Laporkan Masalah

Rancang-bangun sensor pergeseran orde sub-mikron berbasis modulasi intensitas secara digital menggunakan serat optik plastik multiragam

YASIN, Moh, Promotor Prof. Dr. Kusminarto

2009 | Disertasi |

Telah dilakukan penelitian tentang sensor submikro-pergeseran serat optik dengan dengan menggunakan teknik modulasi intensitas pantulan dan transmisi. Sistem sensor terdiri dari sumber cahaya laser, serat optik plastik bundel multiragam dan foto-detektor. Sumber cahaya yang digunakan adalah laser He-Ne merah (633 nm), kuning (594 nm), hijau (543 nm) dan laser pointer hijau (533 nm). Laser wama kuning mempunyai intensitas yang paling tinggi. Probe sensor terdiri sebuah serat pemancar (transmitting fiber) dan serat penerima (receiving fiber). Probe serat optik yang digunakan terdiri dari sebuah serat pemancar dan . sebuah serat penerima dengan susunan pasangan Genis A), susunan konsentris dengan 9 dan 16 buah serat penerima Genis B dan C). Probe serat optik coupler (2 x 2) terdiri dari 2 buah serat optik berdiameter 1 mm yang dilekatkan satu sama lain. Detektor yang digunakan adalah detektor silikon tipe 818 SL (Newport) dan semua eksperimen ini dilakukan dengan menggunakan meja optik bebas getaran (vibration free optical bench). Sistem . sensor pergeseran terdiri sumber cahaya tanpa modulasi dan dengan modulasi oleh chopper optik. Akuisisi data sistem sensor terdiri dari akuisisi data secara manual ( dengan menggunakan voltmeter digital) dan akuisisi data secara otomatis (menggunakan komputer yang dihubungkan dengan port serial RS 232 penguat lock-in dan perangkat lunak Delphi). Hasil pembacaan tegangan ·luaran sensor ini ditampilkan secara digital di komputer. Obyek yang digunakan adalah cermin datar dan obyek-obyek nyata seperti: stainless steel, aluminium, tembaga dan plastik dengan permukaan datar. Obyek digeser dengan menggunakan mikrometer translation stage dan piezoelektrik masing-masing mempunyai step pergeseran minimum 10 flm dan 12-25 nm (untuk pulsa negatif dan positif). Sumber cahaya yang merupakan komponen sistem sensor merambat dan masuk ke serat pemancar dan mengenai obyek dan kemudian dipantulkan. Berkas pantulan ini masuk ke serat penerima dan ditransmisikan ke foto-detektor. Intensitas berkas pantulan ini diukur sebagai fungsi pergeseran obyek ke arah aksial dan lateral. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa sensor pergeseran dengan probe serat optik jenis C, sumber cahaya laser kuning (594 nm) dengan intensitas tertinggi dan teknik modulasi intensitas pantulan memiliki kinerja terbaik. Sensor dengan susunan ini mempunyai kepekaan tertinggi, resolusi, linearitas dan stabilitas berturut-turut adalah 0,0076 mV/f.!m, 921 nm, lebih dari 99% dan 0,6%. Sensor ini juga mempunyai sifat repeatability yang baik dan profilluaran sensor pergeseran antara hasil pendekatan teori dan eksperimen juga mempunyai profil luaran yang hampir sama (untuk probe jenis A) demikianjuga dengan hasilfitting dan model teori yang digunakan juga menunjukkan kesesuaian yang baik. Resolusi sensor pergeseran ini bergantung intensitas sumber cahaya dan jenis probe serat bundel yang digunakan. Sensor pergeseran ini dapat diaplikasikan untuk estimasi kekesaran permukaan logam dengan menghasilkan nilai tingkat kekasaran (level of roughness) maksimum sebesar 27%, 26% dan 20% beruturut-turut untuk logam alumunium, stainless steel dan tembaga. Kesederhanaan disain sistem sensor pergeseran, tingkat kepekaan yang tinggi, jangkauan dinamis yang panjang dan biaya pembuatan yang relatif rendah membuat sensor ini mempunyai potensi untuk berbagai aplikasi nyata di industri dan di lingkungan yang berbahaya (hazardous regions).

A fiber optic submicron-displacement sensor based on the intensity modulation technique is demonstrated using reflective and transmitting/ beam through. The sensor consists of laser as a light source, multimode bundle plastic fiber optic and photo-detector. A used light source is a red He-Ne laser (633 nm), a yellow He-Ne laser (594 nm), a green He-Ne laser (543) nm and green pointer laser (533 nm). A yellow laser has a highest intensity. The sensor probe consists of transmitting and receiving fibers which are bundled together. A used probe with pair configuration (type A), concentric with 9 and 16 receiving fibers are type B and C, respectively. Coupler probe (2 x 2) consists of 2 fibers with diameter of 1 mm are twisted and attached together using epoxy glue. A detector which is used in experiment is silicon detector with type of 818 SL (Newport). The experiment is carried out in the vibration free optical bench. A displacement sensor system consists of a light source without and with · modulation by optical chopper. A data acquisition of the sensor is used by manually data acquisition (using a digital voltmeter) and automatically (using computer via RS 232 port in lock in amplifier). The objects are a flat visible mirror and real objects such as stainless steel, aluminum, copper and plastic with a flat surface. Objects were moved by using micrometer translation stage with a minimum displacement of 10 f.lm and 12-25 nm (for negative and positive pulses). A light source a part of sensor system component travels to a transmitting fiber and part of it is reflected back to the probe. A reflected beam is caught by the receiving fibers and transmitted to photo-detector where its intensity is measured. The result shows a highest performance with a type C of the probe, a yellow He-Ne laser (594 nm) which has a highest intensity and intensity modulation technique for axial displacement of the mirror as the object. The highest sensitivity, resolution, a linear range and stability are obtained at 0.0076 mV/Jlm, 921 nm, more than 99% and 0.6%, respectively. The sensor also exhibits a good repeatability and a good output profile from a theoretical and experimental perspective as well as a fitting function and theoretical model approaches. A resolution of the sensor is affed:ed by intensity of light and type of probe which is used in this experiment. A displacement fiber sensor can be applied to estimate of the metal surface roughness, a level of maximum roughness are obtained at 27%, 26% and 20% for aluminum, stainless steel and copper, respectively. The simplicity of the design, high degree of sensitivity, dynamic range and the low cost of the fabrication make it suitable for potential application in a real industry and measurement in hazardous regions.

Kata Kunci : Sensor pergeseran,Serat optik plastik,Modulasi intensitas, displacement sensor, plastic fiber optic, and intensity modulation


    Tidak tersedia file untuk ditampilkan ke publik.