Amalia, Niza Rosyda (2020) Analisa Sensor Serat Optik SMS untuk Monitoring Pernapasan dan Detak Jantung Secara Simultan pada Matras Cerdas. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Preview |
Text
02311850010004-Master_Thesis.pdf Download (1MB) | Preview |
Abstract
Getaran mekanis pada jantung dan paru-paru menghasilkan heart sound dan lung sound yang dapat diindera di punggung, sehingga memungkinkan peletakan sensor pada matras. Sensor monitoring pernapasan dan detak jantung secara simultan berbasis serat optik yang telah ada saat ini menggunakan FBG, serat optik multimode, dan serat optik polimer. Pada penelitian ini, dikembangkan sensor monitoring pernapasan dan detak jantung secara simultan menggunakan serat optik singlemode-multimode-singlemode (SMS). Serat optik SMS dipilih karena strukturnya sederhana, fabrikasi yang mudah, dan harganya terjangkau. Penelitian ini terdiri dari dua bagian yaitu simulasi dan eksperimen. Simulasi dilakukan untuk mengetahui respon serat optik jika diberi tekanan yang disebabkan oleh napas dan detak jantung. Tahap eksperimen dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja sensor. Hasil simulasi menunjukkan perilaku sensor serat optik jika diberi perubahan tekanan secara periodis akan membentuk pola sinusoidal. Simulasi juga menunjukkan bahwa metode FFT untuk mendapatkan frekuensi puncak menghasilkan jumlah napas dan detak jantung yang sesuai dengan keadaan sebenarnya. Pengujian sensor serat optik dilakukan pada posisi naracoba terlentang di atas matras. Posisi punggung naracoba divariasikan dengan 3 posisi. Variasi posisi bertujuan untuk mengetahui posisi peletakan sensor yang paling sensitif terhadap napas dan detak jantung. Pengujian sensor serat optik terhadap variasi posisi punggung adalah dengan meletakkan sensor serat optik secara melintang dengan konfigurasi lurus di atas matras. Selain variasi posisi, pada penelitian ini divariasikan pula jenis serat optik multimode untuk mendapatkan struktur serat SMS yang paling optimal sebagai sensor pernapasan dan detak jantung. Variasi serat optik multimode yang digunakan adalah step indeks, graded indeks, dan coreless. Aktivitas paru-paru dan jantung memberikan perubahan tekanan serat optik. Serat optik yang dikenai tekanan akan meregang atau terjadi strain. Adanya strain pada serat optik akan mengubah parameter serat optik dan menyebabkan perubahan penjalaran cahaya sehingga daya keluaran serat optik mengalami perubahan. Daya keluaran dari serat optik diubah dari domain waktu ke domain frekuensi dengan FFT untuk mendapatkan frekuensi puncak. Frekuensi puncak pada rentang 0,2-0,33 Hz merepresentasikan frekuensi napas normal dan frekuensi puncak pada rentang 1,0-1,67 Hz merepresentasikan frekuensi detak jantung normal. Berdasarkan hasil eksperimen didapatkan pada posisi antara torakal 1-2 dengan serat optik SMS multimode coreless merupakan konfigurasi yang paling optimal untuk pengukuran pernapasan dan detak jantung. Pada penelitian ini filter Butterworth orde 6 mereduksi noise lebih baik dibandingkan filter Savitzky-Golay. Kesalahan pengukuran pernapasan sebesar 4,5% sebanding dengan 0,73 bpm dan kesalahan pengukuran detak jantung sebesar 5,3% sebanding dengan 3,85 bpm. Validasi jumlah detak jantung dilakukan dengan membandingkan data hasil pengukuran dengan data hasil dari alat ukur jumlah detak jantung terstandar. Sedangkan validasi jumlah napas dilakukan dengan penghitungan napas secara manual oleh naracoba.
================================================================================================================================
The mechanical vibration of heart and lungs produce sounds called heart sound and lung sound. This mechanical vibration can be sensed in the back, thus it is possible to put the sensor on the mat. Research in simultaneous breath and heart rate monitoring sensors based on optical fibers that has been done before were using FBG , multimode fiber, and polymer optical fiber. While in this research we used singlemode-multimode-singlemode (SMS) fiber structure. The SMS optical fiber structure was chosen due to its simple structure, the ease of fabrication, and low cost. In this research there is simulation and experiment section. The simulation result show that the output of fiber sensor has sinusoidal pattern when periodical pressure is applied. The simulation also show that the FFT method to obtain heart rate and breath rate agree with heart rate and breath rate in real condition. In this research, the subject is asked to lie down on the mat. The back position of the subject is varied on 3 positions. This variation is used to determine the most sensitive position to heart and breath rate. Beside the variation of position, this research also varied the multimode fiber section of SMS in order to obtain the optimum SMS fiber structure for simultaneous heart and breath rate sensor. The multimode fiber section is varied with multimode step index, graded index, and coreless. The breathing activity and the heart beat will give periodical pressure on optical fiber. The pressure that applied causes strain on optical fiber. Strain that occur in optical fiber causes the change of light propagation inside the optical fiber and this change lead to the change of optical power output. The optical power output from sensor in time domain is transformed into frequency domain using FFT, to obtain peak frequency. The normal heart rate frequency is represented by the peak frequency in range 0.2-0.33 Hz and the normal breath rate frequency is represented by the peak frequency in range 1.0-1.67 Hz. Based on the experiment, it show that the position between 1st-2nd thoracal with coreless multimode fiber section is the most optimal configuration for the measurement of breath and heart rate. In this research, the sixth order Butterworth filter reduce noise better, compared to Savitzky-Golay filter. The relative error of breath rate is 4.5% equal to 0.73 bpm and the relative error of heart rate is 5.3% equal to 3.85 bpm. Validation of heart rate is done by comparing the measurement data with the data that obtain from a standard heart rate measurement device. While validating the number of breaths is done by counting the breaths manually by the subject.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Additional Information: | RTF 621.369 2 Ama a-1 2020 |
| Uncontrolled Keywords: | Serat optik, Sensor detak jantung, Sensor pernapasan, Struktur SMS |
| Subjects: | Q Science > QC Physics > QC448 Fiber optics. |
| Divisions: | Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Physics Engineering > 30101-(S2) Master Thesis |
| Depositing User: | Niza Rosyda Amalia |
| Date Deposited: | 19 Jun 2023 08:55 |
| Last Modified: | 19 Jun 2023 08:55 |
| URI: | http://repository.its.ac.id/id/eprint/73067 |
Actions (login required)
 |
View Item |