Pengembangan Sensor Regangan dan Pergeseran Berbasis Serat Optik

., Arifin (2015) Pengembangan Sensor Regangan dan Pergeseran Berbasis Serat Optik. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 1111301004-Disertation.pdf Restricted to Repository staff only Download (4MB)

Abstract

Sensor regangan dan pergeseran merupakan komponen penting yang digunakan dalam berbagai aplikasi sistem pengukuran dan pemantauan. Pada penelitian ini telah dilakukan pengembangan sensor regangan dan pergeseran dengan dua buah pilihan jenis serat optik, yaitu: 1) serat optik polimer dan 2) serat optik berstruktur singlemode-multimode-singlemode (SMS). Pada kajian sensor berbasis serat optik polimer telah dilakukan karakterisasi perubahan regangan dan pergeseran terhadap perubahan daya keluaran sensor yang terukur pada optical power meter dengan variasi panjang serat optik polimer. Sensitivitas dan resolusi sensor regangan dan pergeseran meningkat sebanding dengan memendeknya sensor serat optik polimer. Sensitivitas dan resolusi sensor regangan terbaik yang diperoleh adalah 0,011 µW/mɛ dan 0,091 mɛ, sedangkan pada sensor pergeseran adalah 0,170 µW/mm dan 0,006 m m pada panjang sensor 6 cm. Pada penelitian ini telah diusulkan metode baru menggunakan pelekukan dan pencacatan struktur pada serat optik plastik. Metode ini mampu meningkatkan sensitivitas dan resolusi pengukuran yang sebanding dengan panjang sensor dan jumlah pencacatan struktur. Sensitivitas dan resolusi sensor pergeseran yang dihasilkan adalah 0,240
µW/mm dan 0,004 mm pada panjang sensor 6 c m dengan 3 pe ncacatan. Perubahan suhu sekitar telah diketahui dapat mempengaruhi unjuk kerja sensor. Pada penelitian ini juga telah dilakukan kajian pengaruh suhu terhadap unjuk kerja sensor ini dan telah diperoleh bahwa pengaruh suhu pada sensor ini relatif kecil yaitu dengan kesalahan 0,016 mɛ/°C unt uk sensor regangan dan 0,018 mm/°C untuk sensor pergeseran.
Pada kajian sensor berbasis serat optik berstruktur SMS, telah dilakukan karakterisasi perubahan regangan dan pergeseran terhadap perubahan rugi daya yang terukur pada optical time domain reflectometer (OTDR) dengan variasi panjang serat optik multimode (MMF) tipe graded index pada serat optik SMS. Penggunaan OTDR ini dipilih agar pengukuran regangan atau pergeseran pada berbagai titik (multi-points) dapat dilakukan secara serempak. Sensitivitas dan resolusi sensor regangan terbaik yang diperoleh adalah 0,466 dB/mɛ dan 2,146 µɛ pada panjang sensor 140,25 mm, sedangkan pada sensor pergeseran adalah 0,244 dB/mm dan 4,098 µm pada panjang sensor 100,20 mm. Pada penelitian ini diusulkan metode baru pengukuran pergeseran rentang lebar dengan menggunakan struktur SMS konfigurasi sinusoidal yang ditempelkan pada sebuah pelat fleksibel yang terpasang pada dua buah tiang permanen. Pada konfigurasi ini diperoleh hasil bahwa semakin pendek bagian sensor dan semakin kecil jarak antara dua tiang permanen tersebut, maka sensitivitas dan resolusinya semakin baik. Sensitivitas dan resolusi terbaik yang diperoleh adalah 6,293 mdB/mm dan
0,159 mm yang dihasilkan oleh sensor dengan panjang 70 cm dan jarak dua tiang
40 cm. Pada penelitian ini juga telah didemonstrasikan pengukuran multi-points menggunakan OTDR dimana pengukuran beberapa titik regangan atau pergeseran dapat dilakukan secara serempak. Perubahan suhu pada pada sensor ini menghasilkan kesalahan 0,044 mɛ/°C untuk sensor regangan dan 0,113 mm/°C untuk sensor pergeseran. Pengembangan sensor regangan dan pergeseran berbasis serat optik polimer dan serat optik SMS ini memiliki keunggulan yaitu teknik pengukuran sederhana, proses fabrikasi yang mudah dan murah, dan memiliki resolusi dan sensitivitas yang tinggi. Sensor ini dapat dimanfaatkan dalam sistem pengukuran atau pemantauan dalam berbagai sektor industri maupun konstruksi sipil.
==========================================================================================
Strain and displacement sensors is important components used in various applications in measurement and monitoring applications. In this research, strain and displacement sensors were developed in two types of optical fibers: 1) polymer optical fiber and 2) singlemode-multimode-singlemode (SMS)-based optical fiber. In polimer optical fiber with various length, characterization on strain and displacement changes with respect to output power was conducted by means of optical power meter. Sensitivity and resolution of the strain and displacement sensors increased as the decreasing value of the polimer optical fiber length. The sensitivity and resolution of the strain sensors were best found 0.011
µW/mɛ and 0.091 mɛ, meanwhile for the displacement sensors were best found
0.170 µW/mm and 0.006 mm with sensor length 6 cm. In this research, a new method was introduced by applying bending and structural imperfections on t he plastic optical fiber. This method can increase the sensitivity and resolution of the measurement which proportional to the sensor length and the number of structural imperfections. The sensitivity and resolution of the displacement sensor were, respectively, 0.240 µW/mm and 0.004 mm for the sensors with length of 6 cm and
3 structural imperfections. The change in temperature was known to influence the performance of the sensors. In this research, the effect of temperature on the sensor performance was studied and it was obtained that temperature has small effect on t he sensor having deviation of 0.016 mɛ/°C f or the stain sensor and
0.018 mm/°C for the displacement sensor.
In the study of the SMS-based optical fiber, characterizations on the strain and displacement changes with respect to the output power were conducted by means of optical time domain reflectometer (OTDR) with variation of SMS- based optical fiber length. The use of OTDR was chosen in order the measurement of the strain or displacement in many points can be done simultaneously. The best sensitivity and resolution of the strain sensor were obtained, respectively, 0.466 dB/mɛ and 2.146 µɛ with length1of 140.25 mm, and
0.244 dB/mm and 4.098 µm for the displacement sensor with length of 100.20 mm. In this research, a new long-range displacement measurement method was applied by using sinosuidal SMS-based configuration which was glued to a flexible plate that was installed with two permanent poles. With this configuration, it was obtained that the shorter the sensor so will the shorter the distance between the two permanent poles, and sensitivity and the resolution will be better. The best sensitivity and resolution were found 6.293 mdB/mm and
0.159 mm for the sensor length of 70 cm and the two poles distance 40 cm. In this reseacrh, a demonstration of the multi-points measurement by means of OTDR has been conducted, in which the measurements can be done simultaneously. The change of temperature in the sensor yielded a deviation of 0.044 mɛ/°C for the strain sensor and 0.113 m m/°C for the displacement sensor. The development of the strain and displacement sensors based on the polimer and SMS optical fibers have superior characteristics, i.e. simple measurement method, easy and low cost fabrication approach, and having high sensitivity and resolution. This sensor can be applied in measurement and monitoring systems in various industial or civil construction sectors.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Additional Information:	RDFi 681.25 Ari p
Uncontrolled Keywords:	Sensor regangan, sensor pergeseran, serat optik polimer, serat optik struktur SMS, Strain sensor, displacement sensor, polymer optical fiber, SMS optical fiber structure
Subjects:	Q Science > QC Physics Q Science > QC Physics > QC448 Fiber optics.
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Physics > 45001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Eny Widiastuti -
Date Deposited:	26 Mar 2018 08:19
Last Modified:	26 Mar 2018 08:19
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/51637

Actions (login required)

View Item