SENSOR OPTIK

1.       Photocell

Gambar photocell

Photocell merupakan sebuah device yang karakteristik elektriknya dipengaruhi oleh cahaya. – Konduktansi sebagai fungsi intensitas cahaya masuk. Nilai resistansi berkisar dari 10MW (gelap) hingga 10W (terang). Sebaliknya pada kondisi terang, nilai resistansi menjadi tinggi sehingga arus tidak dapat mengalir dan lampu akan mati. Terdapat sebuah baterai atau sumber tegangan lain yang dihubungkan pada kedua elektroda untuk mengaktifkan photocell jika tidak ada cahaya. Waktu respons pun  lambat hingga 10 ms. Pada photocell, sensitivitas dan stabilitas tidak sebaik dioda foto. Foto sell sering digunakan karena biaya murah. Rangkaian photocell banyak digunakan pada instalasi penerangan lampu jalan, mercusuar, atau lampu-lampu yang membutuhkan otomatisasi.

2.        Photo Transistor

Sama halnya dioda foto, maka transistor foto juga dapat dibuat sebagai sensor cahaya.Ketika photon menumbuk basis transistor maka photon tersebut akan menghasilkan pasangan elektron dan hole. Elektron akan bergerak ke kolektor sedangkan hole akan diisi oleh elektron di emitor sehingga ada arus mengalir dari kolektor ke emitor. Phototransistor merupakan sebuah transistor yang akan saturasi pada saat menerima sinar infrared dan cut off pada saat tidak ada sinar infrared. Sensitivitas photo transistor jauh lebih besar daripada photodiode akan tetapi waktu responnya lebih lambat.

Gambar Photo Transistor

3.       Photo Voltaic

Photovoltaic ini memiliki ciri dimana cahaya yang masuk langsung diubah menjadi tegangan. Semakin kuat cahaya yang diterima maka semakin besar tegangan dan arus yang dihasilkan. Contoh sensor photovoltaic ini adalah solar cell.

Solar Cell  Solar cell berfungsi untuk mengubah energi cahaya menjadi tegangan dan arus listrik. Intensitas cahaya yang masuk ke solar cell sangat mempengaruhi besarnya tegangan dan arus listrik. Solar cell sering digunakan pada kalkulator.

4.       Photo dioda 

Photodioda berfungsi untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik dan mengalirkan arus nya searah sesuai dengan prinsip dioda. Photo dioda hanya dapat mengalirkan arus listrik dari anoda ke katoda saja. Untuk teori perubahan konduktivitas cahaya photodioda sama dengan LDR. Bentuk photodioda hampir sama dengan dioda lainnya hanya saja ditambahkan lensa fokus agar cahaya jatuh tepat di pn junction. Photodioda sering digunakan pada sensor-sensor robot line follower.

5.       Pyrometer Optik

Pyrometer adalah sebuah termometer yang sangat akurat yang mengukur suhu benda dengan jalan mengukur besarnya radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang. Pirometer dapat mengukur suhu yang sangat tinggi (kira-kira 500oC – 3000oC). Secara teori, suatu benda yang panas akan memancarkan radiasi dan cahaya disekelilingnya, semakin tinggi suhu benda tersebut maka makin besar radiasi dan intensitas cahaya yang dipancarkan. Besarnya radiasi dan intensitas cahaya ini tergantung dari suhu benda dan dari warna atau panjang gelombang sinar yang dipancarkan. Dengan mengukur radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang maka temperature benda akan dapat ditentukan tanpa menyentuh benda tersebut, bahkan jika Anda berdiri agak jauh dari benda tersebut. Pirometer dibagi menjadi 2, yaitu:

1.       Pyrometer Radiasi.

Prinsip kerja pirometer ini yaitu dengan mengukur radiasi total yang dipancarkan oleh benda yang diukur. Pengukuran radiasinya dilakukan dengan menggunakan sensor panas seperti termokopel, radiasi yang datang diubah menjadi panas dan akan menaikkan temperature sensor atau sebuah sel peka cahaya mengubah energy cahaya menjadi besaran listrik.

2.       Pyrometer Optik

Prinsip kerja pirometer ini yaitu dengan mengukur radiasi pada salah satu warna (panjang gelombang). Pirometer optic bekerja berdasarkan pengukuran radiasi pada suatu panjang gelombang tertentu. Radiasi ini dinyatakan oleh terang benda tersebut pada warna yang sesuai dengan panjang gelombang. Pengukuran terang benda ini dilakukan dengan cara membandingkan dengan suatu lampu standard yang terangnya dapat diatur. Dengan mengatur arus yang melalui lampu, filamen dari lampu dapat dibuat sama terang dengan benda yang akan diukur suhunya. Bila terang filament dan benda telah sama maka keduanya akan terlihat baur menjadi satu. Bila suhu salah satu lebih tinggi maka akan terlihat berbeda. Besarnya arus yang melalui filamen lampu dapat langsung dikalibrasi menjadi temperature dari benda tersebut.

Faktor yang mempengaruhi ketelitian pengukuran :

·          Jarak dan ukuran dari target area.

·          Penyerapan radiasi oleh media udara, lensa dan lain-lain.

Sensivitas dari mata dalam membedakan terang.

Sumber:

http://www.geyosoft.com/2012/macam-macam-sensor-cahaya

https://fitrianp.wordpress.com/2011/03/11/transduser-optik/

http://aichatwins.blogspot.com/2011/03/prinsip-kerja-termokopel-pirometer-dan.html

JENIS-JENIS SENSOR

Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.

Jenis sensor secara garis besar bisa dibagi menjadi 2 jenis yaitu :

1.    Sensor Fisika

2.    Sensor Kimia

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

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

– dll

Disini saya akan menjelaskan lebih spesifik pada contoh implementasi dari sensorfisika khususnya sensor cahaya.

Sensor Cahaya

Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi Elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya, salah satu yang paling terkenal adalah LDR (Light dependent resistor).

Komponen yang termasuk dalam Sensor cahaya yaitu :

–            LDR ( Light Dependent Resistor ) adalah sebuah resistor dimana nilai resistansinya akan berubah jika dikenai cahaya. Prinsip kerja dari LDR ini adalah Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan. LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis dan alarm pencuri adalah beberapa contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.

–            Fotovoltaic atau sel solar Adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan PN dengan lapisan P yang transparan. Jika ada cahaya pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan elektron antara bagian P dan N, jadi menghasilkan tegangan DC yang kecil sekitar 0,5 volt per sel pada sinar matahari penuh. Sel fotovoltaic adalah jenis tranduser sinar/cahaya seperti pada gambar 1.

 

Gambar 1. Cahaya pada sel fotovoltaik menghasilkan tegangan

–        Fotokonduktif adalah Energi yang jatuh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan perubahan tahanan sel. Apabila permukaan alat ini gelap maka tahanan alat menjadi tinggi. Ketika menyala dengan terang  tahanan turun pada tingkat harga yang rendah. Seperti terlihat  pada gambar 2.

  

(a)                                   (b)

Gambar 2.(a) Sel Fo

(a) fotokonduktif ; (b) Cahaya pada sel fotokonduktif  mengubah harga resistansi

–            Photo Doida

Photo Dioda adalah sebuah dioda yang apabila dikenai cahaya akan memancarkan elctron sehingga akan mengalirkan 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.

2.2.2  Sensor Suara

Sensor suara adalah sebuah alat yang mampu merubah gelombang Sinusioda suara menjadi gelombang sinus energi listrik. Sensor suara berkerja berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang juga terdapat sebuah kumparan kecil di balik membran tadi naik & turun. Oleh karena kumparan tersebut sebenarnya adalah ibarat sebuah pisau berlubang-lubang, maka pada saat ia bergerak naik-turun, ia juga telah membuat gelombng magnet yang mengalir melewatinya terpotong-potong. Kecepatan gerak kumparan menentukan kuat-lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.

Prinsip kerja sensor suara 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 gelombang suara akan menghasilkan sinyal listrik.

–       Dll.

2.2.3 Sensor Suhu

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

–       NTC
NTC adalah komponen elektronika dimana jika dikenai panas maka tahanannya akan naik.

–        PTC
PTC adalah komponen elektronika dimana jika terkena panas maka tahannany akan semakin turun.

Ada 4 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan :

a) Thermocouple

Thermocouple pada pokoknya terdiri dari sepasang penghantar yang berbeda disambung las dilebur bersama satu sisi membentuk “hot” atau sambungan pengukuran yang ada ujung-ujung bebasnya untuk hubungan dengan sambungan referensi. Perbedaan suhu antara sambungan pengukuranmdengan sambungan referensi harus muncul untuk alat ini sehingga berfungsi sebagai thermocouple.

  

(a)                                                                                  (b)

Gambar 3. (a)Thermocouple ; (b) Simbol thermocouple

b) Detektor Suhu Tahanan

Konsep utama dari yang mendasari pengukuran suhu dengan detektor suhu tahanan (resistant temperature detector = RTD) adalah tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dan  dapat diulang lagi sehingga  memungkinkan pengukuran suhu yang  konsisten  melalui  pendeteksian tahanan. Bahan  yang sering digunakan RTD adalah platina karena kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas.

  

(a)                                                        (b)

Gambar 4. (a) Detektor suhu tahanan (b) Simbol RTD

c) Thermistor

Adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif. Karena suhu meningkat, tahanan menurun dan sebaliknya. Thermistor sangat peka (perubahan tahanan sebesar 5 % per ³C) oleh karena itu mampu mendeteksi perubahan kecil di dalam suhu.

 

         Gambar 5.Thermistor

d) Sensor Suhu Rangkaian Terpadu (IC)

Sensor suhu dengan IC ini menggunakan chip silikon untuk elemen yang merasakan (sensor). Memiliki konfigurasi output tegangan dan arus. Meskipun terbatas dalam rentang suhu (dibawah 200 ³C), tetapi menghasilkan output yang sangat linear di atas rentang kerja.

 

 Sensor Tekanan

Prinsip kerja dari sensor tekanan ini adalah mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. kurang ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang.

Daya yang diberikan pada kawat menyebabkan kawat bengkok  sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah tahanannya, seperti terlihat pada gambar 7.

  

Gambar 7. Aplikasi umum-pengukuran tekanan balok

 

                                         Gambar 8. Penggunaan Sensor Tekan pada Pengukur Regangan Kawat

 

                                       Gambar 9. Contoh Penggunaan Sensor Tekanan

Sumber: https://goodarif.wordpress.com/elektronika-dasar/sensor/