabel 3. ditampilkan data hasil pengukuran cacah latar dengan posisi detektor GM terbuka, terlihat bahwa data cacahan tidak muncul dikarenakan cacah latarnya sangat rendah.

Gambar 11. Grafik plateu detektor GM Ludlum, model : 44-6

B.1. Pengujian Modul Tegangan Tinggi

Tabel 1. Hasil pengujian modul tegangan tinggi dengan variasi catu daya.

No. Masukan Keluaran Tegangan Tinggi (VDC) Tegangan ( V ) Arus beban ( mA ) 1 4 30 900 2 4,5 30 900 3 5 28 900 4 5,5 28 900 5 6 27 900 6 6,5 27 900 7 7 26 900

Data hasil pengujian Modul Tegangan Tinggi (MTT) seperti ditampilkan pada Tabel 1, dapat dilihat bahwa dengan melakukan variasi catu daya masukan MTT dari 4 - 7 VDC keluaran tegangan

tinggi tetap 900 VDC. Sedangkan arus yang ditarik

oleh MTT antara 26 - 30 mA, sehingga daya yang diperlukan MTT antara 120 – 182 mWatt.

B.2. Pengujian Pembentu Pulsa

Tabel 2. Hasil pengujian GM Inverter/Pembentu Pulsa.

No. Bagian Yang Diuji Hasil pengujian 1 Bentuk pulsa masukan Pulsa

negatip 2 Frekuensi pulsa masukan 1 kHz 3 Bentuk pulsa keluaran Pulsa kotak 4 Lebar pulsa keluaran 0,5 – 100 µS 5 Tinggi pulsa keluaran 2,8 – 5,0 V 6 Respon frekuensi

maksimum

30 kHz 7 Tegangan derau (noise) ≤ 50 mV

Hasil pengujian pembentuk pulsa seperti ditampilkan pada Tabel 2, lebar pulsa dapat divariasi antara 0,5 – 100 µS dengan amplitudo dapat diatur 2,8 – 5,0 V. Pengaturan lebar pulsa dan amplitudo disesuaikan dengan kebutuhan masukan dari pencacah mikrokontroler.

(5)

B.3. Pengukuran Cacah Latar Dengan Detektor Terbuka

Tabel 3. Pengukuran Cacah Latar No. Data mR/H Tanggal/ Jam ( WIB. ) Lintang ( S ) Bujur ( E ) 1 0,000 091109/094258 0746,6635 11024,8608 2 0,000 091109/094751 0746,6635 11024,8608 3 0,000 091109/095245 0746,6635 11024,8608 4 0,000 091109/095738 0746,6635 11024,8608 5 0,000 091109/100205 0746,6635 11024,8608 .

B.4. Pengukuran Dengan Sumber Standar Detektor Terbuka

Tabel 4. Pengukuran dengan sumber standar 90 Sr + 90 Y, At = 1 mrd/H

No. Data mR/H Tanggal/ Jam ( WIB. ) Lintang ( S ) Bujur ( E ) 1 1,830 091109/101600 0746,6635 11024,8573 2 1,908 091109/101933 0746,6668 11024,8572 3 1,908 091109/102246 0746,6668 11024,8572 4 1,836 091109/102353 0746,6668 11024,8572 5 2,088 091109/102843 0746,6668 11024,8572 Pada Tabel 4. ditampilkan data hasil

deteksi radiasi menggunakan sumber standar 90 Sr + 90 Y, At = 1 mrd/H, dengan posisi detektor

berjarak 3 cm dari sumber dan diperoleh rata-rata hasil pengukuran 1,914mR/H. Dari data Tabel 3 kelihatan bahwa detektor GM sudah dapat berfungsi dengan baik.

C. Kalibrasi Prototip

Gambar 12. Prototip Survey Meter menggunakan detektor Ludlum Model 44-6

Prototip Survey Meter telah dikalibrasi di Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi – BATAN Jakarta. Kalibrasi menggunakan sumber standar CS137 dan alat ukur Dosimeter Farmer dengan detektor NE 2575/135 dan Elektrometer NE25701B/1319. Metode kalibrasi digunakan Safety

Report Series No. 16 IAEA (2000) yaitu detektor

disinari dalam medan radiasi yang telah diketahui laju dosisnya dari hasil pengukuran dengan alat ukur radiasi standar. Dari kalibrasi tersebut diperoleh hasil ketidakpastian 2,7% dan faktor kalibrasi 0,99.

D. Perangkat Lunak Untuk

Menampilkan Data

Pada Gambar 13 ditampilkan contoh hasil eksekusi perangkat lunak yang dikembangkan menggunakan DELPHI dan ocx MAP Windows. Data hasil pengukuran intensitas radiasi setelah di up-load ke komputer ditampilkan di layar monitor dalam bentuk tabel dan juga tertampil pada peta sesuai dengan koordinatnya. Agar data yang ditampilkan pada peta dapat sesuai maka sebelumnya dibuat daftar lokasi sesuai dengan yang digunakan.

(6)

Gambar 13. Contoh tampilan perangkat lunak

KESIMPULAN

Telah selesai dilakukan rancang bangun Digital

Survey Meter untuk Radiasi Beta-Gamma, yang

dipadukan dengan Global Positioning System (GPS). Digital Survey Meter dengan GPS menggunakan detektor Geiger Mueller Ludlum tipe 44-6 dengan tegangan kerja +900 Volt. Pengamatan unjuk kerja GPS diperoleh data ketelitian 10 meters, 2D RMS. Prototip survey meter menggunakan catu daya baterei kering 6V/4Ajam dan dari hasil pengukuran survey

meter mengkomsumsi arus 150mA sehingga survey

meter mampu digunakan terus menerus selama ±24jam.

Prototip survey meter telah diuji secara elektronik di laboratorium PTAPB dan diuji menggunakan sumber standar Cs137 di laboratorium PTKMR-BATAN Jakarta, dan diperoleh nilai ketidakpastian 2,7% dan faktor kalibrasi 0,99. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa survey meter sudah memenuhi syarat digunakan sebagai alat ukur untuk mendeteksi radiasi beta/gamma yang dilengkapi posisi koordinat lintang dan bujur.

UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Drs. Bambang Supardiyono, M.Si.,, Drs. Setyadi dan Sdr. Legowo Hardiyanto yang telah memberikan bantuan dan ide sehingga prototip Digital Survey Meter dengan Global Positioning System untuk Radiasi Beta-Gamma dapat selesai dan semoga amal baiknya dibalas oleh Tuhan YME.

DAFTAR PUSTAKA

1. ADI ABIMANYU dkk., Rancang Bangun Pencacah Untuk GPS Survey Meter Menggunakan Mikrokontroler AT89s8253, Prosiding P3N, ISSN-1410-8178 (2009).

2. Agenda Riset Nasional 2006–2009, DEWAN RISET NASIONAL, Jakarta (2006).

3. AN0105, Mengetahui Posisi Dengan Modul Penerima GPS dengan Modul TF-11 dan Kabel CB-232, 4. http://www.mikron123.com/index.php/Aplikasi-GPS/ 5. ftp://ftp.leadtek.com.tw/gps/9805st/LR9805ST_ V0.9_052808.pdf, Specification Sheet. 6. www.chipdocs.com/datasheets/.../AT89LS8252, ATMEL AT89LS8252, 8-Bit Microcontroller with 8K Bytes Flash, Datasheet.

7. LUDLUM Model 44-6, Beta-Gamma Detector, Revised March 2000.

TANYA JAWAB

Prof. Syarif

- Berapa kira-kira harga surveymeter yang dibuat ini dan komponen apa yang paling mahal, apakah bisa dibuat dalam negeri atau harus import?

(7)

Prayitno

• Komponen yang paling mahal adalah

detektor GM yang harganya untuk LUDLUM 44-6 adalah 9 juta. Tetapi saat ini detektor GM sudah berhasil dibuat oleh PTAPB, sehingga harga surveymeter dapat lebih murah < 10 juta.

Rochim

- Hasil desain alat ini apa?Bagaimana dengan GPS, apakah bisa untuk mengetahui arah angin/cuaca atau hanya lokasi?

- Kesimpulan yang ditampilkan adalah hasil, kesimpulan adalah konsekuensi logis dari diskusi.

Prayitno

• Hasil akhir dari alat yang dibuat adalah

surveymeter untuk mendeteksi radiasi gamma/beta yang dilengkapi koordinat lokasi pengukuran. GPS hanya khusus mendeteksi posisi (koordinat)

• Kesimpulan yang ditampilkan adalah

simpulan dari hasil yang diuraikan dalam makalah.

(8)

(9)

(10)