5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Terkait Penelitian ...digilib.unila.ac.id/16189/16/BAB II.pdf · tekanan dengan memberikan massa beban yang bervariasi. Variasi beban yang

5

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Terkait

Penelitian-penelitian yang terkait untuk mengukur rugi-rugi transmisi pada serat

optik yang dilakukan oleh Andi Setiono, dkk (2012). Penelitian ini menggunakan

variasi beban yang diberikan yaitu antara 0 sampai 4 kg dan mengalami kenaikan

setiap 0.5 kg dengan beban yang digunakan yaitu beban statik, beban terpusat dan

beban terdistribusi. Adapun grafik dari data penelitian beban statik yang didapat

adalah seperti pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Grafik hubungan antara daya optik dan berat beban(Setiono dkk, 2012).

5










5










6

Dari hasil percobaan pada beban terpusat dan terdistribusi dapat disimpulkan

bahwa dengan beban yang sama, kerugian daya optik semakin besar.

Perbandingan pengaruh beban terpusat dan terdistribusi dapat dilihat pada Tabel

2.1.

Tabel 2.1 Perbandingan pengaruh beban terpusat dan terdistribusi

Beban Terpusat Beban Terdistribusi0.306 (Daya Optik) 0.223 (Daya Optik)-5.12 dB (Attenuasi) -6.69 dB (Attenuasi)

Penelitian yang lain yaitu dilakukan oleh Andi Setiono dan Bambang

Widiyatmoko (2012). Penelitian ini menggunakan variasi beban yaitu 0 kN

sampai dengan 40 kN (± 4.0 ton) menggunakan daya laser yang dikontrol dengan

sistem Automotics Power Control (APC) dan untuk pengujian sensor dilakukan

dengan memberikan tekanan Universal Tensile Machine (UTM) ke sensor

kemudian mengukur besar daya optik yang melewati fiber optik. Tekanan UTM

yang diberikan berkisar antara 0 kN s.d 15 kN (± 1.5 ton). Dari hasil percobaan

menggunakan APC maka dapat disimpulkan bahwa daya laser terus menurun

seiring bertambahnya beban yang diberikan. Sebaliknya ketika beban dilepaskan

kembali maka daya laser kembali membesar. Hasil tersebut juga menunjukkan

bahwa elastisitas serat optik sudah cukup baik. Grafik dari percobaan

menggunakan APC yaitu dapat dilihat pada Gambar 2.2 (Setiono, 2012).

7

Gambar 2.2. Grafik respon elastisitas serta optik

Dari hasil percobaan untuk uji tekan sensor oleh UTM dalam range 0 s/d 15 kN

dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan dapat ditarik kesimpulan bahwa sensor ini

memiliki linieritas yang cukup baik terhadap beban.

Gambar 2.3. Grafik attenuasi daya optik terhadap berat beban (0 s/d 15 kN)(Setiono dan Bambang, 2012).

Penelitian ini dilakukan oleh Andi Setiono, dkk (2013) dengan tujuan untuk

mendeteksi berat kendaran yang berlebih (overloading). Metode yang digunakan

dalam penelitian ini yaitu terdapat dua macam pengujian yaitu uji statis dan

pengujian dinamis dengan variasi beban yang digunakan yaitu 400N, 600 N,

Beban (kN)

8

800N, 1200 N dan 1580 N. Hasil pengujian statis menunjukkan bahwa linieritas

sensor cukup baik dan pengujian dinamis menunjukkan hasil yang error. Grafik

respon sensor terhadap beban yang diuji secara statis yaitu seperti pada Gambar

2.4.

Gambar 2.4. Grafik respon sensor terhadap beban yang diuji statis

Grafik respon sensor terhadap beban yang diuji secara dinamis yaitu seperti pada

Gambar 2.5 dan Gambar 2.6.

Gambar 2.5. Grafik respon sensor terhadap beban yang diuji dinamisuntuk 400 N, 600 N dan 800 N

9

Gambar 2.6. Grafik respon sensor terhadap beban yang diuji dinamisuntuk 1200 N dan 1580 N (Setiono dkk, 2013).

Penelitian ini dilakukan oleh Nopi Yudi Pramono dkk (2012) untuk

mengetahui perubahan intensitas cahaya yang melalui serat optik akibat pengaruh

tekanan dengan memberikan massa beban yang bervariasi. Variasi beban yang

digunakan yaitu dengan massa 0 sampai 150 gram. Serat optik diletakkan diantara

silinder plastik yang diberi massa beban besi yang mengakibatkan terjadinya

lekukan pada serat optik dan berkurangnya intensitas cahaya yang melaluinya.

Hasil analisis menunjukkan bahwa besarnya massa yang diberikan berbanding

lurus dengan hilangnya intensitas cahaya yang hilang. Grafik dari data penelitian

yang didapat adalah seperti pada Gambar 2.7 (Pramono, 2012).

Gambar 2.7. Grafik hubungan antara output intensitas cahayadan massa beban (Pramono, 2012).

10

Penelitian ini dilakukan oleh Egyn Furqon Ghozali dkk (2014) dengan tujuan

untuk mengukur perubahan nilai intensitas cahaya akibat adanya gejala

bengkokan (bending) pada serat optik yang menimbulkan gejala rugi-rugi serat

optik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai perbandingan tegangan

mengalami kenaikan ketika besar penekanan bertambah. Rugi-rugi serat optik ini

akibat adanya cahaya yang keluar dari core sehingga gagal ditransmisikan, bahkan

cahaya juga dapat keluar dari bagian cladding. Grafik dari data penelitian yang

didapat adalah seperti pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Grafik hubungan antara loss bendingdan massa beban (Ghazali dkk, 2014).

Penelitian ini dilakukan oleh Henry Prasetyo dan Endarko (2013) dengan tujuan

untuk mengetahui pengaruh pembebanan dengan variasi jumlah dan diameter

lilitan. Variasi beban yang digunakan yaitu 200, 400, 600, 800 dan 1000 gr.

Sedangkan untuk variasi jumlah lilitan sebesar 1, 3 dan 5 lilitan dan variasi

11

diameter adalah 3, 4 dan 5 cm. Penelitian ini menggunakan metode pembebanan

yaitu metode kontinu. Hal ini disebabkan semakin besar jumlah lilitan maka

semakin besar luas penampang. Hubungan antara tekanan dan massa dapat

diketahui dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

=Dari persamaan (2.1) P = tekanan, F = gaya yang dihasilkan oleh pembebanan dan

A = luas penampang. Sehingga pada analisis rugi daya untuk sistem dengan

pembebanan untuk 1 lilitan memiliki tekanan yang lebih besar maka daya yang

dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan analisis rugi daya untuk sistem

dengan pembebanan untuk 3 lilitan. Grafik dari hasil penelitian yang didapat

ditunjukkan seperti pada gambar 2.9 (Prasetyo dan Endarko, 2013).

Gambar 2.9. Grafik hubungan daya dengan massa berdiameter 3 cm (Prasetyodan Endarko, 2013).

Penelitian ini dilakukan oleh W. B. Garner dengan judul “Microbending loss in

optical fiber”. Untuk mendapatkan data pada kerugian mikrobending, langkah

(2.1)

12

yang dilakukan yaitu dengan mengelupas fiber dibawah kontrol tegangan pada

tong (drum) yang memiliki permukaan yang tidak sempurna (halus). Hasilnya

gangguan pada serat optik yang disebabkan oleh kenaikan kerugian optik. Dari

hasil pada penelitian ini, diketahui bahwa kerugian optikal mempengaruhi daya

pada sistem komunikasi. Grafik hasil penelitian ini dalah seperti pada Gambar

2.10.

Gambar 2.10. Grafik hubungan beban dan kerugian mikrobending(Gardner, 1974).

Penelitian ini dilakukan oleh N.K. Pandey dan B.C. Yadav dengan judul “Fibre

optic pressure sensor and monitoring of structural defects”. Apabila tekanan

tinggi digunakan untuk serat optik mikrobending, hal ini dapat menyebabkan serat

optik pecah, akan tetapi jika tekanan yang digunakan pada serat optik dengan

struktur yang solid tanpa mikrobending, sensitivitas yang dihasilkan lebih rendah.

Penurunan output intensitas cahaya yaitu dengan meningkatnya tekanan dalam

struktur. Oleh karena itu, dapat digunakan untuk mengetahui tekanan

12






2.10.









12






2.10.









13

optimum/minimum pada struktur agar dapat menahan beban. Kerusakan dalam

transmisinya dapat meningkatkan tekanan ke tingkat bahaya dan membuat

indikator tekanan berlebihan dalam struktur. Setelah terjadi kerusakan, output

tiba-tiba turun derastis, cahaya bersinar pada titik dimana terjadi kerusakan

tersebut. Sensor ini dapat digunakan untuk mengukur tekanan tinggi dan

mendeteksi cacat struktural dan untuk mengetahui beban maksimum yang

srtuktural agar dapat menahan beban. Grafik hasil penelitian ini seperti pada

Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Grafik hubungan output intensitas dengan (a) tekanan yangmeningkat, (b) tekanan yang menurun (Pandey dan B.C Yadav,2007).

Penelitian ini dilakukan oleh Paulo Antunes, dkk dengan judul “Mechanical

Properties of Optical Fibers”. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui

karakteristik sifat mekanis dari serat optik, seperti konstanta elastisitas serat optik,

modulus Young dan batas regangan rata – rata untuk serat optik. Konstatnta

eleastisitas serat optik menggunakan hukum Hooke, yang menyatakan hubungan

antara gaya dan deformasi yang dihasilkan sebanding dengan konstanta elastisitas

14

pada bahan yang digunakan. Pada penelitian ini, sampel yang diuji yaitu serat

optik standar dengan lapisan pelindung, serat optik standar tanpa pelindung

coating dan serat optik fotosensitif tanpa lapisan pelindung. Dari penelitian yang

telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan yaitu modulus Young yang diperoleh

dari serat optik standar tanpa lapisan pelindung dengan nilai rata-rata 69,2 GPa.

Hal ini menunjukkan bahwa serat optik standar tanpa lapisan pelindung memiliki

elastisitas yang baik dan berguna untuk desain dan pemodelan serat optik

(Antunes et al, 2012).

Table 2.2. Perbedaan Modulus Young pada serat optik

Serat Optik (GPa)Standar serat dengan coating 16.56 ± 0.39Standar serat tanpa coating 69.22 ± 0.42Serat photosintetif tanpa coating 68.56 ± 1.47

Penelitian ini dilakukan oleh Lhaten dan Rosly Adb Rahman dengan tujuan untuk

mengetahui kerugian transmisi karena tekanan pada serat optik. Penelitian ini

menggunakan serat optik multimode dan beban dengan massa 500 gr sampai 2000

gr. Penelitian dilakukan dengan meletakkan beban di atas serat optik. Tampilan

hasil penelitan menggunakan OTDR. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan

bahwa serat optik dapat digunakan sebagai sensor beban/tekanan. Grafik dari

penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.12 (Lhaten, 2013).

15

Gambar 2.12. Grafik hubungan tekanan dan kerugian transmisi(Lhaten, 2013).

Penelitian ini dilakukan oleh J. Červeňová dan M. Iglarčík (2013) dengan tujuan

untuk mengetahui pelemahan daya akibat mikrobending pada serat optik.

Penelitian ini menggarisbawahi akurasi (ketelitian), sensivitas (kepekaan), range

dinamik, linearitas dan ketaklinearan berbagai jenis sensor. Dari hasil yang telah

didapat, diketahui bahwa semakin berat suatu beban maka semakin tinggi tingkat

sensivitas sensornya. Hasil penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.13

(Červeňová, 2013).

Gambar 2.13. Grafik hubungan sensivitas sensor dan berat benda(Červeňová, 2013).

16

B. Serat Optik

1. Bahan Penyusun Serat Optik

Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang

digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain.

Cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar karena indeks bias dari kaca

lebih besar dari indeks bias udara. Sumber cahaya yang digunakan adalah laser

karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Serat optik terdiri dari 2

bagian, yaitu cladding, core dan coating. Cladding merupakan lapisan selubung

core yang mempunyai indek bias lebih rendah daripada core, dimana cladding

berfungsi memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali

ke dalam core lagi. Coating merupakan pembungkus serat optik. (Rambe, 2003).

Gambar 2.14. Skema bagian penyusun serat optik (Rambe, 2003).

Mayoritas serat dibuat dari kaca yang terdiri dari silika (SiO ). Beberapa kaca

yang tersedia memiliki rentang kerugian tinggi pada serat optik dengan core yang

luas digunakan untuk jarak transmisi yang dekat, sampai serat yang sangat

transparant (kerugian rendah) digunakan pada aplikasi jarak jauh. Serat plastik

memiliki kekurangan ketika digunakan, karena pada hakekatnya memiliki

redaman yang besar dari pada serat kaca. Saluran yang digunakan serat plastik

17

dalam aplikasi jarak dekat dan pada lingkungan yang kasar, dimana kekuatan

mekanik serat plastik lebih besar dan memberikan keutungan lebih dari yang

digunakan serat kaca (Keiser, 1991).

Serat kaca dibuat dengan menggabungkan campuran logam oksida, sulfida atau

selenida. Material yang dihasilkan terhubung pada jaringan molekul secara acak

dibandingkan pendefenisian struktur yang jelas seperti yang ditentukan pada

material kristal. Bagian terbesar dari kaca optik transparan dibuat konstan pada

kaca oksida. Pada umumnya silika (SiO ), memiliki indeks bias 1,4858 pada 850

nm. Produk yang materialnya sama namun sedikit indeks bias pada core dan

cladding, dengan variasi oksida seperti B O , GeO , atau P O yang ditambahkan

pada silika (Keiser, 1991).

Kaca yang digunakan dalam pembuatan serat termasuk benda elastis. Elastisitas

yaitu sifat suatu benda untuk dapat kembali ke bentuk semula. Serat optik yang

terbuat dari kaca dengan mudah dapat dilengkungkan sama halnya dengan tali.

Namun demikian, jika gaya yang bekerja pada serat terlalu besar, kaca akan

terpecah-pecah. Keadaan ini dikatakan sebagai keadaan dimana batas elastisitas

bahan telah terlampaui. Hubungan antara elastisitas dan mikrobending dapat

dirumuskan sebagai berikut (Jay, 2011) :γ = ⟨ℎ ⟩ ∆ ( ) /Keterangan :γ : peningkatan redaman mikrobending (dB/meter);

N : jumlah benturan;

(2.2)

18

h : tinggi rata-rata (m);

b : diameter keseluruhan serat ( );

: jari-jari inti (m);

Δ : perbedaan indeks bias;

: modulus elastisitas dari serat dan bahan disekitarnya (N/ ).

Dari persamaan 2.2 dapat dijelaskan bahwa dengan coating modulus elastisitas

yang rendah maka redaman mikrobending dapat dikurangi. Oleh karena itu,

semakin kecil diameter sampel maka meningkatkan redaman lebih cepat (Jay,

2011).

Ketika tekanan diterapkan pada serat optik, hal ini akan menyebabkan kerusakan

pada serat tersebut. Kerusakan ini disebabkan oleh pelemahan kulit terluar

(coating) pada serat optik. Untuk mengurangi tekanan tersebut, pada coating

menggunakan bahan halogen khusus elastomer. Meningkatnya kerugian serat

optik sebanding dengan beban dalam kasus kabel konvensional, tetapi berbeda

jika serat optik menggunakan bahan halogen khusus elastomer (Furukawa, 2013).

19

Gambar 2.15. Kerugian serat optik berbanding tekanan (Okano, 2013).

Penelitian ini dilakukan oleh Nur Fitriyani dan Hasto Sunarno (2013) dengan

tujuan untuk mengetahui karakterisasi serat optik terhadap temperatur. Penelitian

ini dilakukan dengan memberi tekanan dan mengukur antara serat optik tanpa

jaket dan dengan jaket. Dari hasil penelitian dapat diketahui bahwa serat optik

tanpa jaket memberikan nilai tegangan keluaran yang tinggi karena banyaknya

rugi daya yang terjadi selama penjalaran. Grafik hasil penelitian dapat dilihat pada

Gambar 2.16.

Gambar 2.16. Grafik hubungan tegangan dan temperatur(Fitriyani, 2013).

20

Penelitian serupa juga dilakukan oleh Andeskob Topan Indra dan Harmadi (2014)

dengan tujuan untuk melihat pengaruh panjang pengelupasan cladding terhadap

rugi-rugi pada serat optik dan pengaruh pembengkokan serat optik yang telah

dikupas cladding-nya terhadap rugi-rugi pada serat optik. Penelitian dilakukan

dengan memvariasikan jenis cladding pengganti yaitu cladding udara dan air,

memvariasikan panjang pengupasan cladding dengan panjang 3 cm sampai 10 cm.

dari hasil penelitian memperlihatkan bahwa semakin panjang pengupasan

cladding, semakin besar rugi-rugi serat optik yang dihasilkan. Rugi-rugi serat

optik juga akan semakin besar seiring bertambah besarnya pembengkokan serat

optik. Grafik hasil penelitian ini seperti pada Gambar 2.17 dan 2.18 (Indra, 2014).

Gambar 2.17 Hubungan panjang pengupasan cladding dengan rugi-rugiserat optik pada cladding udara (Indra, 2014).

Gambar 2.18 Hubungan panjang pengupasan cladding dengan rugi-rugiserat optik pada cladding air (Indra, 2014).

21

Penelitian ini dilakukan oleh Mustapha Remouche, Francis Georges dan Patrick

Meyrueis (2013) dengan tujuan untuk menganalisis respon serat optik pada

beberapa desain. Penelitian ini menggunakan dua jenis serat optik, yaitu serat

optik dengan acrylate coating material dan silica core/hard polymer cladding

fiber. Dari hasil penelitian, serat optik dengan acrylate coating material memiliki

sensivitas yang baik, sensivitas menurun ketika masa kritis menurun. serat optik

dengan acrylate coating material dapat digunakan hingga beban 30 N sampai 60

N. Sedangkan silica core/hard polymer cladding fiber memiliki sensivitas yang

lebih baik dan dapat digunakan hingga beban 0 sampai 100 N (Remouche, 2013).

Penelitian ini dilakukan oleh G. Scott Glaesemann and Donald A. Clark (2003)

dengan tujuan untuk mengukur kemampuan pelapis serat dalam melindungi

permukaan kaca yang mendasari. Penelitian ini menggunakan serat ganda dilapisi

dengan diameter 80 dan 125 µm kaca dan serat dilapisi dengan diameter mulai 50-

125 µm kaca. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa meningkatnya beban

tusukan dengan meningkatnya ketebalan dinding sekunder (Glaesemann, 2003).

Serat optik single mode dikelompokkan ke dalam tiga kategori yaitu polarisasi

single mode dimana atau diteruskan, serat dimana sebagai

penghubung karena pertubasi eksternal diberi tekanan dengan menerapkan

tekanan internal atau dengan memperkenalkan contoh distribusi indeks, dan

memperlihatkan polarisasi rendah bias-ganda dengan mengurangi tekanan

internal. Bias-ganda dan dispersi polarisasi disebabkan oleh beberapa deformasi

elastisitas dan deformasi inti eliptikal pada single mode yang dirumuskan dan

dibandingkan. Analisis ini berdasarkan couple-mode teori (Sakai, 1981). Bias-

22

ganda adalah suatu penyebaran mode dengan perbedaan kecepatan phase dan

perbedaan antara efektif indeks bias (Keiser, 1991).

2. Pembiasan dan Pemantulan Cahaya

Prinsip kerja serat optik menggunakan prinsip pembiasan dan pemantulan yang

berhubungan dengan indeks bias bahan. Dengan memanfaatkan karakteristik serat

optik yang mengalami kehilangan daya akibat pembengkokan, dapat

dimanfaatkan untuk sensor tekanan. Ketika berkas cahaya melewati batas dua

medium yang berbeda, maka sebagian berkas cahaya dipantulkan masuk pada

medium pertama dan sebagian lagi dibiaskan masuk pada medium kedua.

Pembiasan berkas cahaya pada permukaan medium yang sama merupakan akibat

dari perbedaan laju kecepatan cahaya pada dua medium yang mempunyai indek

bias berbeda. Hubungan tersebut dapat dijelaskan menggunakan hukum Snellius

seperti terlihat pada Persamaan 2.2 (Keiser, 1991).∅∅ =Keterangan :sin ∅ : sudut datang (sudut antara sinar datang dan garis normal);sin ∅ : sudut bias (sudut antara sinar bias dan garis normal);

: indeks bias medium pertama;

: indeks bias medium kedua.

Pemantulan cahaya dari medium dengan kerapatan tinggi ke medium dengan

kerapatan rendah ada kemungkinan cahaya akan dipantulkan secara optik ke

(2.3)

23

dalam medium berindeks bias tinggi tersebut, meskipun sebagian ada yang

dibiaskan menuju medium berindeks bias rendah. Proses ini dinamakan

pemantulan internal. Pada proses ini semua cahaya dipantulkan kembali ke dalam

core ( ) dan tidak ada cahaya yang dibiaskan ke clading ( ). Proses pemantulan

internal pada dua medium yang berbeda terlihat pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19. Sinar cahaya datang pada bidang batas (a) pemantulan danpembiasan, (b) sudut kritis, (c) pemantulan internal total (Keiser,1991).

Gambar 2.19 (a) memperlihatkan bahwa sebagian kecil cahaya dipantulkan

kembali dan terjadinya pantulan internal parsial. Bila indeks bias medium pertama

lebih besar dari indeks bias medium kedua, maka sudut bias selalu lebih besar dari

pada sudut datang. Bila sudut datang diperbesar, maka sudut bias akan semakin

besar dan menyebabkan sudut bias sejajar bidang batas. Sudut terjadinya

(a) (b)

(c)

24

pembiasan yang sejajar bidang batas disebut sudut kritis, seperti yang terlihat pada

Gambar 2.19 (b). Dari Persamaan (2.3) nilai sudut kritis diberikan oleh :

= sinKeterangan :

: sudut kritis;

: indeks bias medium pertama;

: indeks bias medium kedua.

Bila sudut datang lebih besar dari pada sudut kritis maka cahaya dipantulkan

kembali ke media dielektrik asal terjadinya pantulan internal total, Gambar 2.19

(c) (Keiser, 1991).

3. Numerical Aperture

Aperatur numerik adalah besaran yang nilainya ditentukan atau tergantung pada

indeks bias inti (core) dan kulit (cladding). Bersama dengan ukuran inti (core)

dan panjang gelombang yang masuk, aperatur numerik menentukan jumlah mode

cahaya yang terjadi pada inti serat optik (Hadi, 2002). Semakin besar nilai NA

menandakan semakin tinggi efisiensi dari suatu sumber optik dalam mengatur

sinar-sinar ke serat optik (Pedrotti, 1993). Adapun persamaan NA adalah sebagai

berikut : = sin = ( − )Keterangan :

NA : Numerical Aperture;

(2.3)

(2.4)

25

: sudut cahaya yang masuk dalam serat optic;

: indeks bias core;

: indeks bias cladding.

4. Karakteristik Serat Optik Berdasarkan Rambatan Cahaya

Cahaya dapat merambat dalam serat optik melalui sejumlah lintasan yang

berbeda. Lintasan cahaya yang berbeda-beda ini disebut mode dari suatu serat

optik. Ukuran diameter core, besarnya sudut datang dan indeks bias menentukan

jumlah mode yang ada dalam suatu serat optik. Serat optik yang memiliki lebih

dari satu mode disebut serat optik multimode. Serat optik yang hanya memiliki

satu mode saja disebut serat optik single mode, serat optik single mode memiliki

ukuran core yang lebih kecil (Prasetya, 2009).

Adapun jenis serat optik berdasarkan rambatan cahaya adalah sebagai berikut :

a) Multimode Step-Index

Serat Optik multimode step-index memiliki core besar (50μm) dan dilapisi

cladding yang sangat tipis dapat. Penyambungan kabel lebih mudah karena

memiliki core yang besar terjadi dispersi. Hanya digunakan untuk jarak pendek

dan transmisi data bit rate rendah. Penampang pada serat optik multimode step-

index dapat dilihat pada Gambar 2.20 (Bass, 2002).

26

.

Gambar 2.20. Serat optik multimode step-index (Bass, 2002).

b) Multimode Graded-Index

Serat Optik multimode graded-index memiliki core 50 µm. Cahaya yang

merambat dikarenakan difraksi yang terjadi pada core sehingga rambatan

cahaya sejajar dengan sumbu serat. Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas

yang memiliki indeks bias yang berbeda, indeks bias tertinggi terdapat pada

pusat core dan berangsur-angsur turun sampai ke batas core-cladding.

Penampang pada serat optik multimode graded-ndex dapat dilihat pada Gambar

2.21 (Bass, 2002).

Gambar 2.21. Serat optik multimode graded-index (Bass, 2002).

27

c) Single Mode Step-Index

Serat single mode step-index mempunyai ukuran diameter core yang sangat

kecil dan diameter cladding sebesar 125 μm. Cahayanya merambat dalam satu

mode saja yaitu sejajar dengan sumbu serat optik. Serat optik single mode step-

index digunakan dengan bit rate tinggi. Penampang pada serat optik single

mode step-index dapat dilihat pada Gambar 2.22 (Bass, 2002).

Gambar 2.22. Serat optik step index singlemode (Bass, 2002).

5. Karakteristik Berdasarkan Jenis Serat Optik

Adapun dua jenis kabel fiber optik tersebut yaitu sebagai berikut :

a) Pipa Longgar (Loose Tube)

Serat optik ditempatkan di dalam pipa longgar (loose tube) yang terbuat dari

bahan Polybutylene Terepthalete (PBTP) dan berisi jelly. Saat ini sebuah

kabel optik maksimum mempunyai kapasitas 8 loose tube, dimana setiap

loose tube berisi 12 serat optik. Penampang kabel optik jenis loose tube dapat

dilihat pada Gambar 2.23 (Bass, 2002).

28

Gambar 2.23. Penampang kabel loose tube (Bass, 2002).

Fungsi dari bagian-bagian kabel optik jenis loose tube adalah sebagai berikut :

1) loose tube, berbentuk tabung longgar yang terbuat dari bahan PBTP

(Polybutyleneterepthalete) yang berisi thixotropicgel dan serat optik

ditempatkan di dalamnya;

2) konstruksi loose tube yang berbentuk longgar tersebut mempunyai tujuan

agar serat optik dapat bebas bergerak, tidak langsung mengalami tekanan

atau gesekan yang dapat merusak serat pada saat instalasi kabel optik;

3) thixotropicgel adalah bahan semacam jelly yang berfungsi melindungi serat

dari pengaruh mekanis dan juga untuk menahan air;

4) sebuah loose tube dapat berisi 2 sampai dengan 12 serat optik. Sebuah kabel

optik dapat berisi 6 sampai dengan 8 loose tube;

5) HDPE Sheath atau High Density Polyethylene Sheath yaitu bahan sejenis

polyethylene keras yang digunakan sebagai kulit kabel optik berfungsi

sebagai bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis pada

saat instalasi;

28
















saat instalasi;

28
















saat instalasi;

29

6) alumunium tape atau lapisan alumunium ditempatkan di antara kulit kabel

dan water blocking berfungsi sebagai konduktivitas elektris dan melindungi

kabel dari pengaruh mekanis;

7) flooding gel adalah bahan campuran petroleum, synthetic dan silicon yang

mempunyai sifat anti air. Flooding gel merupakan bahan pengisi yang

digunakan pada kabel optik agar kabel menjadi padat;

8) PE Sheath adalah bahan polyethylene yang menutupi bagian central

strength member;

9) central strength member adalah bagian penguat yang terletak ditengah-

tengah kabel optik. Central Strength Member dapat merupakan: pilinan

kawat baja, atau Solid Steel Core atau Glass Reinforced Plastic. Central

Strength member mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang

diperlukan pada saat instalasi;

10) peripheral Strain Elements terbuat dari bahan polyramid yang merupakan

elemen pelengkap optik yang diperlukan untuk menambah kekuatan kabel

optik. Polyramid mempunyai kekuatan tarik tinggi (Prasetya, 2009).

b) Alur (Slot)

Serat optik ditempatkan pada alur (slot) di dalam silinder yang terbuat dari

bahan PE (Polyethyiene). Pada saat di Jepang telah dibuat kabel jenis slot

dengan kapasitas 1.000 serat dan 3.000 serat (Bass, 2002).

30

Gambar 2.24. Penampang kabel optik jenis slot (Bass, 2002).

Fungsi dan bagian-bagian kabel optik jenis slot :

1) kulit kabel, terbuat dari bahan sejenis polyethylene keras, berfungsi sebagai

bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis saat instalasi;

2) aluran (slot) terbuat dari bahan polyethylene berfungsi untuk menempatkan

sejumlah serat. Untuk kabel optik jenis slot dengan kapasitas 1000 serat,

diperlukan 13 aluran (slot) dan 1 slot berisi 10 fiber ribbons. 1 fiber ribbon

berisi 8 serat;


tengah kabel optik. Central strength member terbuat dari pilinan kawat baja

yang mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang diperlukan pada saat

instalasi (Prasetya, 2009).

30








berisi 8 serat;





30








berisi 8 serat;





31

6. Pengiriman Informasi Serat Optik

Sistem Komunikasi secara umum terdiri dari pemancar sebagai sumber pengirim

informasi, detektor penerima informasi, dan media transmisi sebagai sarana untuk

melewatkannya. Pengirim bertugas untuk mengolah informasi yang akan

disampaikan agar dapat dilewatkan melalui suatu media sehingga informasi

tersebut dapat sampai dan diterima dengan baik dan benar di tujuan/penerima.

Perangkat yang ada di penerima bertugas untuk menterjemahkan informasi

kiriman tersebut sehingga maksud dari informasi dapat dimengerti.

Gambar 2.25. Blok Diagram Sebuah Sistem Komunikasi

Keterangan:

Tx : pengirim

Rx : penerima

Pada sistem komunikasi serat optik, media transmisinya adalah berupa serat optik,

dengan informasi yang dilewatkan didalamnya berupa sinyal-sinyal pulsa cahaya.

Gambar 2.25 menjelaskan proses transmisi dan penerima pada sistem komunikasi

serat optik dan sistem komunikasi biasa yang menggunakan kabel tembaga.

Perbedaan sistem komunikasi optik dengan sistem komunikasi biasa terletak pada

proses pengiriman sinyalnya. Pada sistem komunikasi biasa (a), sinyal informasi

dirubah ke sinyal listrik/elektrik, lalu dilewatkan melalui kabel tembaga. Setelah

32

sampai ditujuan, sinyal tersebut lalu dirubah kembali menjadi informasi yang

sama seperti yang dikirimkan. Pada sistem komunikasi optik (b), sinyal informasi

dirubah ke signal listrik lalu dirubah lagi ke optik/cahaya. Sinyal ini kemudian di

lewatkan melalui serat optik, yang setelah sampai di penerima nanti, cahaya

tersebut dirubah kembali ke listrik dan akhirnya diterjemahkan menjadi sinyal

informasi (Santoso, 2010).

7. Rugi-Rugi Serat Optik

Rugi-rugi transmisi ini menghasilkan penurunan dari daya cahaya dan juga

penurunan bandwidth dari sistem, transmisi informasi yang dibawa, efisiensi, dan

kapasitas sistem secara keseluruhan. Hal ini dapat disebabkan oleh kondisi serat

optik tersebut ataupun karena gangguan ataupun tambahan pada jaringan serat

optik tersebut. Selain itu, rugi-rugi pada suatu saluran transmisi yang

mempergunakan serat optik juga didapat dari pemasangan komponen-komponen

pendukung yang dibutuhkan dalam suatu jaringan seperti konektor, splice,

ataupun komponen lain yang disambungkan pada saluran transmisi (Auzaiy,

2008).

Adapun rugi-rugi transmisi serat optik ini adalah sebagai berikut (Auzaiy, 2008) :

a) Absorpsi

Untuk mengatasinya digunakan kaca yang benar-benar murni yang

diperkirakan kemurniannya sampai 99,9999 %. Ada tiga faktor yang turut

33

menimbulkan rugi absorpsi yaitu absorpsi ultraviolet, inframerah, dan

resonansi ion.

Gambar 2.26. Rugi penyerapan (Keiser, 2000).

1) Absorpsi ultraviolet, disebabkan oleh elektron valensi dari bahan silika.

Cahaya mengionisasi elektron valensi menjadi konduktor. Ionisasi

tersebut sama saja dengan rugi cahaya total dan menimbulkan rugi-rugi

transmisi.

2) Absorpsi inframerah adalah hasil penyerapan photon-photon cahaya oleh

atom-atom molekul inti kaca. Ini menyebabkan photon bergetar secara

acak dan menyebabkan panas.

3) Absorpsi resonansi ion disebabkan oleh ion-ion OH¯ pada bahan

penyusunnya. Ion ini terdapat pada molekul air yang terperangkap pada

kaca saat proses pembuatannya. Absorpsi ini juga dapat disebabkan oleh

molekul besi, tembaga dan khromium.

Gambar 2.27. Molekul air yang terdapat dalam inti kaca (Auzaiy, 2008).

b) Rugi-Rugi Pada Inti dan Cladding

Struktur serat optik terdiri dari 3 komponen yaitu inti, cladding, dan

pembungkus. Masing-masing bagian serat optik ini terbentuk dari berbagai

macam material yang berbeda. Meskipun inti ataupun cladding memiliki bahan

34

penyusun dasar yang sama, namun inti memiliki indeks bias yang lebih besar

dari cladding dengan adanya bahan aditif yang ditambahkan dalam mateial

penyusun inti (Auzaiy, 2008).

c) Rugi-Rugi Pada Konektor dan Splice

Saluran transmisi serta optik pasti akan tersambung dengan komponen-

komponen lainnya. Adapun komponen tersebut adalah konektor serat optik,

konektor serat optik dengan komponen lainnya seperti sumber cahaya atau

penerima. Konektor dalam sambungan serat optik bersifat tidak permanen

sehingga dapat dibongkar apabila sudah tidak memenuhi kebutuhan.

Splice pada dasarnya adalah penyambung antar optik, namun sifat sambungan

yang mempergunakan splice adalah permanen. Selain konektor dan splice ada

juga komponen lain yang mungkin ditemui, yaitu repaired splice yang

merupakan splice yang diperbaiki dari splice sebelumnya yang mengalami

kerusakan atau gangguan lain (Auzaiy, 2008).

d) Hamburan

Rugi-rugi ini berasal dari variasi mikroskopik pada kepadatan material. Pada

dasarnya, serat optik terbentuk dari beberapa molekul. Keberadaan molekul

pada serat optik memiliki kepadatan molekul yang lebih padat pada suatu

daerah dibanding dengan daerah lainnya. Adanya perbedaan ini menimbulkan

variasi indeks bias pada serat optik dalam jarak tertentu yang relatif kecil

dibandingkan dengan panjang gelombang (Auzaiy, 2008).

35

e) Pembengkokan

Pada saat pemasangan serat optik pada suatu saluran transmisi akan ada

beberapa kondisi yang akan mengubah keadaan fisik dari serat optik tersebut.

Misalnya adalah kondisi lapangan/daerah yang berkelok-kelok dan

mengharuskan kabel dipasang dengan pembelokan. Selain itu, tekanan secara

fisis dari lingkungan maupun kesalahan instalasi juga akan berpengaruh dalam

mengubah kondisi fisik serat optik (Auzaiy, 2008).

Perubahan fisik ini biasa disebut bending dan terdiri dari dua jenis sebagai

berikut (Auzaiy, 2008) :

1) Pembengkokan Makro

Pembengkokan ini adalah pembengkokan serat optik dengan radius

pembengkokan yang dipengaruhi banyaknya pelemahan sinyal yang

berpropagasi dalam inti. Adanya pembengkokan dengan radius

pembengkokan lebih besar dari radius inti serat optik mengakibatkan

sebagian sinyal hilang terutama dalam pembengkokan serat optik.

Gambar 2.28. Pembengkokan makro (Auzaiy, 2008).

36

2) Pembengkokan Mikro

Pembengkokan mikro berasal dari keadaan kabel yang tidak sempurna

akibat berbagai pengaruh dari luar kabel, seperti tekanan dari luar, ataupun

ketidaksempurnaan bentuk inti di dalam serat optik tersebut. Adanya

perubahan radius inti berakibat sama seperti halnya pembengkokan mikro

dimana sinyal yang berpropagasi akan hilang pada saat berpropagasi.

Pembengkokan mikro yang diakibatkan oleh tekanan dari luar serat

diantisipasi dengan mempergunakan pembungkus yang lebih kuat dan tidak

sensitif terhadap pengaruh eksternal.

Gambar 2.29. Pembengkokan mikro pada serat optik akibat tekanan dariluar (Auzaiy, 2008).

Gambar 2.30. Penghamburan karena microbending(Yudistira, 2003)

37

Redaman (α) sinyal atau rugi-rugi serat optik didefenisikan sebagai

perbandingan antara daya output optik ( ) terhadap daya input optik ( )

sepanjang serat L, dimana dapat ditunjukkan pada Persamaan 2.5.= log /Keterangan :

: Nilai bending (dB/km);

L : Panjang serat optik (km;)

: Daya input (Watt);

: Daya output (Watt).

f) Coupling Losses

Pada kabel serat optik, coupling losses dapat terjadi pada tiga tipe

sambungan optik, yaitu sambungan light source-to-fiber, sambungan fiber-

to-fiber, dan sambungan fiber-to-photodetector. Rugi-rugi sambungan lebih

sering disebabkan pada salah satu masalah-masalah penyambungan yang

bisa terjadi pada saluran (lateral misalignment), logitudinal misalignment,

dan (sudut) angular misalignment.

Gambar 2.31. Coupling losses (a) logitudinal misalignment (b) lateralmisalignment dan (c) angular misalignment

(2.5)

38

Dari semua jenis misalignment ini memiliki prinsip yang sama, yaitu inti

dari serat optik pengirim dengan serat optik penerima tidak bertemu dengan

keadaan yang sempurna. Hal ini menunjukkan bahwa rugi-rugi data yang

diakibatkan oleh misalignment bukan karena perbedaan karakteristik serat

optik, namun lebih mengacu kepada kesalahan mekanis yang sangat

mungkin terjadi pada isntalasi serat optik dalam suatu saluran transmisi.

Masing-masing misalignment memiliki parameter yang berbeda-beda

sehingga perhitungan rugi-rugi pada setiap misaligment juga berbeda-beda

(Auzaiy, 2008).

C. Mikrokontroler

1. Mikrokontroler ATMega32

Mikrokontroler merupakan suatu device yang di dalamnya sudah terintegrasi

dengan I/O port, RAM, ROM,sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan

kontroler. Mikrokontroler AVR ATMega32 merupakan low power CMOS

mikrokontroler 8 bit yang di kembangkan oleh atmel dengan arsitektur RISC

(Reduced Instruction SET Computer) sehingga dapat mencapai troughput

eksekusi instruksi 1 MIPS (Million Instruction Per Second).Mikrokontroler AVR

dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu kelas ATtiny, kelas AT90xx,

keluarga ATMega, dan kelas AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan

masing-masing kelas adalah memori, peripheral, kecepatan operasi, tegangan dan

fungsinya sedangkan dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan bisa di

39

katakan hampir sama. Bentuk fisik mikrokontroler ATMega32 dapat dilihat pada

Gambar 2.32 (Budiarto, 2005).

Gambar 2.32. Mikrokontroler ATMega32.

2. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega32

Mikrokontroler memiliki beberapa port yang dapat digunakan sebagai

input/output (I/O). Susunan kaki standar 40 pin DIP mikrokontroler AVR

ATMega32 seperti Gambar 2.33.

Gambar 2.33. Susunan kaki ATMega32

40

Pin pada mikrokontroler memiliki fungsi masing-masing yaitu:

a) Pin 1 sampai 8 (port B) merupakan port paralel 8 bit dua arah (bidirectional),

yang dapat di gunakan untuk general purpose dan special feature;

b) Pin 9 (riset) jika terdapat minimum pulse pada saat active low;

c) Pin 10 (VCC) di hubungkan ke Vcc (2,7-5,5 Volt);

d) Pin 11 dan 31 GND di hubungkan ke Vssatau ground;

e) Pin 12 (XTAL 2) adalah pin masukan ke rangkaian osilator internal. Sebuah

osilator kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan;

f) Pin 13 (XTAL 1) adalah pin keluaran ke rangkaian osilator internal. Pin ini

dipakai apabila menggunakan osilator Kristal;

g) Pin 14 sampai 21 (port D) adalah 8 bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan

internal pull-up resistors di gunaka untuk general purpose dan special feature;

h) Pin 22 sampai 29 (port C) adalah 8 bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan

internal pull-up resistors digunaka untuk general purpose dan special feature;.

i) Pin 30 adalah Avcc pin penyuplai daya untuk port A dan A/D converter dan

dihubungkan ke Vcc. Jika ADC di gunakan maka pin ini dihubungkan ke Vcc;

j) Pin 32 adalah A REF pin yang berfungsi sebagai referensi untuk pin analog

jika A/D converter digunakan;

k) Pin 33 sampai 40 (port A) adalah 8 bit dua arah arah (bi-directional I/O) port

dengan internal pull-up resistors digunaka untuk general purpose (Budiarto,

2005).

41

D. Perangkat Lunak MATLAB

MATLAB adalah singkatan dari MATrix LABoratory, merupakan bahasa

pemrograman yang dikembangkan oleh The Mathwork Inc. MATLAB merupakan

suatu software yang digunakan untuk menyelesaikan berbagai permasalahan

komputasi numerik keteknikan, komputasi simbolik, visualisasi grafis, analisis

data matematis, statistika, simulasi, pemodelan, dan desain melalui fasilitas

graphical user interface (GUI) (Mathwork, 2015).

GUIDE atau GUI Builder merupakan sebuah Graphical User Interface (GUI)

yang dibangun dengan objek grafis seperti tombol (pushbutton), edit, slider, text,

combo, sumbu (axes), maupun menu dan lain-lain untuk kita gunakan. Aplikasi

yang menggunakan GUI umumnya lebih mudah dipelajari dan digunakan karena

orang yang menjalankannya tidak perlu mengetahui perintah yang ada dan

bagaimana perintah bekerja (Sugiarto, 2006).

Tidak seperti bahasa pemrograman lainnya, GUIDE MATLAB memiliki banyak

keunggulan tersendiri, antara lain:

1. GUIDE MATLAB cocok untuk aplikasi-aplikasi berorientasi sains;

2. MATLAB memiliki banyak fungsi built-in yang siap digunakan dan pemakai

tidak perlu repot membuatnya sendiri;

3. ukuran file, baik Fig-file maupun M-file yang dihasilkan relatif kecil;

4. kemampuan grafisnya cukup handal dan tidak kalah dengan bahasa

pemrograman lainnya (Sugiarto, 2006).

42

Tampilan GUI pada MATLAB seperti Gambar 2.34 :

Gambar 2.34. Tampilan GUI pada MATLAB (Mathwork, 2015).

E. Sensor Fototransistor

Fototransistor merupakan salah satu komponen yang berfungsi sebagai detektor

cahaya yang dapat mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik (Fraden, 1996).

Fototransistor adalah sebuah transistor yang akan saturasi pada saat menerima

sinar infrared dan cut off pada saat tidak ada sinar infrared. IR Module adalah

sebuah rangkaian yang terdiri dari sebuah fototransistor dan filter yang terbentuk

dalam satu modul di mana collector dari fototransistor merupakan output dari

modul ini. Pada saat fototransistor cut off maka tidak terjadi aliran arus dari

collector menuju ke emitter sehingga collector yang merupakan output dari IR

Module akan berkondisi tinggi. Apabila fototransistor saturasi maka arus mengalir

dari collector ke emitter dan output dari IR Module akan berkondisi rendah

(Petruzella, 2001).

43

Tingkat sensitivitas cahayanya dapat dikendalikan melalui tahanan basis yang

variabel (basereturn transistor), tetapi basis biasanya dibiarkan terbuka untuk

mendapatkan sensitivitas yang maksimum untuk diberi cahaya. Makin tinggi

sensitivitas dari suatu fototransistor, maka kecepatannya makin rendah

(Petruzella, 2001). Bentuk fisik dan simbol fototransistor dapat dilihat pada

Gambar 2.35 dan 2.36.

Gambar 2.35. Bentuk fisik fototransistor

Gambar 2.36. Simbol fototransistor

Documents

5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Terkait Penelitian ...digilib.unila.ac.id/16189/16/BAB II.pdf · tekanan dengan memberikan massa beban yang bervariasi. Variasi beban yang