SENSOR FISIKA

Sensor fisika adalah sensor yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan hokum-hukum fisika. Yang termasuk kedalam jenis sensor fisika yaitu :

– Sensor cahaya
– Sensor suara
– Sensor suhu
– Sensor gaya
– Sensor percepatan

untuk selanjutnya pembahsan kita akan lebih difokuskan pada jenis Sensor Fisika dan implementasinya dalam rangkaian elektronika sederhana

1.      Sensor cahaya
Sensor cahaya adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Dipasaran sudah begitu luas penggunaan nya.
Komponen yang termasuk dalam Sensor cahaya yaitu :

– LDR ( Light Dependent Resistor )
LDR adalah sebuah resistor dimana nilai resistansinya akan berubah jika dikenai
cahaya.
– PhotoDioda
Photo dioda adalah sebuah dioda yang apabila dikenai cahaya akan memancarkan electron sehingga akan menalirkan arus listrik.
– Phototransistor
Phototransistor adalah sebuah transistor yang apabila dikenai cahaya akan mengalirkan electron sehingga akan terjadi penguatan arus seperti pada sebuah transistor.
– Optocoupler
Optocoupler adalah sebuah komponen kopling berbasis optik.

2.      Sensor suara

Sensor suara adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran suara menjadi besaran listrik, dan dipasaran sudah begitu luas penggunaan nya.
Komponen yang termasuk dalam Sensor suara yaitu :

– Microphone
Micropone adalah komponen elektronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkn oleh gelobang suara akan menghasilkan sinyal listrik.
– dll

3.      Sensor suhu

Sensor suhu adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran suhu menjadi besaran listrik dan dipasaran sudah begitu luas penggunaan nya.
Komponen yang termasuk dalam sensor suhu yaitu?

– NTC
NTC adalah komponen elektronika dimana jika dikenai panas maka tahanan nya akan naik.
– PTC
PTC adalah komponen elektronika dimana jika terkena panas maka tahannany akan semakin turun

                       4. Sensor Kecepatan (RPM)

            Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.

                      5. Sensor Gaya (Flexiforce) 

              Berbagai macam sensor saat ini telah banyak berkembang, yang mana seiring perkembangan tersebut sensor menjadi suatu komponen penting dalam bidang elektronika. Pun tidak hanya elektonika, sensor juga berkembang di bidang lainnya sesuai dengan kebutuhan dan keinginan masyarakat. Salah satu sensor yang sedang berkembang saat ini adalah sensor gaya, dan lebih spesifiknya adalah flexiforce.

Prinsip kerja dari sensor ini tentu sesuai dengan namanya, yaitu untuk deteksi adanya gaya yang ditimbulkan oleh suatu rangsangan yang masuk dalam suatu alat. Gaya itu sendiri menyebabkan terjadinya tegangan yang nantinya akan menimbulkan suatu sinyal tertentu. Berikut adalah grafik terjadinya sinyal karena gaya tertentu :

Gaya /beban --> stress --> strain --> perubahan resistansi --> sinyal

Sensor flexiforce sebagai sensor gaya sebagaimana telah disebutkan di atas berbentuk printed circuit yang sangat tipis dan fleksibel. Sensor flexiforce sangat mudah diimplementasikan untuk mengukur gaya tekan antara 2 permukaan dalam berbagai aplikasi. Sensor flexiforce bersifat resistif dan nilai konduktansinya berbanding lurus dengan gaya/beban yang diterimanya. Semakin besar beban yang diterima sensor flexiforce maka nilai hambatan output-nya akan semakin menurun. Pada keadaan tanpa beban, resistansi sensor ini sebesar kurang lebih 20M ohm. Ketika diberi beban maksimum, resistansi sensor akan turun hingga kurang lebih 20K ohm.

APLIKASI SENSOR FLEXIFORCE

Masih banyak lagi benda-benda lainnya dengan nilai defleksi berbeda-beda. Namun beberapa jenis di atas merupakan salah satu aplikasi dari sensor gaya sebagai timbangan. Selain itu, Sensor Flexiforce juga digunakan pada Touch Screen Handphone atau Laptop.

1.      Timbangan Digital Berbasis Sensor Flexiforce.

Berikut adalah blok diagram system timbangan digital berbasis sensor flexiforce secara keseluruhan adalah sebagai berikut:

Seperti yang disebut di atas, nilai konduktansi (1/R) dari sensor flexiforce linier terhadap gaya tekan atau beban yang diberikan. Oleh karena itu, dalam aplikasi ini akan dibaca nilai konduktansi tersebut dengan menggunakan rangkaian non inverting amplifier sehingga didapatkan hasil pembacaan nilai beban yang linier. Rangkaian non inverting amplifier tersebut terdapat dalam blok RPS. Keluaran dari RPS sudah berupa tegangan DC 0 – 2,5V dan diumpankan ke masukan ADC (Analog to Digital Converter) DT-I/O I2C ADDA Ver 2.0. Kemudian data digital dari keluaran ADC ini dibaca oleh mikrokontroler untuk ditampilkan ke LCD (DT-I/O Graphic LCD GM224644) sebagai bentuk sinyal keluaran.

2.      Prototype Force Sensing Hardware

Banyak aplikasi komputasi mengandalkan perangkat mobile. Untuk perangkat mobile seperti PC, ultra-mobilePC (UMPC), PDA, atau ponsel pintar baru seperti iPhone, banyak permukaan perangkat dikhususkan untuk layar. Kecenderungan untuk meningkatkan ukuran layar terus dilakukan karena layar yang besar lebih memudahkan pengguna dalam melihat tampilan. Perangkat ini biasanya memiliki layar sentuh (Touch Screen) yang sensitif, Perangkat dapat menyediakan mekanisme masukan untuk perangkat tanpa mengambil data dari tombol atau kontrol eksternal yang dipasang di daerah permukaan pada perangkat. Dengan merasakan kekuatan pengguna seperti menekan, masukan secara otomatis dapat diberikan kepada sistem operasi perangkat atau aplikasi. pembuatan prototype force sensing device dengan menggunakan sensor gaya diperlihatkan pada gambar touchscreen berikut:

Sumber : bp.blogspot.com , wikipedia, google

SENSOR KIMIA

Sensor  ini didesign dan digunakan untuk menganalissa keadaan ataupun adanya kadar suatu zat kimia. Sensor ini termasuk non-essensial ( bukan sensor dasar). 

A. Klasifikasi sensor kimia

Sensor ini diklasifikasikan berdasarkan cara deteksinya :

     
1. Direct Sensor

  yaitu sensor yang bekerja berdasarkan reaksi kimia yang menhasilkan besaran elektrik seperti resistansi, tegangan, arus atau kapasitas ( tidak ada proses tranduser)
---

• Contoh direct sensor 

          a. Metal Oxide Chemical Sensor
              Contoh sensor ini yaitu Tin Dioxide SnO2, sensor ini digunakan untuk mendeteksi gas seperti Methyl Mercaption (CH3SH) dan Ethyl Alcohol (C2H5OH).

---

Prinsip kerjanya :
Pada saat SnO2 menerima konsentrasi Methyl Mercaption (CH3SH) dan Ethyl Alcohol (C2H5OH) maka SnO2 akan memanas, oksigen dihisap oleh permukaan kristal pada SnO2 maka aliran electron pada SnO2 akan terhalangi, sebaliknya jika konsentrasi Methyl Mercaption (CH3SH) dan Ethyl Alcohol (C2H5OH) maka permukaan kristal berkurang kadar oksigen, aliran electron yang terhalang dapat mengalir dan konduktivitas SnO2 meningkat. SnO2 bekerja dengan menggunakan rangkaian lain seperti gambar a, dan gambar b menggambarakn reaksi Rs terhadap konsentrasi gas.

Resistansi SnO2 dapat dihitung :

Rs = tahanan sensor
A = Constat spesifik bahan sensor
C = gas konsentrasi
α  = karateristik kemiringan Rs terhdap material gas

 2. Complex sensor 

    Yaitu sensor yang tidak secara lansung menghasilkan besaran elektrik melainkan dibutuhkan bantuan tranduser lain pada sensornya unutk menhasilkan besaran elektrik

• Contoh Complex sensor 

           a. Biochemical sensor

               Sensor ini adalh klas specila dari sensor kimia, sensor ini digunakan untuk mendeteksi organisme, sel, organel, enzim, receptor, antibodi, dan lainnya. Contoh disini yaitu bichemical sensor untuk mendeteksi enzim

Cara kerja biochemical sensor

Elemen sensor disini biasanya digunakan bioreactor untuk mendeteksi dan memberikan respon biosensor, kemudian akan dianalisa secara difusi, reaksi dari bireactor, koreaktans, interfering species dan kinetiknya

3. ChemFET

   ChemFET adalah sebuah field effect taransistor kimia. Sensor ini mendeteksi H2 di udara, O2 didarah, dan beberapa gas yang digunakan dalam militer seperti NH3, CO2, dan explosive gas

Pada sensor ini memiliki beberapa part penting p-type silicon pada body (lihat gbr Si) dan n-type silicon pada FET-surce dan FET-drain (lihat FET source-drain), dan ketiga part tadi dilapisi silicon dioxide (lihat oxide FET gate), kemudian diaasnya yaitu hydrogel (Ag/AgCl) dan yang apling atas adalah selective membrane (polyvinyl chloride –PVC atau polyurethane, silicone rubber, polystyrene)

Prinsip Kerja :
operasi pada ChemFET membutukan tegangan agar silicon dan gate elektroda dapat bekerja, Pada saat cairan yang dianalisa memilki konsentrasi bahan H2/O2 atau yang lainnya maka electron pada permukaan semikonduktor akan membentuk jalan konduksi antara souce-drain, jadi ChemFET bekerja seperti tahanan-konduktansi, konduktansi inilah yangdapat diukur pada op-amp (diferensiator)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sensor kimia adalah sensor yang mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan cara mengubah besaran kimi menjadi besaran listrik. Biasanya ini melibatkan beberapa reaksi kimia. Yang termasuk kedalam jenis sensor kimia yaitu : 

•  Sensor PH
• Sensor Gas
• Sensor oksigen
• Sensor Ledakan

A. SENSOR PH

   

Prinsip kerja utama pH meter adalah terletak pada sensor probe berupa elektrode kaca (glass electrode) dengan jalan mengukur jumlah ion H₃O⁺ di dalam larutan. Ujung elektrode kaca adalah lapisan kaca setebal 0,1 mm yang berbentuk bulat (bulb). Bulb ini dipasangkan dengan silinder kaca non-konduktor atau plastik memanjang, yang selanjutnya diisi dengan larutan HCl (0,1 mol/dm³). Di dalam larutan HCl, terendam sebuah kawat elektrode panjang berbahan perak yang pada permukaannya terbentuk senyawa setimbang AgCl. Konstannya jumlah larutan HCl pada sistem ini membuat elektrode Ag/AgCl memiliki nilai potensial stabil.

B. SENSOR GAS

     Sensor gas dapat membaca segala jenis gas yang mematikan, seperti gas yang mudah terbakar, gas beracun, gas yang dapat menimbulkan ledakan, dn jika adanya gejala pengurangan oksigen. Sensor ini dapat kita temui di berbagai jenis perusahaan dan tempat, seperti tambang minyak dan sebagainya, alat ini juga mungkin terdapat di stasiun pemadam kebakaran. Biasanya alat ini menggunakan batere untuk beroperasi. Alat ini mengirimkan sinyal peringatan menggunakan suara atau gambaran, seperti sinar lampu flashlight ataupun alarm yang bersuara nyaring saat terdapat konsentrasi gas yang dapat membahayakan bagi area tersebut. Saat alat ini merasakan konsentrasi gas yang membahayakan melebihi level yang telah di atur pada alat tersebut, alarm atau sinyal akan diaktifkan. Pada awalnya, detektor diproduksi untuk mendeteksi hanya satu jenis gas, tetapi alat sensor modern dapat mendeteksi beberapa gas beracun atau mudah terbakar, atau bahkan kombinasi dari kedua jenis.

C. SENSOR OKSIGEN

     Sensor oksigen (atau sensor lambda) adalah perangkat elektronik yang mengukur proporsi oksigen (O2) dalam gas atau cairan yang dianalisis. Aplikasi yang paling umum adalah untuk mengukur konsentrasi gas buang oksigen untuk mesin pembakaran internal dalam mobil dan kendaraan lainnya. Divers juga menggunakan sebuah perangkat yang mirip untuk mengukur tekanan parsial oksigen dalam gas pernapasan mereka. Para ilmuwan menggunakan sensor oksigen untuk mengukur respirasi atau produksi oksigen dan menggunakan pendekatan yang berbeda. Sensor oksigen yang digunakan dalam analisis oksigen yang menemukan banyak digunakan dalam aplikasi medis seperti monitor anestesi, respirator dan konsentrator oksigen. Sensor oksigen juga digunakan dalam sistem pencegahan kebakaran udara hipoksia untuk memantau terus menerus konsentrasi oksigen dalam volume yang dilindungi.

Ada banyak cara yang berbeda untuk mengukur oksigen dan ini termasuk teknologi seperti zirkonia, elektrokimia (juga dikenal sebagai galvanic), metode laser inframerah, ultrasonik dan sangat baru-baru ini. Setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangan tersendiri.

D. SENSOR LEDAKAN

     Knock sensor adalah sebuah sensor yang dipasangkan dikepala silinder,dapat bekerja dikarenakan oleh sebuah ketukan/ledakan dari sebuah mesin dari pra ledakan campuran udara dan bahan bakar. Merupakan suatu sensor yg mendeteksi ketukan-ketukan mesin dan mengirim sinyal ke ECM atau mendeteksi pembakaran yang tidak normal. Sensor ketukan menghasilkan satu tegangan listrik ketika getaran diterapkan ke mereka ,memanfaatkan efek piezoelektrik yang menghasilkan tegangan listrik sebanding ke pemecutan sehubungan dengan getaran tersebut. Sebagai bagian depan api bergerak keluar dari busi pengapian gelombang titik tekanan, dalam kecelakaan ruang ke piston rendah, terlalu panas, atau lebih dari waktu maju. Kadang-kadang dapat disebabkan oleh deposit karbon panas pada piston atau kepala silinder yang meningkatkan kompresi. Efek piezoelektrik ditemukan oleh Pierre dan Jacque Curie di akhir abad 19 . Prinsip mulai digunakan dalam industri penginderaan aplikasi dalam tahun 1950-an. Elemen piezoelectric menghasilkan tegangan ketika tekanan atau getaran diterapkan kepada mereka. Bahan keramik dan kristal tunggal.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sumber :
- http://id.wikipedia.org/wiki/sensor 
 
Refrensi :
-  Febriyanto,Sonny. 2009. Sensor Kimia
- Fraden, Jacob. 2003. Modern Sensor. San Diego: Advance Monitor Corporation