RANCANG BUAT SENSOR BERBASIS SERAT OPTIK PLASTIK UNTUK PENGUKURAN RETAK BETON

i Skripsi Fisika

RANCANG BUAT SENSOR BERBASIS SERAT OPTIK PLASTIK UNTUK PENGUKURAN RETAK BETON

KASMIAH. G

H211 13 027

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR 2017

ii

HALAMAN JUDUL

Rancang Buat Sensor Berbasis Serat Optik Plastik untuk Pengukuran Retak Beton

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Pada Program Studi Fisika Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin

OLEH : KASMIAH. G

H 211 13 027

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGATAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR 2017

iii

iv PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini merupakan karya orisinil saya dan sepanjang pengetahuan saya tidak memuat bahan yang pernah dipublikasi atau telah ditulis oleh orang lain dalam rangka tugas akhir untuk suatu gelar akademik di Universitas Hasanuddin atau di lembaga pendidikan lainnya di manapun, kecuali bagian yang telah dikutip sesuai kaidah yang berlaku. Saya juga menyatakan bahwa skripsi ini merupakan hasil kerja saya sendiri dan dalam batas tertentu dibantu oleh pihak pembimbing.

Penulis

KASMIAH. G

v Abstrak

Telah dilakukan penelitian mengenai sensor berbasis serat optik plastik untuk mengukur retak beton. Sensor uji retak beton dibuat dengan serat optik plastik tanpa jaket pelindung dengan konfigurasi lurus, sinusoidal, loop dan segitiga.

Pengujian sensor menggunakan alat Ultimate Testing Machine (UTM) dengan menerapkan tekanan pada beton. Kedua ujung sensor dihubungkan dengan LED dan fotodetektor. Cahaya dari LED merambat ke dalam serat optik plastik kemudian diterima oleh fotodetektor yang dihubungkan dengan Optical Power Meter sebagai pembaca hasil keluaran. Meningkatnya lebar retak pada beton menyebabkan regangan pada sensor serat optik plastik. Daya keluaran sensor diukur pada setiap pergeseran 1 mm dari 0 mm sampai 25 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai karakterisasi sensor terbaik terletak pada konfigurasi segitiga dengan sudut 60°. Semakin besar sudut pada konfigurasi maka nilai range, sensitivitas dan resolusi semakin baik. Sensor berbasis serat optik plastik untuk pengukuran retak beton memiliki keunggulan yaitu fabrikasi mudah, biaya rendah, sistem pengukuran sederhana dan sensitivitas tinggi.

Kata kunci : Beton, sensor dan serat optik plastik

vi ABSTRACT

A research has been conducted on optical fiber-based sensors to measure concrete cracks. Concrete crack test sensors are made with plastic optical fiber without protective jackets with straight, sinusoidal, loop and triangular configurations.

Sensor testing using the Ultimate Testing Machine (UTM) tool by applying pressure on the concrete. Both sides of the sensor are connected to the LED and photo detector. The light from the LED propagates into the plastic optical fiber then received by the photo detector connected with the Optical Power Meter as the reader of the output. Increasing the width of cracks in concrete causes strain on the plastic optical fiber sensor. The sensor output power is measured at each 1 mm shift from 0 mm to 25 mm. The results showed that the best sensor characterization value lies in the triangle configuration with an angle of 60 °. The larger of the angle on the configuration the range, sensitivity and resolution is better. Sensor-based plastic optical fibers for the measurement of concrete cracks have the advantage of easy fabrication, low cost, simple measurement system and high sensitivity.

Keywords: Concrete, sensors and plastic optical fiber

vii KATA PENGANTAR

Assalamu’Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Alhamdulillah, Segala puji dan syukur senantiasa tercurah untuk Allah SWT, sang Robbul ’Alamin, karena berkat limpahan rahmat, inayah dan pertolongan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Rancang Buat Sensor Berbasis Serat optik Plastik untuk Pengukuran Retak Beton

”sesuai dengan waktu yang telah direncanakan. Tak lupa pula kita

kirimkan shalawat dan salam atas junjungan Nabi besar Muhammad SAW, Nabi pembawa risalah, nabi penutup zaman dan nabi kekasih Allah dan semoga dapat tercurahkan kepada kita sekalian. Amin ya Rabbal Alamin.

Dalam penyelesaian skripsi penulis mengalami berbagai hambatan dan menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, hal ini terjadi karena kelemahan dan keterbatasan yang dimiliki penulis. Alhamdulillah hambatan dapat teratasi tentu tidak lepas dari dukungan, doa, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Kewajiban penulis dengan segala kerendahan hati untuk menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya terkhusus kepada bapak dan ibu yang selalu berdoa dalam setiap nafasnya dan senantiasa memberi motivasi serta dukungan, serta keluarga yang senantiasa memberi bantuan baik secara moril dan materil.

Selama penyusunan skripsi ini, penulis tidak luput dari kendala. Kendala tersebut dapat diatasi penulis berkat adanya bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Dengan penuh kebanggan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

viii 1. Bapak Dr. Arifin, MT selaku pembimbing utama, yang dengan tulus dan ikhlas memberikan bimbingan, ilmu, bantuan, saran dan motivasi kepada penulis untuk bersungguh-sungguh dan memberikan yang terbaik dalam penyelesaian skripsi ini.

2. Bapak Prof.Dr. Syamsir Dewang M. Eng. Sc selaku pembimbing pertama yang telah banyak meluangkan waktunya untuk membimbing penulis selama penelitian dan memberikan dorongan dalam pembuatan skripsi ini.

3. Bapak Dr. Bualkar Abdullah M. Eng. Sc Bapak Bannu, S. Si, M. Si, dan Ibu Dra. Bidayatul Armynah, MT sebagai tim penguji skripsi fisika yang telah banyak memberikan masukan dan saran-saran demi kesempurnaan skripsi ini.

4. Bapak Dr. Bualkar Abdullah M. Eng. Sc selaku dosen PA (penasehat akademik) telah banyak memberikan masukan dan saran-saran selama proses pengurusan KRS.

5. Seluruh Dosen pengajar dan Asisten di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam khususnya pada Jurusan Fisika terlebih khusus pada Program Studi Fisika yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan dan perhatian serta dukungan.

6. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin beserta jajarannya.

7. Para staf jurusan Fisika yakni Pak Aji, Pak Latief, Pak Ali, Pak Syukur, Kasubag Akademik FMIPA Pak Anwar, para staf fakultas FMIPA yakni Pak Bahtiar, Pak Suardi, Pak Iswan, Pak Sangkala, Pak Purnomo dan staf

ix lainnya yang telah memberikan bantuan dan arahan kepada penulis dalam pengurusan administrasi perkuliahan selama ini.

8. Laboratorium Elektonika dan Instrumentasi, Bengkel Elektronika jurusan Fisika FMIPA UNHAS dan Laboratorium Struktur dan Bahan Jurusan Sipil Fakultas Teknik UNHAS yang telah memberikan ijin untuk melakukan penelitian ini.

9. Seluruh staf Lab.Struktur dan Bahan Jurusan sipil Fakultas Teknik UNHAS. Untuk kk ansmunandar dan arif dan husna terima kasih telah meluangkan banyak waktu untuk mendampingi penulis pada saat penelitian.

10. Kepada si NEKES yang senantiasa memberi motivasi serta dukungan bantuan baik secara moril dan materil.

11. Kepada geng kocak yulisufiana, masni, ana, doraemon terima kasih atas persahabatannya mulai dari maba hingga alumni .

12. Kepada geng bengkel Nelli Agustina, kk indri S.Si, Kak indah S.Si Kak yeti S.Si, kk lusi S.Si dan kk inno yang dengan senang hati meluangkan banyak waktunya memberikan masukan dan saran-saran demi kesempurnaan skripsi ini.

13. Kepada geng Tukangcu : rambut sunsilk, Om bolong, Kribo, ketua angkatan fisika (Ical), Sudar, Udin, Maher, Wahyu, Cippe’, Ikbal, Nigol, Belut, Arni dan Iklal yang senang hati membatu dalam proses pembuatan dan pengambilan data.

14. Kepada seluruh anggota Geng KOSONG : Sultan, Iklal, Ikbal, Maher, Ica, Asnur, Ardi, Bahrul, Eki, Ade, Rati, Masni, Lia, Rara, Rabia, Vina, Fitti,

x Ana, Cumme (yeni), dan Minjul yang selalu mendorong penulis untuk terus semangat dalam penyelesaian tugas akhir, menghibur penulis pada saat galau-galaunya. Banyak cerita dengan kalian dan sayang kalian semua. Love you all.

15. Teman-teman alumni SMK 2 TAKALAR yang masih ada sampai saat ini terima kasih untuk persahabatan dan canda tawanya.

16. Teman-teman Angker’s 2013 (ilham, olid, anca, baso, ippang, (ijul dan oceng ketua angkatan MIPA), bahrul, udin, ardi (ketua gol. 2A), sudar (ketua gol. 2B), saldi, fikri, asnur, bagong, jayadi, ical (ketua angkatan fisika), iqlal, iqbal, icot, reskur, ullah, wahyu, zulfitrah, take, gabriel, sultan, pocu, maher, newa, dedi, akra, inna, desi aulia, dera, dwi, fate, ade, asni, astrid, lia, desung, fitti, ana, risa, masni, rabia, ramlah, rani, rati, rara, sidar, arni, rista, hena, ika, minul, neli, nike, nisa, pio, ajriah, uyunk, ida, oda, fina, stive, tiara, yuli, zuha, cumme, suhana, ningsi, ewi, jamriani, ida, hilda, nunu, ami, opi, desi nirmala, yunita, arfa, fitrah, rasmi, zeni, wilda terima kasih untuk persahabatan dan canda tawa selama penulis menempuh studi.

17. Kanda-kanda senior, teman-teman serta adik-adik Himafi FMIPA Unhas dan KM FMIPA UNHAS. Jayalah Himafi Fisika Nan Jaya. Salam Use Your Mind Be The Best.

18. Teman KKN Gel.93 Desa Pallimae Kec. SabbangParu Kab.Wajo Uma, Tasmi, Sarah, Irham dan Radian Batara yang telah menjadi keluarga baru dan memberikan kenangan selama KKN.

xi 19. Untuk semua pihak yang tidak dapat dituliskan namanya satu persatu, yang

telah membantu penulisan skripsi ini

Tiada lain harapan penulis, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan bagi mereka yang membacanya untuk pengembangan ilmu pengetahuan. Akhirn ya kepada Allah jua kita memohon taufik dan hidayah-Nya serta ganjaran berganda untuk kita sekalian. Amin

Wassalamu Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Makassar, Agutus 2017

Penulis

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN SAMPUL ... i

HALAMAN JUDUL ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

PERNYATAAN KEASLIAN ... iv

ABSTRAK ... v

ABSTRACT ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ...xii

DAFTAR GAMBAR ...xv

DAFTAR TABEL...xvii

DAFTAR LAMPIRAN ... xviii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Ruang Lingkup ... 3

I.3 Tujuan Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Beton... 4

II.2 Serat Optik ... 4

II.2.1 Pemantulan Internal Total dan celah Numerik ...6

II.2.1.1 Pemantulan Internal Total ...6

xiii

II.2.1.2 Celah Numerik ...7

II.2.2 Rugi-Rugi Daya pada Serat Optik ...8

II.3 Sensor Serat Optik ...9

II. 4 Piranti Pendukung Pensor Serat Optik ...11

II.4.1 Sumber Cahaya LED ...11

II.4.2 Fotodetektor ...11

BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1 Waktu dan Tempat ...12

III.2 Alat dan Bahan ...12

III.2.1 Alat ...12

III.2. 2 Bahan...12

III.3 Prosedur Penelitian III.3 1 Perancangan Sensor Uji Retak Beton Berbasis Serat Optik Plastik Konfigurasi Lurus ... 13

III.3.2 Perancangan Sensor Uji Retak Beton Berbasis Serat Optik Plastik Konfigurasi Sinusoidal ... 14

III.3.3 Perancangan Sensor Uji Retak Beton Berbasis Serat Optik Plastik Konfigurasi Loop... 15

III.3.4 Perancangan Sensor Uji Retak Beton Berbasis Serat Optik Plastik Konfigurasi Segitiga ...16

III.4 Bagan Alur Penelitian ...17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Perancangan dan Pembuatan Sensor Retak Beton ...18

xiv IV.2 Pengujian Sensor Retak Beton ...19

IV.2.1 Hasil Pengujian Sensor Retak Beton dengan Konfigurasi

Lurus ...20 IV.2.2 Hasil Pengujian Sensor Retak Beton dengan Konfigurasi

Sinusoidal ... 21 IV.2.3 Hasil Pengujian Sensor Retak Beton dengan Konfigurasi

Loop...23 IV.2.4 Hasil Pengujian Sensor Retak Beton dengan Konfigurasi

Segitiga ...24 IV.2.5 Perbandingan Hasil Pengujian Sensor Retak Beton Berbasis

Serat Optik Plastik Konfigurasi Lurus, Sinusoidal, Loop dan Segitiga ... 26 BAB V PENUTUP

V.1 Kesimpulan...29 V.2 Saran ...29 DAFTAR PUSTAKA ...30 LAMPIRAN

xv DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Struktur Serat Optik ... 5

Gambar II.2 Serat optik berdasarkan indeks bias... 6

Gambar II.3 Pemantulan Internal Total ... 7

Gambar II.4 Celah Numerik ... 7

Gambar III.1 Skema sensor uji retak berbasis serat optik plastik dengan konfigurasi perubahan sudut… ... 13

Gambar III.2 Skema sensor uji retak berbasis serat optik plastik dengan konfigurasi sinusoidal ... 14

Gambar III.3 Skema sensor uji retak berbasis serat optik plastik dengan konfigurasi Loop Penguat Diferensial ... 15

Gambar III.4 Skema sensor uji retak berbasis serat optik plastik dengan konfigurasi segitiga ... 16

Gambar III.5 Bagan alir penelitian... 17

Gambar IV.1 Grafik perbandingan perubahan daya keluaran pada sensor retak dengan konfigurasi lurus perubahan sudut 0⁰, 20⁰, 40⁰ dan 60⁰ ... 20

Gambar IV.2 Grafik perbandingan perubahan daya keluaran sensor serat optik plastik dengan konfigurasi sinusoidal 1 kali, 2 kali, dan 3 kali ... 22

xvi Gambar IV.3 Garfik perbandingan perubahan daya keluaran sensor serat

optik plastik konfigurasi loop 1 kali, 2 kali, dan 3 kali ... 23 Gambar IV.4 Grafik perbandingan daya keluaran sensor serat optik

plastik konfigurasi segitiga perubahan sudut 20⁰, 40⁰,

dan 60⁰ ... 25 Gambar IV.5 Grafik perbandingan hasil pengujian sensor retak beton

berbasis serat optik plastik konfigurasi lurus, sinusoidal,

loop dan segitiga ... 27

xvii DAFTAR TABEL

Tebel 4.1 Karakterisasi sensor retak beton berbasis serat optik plastik

dengan konfigurasi Lurus ... 21 Tabel 4.2 Karakterisasi sensor retak beton berbasis serat optik plastik

dengan konfigurasi sinusoidal ... 22 Tabel 4.3 Karakterisasi sensor retak beton berbasis serat optik plastik

dengan konfigurasi loop ... 24 Tabel 4.4 Karakterisasi sensor retak beton berbasis serat optik plastik

dengan konfigurasi segitiga... 25 Tabel 4.5 Karakterisasi sensor retak beton berbasis serat optik plastik

konfigurasi lurus, sinusoidal, loop dan ... 28

xviii DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar sensor uji retak beton dengan perubahan sudut ... 32

Lampiran 2 Gambar sensor uji retak beton dengan kongigurasi variasi Sinusoidal ... 33

Lampiran 3 Gambar sensor uji retak beton dengan kongfigurasi variasi Loop ... 34

Lampiran 4 Gambar sensor uji retak beton dengan kongigurasi variasi segitiga perubhan sudut ... 35

Lampiran 5.Data sheet serat optik plastic, LED dan fototransistor ... 36

Lampiran 6 Serat Optik Plastik, LED Infra Merah (Biru), dan Fototransistor (Hitam) ... 37

Lampiran 7 Rangkaian catu daya ... 37

Lampiran 8. Mistar ... 37

Lampiran 9 Satu Set Alat uji tekan Beton ... 38

Lampiran 10 Optical power meter ... 38

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Beberapa tahun terakhir ini, penelitian dan pengembangan tentang pemantauan deteksi kerusakan pada struktur beton telah menarik perhatian dari akademisi, instansi pemerintah, disiplin ilmu termasuk teknik sipil, elektro dan fisika. Hal ini dilakukan untuk mencegah penanggulangan kerusakan struktur dari berbagai bangunan seperti jalan raya, jembatan, stadion dan pembangkit listrik.

Kerusakan struktur beton terjadi karena faktor alami dari alam seperti tanah longsor, banjir dan gempa bumi^[1].

Salah satu kerusakan pada struktur beton yaitu retak. keretakan pada beton terdiri dari dua yaitu retak besar dan kecil. Retak besar bisa jadi merupakan tanda degradasi parah, sementara retak kecil dengan mencapai jarak 0,2 – 0,4 mm. Jika kerusakan dapat dideteksi lebih awal maka pemeliharaan yang tepat waktu mampu memperpanjang umur dan struktur yang dapat membahayakan keselamatan publik^[1].

Kerusakan struktur beton dapat dipantau menggunakan sensor serat optik.

Jenis serat optik berdasarkan materialnya terbagi menjadi dua yaitu serat optik kaca (Glass Optical Fiber = GOF) dan serat optik plastik (Plastic Optical Fiber = POF). Serat optik kaca terbuat dari bahan silika sedangkan serat optik plastik terbuat dari polimer. Serat optik plastik lebih cocok digunakan sebagai perangkat penginderaan atau sensor, dibandingkan dengan serat optik silika^[2].

2 Beberapa peneliti sebelumnya telah melakukan penelitian mengenai sensor serat optik plastik termasuk Ayuni dkk telah melakukan penelitian tentang pergeseran dan pembengkokan struktur beton dengan menggunakan serat optik^[3]. Selanjutnya Imai dkk. Mengenai sensor serat optik untuk mendeteksi keretakan pada struktur beton menggunakan sistem brillioun optical correlation domain analysis (BOCDA)^[4]. Selanjutnya Bao, Tengfei dkk. Tentang sensor serat optik plastik yang tertanam pada beton untuk memantau keretakan dengan konfigurasi lurus dan miring^[5]. Selanjutnya Zhao, Jinlei dkkmengenai sensor retak berbasis serat optik plastik dengan konfigurasi perubahan sudut^[6]. Selanjutnya Zhao, Jinlei dkk tentang sensor serat optik plastik dan kaca dengan konfigurasi lekukan (loop)^[7]. Selanjutnya Cristoper dkk mengenai sensor serat optik untuk mendeteksi retak pada beton dengan konfigurasi zig-zag^[1]. Sistem tersebut tentunya memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Kekurangan paling utama adalah fabrikasi sensor yang sangat sulit dan harga yang cukup mahal.

Dalam proposal ini di usulkan mengenai sensor serat optik plastik untuk pengukuran retak beton. Bahan utama yang digunakan adalah catu daya, light emiting diode (LED), serat optik polimer, fotodetektor, optical power meter (OPM), dan komputer. LED inframerah memancarkan cahaya yang merambat sepanjang serat optik polimer yang tertanam pada beton. Adanya keretakan pada struktur beton menyebabkan terjadinya perubahan panjang dan regangan pada serat optik. Semakin tinggi perubahan panjang dan regangan, maka semakin kecil daya keluaran sensor yang diterima oleh fototransistor. Kemudian arus listrik dari fotodetektor di ubah ke dalam bentuk rugi daya atau daya keluaran (ouput) yang

3 dihubungkan dengan optical power meter. Rugi daya atau daya keluaran (output) pada optical power meter akan di tampilkan pada komputer. Adapun keunggulan pada sensor serat optik plastik tertanam yaitu memiliki kesederhanaan dalam sistem pengukuran, fabrikasi yang mudah, dan dapat di sambungkan dengan perangkat pengukuran lain.

1.2 Ruang lingkup

Ruang lingkup penelitian ini, dibatasi pada pembuatan, pengujian, sensor retak beton berbasis serat optik plastik tertanam dengan konfigurasi lurus, konfigurasi sinusodial, loop dan segitiga, kemudian menghitung daya keluaran dari semua sampel yang diuji.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengembangkan sensor retak beton berbasis serat optik plastik tanpa jaket yang ditanam dalam beton yaitu sebagai berikut:

a) Merancang dan membuat sensor retak beton berbasis serat optik plastik tertanam untuk pengkuran retak pada beton.

b) Menguji sensor retak beton berbasis serat optik plastik tertanam untuk pengukuran retak beton.

c) Karakterisasi sensor retak beton berbasis serat optik plastik tertanam untuk pengukuran retak pada beton.

4 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Beton

Beton adalah jenis bahan komposit yang terdiri dari campuran semen, agrerat (pasir dan kerikil) dan air yang dicampur bersama- sama yang merupakan bahan bangunan. Setelah dilakukan percampuran maka akan terajdi reaksi kimia pada umumnya yang akan menghasilkan pengerasan atau penambahan kekuatan beton pada umumnya akan dipengaruhi oleh kualitas bahan, cara pengerjaan dan perawatannya^{[8, 9]}.

Hal yang paling sering terjadi pada beton salah satunya adalah retak. Pada retak beton terdapat celah sebagai tanda penuaan dan perubahan struktur pada beton. Terjadinya keretakan pada beton merupakan salah satu hal yang sangat berbahaya pada struktur beton karena dapat menghancurkan atau menurunkan ketahanannya dalam waktu jangka panjang^{[1, 6].}

II.2 Serat Optik

Serat optik merupakan sebuah sistem kabel tembus pandang yang digunakan untuk mentransmisi data berupa cahaya yang memiliki kapasitas besar dengan jarak jangkauan yang jauh. Serat optik dapat menggantikan peranan kabel kawat tembaga dalam berbagai bidang di antaranya instrumentasi medik, telekomunikasi, sistem sensor dan aplikasi di bidang lainnya^[10]. Serat optik terdiri dari 3 lapisan yaitu inti (core) dan selubung (cladding) serta di lapisi dengan jaket (coating) seperti di tampilkan pada Gambar II.1

5 Gambar II.1 Struktur serat optik^[10].

Pada Gambar II.1 inti merupakan pusat dari serat optik yang memiliki indeks bias lebih besar dibandingkan selubung. Selubung merupakan pelapis dari inti serat optik dan jaket merupakan bagian terluar serat optik yang digunakan untuk melindungi bagian inti dan selubung dari gangguan luar^{[10, 11]}.

Berdasarkan bahannya serat optik terbagi menjadi dua yaitu serat optik plastik (Plastic Optical Fiber = POF) dan serat optik kaca (Glass Optical Fiber = GOF). Serat optik plastik merupakan serat optik yang terbuat dari bahan Polymethhyl Metacrylate (PMMA). Sedangkan serat optik kaca terbuat dari bahan dielektrik seperti Calsium Oxide (CaO) dan Sodium Oxide (Na2O)^[2].

Berdasarkan moda serat optik terbagi menjadi dua yaitu moda tunggal (single-mode) dan moda jamak (multi-mode). Moda tuggal merupakan serat optik yang diameternya sangat kecil mencapai 8-10 μm, serat moda mampu merambat dengan panjang gelombang 1300 nm, sedangkan moda jamak mampu merambat merambat lebih dari satu moda tergantung dari inti dan celah numerik, jika ukuran inti semakin besar maka akan semakin besar pula jumlah moda-nya^[12].

Berdasarkan indeks bias serat optik terbagi menjadi dua yaitu indeks tangga (step indeks = SI) dan indeks tanjak (graded indeks = GI), perbedaan diantara keduanya dapat ditampilkan pada Gambar II.2^[13].

Jaket Selubung Inti

6

Gambar II.2 Serat optik berdasarkan indeks bias^[12].

Pada Gambar II.2 menampilkan perbedaan penjalaran antara step indeks dan graded indeks dimana step indeks biasnya yang homogen mulai dari tengah hingga ujung inti dan selubung. Untuk grade indeks memiliki indeks bias yang berubah-ubah pada intinya akan semakin besar jika mendekat ke inti dan akan berangsur kecil hingga batas inti dan selubung^[12].

II.2.1 Pemantulan Internal Total dan Celah Numerik II.2.1.1 Pemantulan Internal Total

Pada pemantulan internal total serat optik mengirim informasi berupa cahaya, pemantulan internal dapat terjadi pada bidang batas antara 2 media dengan indeks yang berbeda, dapat ditampilkan pada Gambar II.3

Step indeks

n1 n2

Graded indeks

n1 n2

7 Gambar II.3 Pemantulan internal total ^[8].

Pada Gambar II.3 indeks bias n1 dari medium pertama lebih kecil dari indeks medium kedua maka sinar akan di biaskan pada media berindeks bias rendah dengan sudut 𝜃2 terhadap garis normal. Hubungan antara sudut datang 𝜃1

dan sudut bias 𝜃2 terhadap indeks bias dielektrik dinyatakan dalam hukum Snellius, seperti ditampilkan pada persamaan ( 2.1)^{[8, 11]}. :

n1 sin 𝜃₁ = n2 sin 𝜃₂ (2.1) II.2.1.2 Celah Numerik

Celah numerik (Numerical Apertute = NA) adalah sebuah ukuran atau besarnya sudut pancaran maksimun dari suatu serat optik, celah numerik dapat ditampilkan pada Gambar II.4

Gambar II.4 Celah numerik^[14].

Pada Gambar II.4 menampilkan celah numerik pada serat optik yang merambat pada inti yang masih dapat dipantulkan secara keseluruhan, dimana

𝜃1

n2

n1

n 𝜃0

n1

n2

Selubung 𝜃1

Inti

𝜃3

𝜃

2

𝜃4

n3

8 celah numerik juga dapat dipengaruhi oleh indeks bias inti dan selubung. Besar nilai NA dapat di peroleh dengan persamaan (2.2)^[14].

NA = 𝑛 sin 𝜃₀ =√𝑛₁²− 𝑛₂² (2.2)

Dimana : n1 = indeks bias inti n2 = indeks bias selubung n0 = indeks bias udara (1) II.2.2 Rugi–Rugi Daya pada Serat Optik

Rugi-rugi daya pada serat optik dapat di sebabkan oleh beberapa faktor yaitu sebagai berikut^[15]:

1. Lekukan besar (macrobending)

Lekukan besar merupakan terjadinya pelengkungan serat optik yang besar di bandingkan diameter dari serat optik

2. Lekukan kecil (microbending)

Lekukan kecil merupakan suatu pembengkokan mikroskopis dari inti fiber yang disebabkan oleh laju penyusutan (contraction) yang berbeda antara bahan pelapis dan inti. Pembengkokan kecil juga dapat muncul ketika kabel sering digulung.

3. Gandengan (coupling)

Rugi penggandengan dapat terjadi saat serat optik di sambungkan dengan sumber cahaya atau fotodetektor. Hal ini terjadi karena pada saat daya di lepaskan dalam suatu ragam radiasi pada sebuah titik yang jaraknya jauh dari serat optik.

9 4. Sambungan (splicing loss)

Rugi-rugi ini disebabkan saat penyambungan tidak sempurna, adapun beberapa kesalahan yang terjadi saat penyambungan yaitu:

a) Sambungan serat optik tidak sejajar.

b) Kedua sumbu serat optik berimpit namun masih terdapat celah di antaranya.

c) Sambungan serat optik membentuk sudut.

d) Perbedaan ukuran serat optiknya.

II.3 Sensor Serat Optik

Sensor serat optik merupakan jenis sensor yang menggunakan serat optik sebagai media penginderaan yang mempunyai ukuran kecil, kinerja suhu tinggi kekebalan terhadap korosi namun dapat digunakan sebagai sensor untuk mengukur regangan, temperatur, tekanan dan parameter lainnya. Sensor serat optik didasarkan pada mekanisme modulasi gelombang cahaya seperti Light Emiting Diode (LED), atau yang lainnya pada salah satu ujung serat optik, sedangkan ujung lainnya dipasangkan sebuah fotodetektor atau fototransistor untuk mengubah cahaya menjadi tegangan yang bersumber dari LED^[16].

Sensor serat optik lebih unggul dibandingkan dengan teknologi sensor lainnya karena dapat tertanam dalam berbagai struktur seperti bangunan, jalan, bendungan, dan beton, baja atau struktur lainnya. Secara umum serat optik memiliki sensitivitas yang tinggi dibandingkan dengan sensor lain^{[16, 17]}.

10 Secara umum sensor memiliki beberapa karakteristik di antaranya adalah sebagai berikut^[18].

a. yang di ukur. Untuk sensor pergeseran dengan keluaran tegangan dapat dirumuskan sebagai berikut^[18].

𝑆 =

^𝑉_𝐿^{𝑚𝑎𝑥−𝑉𝑚𝑖𝑛}

𝑚𝑎𝑥−𝐿_𝑚𝑖𝑛

(2.3)

Di mana Lmax sebagai pergeseran maksimum dan Lmin sebagai pergeseran minimum.

b. Range merupakan pengukuran daya keluaran antara minimun dan maksimun.

Range dapat dirumuskan sebagai berikut^[18].

∆ = 𝑉_𝑚𝑎𝑥− 𝑉_𝑚𝑖𝑛 (2.4)

dimana Vmax sebagai tegangan keluaran maksimum dan Vmin sebagai tegangan keluaran minimum.

c. Resolusi merupakan perubahan terkecil pada objek yang di ukur. Resolusi untuk sensor pergeseran dapat dirumuskan sebagai berikut^[18].

𝑅 =

^𝑁_𝑆

(

2.5

)

dimana N adalah skala terkecil dari alat ukur dan S adalah nilai sensitivitas dari sensor.

11 II.4 Piranti Pendukung Sensor Serat Optik

II.4.1 Sumber Cahaya LED

LED merupakan sumber cahaya yang digunakan dalam sensor serat optik untuk mentransmisikan cahaya, sumber cahaya yang digunakan yaitu LED inframerah jenis IF-E91A dengan karakteristik panjang gelombang 950 nm. Dalam hal ini cahaya yang dihasilkan oleh LED ini hanya untuk jarak pendek^[16].

II.4.2 Fotodetektor

Fotodetektor merupakan detektor cahaya yang menerima komunikasi optik dengan mengubah gelombang cahaya menjadi isyarat listrik. Arus listrik tersebut kemudian diolah sehingga diperoleh isyarat keluaran berupa rugi daya atau daya keluaran (output). Fotodetektor mempunyai panjang gelombang 650-1300 nm, Syarat fotodetektor yaitu panjang gelombang harus sama dengan yang di gunakan oleh sumber cahaya^{[2, 3]}.