DidikRS-HFI Bali 2014

Didik RS @ Fisika UB

Pengembangan Sistem Instrumentasi Geophone Array Sensor Biaya Murah Untuk Eksperimen Geofisika-Seismik pada Skala Laboratorium

Didik R. Santoso

Devisi Instrumentasi Jurusan Fisika – FMIPA - UB

Jl. Veteran 2 Malang 65145, Indonesia.

(E-mail: [email protected])

Didik RS @ Fisika UB

1. PENDAHULUAN

• Kendala yang sering dihadapi dalam pelaksanaan kegiatan eksperimen geofisika seismik adalah mahalnya harga peralatan.

• Usaha mengembangkan sendiri sistem instrumentasi ini dalam bentuk yang sederhana dan murah merupakan tantangan yang menarik.

Didik RS @ Fisika UB

ILUSTRASI SURVEY SEISMIK

Bagian2 Sistem Instrumentasi

• Geophone array sensor

• DAQ

• Software pengolah data.

Didik RS @ Fisika UB

2. Desain Sistem Instrumentasi

MTU

RTU-N

RTU-4RTU-2

RTU-1 RTU-3

Fieldbus RS-485

SE

NS

OR

-1

SE

NS

OR

-2

SE

NS

OR

-3

SE

NS

OR

-N

Fieldbus RS-485RTU

RS-485 Interface

DAQ

Fieldbus RS-485MTU

PC + SOFTWARE

(Hardware Control &

Data Processing)

RS-485 Interface

Pengukuran Terdistribusi Jaringan Fiedbus RS-485

Jaringan multi points, mampu mengatasi sampai 127 lebih node dengan rentang komunikasi sampai dengan 1200 m. High noise immunity dan fast signaling rate.

Didik RS @ Fisika UB

Sensor Seismik • Mems Accelerometer • Rang. Pengkondisi Sinyal

• Spring Geophone MEMS Accelerometer

• MEMS acc MMA7361L mempunyai tiga sumbu sensing dengan sensitivitas yang cukup tinggi (800 mV/g), analog.

• Diperlukan Pengkondisi Sinyal Mengkondisikan sinyal hasil keluaran sensor agar sesuai dengan input rangkaian akuisisi (fungsi penguatan, pemfilteran, matching listrik, dll)

Didik RS @ Fisika UB

• BPF frekuensi sinyal : 0,1 Hz sampai dengan 160 Hz (Geofon) • V output bernilai antara 0 volt sampai dengan 5 volt (DAQ)

Rang. Pengkondisi Sinyal

C4C3

9V

-9V

+ LF353

-9V

9V

C1

C2

+ LF353

1 Hz

Vx1.55/1.75V

R4

R3

R1 R2A

B

1.000mHz 10.00mHz 100.0mHz 1.000 Hz 10.00 Hz 100.0 Hz 1.000kHz 10.00kHz 100.0kHz 1.000MHz 10.00MHz

10.00 dB

-10.00 dB

-30.00 dB

-50.00 dB

-70.00 dB

-90.00 dB

A: ic2_1

𝑓𝐶𝑈 =1

2 𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 𝐻𝑧

𝑓𝐶𝐿 =1

2 𝑅3𝑅4𝐶3𝐶4 𝐻𝑧

Didik RS @ Fisika UB

1 Hz

Vz

IN+IN- V+

V-OUTREF

RGRG

AD620

-9V

9V

2.5V

Z

RG

A B

Rangkaian penguat tegangan dengan offset-dc sebesar 2,5 volt

0.000 s 1.000 s 2.000 s 3.000 s 4.000 s 5.000 s

6.000 V

5.000 V

4.000 V

3.000 V

2.000 V

1.000 V

0.000 V

-1.000 V

-2.000 V

A: vx1_1

B: u2_6

0.000 s 1.000 s 2.000 s 3.000 s 4.000 s 5.000 s

6.000 V

5.000 V

4.000 V

3.000 V

2.000 V

1.000 V

0.000 V

-1.000 V

-2.000 V

A: vx1_1

B: d2_k

Didik RS @ Fisika UB

Modul DAQ

• DAQ bertugas mencuplik dan mengubah sinyal analog (0-5) volt keluaran modul sensor menjadi data digital. DAQ dibangun berbasis sebuah chip mikrokontroler.

RS-485

uC

RAM

V-Input (5)

Ad

d S

el.

Didik RS @ Fisika UB

3. Implementasi

MTU

RTU-1RTU-2

RTU-3RTU-4

Start

PC

Initialization

Sending RTU

address (ID)

Check ACK

Sending

commands

Check ACK

Start

Microcontroller

Initialization

Receiving RTU

address (ID)

Check IDSleep,No

YesNo

Receiving

commands

Sending ACK

Yes

Sending data

Stop

Internal process

for DAQ

Sending ACK

Receiving data

Stop

Yes

No

MTU RTU

Until restart

(RES)

Didik RS @ Fisika UB

4. Kesimpulan

• Sistem instrumentasi berbasiskan jaringan multidrop RS-485 sangat cocok untuk geophone array sensor.

• Sensor geofon dibangun berbasis MMA7361L dapat mendeteksi getaran seismik dengan sensitivitas yang cukup tinggi

• Pengkondisi sinyal dapat menguatkan hingga 60 dB, pada range 0,1 Hz sd 160 Hz, dengan noise yang masih dapat ditoleransi.

• Waktu sampling dapat diset sampai dengan 1 ms.

Didik RS @ Fisika UB