Penerapan Serat Optik berbasis Struktur SMS (Singlemode – Multimode – Singlemode) sebagai Sensor Regangan dan Beban pada Bahan Komposit FRP (Fiber Reinforced Polymer)

Wiradhana, I Made Manik (2023) Penerapan Serat Optik berbasis Struktur SMS (Singlemode – Multimode – Singlemode) sebagai Sensor Regangan dan Beban pada Bahan Komposit FRP (Fiber Reinforced Polymer). Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text I Made Manik Wiradhana_S2_02311950010001_Master Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 September 2026. Download (23MB) | Request a copy

Abstract

Sensor regangan konvensional seperti strain gauge banyak digunakan untuk mengukur regangan pada bahan di bidang rekayasa dan industri yang terbuat dari komposit Fiber Reinforced Polymer (FRP). Namun, sensor ini rentan terhadap interferensi gelombang elektromagnetik (EMI). Permasalahan ini dapat diatasi dengan menggunakan sensor yang terbuat dari serat optik yang tahan terhadap gelombang elektromagnetik (EMI). Salah satu serat optik yang memiliki keunggulan dalam jangkauan dan kemudahan dalam fabrikasi dibandingkan dengan sensor jenis serat optik lainnya adalah serat optik SMS. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh material komposit FRP terhadap performa sensor regangan serat optik struktur SMS dengan panjang core multimode 6 cm yang dipackage pada permukaan material komposit FRP yang memiliki properti material modulus E berbeda dengan jenis matriks resin epoksi yang sama. Struktur SMS serat optik akan dibuat dengan metode splicing dan dipackage pada komposit FRP dengan 6 jenis bahan reinforcement yang berbeda. Setelah itu sensor diuji untuk mendeteksi beban (penyebab regangan) dan regangan (dampak dari beban) komposit FRP dengan uji beban tengah dan uji regangan flexural (berbasis three-point bending) dan uji beban samping (berbasis two-point bending atau cantilever beam). Perlakuan beban dan regangan adalah beban 0 – 20 N dan regangan 0 – 0,03%. Didapatkan data hasil yaitu telah dilakukan packaging sensor serat optik SMS dengan ukuran multimode tengah 6 cm, singlemode jacketless 20 cm, pigtail singlemode SC/UPC 100 cm serta pemasangan pada bahan komposit FRP (Fiber Reinforced Polymer) 15,4 cm x 14,3 cm x ±0,22 cm dengan menggunakan jenis matriks resin epoksi yang sama. Perubahan sinyal optik pada saat komposit belum mengalami beban dan regangan yang besar berada diantara -7,08 - -9,89 dB. Ketika mengalami deformasi sedang, sinyal akan mengalami penurunan yang besar di sekitar -10,02 - -35,57. Ketika komposit mengalami kerusakan besar atau deformasi tinggi sensor mengalami putus dan tidak memberi sinyal (alat ukut membaca -50 dBm). Modulus E yang besar seperti pada karbon CFRP (3,24 – 88,98 GPa) dan balsa-karbon S-CFRP (3,78 – 67,99 GPa ) memiliki sensitivitas yang cenderung rendah (-0,0107 dBm/N sampai 0,0223 dBm/N dan -5,82 dBm/% sampai -9,73 dBm/% ) begitu pula sebaliknya. Bahan terbaik pada penelitian ini yaitu, bambu NFRP-bamboo fiber, yang memiliki modulus menengah ke rendah (3,59 – 13,38 GPa), yang memiliki sensitifitas -29,15 dBm/% untuk uji rengangan flexural dan 0,0044 dBm/N untuk uji beban tengah.
=================================================================================================================================
Strain in materials made of Fiber Reinforced Polymer (FRP) composites is commonly measured in engineering and industry using conventional strain sensors, such as strain gauges which are not immune to EMI. This issue can be resolved by employing sensors composed of electromagnetic wave (EMI)-resistant optical fiber with a Singlemode - Multimode - Singlemode (SMS) structure, which offers advantages over other fiber optic sensor types in terms of range and ease of construction. The purpose of this study is to examine how the performance of SMS structure optical fiber strain sensors—which have a multimode core length of 6 cm—is affected by the FRP composite material when they are packaged on its surface using an identical kind of epoxy resin matrix. The splicing method will be used to create the SMS fiber optic structure, which will then be packaged in FRP composite with six various kinds of reinforcement materials. Next, using a center load test, flexural strain test (based on three-point bending), side load test (based on two-point bending or cantilever beam), and flexural strain test (based on three-point bending). The range of load and strain is 0 to 20 N for beban and 0 to 0.03 percent for strain. The results show that the packaging of an optical SMS sensor with a multimode length of 6 cm with 15,4 cm by 14,3 cm by ±0,22 FRP composites can be done.The optical level during composition does not exhibit any dips, and the significant reverberation ranges from -7,08 to -9,89 dB. When sinyal experiences deformation, it will undergo large shrinkage in the range of -10,02 to -35,57. When a composite experiences significant high deformation, it becomes weak and does not produce signal (OPM read -50 dBm). A large E modulus such as CFRP carbon (3.24 – 88.98 GPa) and S-CFRP balsa-carbon (3.78 – 67.99 GPa) has a sensitivity that tends to be low (-0.0107 dBm/N to 0 .0223 dBm/N and -5.82 dBm/% to -9.73 dBm/% ) and vice versa. The best material in this research is NFRP-bamboo fiber, which has a medium to low modulus (3.59 – 13.38 GPa), which has a sensitivity of -29.15 dBm/% for the flexural strain test and 0.0044 dBm/N for the center load test.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Struktur serat SMS, sensor regangan, sensor beban, komposit, fiber reinforced polymer, serat optik, SMS fiber structure, strain sensor, load sensor, composite, singlemode - multimode - singlemode, optical fiber, fiber reinforced polymer, FRP
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC173.4.C63 Composite materials Q Science > QC Physics > QC448 Fiber optics.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Physics Engineering > 30101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	I Made Manik Wiradhana
Date Deposited:	17 May 2024 02:07
Last Modified:	17 May 2024 02:07
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/107983

Actions (login required)

View Item