Sensor Piezoelectric Jenis Film PVDF
A. Definisi-definisi
D Sharon, dkk (1982), menyampaikan sensor ialah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi menyerupai energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.
 |
| PIEZOELECTRIC |
Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan, pendengaran sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.
Sensor ialah alat yang dipakai untuk mendeteksi (atau mengukur) besaran fisik menjadi besaran elektrik.
Piezoelektrisitas ialah sebuah fenomena ketika sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment materi menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen tersebut. Sumber fenomena ini ialah adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton.Piezoelectric sensor jenis Film PVDF ialah sensor tekanan yang berfungsi untuk menghitung jumlah kendaraan yang melewati ruas jalan tertentu per satuan waktu
 |
PIEZOELECTRIC B. Bahan Sensor Sensor ini dirancang dengan materi yang disebut PVDF (Polyvinylidene Fluoride) film / plastic polymer dan conductive rubber sebagai materi utama sensor untuk pengukuran beban, tegangan, regangan ataupun deformasi dari suatu struktur. Sedangkan bahan-bahan lain yang dipakai untuk sensor Piezoelectric ini ialah kristal turmalin, kuarsa, ratna cempaka, dan garam rossel, alasannya ialah dengan kemampuan bahan-bahan tertentu tersebut dapat menghasilkan sebuah potensial listrik ketika bahan-bahan itu dipanaskan atau didinginkan, dengan pemahaman akan struktur dan sikap sebuah kristal. Ukuran dan bentuk sensor ini sanggup dibentuk sangat fleksibel atau menurut kebutuhan penggunaannya. C. Karakteristik Sensor Suatu materi piezoelektrik sanggup mengubah deformasi mekanik menjadi medan listrik yang setara (direct piezoelectric effect), dan sebaliknya sanggup mengubah medan listrik yang dikenakan padanya menjadi deformasi mekanik yang setara (converse piezoelectric effect). PVDF jenis lapisan tipis atau sering disebut film PVDF ini memiliki beberapa sifat yang menguntungkan, di antaranya adalah: fleksibel, ringan, bisa bekerja pada pita frekuensi yang sangat lebar, dan juga tersedia dalam banyak sekali bentuk ketebalan dan luasan. Di samping itu, film PVDF sanggup ditempelkan secara eksklusif pada material lain (misalnya karet, baja) dengan memakai materi perekat, tanpa menimbulkan kerusakan pada material bersangkutan maupun film PVDF-nya. Apabila film PVDF terdeformasi secara mekanik, contohnya terkena tekanan, maka partikel penyusunnya menjadi terpolarisasi sehingga menimbulkan konsentrasi muatan listrik pada masing-masing permukaannya. Besarnya konsentrasi muatan listrik yang terbentuk ini sanggup dinyatakan dalam dua mode persamaan, yaitu charge mode dan voltage mode. Desain mekanis sistem sensor Sistem sensor didesain menyerupai pada gambar 3 menyerupai di bawah. Karet pejal dengan tingkat kekerasan (hardness) 70% dibentuk berbentuk menyerupai abjad T yang tebal, dengan sisi cuilan bawah memiliki lebar 6 cm dan sisi cuilan atas memiliki lebar 8 cm, serta panjang 100 cm. Dengan tingkat kekerasan ini, diharapkan karet bisa menahan beban besar (sampai dengan lebih dari 200 kg) tanpa kehilangan sifat elastisitasnya. Bantalan karet ini selanjutnya dimasukkan pada casing besi untuk pemerataan pembebanan dan pemberian kerusakan. Antara casing besi dengan karet pejal disekrup dengan bersahabat sehingga diharapkan tidak ada ukiran antara casing besi dengan karet pejal yang sanggup mengganggu tegangan keluaran sensor piezoelektrik. Dengan adanya pengait ini diharapkan sanggup menurunkan noise pada data pengukuran. D. Cara Pengukuran Sensor / Cara Kerja Sensor Dari rangkaian pengkondisi sinyal sanggup diketahui bahwa sinyal keluaran dari elemen film PVDF ialah muatan listrik yang nilainya dalam orde pico coulomb (pC). Nilai ini ialah terlalu kecil untuk umumnya piranti ukur menyerupai voltmeter atau osiloskop. Sehingga diharapkan suatu pengondisi sinyal yang berfungsi sebagai penguat tegangan pengukuran. Terdapat dua mode pengkondisi sinyal yang umumnya dipergunakan pada bahan-bahan piezoelektrik, yaitu charge mode amplifier dan voltage mode amplifier. Pada desain ini dipergunakan charge mode amplifier dengan salah satu pertimbangan bahwa pada mode ini panjangnya kabel konduktor tidak akan besar lengan berkuasa pada sinyal keluaran. Desain lengkap rangkaian pengkondisi sinyal diberikan pada gambar 4. Dengan rangkaian yang terdiri atas dua unit yaitu charge amplifier dan gain control.Charge amplifier sebagai pengubah besaran muatan listrik menjadi tegangan listrik setara, sedangkan gain control sebagai rangkaian penguat tegangan listrik. Komponen Cp dan Vp yang dirangkai secara seri ialah rangkaian ekivalen dari elemen film PVDF. Berikut ini adaah pola pengujian sensor piezoelectric tipe film PVDF. Pengujian ini dilakukan di lapangan eksklusif alasannya ialah untuk mengetahui hingga sejauh mana sistem instrumentasi ini sanggup diaplikasikan. Pengujian dilakukan dengan memakai sepeda motor yang dikendarai oleh seseorang (beban kendaraan dan pengendara yang sama) yang dilewatkan pada sistem sensor. Data diambil pada ketika sistem sensor dilewati oleh sepeda motor. Kecepatan sepeda motor yang dipakai ialah 10 km/jam, 20 km/jam dan 30 km/jam. Hasil pengujian masing-masing untuk kecepatan sekitar 10 km/jam (gb.8a), 20km/jam (gb.8b), dan 30 km/jam. Analisis dari hasil percobaan ini sanggup dijelaskan sebagai berikut: Dua sinyal pada masing-masing gambar menandakan sinyal jawaban tekanan roda depan dan roda belakang. Untuk tiap-tiap kecepatan kendaraan, menunjukkan jarak antara sinyal tekanan roda depan dan roda belakang yang tidak sama. Untuk kecepatan yang lebih tinggi, jarak antara dua sinyal semakin kecil. Hal ini sangat logis alasannya ialah untuk menempuh jarak yang sama (jarak roda depan-belakang) diharapkan waktu yang semakin usang untuk kecepatan yang semakin kecil, sesuai aturan mekanika. Selanjutnya amplitudo sinyal yang bersesuaian untuk masing-masing gambar ialah sama, hal ini alasannya ialah beban yang dialami oleh sistem sensor juga sama, yaitu berat kendaraan dan pengendaranya. Sedangkan periode masing-masing sinyal untuk naik-turun (charge-discharge) dipengaruhi oleh kecepatan kendaraan. Semakin cepat kendaraan, semakin kecil waktu yang diharapkan untuk charge-discharge. Sifat ini sangat menguntungkan untuk pengukuran-pengukuran beban dinamik (dynamic load measurements). Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan di atas, maka sanggup dikatakan bahwa material film PVDF sangat baik untuk pengukuran beban dinamik (dynamic load measurement), sehingga sanggup dipakai sebagai traffic load sensor.Eksperimen aplikasi di jalan raya (kondisi yang sesungguhnya) perlu dilakukan untuk mengetahui desain mekanik-elektrik yang paling optimal. E. Implementasi Sensor Implementasi Sensor Piezoelectric ini yaitu sanggup dipakai untuk banyak sekali kebutuhan pengukuran beban-beban mekanis dan dinamis, mulai dari bidang structural engineering, hydrodynamics exsperiment, mechanical engineering, ataupun sport engineering. Selain itu dengan memakai materi sensor piezoelectric atau tipe sensor yang lain maka implementasinya juga bias bermacam-macam, contohnya sensor ini biasanya dipakai sebagai alat pendeteksi kadar gula dalam darah, mendeteksi jantung, dan lain-lain. Pemillihan alat ini sesuai dengan karakteristik dan keperluan masing-masing/fungsi masing-masing alat yang dibutuhkan. |