43
BAB IV
Pengujian
4.1 Pendahuluan
Untuk mengetahui kinerja perangkat filter anti-gempa yang telah dibuat, dalam tahap akhir penelitian ini dilakukan beberapa pengujian. Pengujian yang dilakukan terdiri atas pengujian perangkat keras dan perangkat lunak. Pada perangkat keras filter anti-gempa, pengujian meliputi pengujian rangkaian differential input, rangkaian penguat, rangkaian pembagi tegangan, dan rangkaian pembatas tegangan. Untuk pengujian perangkat lunak, program perhitungan deret Fourier mikrokontroler akan dibandingkan dengan hasil simulasi menggunakan MATLAB.
4.2 Pengujian Perangkat Keras
Pengujian perangkat keras dilakukan dengan skema yang sama, yaitu sinyal masukan dan keluaran perangkat keras dihubungkan dengan MSA (Multi Channel Analyzer) HP 3566A. Sinyal masukan dihasilkan oleh sinyal generator MSA sedangkan sinyal keluaran perangkat keras filter anti-gempa dihubungkan dengan kanal masukan pada MSA. Skema pengujian perangkat keras dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Skema pengujian perangkat keras
44 4.2.1 Rangkaian Differential Input
Pengujian pada differential input dimaksudkan untuk melihat kemampuan komponen opamp LF347 dalam mengeliminir sinyal masukan yang sama (sinyal common mode). Selain itu, pengujian ini dilakukan untuk melihat besarnya offset yang terjadi akibat komponen opamp LF347. Menurut datasheet LM347, CMRR (Common Mode Rejection Ratio) bernilai 70 dB atau setara dengan 3,1623 x 10-4 skala linier dan memiliki offset tegangan sebesar 3 mV. Dalam pengujian ini digunakan sinyal masukan berupa gelombang sinus 50 Hz dengan amplitudo sekitar 1 Volt. Selain dihubungkan dengan kanal masukan filter, sinyal masukan juga dihubungkan dengan kanal 1 pada MSA, sedangkan sinyal keluaran dihubungkan dengan kanal 3. Hasil pengujian rangkaian differential input pada kanal 1 sampai dengan 4 filter anti-gempa dapat dilihat masing-masing pada Gambar 4.2, 4.3, 4.4, dan 4.5. Rangkuman hasil yang ditunjukan oleh gambar-gambar tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Gambar 4.2 Hasil pengujian rangkaian differential input kanal 1
Pada tabel hasil pengujian tersebut dapat dilihat bahwa sinyal keluaran memiliki offset tegangan rata-rata sebesar 2,750 mV, lebih kecil 0,250 mV daripada yang disebutkan pada datasheet LF347 (3 mV). Selain itu, terlihat juga bahwa sinyal masukan berupa sinyal common mode telah mengalami pengecilan dari amplitudo masukan dengan faktor pengecilannya atau CMRR sebesar 5,157 x 10-4 kali atau setara dengan 65,75 dB, berbeda 4,25 dB dengan yang tertulis dalam datasheet LF347 (70 dB). Walaupun kedua hasil pengujian menunjukan nilai yang sedikit berbeda dengan nilai yang disebutkan dalam datasheet opamp LF347, hasil tersebut dinilai masih baik sehingga dapat diterima.
45 Gambar 4.3 Hasil pengujian rangkaian differential input kanal 2
Gambar 4.4 Hasil pengujian rangkaian differential input kanal 3
46 Tabel 4.1 Rangkuman hasil pengujian rangkaian differential input
Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Rata-rata
Offset (mV) 2,644 2,900 2,814 2,644 2,750
Amplitudo sinyal masukan,
peak (mV) 993,086 992,318 992,062 992,830 992,574
Amplitudo sinyal keluaran
dikurangi offset, peak (mV) 0,597 0,426 0,511 0,511 0,511 Pengecilan, CMRR 10-3 6,014 4,298 5,159 5,155 5,157 (65,75 dB)
4.2.2 Rangkaian Penguat
Pengujian rangkaian penguat dilakukan dengan memberi sinyal masukan berupa gelombang sinus 50 Hz dengan amplitudo sekitar 91 mV. Frekuensi 50 Hz dipilih untuk mendekati sinyal operasi kerja mesin. Nilai R-4 dan R-2 masing-masing adalah 270 kΩ dan 10 kΩ, sehingga secara teoritis menurut Persamaan (3.1) sinyal keluaran akan memiliki amplitudo 27 kali lebih besar dibandingkan dengan amplitudo sinyal masukan. Untuk hasil pengujian pada kanal 1 sampai dengan 4 dapat dilihat masing-masing pada Gambar 4.6, 4.7, 4.8, dan 4.9. Rangkuman hasil pengujian ditunjukkan oleh Tabel 4.2.
Gambar 4.6 Hasil pengujian rangkaian penguat pada kanal 1
Berdasarkan ketiga hasil pengujian tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa penguatan rata-rata rangkaian sebesar 28,083 kali. Nilai ini memiliki selisih 1,083 dengan nilai perancangan, yaitu sebesar 27 kali. Perbedaan tersebut nantinya dapat dikompensasi dengan penyetelan faktor pengecilan pada rangkaian pembagi tegangan.
47 Gambar 4.7 Hasil pengujian rangkaian penguat pada kanal 2
Gambar 4.8 Hasil pengujian rangkaian penguat pada kanal 3
48 Tabel 4.2 Rangkuman hasil pengujian rangkaian penguat
Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Rata-rata
Amplitudo sinyal masukan, peak
(mV) 9,116 9,113 9,115 9,271 9,154
Amplitudo sinyal keluaran, peak
(mV) 255,734 255,647 256,069 260,875 257,0813
Penguatan 28,051 28,049 28,093 28,138 28,083
4.2.3 Rangkaian Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan dirancang memiliki faktor pengurangan sebesar 1/27 kali, dengan begitu penguatan total perangkat filter anti gempa adalah sebesar satu kali. Penyetelan trimpot R-12 dilakukan untuk memperoleh penguatan yang teliti. Untuk melihat performansi rangkaian pembagi tegangan pada kondisi operasi kerja mesin, perangkat filter anti gempa diberi sinyal masukan berupa sinus 50 Hz dengan amplitudo sekitar 198 mV. Pengujian dilakukan untuk semua kanal pada perangkat filter anti gempa. Hasil pengujian rangkaian pembagi tegangan pada kanal 1 sampai dengan 4 dapat dilihat pada Gambar 4.10, 4.11, 4.12, dan 4.13. Hasil pengujian telah terangkum dan dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Gambar 4.10 Hasil pengujian rangkaian pembagi tegangan kanal 1
Pengaturan trimpot R-12 dilakukan sedemikian rupa agar menghasilkan penguatan total perangkat filter anti gempa yang mendekati satu kali. Pada Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa proses pengaturan telah mencapai kondisi optimum saat menghasilkan penguatan total rata-rata sebesar 1,010 kali.
49 Gambar 4.11 Hasil pengujian rangkaian pembagi tegangan kanal 2
Gambar 4.12 Hasil pengujian rangkaian pembagi tegangan kanal 3
50 Tabel 4.3 Rangkuman hasil pengujian rangkaian pembagi tegangan
Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Rata-rata
Amplitudo sinyal masukan, peak
(mV) 191,837 191,843 191,861 191,555 191,774
Amplitudo sinyal keluaran, peak
(mV) 193,695 193,79 193,909 193,296 193,673
Penguatan 1,010 1,010 1,010 1,009 1,010
4.2.4 Rangkaian Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan dirancang memiliki faktor pengurangan sebesar 1/27 kali, dengan begitu penguatan total perangkat filter anti gempa adalah sebesar satu kali. Penyetelan trimpot R-12 dilakukan untuk memperoleh penguatan yang teliti. Untuk melihat performansi rangkaian pembagi tegangan pada kondisi operasi kerja mesin, perangkat filter anti gempa diberi sinyal masukan berupa sinus 50 Hz dengan amplitudo sekitar 198 mV. Pengujian dilakukan untuk semua kanal pada perangkat filter anti gempa. Hasil pengujian rangkaian pembagi tegangan pada kanal 1 sampai dengan 4 dapat dilihat pada Gambar 4.10, 4.11, 4.12, dan 4.13. Untuk rangkuman hasil pengujian tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Pengaturan trimpot R-16 dilakukan sampai dicapai suatu kondisi dimana sinyal keluaran akan terpotong pada nilai 380 mV. Dalam praktek sangat sulit melakukan penyetelan sampai didapat hasil yang tepat, sehingga proses penyetelan tersebut dilakukan dengan toleransi nilai pemotongan minimum sebesar 370 mV, seperti yang terlihat pada Tabel 4.4. Dari hasil pengujian terjadi pemotongan tegangan pada 374,465 mV.
51 Gambar 4.15 Hasil pengujian rangkaian pembatas tegangan kanal 2
Gambar 4.16 Hasil pengujian rangkaian pembatas tegangan kanal 3
52 Tabel 4.4 Rangkuman hasil pengujian rangkaian pembatas tegangan
Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Rata-rata
Amplitudo sinyal masukan, peak
(mV) 499,486 499,144 499,23 499,571 499,358
Amplitudo sinyal keluaran, peak
(mV) 374,017 373,249 374,273 376,32 374,465
4.3 Pengujian Perangkat Lunak
Pengujian perangkat lunak perangkat filter anti gempa dilakukan dengan membandingkan hasil simulasi deret Fourier menggunakan MATLAB dan hasil perhitungan program deret Fourier pada mikrokontroler. Skema pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.18. Untuk pembacaan hasil perhitungan oleh mikrokontroler digunakan serial komunikasi RS-232 sehingga dapat dimonitor melalui komputer. Perhitungan deret Fourier memerlukan sinyal masukan dengan tingkat akurasi frekuensi yang tinggi, maka perlu digunakan sinyal generator dari MSA. Selain dibaca oleh mikokontroler, sinyal keluaran sinyal generator tersebut dihubungkan dengan kanal masukan MSA untuk melihat besarnya amplitudo sinyal secara cermat. Pengujian perangkat lunak ini dilakukan dengan memberikan sinyal masukan mikokontroler berupa sinyal sinus. Frekuensi sinyal masukan tersebut diberikan secara bertahap mulai dari 45 Hz sampai dengan 55 Hz dengan selang 1 Hz. Hasil pengujian perangkat lunak, secara terinci dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Gambar 4.18 Skema pengujian perangkat lunak
53 Tabel 4.5 Hasil pengujian perangkat lunak
Frekuensi (Hz)
Amplitudo Masukan (mV)
Perhitungan deret Fourier (mV) Selisih
(mV) MATLAB Mikrokontroler 45 985,147 126,500 133,164 6,664 46 985,026 0,000 1,955 1,955 47 984,906 209,900 218,478 8,578 48 984,487 0,000 2,256 2,256 49 984,256 627,300 621,451 5,849 50 984,074 984,074 982,742 1,332 51 985,272 626,700 627,031 0,331 52 985,390 0,000 1,459 1,459 53 985,512 208,700 209,660 0,960 54 985,599 0,000 0,671 0,671 55 985,665 125,200 128,400 3,200
Dari hasil pengujian, dapat dilihat bahwa selisih perhitungan terbesar antara MATLAB dengan mikrokontroler terjadi pada saat sinyal masukan dengan frekuensi 45 Hz, yaitu sebesar 6,664 mV. Selisih tersebut masih tergolong kecil apabila dibandingkan dengan amplitudo masukannya, yaitu sebesar 985,147 mV, sehingga tidak memberikan kontribusi kesalahan pembacaan yang signifikan.
Walaupun dari pengujian menunjukan hasil yang memuaskan, akan tetapi tidak dapat memberikan bayangan saat kondisi sinyal masukan berupa sinyal gempa. Oleh sebab itu, pengujian dilakukan sekali lagi khusus pada kondisi sinyal masukan yang menyerupai sinyal gempa, yaitu sinyal sinus 4 Hz dengan hasil pengujiannya terangkum dalam Tabel 4.6. Dari pengujian kondisi gempa, dapat dilihat bahwa perhitungan deret Fourier menggunakan mikrokontroler menghasilkan amplitudo yang sangat kecil dan mendekati nol. Hasil perhitungan tesebut hanya berselisih 0,408 mV dari hasil perhitungan menggunakan simulasi di MATLAB.
Tabel 4.6 Hasil pengujian perangkat lunak pada kondisi gempa
Frekuensi (Hz)
Amplitudo Masukan (mV)
Perhitungan deret Fourier (mV) Selisih
(mV) MATLAB Mikrokontroler
