Page 1
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
i
DESAIN ALAT UKUR BEBAN BERBASIS FIBER OPTIK DENGAN
PELAPISAN KARET PADA SERAT OPTIK POLIMER
Disusun oleh:
DELI YUSUF SAPUTRA
M0210015
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Agustus, 2017
Page 2
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
i
DESAIN ALAT UKUR BEBAN BERBASIS FIBER OPTIK DENGAN
PELAPISAN KARET PADA SERAT OPTIK POLIMER
Disusun oleh :
DELI YUSUF SAPUTRA
M0210015
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Agusuts, 2017
Page 3
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ii
Page 4
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
Page 5
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa seluruh isi pengetahuan dalam skripsi saya
yang berjudul ”Desain Alat Ukur Beban Berbasis Fiber Optik Dengan Pelapisan
Karet Pada Serat Optik Polimer” adalah hasil kerja saya dan hingga saat ini skripsi
tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi
yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas
Maret ataupun di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka
skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak yang tertulis di kolom ucapan
terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus
memberitahu penulis.
Surakarta, 1 Agustus 2017
Penulis
Page 6
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
MOTTO
“Saya harus bekerja keras mulai dari sekarang, nanti, dan seterusnya. Saya tidak
ingin mengulangi kesalahan sebelumnya”
(Deli Yusuf Saputra)
“Sing penting ojo lali semangat”
(Agfa Herison)
“Cukup Mama aja yang nggak wisuda, kamu harus wisuda”
(Mama)
Page 7
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
PERSEMBAHAN
Dengan segala puji dan mengucap syukur Alhamdulillah, karya ini saya
persembahkan kepada :
1. Allah Swt Dan Nabi Muhammad Saw
2. Alm. Djerdji Zaidan (Bapak) Dan Lili Lestariah (Ibu)
3. Adik : Adli Sulaiman Dwi Putra dan Irene Desiany
4. Rekan Optik : Edi, Ghossan, Afrizal, Dedy, Agung, Amrina, Eko
5. Jadoel : Yahya, Rena, Ajeng
6. 1012: Hadi, Agfa, Giovanno, Hana, Louis, Wildan, Riri, Rije, Cece, Archi, Desti
7. Teman-teman Inersia 2010
8. Kakak dan Adik Tingkat FMIPA Fisika UNS
9. Sahabat Delta : Ario, Priyo, Imam, Wisnu, El Yanno
10. Tanah Air Beta, Indonesia Raya
Page 8
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vii
DESAIN ALAT UKUR BEBAN BERBASIS FIBER OPTIK DENGAN
PELAPISAN KARET PADA SERAT OPTIK POLIMER
DELI YUSUF SAPUTRA
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian terhadap pemanfaatan rugi-rugi pada serat optik yaitu
dengan pembuatan desain alat ukur beban berbasis serat optik. Prinsip kerja dari alat
ukur beban adalah mengukur nilai intensitas cahaya yang timbul akibat adanya gejala
pembengkokan pada serat optik yang menimbulkan rugi-rugi pada serat optik. Serat
optik yang digunakan bebahan polimer dengan diameter 3 mm yang diberi cladding-
coating serta dilapisi oleh karet jenis RTV 588 untuk meminimalisir terjadinya
fatigue. Dalam penelitian ini digunakan pin penekan silinder sebanyak 7 buah
dengan jarak antar pin 5 cm serta pegas penopang pada alat ukur beban sebanyak 10
buah. Penelitian awal yaitu mengetahui besar nilai konstanta pegas pada alat ukur
beban yang kemudian didapatkan nilai sebesar 1,168 x 105 N/m. Penelitian
selanjutnya yaitu dengan melakukan uji tekan oleh beban pada alat MTM terhadap
serat optik pada alat ukur beban dalam rentang 0-1000 kg dengan variasi sebesar 50
kg. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh grafik hubungan antara massa dan rugi-
rugi pada serat optik sebelum dan sesudah dilapisi karet. Nilai gradien yang
didapatkan yaitu sebesar 0,972 dan 0,987. Kemudian diperoleh grafik hubungan
antara massa dan transmitansi pada serat optik yang telah dilapisi karet dengan nilai
gradien yang didapatkan sebesar 0,990. Dari hasil terebut dapat diketahui bahwa alat
tersebut dapat dikenai gaya sebesar 97 kN atau beban massa 9 ton.
Kata kunci: serat optik polimer, rugi-rugi serat optik, transmitansi.
Page 9
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
viii
DESIGN OF MEASURING LOAD BASED OPTICAL FIBER WITH
RUBBER COATING ON POLYMER OPTICAL FIBER
DELI YUSUF SAPUTRA
Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Science,
Sebelas Maret University of Surakarta
ABSTRACT
Has been conducted research on the utilization of losses on the optical fiber with
making the design of load measuring tool based on optical fiber. The working
principle of the loading gauge is to measure the value of the intensity of light arising
from the existence of bending symptoms on optical fibers that cause losses in optical
fibers. The optical fiber which used made with POF (Polymer Optic Fiber) with 3
mm diameter which given cladding-coating and coated by rubber type RTV 588 to
minimalize fatigue occurs. In this research used 7 press cylinders pin with the
distance between pins 5 cm and amount of the crutch springs on the loading gauge
10 pieces. Research begin with knowing the value of spring constant on the load
measuring instrument which then got the value of 1.168 x 105 N/m. The research
continued with performing a press test by the load on the MTM tool to the optical
fiber on the load measuring instrument in the range 0-1000 kg with variation 50 kg.
Based on the result of the research, the graph of the relationship between mass and
loss on optical fiber before and after coated rubber. Gradient values obtained are
0.972 and 0.987. Then obtain the graph of the relationship between mass and
transmittance on fiber optics that have been coated rubber with a gradient value
obtained for 0.990. From the results, it can be concluded that the tool can be
subjected to a force of 97 kN or a mass burden of 9 tons.
Keywords: polimer optical fiber, loss bending, transmitation.
Page 10
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan hanya kepada Allah SWT, tuhan
semesta alam. Dengan rahmat, taufik, hidayah dan inayah-Nya penulis diberikan
kemampuan dan kesempatan untuk menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Desain
Alat Ukur Beban Berbasis Fiber Optik Dengan Pelapisan Karet Pada Serat Optik
Polimer”. Shalawat dan salam senantiasa tercurah kepada Habibana Nabi
Muhammad SAW beserta sahabat, keluarga, serta para pengikutnya hingga akhir
khayat kelak. Aamiin.
Penulis sangat menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan
dalam diri pribadi penulis. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis
merasa berhak untuk mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Artono Dwijo Sutomo S.Si, M.Si (Pembimbing Skripsi I).
2. Bapak Drs. Darmanto M.Si (Pembimbing Skripsi II serta Pembimbing
Akademik).
3. Bapak dan Ibu dosen serta seluruh Staff Jurusan Fisika FMIPA UNS.
4. Orang tua tercinta atas semua kasih sayang dan kesabaran dalam mendidik,
serta Adik tercinta untuk dukungan moril selama ini.
5. Rekan - rekan kerja Laboratorium Optik dan Fotonik.
6. Teman - teman Inersia 2010.
7. Seluruh mahasiswa Fisika FMIPA UNS.
Semoga Allah SWT membalas segala jerih payah dan pengorbanan yang telah
kita lakukan, Aamiin. Penulis berharap penelitian ini dapat bermanfaat untuk
pengembangan ilmu pengetahuan di masa depan. Sekian dan terima kasih.
Surakarta, 1 Agustus 2017
Penulis
Page 11
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
x
PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya yang berjudul “Desain Alat Ukur Beban Berbasis Fiber
Optik Dengan Pelapisan Karet Pada Serat Optik Polimer” telah dipublikasikan pada
Digital Library Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
Page 12
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN COVER ........................................................................................... i
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ ii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iii
HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. iv
HALAMAN MOTTO ........................................................................................... v
HALAMAN PERSEMBAHAN .......................................................................... vi
HALAMAN ABSTRAK ...................................................................................... vii
HALAMAN ABSTRACT .................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
HALAMAN PUBLIKASI ..................................................................................... x
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiv
DAFTAR SIMBOL .............................................................................................. xvi
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 4
1.3. Perumusan Masalah .................................................................................. 4
1.4. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 5
1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 6
2.1. Teori Dasar Cahaya................................................................................... 6
2.1.1. Pemantulan dan Pembiasan............................................................ 6
2.1.2. Hukum Snellius .............................................................................. 7
2.2. Teori Perambatan Cahaya dalam Serat Optik ........................................... 8
2.2.1. Sudut Kritis ..................................................................................... 8
2.2.2. Apertur Numerik ............................................................................. 8
2.2.3. Pemantulan Internal Total ............................................................... 9
2.3. Struktur Dasar Serat Optik ........................................................................ 9
2.4. Prinsip Perambatan Cahaya dan Jenis Serat Optik .................................. 10
2.4.1. Serat Optik Single-Mode ................................................................. 10
2.4.2. Serat Optik Multi-Mode .................................................................. 11
2.5. Indeks Bias Inti ......................................................................................... 11
2.6. Rugi-Rugi Serat Optik .............................................................................. 12
2.6.1.Absorbsi ........................................................................................... 13
2.6.2.Hamburan Rayleigh ......................................................................... 13
Page 13
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xii
2.6.3.Pemantulan Fresnel .......................................................................... 14
2.6.4.Rugi – Rugi Lekukan ....................................................................... 15
2.7. Serat Optik Plastik .................................................................................... 16
2.8. Sensor Serat Optik .................................................................................... 16
2.9. Hukum Hooke ........................................................................................... 17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................... 19
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 19
3.2. Alat dan Bahan Penelitian ......................................................................... 19
3.2.1. Alat .................................................................................................. 19
3.2.2. Bahan .............................................................................................. 19
3.3. Prosedur Penelitian ................................................................................... 20
3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ................................................................ 21
3.3.2. Pembuatan Piranti Sumber Cahaya dan Detektor ........................... 22
3.3.3. Pembuatan Sampel Karet RTV 588 ................................................ 23
3.3.4. Pembuatan Alat Pegas Penekan ....................................................... 24
3.3.5. Pengambilan Data ............................................................................ 25
3.3.6. Pengolahan Data .............................................................................. 26
3.3.7. Analisa Data .................................................................................... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 27
4.1. Proses Pembuatan Alat ............................................................................. 27
4.2. Proses Uji Konstanta Pegas ...................................................................... 31
4.3. Proses Uji Tekan Serat Optik .................................................................... 33
4.4. Massa dan Loss Bending Sebelum Serat Optik dilapisi Karet .................. 33
4.5. Massa dan Loss Bending Setelah Serat Optik dilapisi Karet .................... 34
4.6. Massa dan Transmitansi Setelah Serat Optik dilapisi Karet ..................... 35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 38
5.1. Kesimpulan .............................................................................................. 38
5.2. Saran ......................................................................................................... 38
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 39
LAMPIRAN-LAMPIRAN ................................................................................... 41
Page 14
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Tabel Data - Data Massa Dari Beberapa Jenis Kendaraan ................... 35
Page 15
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Proses Pembiasan Cahaya ............................................................... 6
Gambar 2.2. Proses terjadinya Pemantulan Internal Total ................................... 9
Gambar 2.3. Struktur Serat Optik ......................................................................... 9
Gambar 2.4. Serat Optik single-mode .................................................................. 10
Gambar 2.5. Serat Optik multi-mode.................................................................... 11
Gambar 2.6. Transmisi Cahaya pada Serat Optik multi-mode ............................. 11
Gambar 2.7. Rugi-rugi yang terjadi pada serat optik ........................................... 12
Gambar 2.8. Hamburan Rayleigh ......................................................................... 14
Gambar 3.9. Pemantulan Fresnel ......................................................................... 14
Gambar 2.10. Pemantulan Fresnel pada setiap bidang batas ................................. 15
Gambar 2.11. Macrobending pada serat optik ....................................................... 15
Gambar 2.12. Microbending pada serat optik ........................................................ 16
Gambar 2.13. Sistem Sensor Serat Optik ............................................................... 17
Gambar 3.1. Skema Tahapan Penelitian Pembuatan Alat Ukur Sensor Beban
Bergerak Berbasis Serat Optik Plastik 20
Gambar 3.2. Gambar 3.2. Tampilan logo; (a) Software LabView 2012,
(b) Origin Pro 8, (c) Testometric Material Testing Machine,
(d) Microsoft Excel 2010 ................................................................. 22
Gambar 3.3. Skema rangkaian sumber cahaya..................................................... 22
Gambar 3.4. Skema rangkaian pembagi tegangan ............................................... 23
Gambar 3.5. Set up Alat yang Digunakan untuk Tujuh Lekukan; 1. Sumber
Cahaya (LED), 2. Serat Optik dilapisi Karet RTV 855, 3. Pin
Silinder berjumlah 7 buah, 4. Serat optik, 5. MTM, 6. Detektor,
7. ADC, 8. PC software; Labview 2012 & Origin Pro 8 ................. 25
Gambar 3.6. Skema Kerja Desain Alat yang Digunakan untuk Tujuh Lekukan . 25
Gambar 4.1. Serat Optik yang Telah Dilapisi Karet RTV 588 ............................ 27
Gambar 4.2. (a) Sistem Serat Optik Sebelum diberi Penekanan, (b) Sistem Serat
Optik Setelah diberi Penekanan ....................................................... 28
Gambar 4.3. Set Up Alat Lekukan Beban Bergerak ............................................ 28
Gambar 4.4. Sampel Pegas yang akan diuji dengan gaya tekan .......................... 29
Gambar 4.5. Proses Pengecatan pada Pegas yang akan diuji Gaya Tekan .......... 29
Gambar 4.6. Proses Pembuatan Alat Sensor Beban Bergerak ............................. 30
Gambar 4.7. Uji pegas untuk mengetahui nilai konstanta pegas dengan alat
MTM di Laboratorium Material Gd. C FMIPA UNS ..................... 31
Gambar 4.8. Grafik Hasil Penentuan Konstanta Pegas ........................................ 32
Gambar 4.9. Proses Uji Tekan Pada Alat Sensor Beban ...................................... 33
Gambar 4.10. Grafik Hubungan antara Massa dan Rugi-Rugi Sebelum Serat
Optik dilapisi Karet ......................................................................... 33
Page 16
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xv
Gambar 4.11. Grafik Hubungan antara Massa dan Rugi-Rugi Sebelum Serat
Optik dilapisi Karet ......................................................................... 34
Gambar 4.12. Grafik hubungan antara Massa dan Transmitansi ........................... 35
Page 17
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Flowchart wima8 ............................................................................. 41
Lampiran 2. Grafik Hasil Penentuan Konstanta Pegas ........................................ 42
Lampiran 3. Tabel Data Pengukuran Massa dan Rugi - Rugi pada Serat Optik
Polimer berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating dilapisi
Karet ................................................................................................ 43
Lampiran 4. Tabel Data Pengukuran Massa dan Transmitansi pada Serat
Optik Polimer berdiameter 3 mm dengan Cladding - Coating
dilapisi Karet ................................................................................... 44
Lampiran 5. Grafik Hubungan Massa dan Rugi - Rugi pada Serat Optik
Polimer berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating sebelum
dilapisi Karet ................................................................................... 45
Lampiran 6. Grafik Hubungan Massa dan Rugi-rugi pada Serat Optik Polimer
berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating setelah dilapisi
Karet ................................................................................................ 46
Lampiran 7. Grafik Hubungan Massa dan Rugi-rugi pada Serat Optik Polimer
berdiameter 3 mm dengan Cladding – Coating setelah dilapisi
Karet ................................................................................................ 47
Lampiran 8. Tabel Data Massa dari Beberapa Jenis Kendaraan .......................... 48
Page 18
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xvii
DAFTAR SIMBOL
Satuan
= Sudut Datang Derajat
= Sudut Pantul Derajat
= Sudut Bias Derajat
= Sudut Kritis Derajat
= Indeks Bias Medium Pertama
= Indeks Bias Medium Kedua
NA = Apertur Numerik
= Jumlah Modus
L = Panjang Serat Optik km
= Deci-Bell (Satuan Atenuasi) dB
= Daya Awal yang Masuk Watt
= Daya yang diterima Detector Watt
= Gaya N
k = Konstanta Pegas Nm-1
= Jarak Posisi Pegas dari Posisi Normal m
x = Jarak Penekanan m
W = Gaya Berat N
g = Gravitasi Bumi (10 ms-2
)
m = Gradien Grafik
m = Massa kg
= Tegangan Referensi Volt
= Teganngan pada Lengan yang Dibengkokan Volt
P = Daya Listrik Watt
V = Tegangan Listrik Volt
R = Hambatan Ohm
I = Arus Ampere