BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

(1)

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini akan membahas hasil dan pembahasan dari perangkat yang telah dirancang dan dibuat. Sebelum dibahas mengenai hasil dan pembahasan dilakukan terlebih dahulu pengujian dari perangkat. Pengujian ini dilakukan dengan mengukur dan memastikan keluaran dari rangkaian. Pengujian alat secara keseluruhan dilakukan dengan uji coba pada tiang pancang buatan berbahan beton.

Pengujian rangkaian meliputi:

Pengujian tiap blok rangkaian yang terdiri dari: • Pengujian respon sensor

• Pengujian rangkaian penguat instrumentasi Pengujian perangkat secara keseluruhan

V.1 Pengujian Rangkaian V.1.1 Pengujian Respon Sensor

Accelerometer

Dalam pengujian respon dari sensor accelerometer yang dilakukan hanya memastikan kondisi sensor dapat menerima stimulus berupa getaran dengan baik. Sensor accelerometer diletakkan atau direkatkan pada suatu benda, kemudian benda tersebut diketuk-ketuk. Apabila sinyal accelerometer sudah tampak dalam layar monitoring maka sensor sudah dapat dikatan layak untuk mengambil data. Untuk nilai amplitudo dari sensor accelerometer dikonversi dari skala Volt ke m/s2_{berdasarkan data sheet}

dari sensor accelerometer yaitu 10 V/g atau 1.02 V/m/s2. Dalam hal ini sensor accelerometer belum dikalibrasi dengan sensor percepatan lain.

(2)

Sinyal Accelerometer -3 -2 -1 0 1 2 3 4 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 waktu (s) A m pl it udo ( v ol t)

Gambar V.1 Sinyal accelerometer Strain Gauge

Pengujian dari sensor strain gauge juga dilakukan sebatas sinyal akibat stimulus yang diberikan dapat terbaca pada layar monitoring maka pengambilan data dapat dilanjutkan. Pengujian untuk sensor strain gauge dilakukan pada sebuah penggaris dengan asumsi bahwa jika satu ujung penggaris tetap dan ujung lainnya digerakkan keatas dan ke bawah maka akan menimbulkan regangan pada batang penggaris. Untuk perhitungan dari nilai amplitudo dari sensor strain gauge ini berdasarkan dari data sheet dari sensor jadi belum dibandingkan atau dikalibrasi dengan alat lain.

V.1.2 Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi

Dalam perangkat ini rangkaian penguatan seperti rangkaian penguat instrumentasi sangat penting. Penguat instrumentasi ini berguna untuk memperkuat sinyal dari strain gauge setelah keluar dari jembatan wheatstone. Dalam grafik dibawah dibandingkan antara masukan dan keluaran dari penguat instrumentasi. Dapat dianalisa bahwa hasil dari perhitungan dan pengukuran menunjukkan hasil yang tidak sama persis. Dari hasil percobaan, area pengambilan data regangan berkisar antara 0

(3)

Volt sampai 900 mVolt. Jadi agar sinyal dari sensor strain gauge dapat direkam dengan baik maka hambatan variabel pada jembatan wheatstone harus diatur sedemikian rupa agar tegangan keluaran setelah keluar dari penguat instrumentasi masuk dalam area pengukuaran.

Grafik hubungan input dan output penguat instrumentasi, Rg=20 KΩ -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 Voutput, mV V inp ut , m V perhitungan pengukuran

Gambar V.2 Grafik Hubungan input dan output penguat instrumentasi

V.2 Data sinyal strain gauge dan accelerometer

Dalam akuisisi data sinyal strain gauge dan accelerometer ini menggunakan beton buatan dengan dimensi:

(4)

tinggi : 1.285 m

volume : 0.0030514 m3_.

massa : 6.1 kg

massa jenis(ρ) : 1999.087 kg/m3

Tiang beton yang diumpamakan paku bumi ini dipukul menggunakan palu yang mempunyai massa 5 kg.

(5)

Contoh 1 data sinyal strain gauge dan accelerometer

Pada saat tiang beton dipukul maka sensor akan bekerja dan perekaman data dimulai. Gambar berikut adalah hasil sinyal dari strain gauge dan accelerometer ketika tiang beton dipukul.

Gambar V.4 Sinyal strain gauge dan accelerometer

Sinyal Strain Gauge

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) am plit udo ( V olt ) Sinyal Accelerometer -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 W aktu (s) A m plit udo ( V olt )

(6)

Amplitudo dari sinyal yang diterima masih dalam satuan tegangan. Dengan memasukkan parameter tegangan input atau referensi dari jembatan wheatstone, nilai factor gauge untuk sinyal strain gauge maka didapatkan sinyal regangan terhadap waktu. Pada sinyal strain gauge, tampak pada kurva memiliki tegangan offset senilai ±0.55 Volt. Untuk mempermudah perhitungan maka tegangan offset diubah menjadi 0 Volt. Hal ini berarti bahwa nilai diatas 0 Volt berarti beton mengalami regangan kompresi dan nilai dibawah 0 Volt beton mengalami regangan tarik. Penentuan dari nilai tegangan offset juga menjadi hal yang sangat penting karena sangat berpengaruh ke nilai regangan yang terjadi.

Tegangan referensi jembatan : 5 Volt

Nilai factor gauge (S ) : _e 2.09

Penguatan : 167.6666 kali

Dengan menggunakan persamaan

e ref out S V t V t) 4 () ( = ⋅ ε , V.1 maka didapatkan kurva regangan terhadap waktu seperti terlihat pada gambar.

(7)

Kurva Regangan terhadap Waktu -0.0002 -0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 W aktu (s) Reg an g an ( μ m/ m)

Gambar V.5 Kurva Regangan terhadap Waktu

Dari sinyal regangan inilah akan didapatkan kurva gaya dengan memasukkan nilai modulus elastisitas dari beton dan luas penampang dari beton yang terkena gaya impuls dari palu.

Luas penampang (A) : Π (2.75x10-2)2 =0.0023746 m2

Modulus elastisitas atau modulus Young dari beton dihitung dengan mencari terlebih dahulu kecepatan rambat gelombang tekan dan kecepatan rambat gelombang geser dari. Alat yang digunakan untuk menentukan kecepatan rambat gelombang tekan dan geser adalah OYO Sonic Viewer. Hasilnya didapatkan

Vp (tekan) : 2471.154 m/s

Vs (geser) : 1477.011 m/s

(8)

2 2 2 2 2 ) 4 3 ( s p s p s V V V V V E − − = ρ , V.2 Maka didapatkan nilai modulus elastisitas dari tiang beton yaitu 10659453913 atau 10,659453913 x 109 ) ( ) (t E A t F = ⋅ ⋅ε V.3

Kurva Gaya terhadap Waktu

-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 W aktu (s) G aya ( N ew to n )

Gambar V.6 Kurva Gaya terhadap Waktu

Sinyal Accelerometer

Sinyal accelerometer yang didapat akibat dari pukulan tidak dapat diolah lebih lanjut dikarenakan amplitudo dari sinyal mengalami pemotongan. Hal ini diakibatkan karena sensor accelerometer yang digunakan tidak cocok untuk mengukur percepatan tinggi sehingga amplitudo sinyal yang diterima menjadi terpotong. Dengan asumsi sensor accelerometer yang digunakan cocok untuk menerima getaran dari palu maka

(9)

untuk sinyal accelerometer di integralkan untuk mendapatkan sinyal kecepatan terhadapa waktu. Persamaannya adalah

dt t a t v =

∫

n ⋅ 0 () ) ( V.4

(10)

Penguatan penguat instrumentasi untuk sensor strain gauge sebanyak 39,4516 kali

Gambar V.7 Sinyal Strain Gauge dan Accelerometer

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) A m pl it u do ( V ol t) Sinyal Accelerometer -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) A m p li tud o ( V o lt )

(11)

Kurva Regangan terhadap Waktu -0.001 -0.0005 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 W aktu (s) R ega nga n ( μ m/ m )

Gambar V.8 Kurva Regangan terhadap Waktu

-20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) G aya ( N ew to n )

Gambar V.9 Kurva Gaya terhadap Waktu

(12)

Penguatan penguat instrumentasi untuk sensor strain gauge sebanyak 39,4516 kali

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) A m pl it udo ( V ol t) Sinyal Acceleromete r -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) A m pl it udo ( V ol t)

(13)

Kurva Regangan terhadap Waktu -0.0004 -0.0002 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 W aktu (s) R ega nga n ( μ m/ m)

-10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) G aya ( N ew to n )

(14)

Penguatan penguat instrumentasi untuk sensor strain gauge sebanyak 15.0845 kali

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) A m pl it u do ( V ol t) Sinyal Accelerometer -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) Ga ya ( N )

(15)

Kurva Regangan terhadap Waktu -0.001 -0.0005 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Waktu (s) Reg an g an ( μ m/ m)

-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 W aktu (s) G aya ( N ew to n )