sensor dan sistem sensor: state of the art, … · dalam tulisan ini disajikan beberapa fakta...
TRANSCRIPT
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Majel is Guru Besar
Inst itut Teknologi Bandung
Pidato Ilmiah Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
27 Maret 2010Balai Pertemuan Ilmiah ITB
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
SENSOR DAN SISTEM SENSOR:
STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN
PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA
DI MASA DEPAN
Profesor Mitra Djamal
Hak cipta ada pada penulis
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010 Hak cipta ada pada penulis
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Pidato Ilmiah Guru Besar
Institut Teknologi Bandung27 Maret 2010
Profesor Mitra Djamal
SENSOR DAN SISTEM SENSOR:
STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN
PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA
DI MASA DEPAN
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010ii iii
SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI
DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN
Disampaikan pada sidang terbuka Majelis Guru Besar ITB,
tanggal 27 Maret 2010.
Judul:
SENSOR DAN SISTEM SENSOR: STATE OF THE ART, KONTRIBUSI
DAN PERSPEKTIF PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN
Disunting oleh Mitra Djamal
Hak Cipta ada pada penulis
Data katalog dalam terbitan
Bandung: Majelis Guru Besar ITB, 2010
viii+78 h., 17,5 x 25 cm
1. Teknologi 1. Mitra Djamal
ISBN 978-602-8468-11-4
Hak Cipta dilindungi undang-undang.Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara
elektronik maupun mekanik, termasuk memfotokopi, merekam atau dengan menggunakan sistem
penyimpanan lainnya, tanpa izin tertulis dari Penulis.
UNDANG-UNDANG NOMOR 19 TAHUN 2002 TENTANG HAK CIPTA
1. Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau memperbanyak suatu
ciptaan atau memberi izin untuk itu, dipidana dengan pidana penjara paling lama
dan/atau denda paling banyak
2. Barang siapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual
kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait
sebagaimana dimaksud pada ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama
dan/atau denda paling banyak
7 (tujuh)
tahun Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah).
5
(lima) tahun Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).
Mitra Djamal
Dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa
yang telah diusahakannya. Dan bahwasanya usahanya itu kelak
akan diperlihatkan (kepadanya). Kemudian akan diberi balasan
kepadanya dengan balasan yang paling sempurna.
--- QS An Najm: 39-41 ---
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
PENGANTAR
Segala puji dan syukur kita persembahkan kepada Allah yang Maha
Rahman lagi Maha Rahim, yang telah memberikan ilmu dan hikmah
kepada hamba-Nya. Berkat kemudahan-kemudahan yang diberikan-Nya
pada penulis, memungkinkan penulis mampu menyelesaikan dan
menyampaikan orasi ini sebagai bentuk komitmen dan pertanggung-
jawaban akademik penulis yang mendapat amanah jabatan Guru Besar.
Terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung yang telah memberi kesempatan penulis
untuk menyampaikan orasi berjudul
Besarnya kompetisi di pasar bebas mengharuskan pengembangan
instrumen yang terus menerus, baik dari sisi kualitas, harga maupun
keandalannya. Meningkatnya kebutuhan untuk otomatisasi, keamanan
dan kenyamanan menggiring orang untuk mengembangkan sensor dan
sistem sensor baru dengan prinsip dan metoda yang berbeda-beda.
Jumlah sensor dan sistem sensor yang diperlukan juga meningkat. Saat ini
teknologi sensor telah memasuki bidang aplikasi baru dan pasar yang
semakin meluas seperti otomatif dan rumah cerdas . Pada
waktu yang bersamaan sensor dan sistem sensor juga menempati posisi
yang sangat penting untuk penelitian dan pengembangan hampir di
semua bidang.
Dalam tulisan ini disajikan beberapa fakta perkembangan teknologi
“Sensor dan Sistem Sensor: State of
the Art, Kontribusi dan Perspektif Pengembangannya di Masa Depan”
(smart home)
iv v
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
sensor pada saat ini, yang meliputi struktur sensor, teknologi pembuatan-
nya, dan proses pengolahan sinyalnya. Ke tiga komponen ini memegang
peranan yang sangat penting bagi perkembangan bidang sensor dan
sistem sensor. Beberapa kontribusi utama penulis dalam bidang sensor
dan sistem sensor dipaparkan dalam bagian ke dua tulisan ini. Kontribusi
itu meliputi pengembangan sensor koil datar dan aplikasinya untuk
mengukur getaran, pengembangan sensor magnetik dan
beberapa aplikasi penerapannya, dan pengembangan material
dan aplikasinya. Perspektif pengembangan sensor dan
sistem sensor di masa mendatang dipaparkan pada bagian ke tiga tulisan
ini. Beberapa pengamat memprediksi bahwa masa mendatang akan
ditandai oleh era otomatisasi atau robotisasi. Untuk ini diperlukan
banyak sekali sensor yang murah, ringan, berukuran kecil, , dan
dilengkapi dengan sistem komunikasi wireless. Era ini disebut juga
sebagai era sensorisasi. Suatu tantangan yang menarik.
Besar harapan kami tulisan ini dapat memberi manfaat pada bidang
sensor dan sistem sensor khususnya dan ilmu pengetahuan dan industri
umumnya.
Wassalam,
Bandung, 27 Maret 2010
fluxgate
Giant
Magnetoresistance
full
reliably
Mitra Djamal
vi vii
PENGANTAR ............................................................................................. iii
DAFTAR ISI ................................................................................................. v
1. PENDAHULUAN ............................................................................... 1
2. STATE OF THE ART TEKNOLOGI SENSOR ................................. 3
2.1. Struktur Sensor ............................................................................. 4
2.2. Teknologi Sensor ........................................................................... 9
2.3. Pengolahan Sinyal ......................................................................... 9
2.3.1 Pengolahan sinyal sensor secara individu ...................... 10
2.3.2 Pengolahan sinyal sistem multi sensor ............................ 12
3. KONTRIBUSI RISET DAN PENGEMBANGAN ............................ 13
3.1. Sensor Berbasis Koil Datar........................................................... 14
3.1.1 Sensor Getaran ..................................................................... 15
3.1.2 Pemodelan Sensor Getaran ................................................ 18
3.1.3 Tranformasi Fourier ............................................................ 21
3.2. Sensor Berbasis Fluxgate ............................................................. 28
3.2.1. Prinsip Sensor Fluxgate ..................................................... 28
3.2.2. Desain dan Pengembangan Sensor Fluxgate ................. 32
3.2.3. Pengembangan Sensor Fluxgate dengan
Teknologi PCB ..................................................................... 34
3.2.4. Aplikasi Sensor Fluxgate ................................................... 35
3.2.4.1. Sebagai Sensor Medan Magnet Lemah DC ....... 36
DAFTAR ISI
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
R&D3% rumah
3%lingkungan
3%
otomotif26%
teknologipengolahan
19%
perlengkapanprofesional
4%
komunikasi &IT9%
medis10%
bangunan11%
lainnya12%
viii 1
3.2.4.2. Sebagai Sensor Kuat arus ..................................... 39
3.2.4.3. Sebagai Sensor Muai Panjang .............................. 40
3.2.4.4. Sebagai Sensor Jarak (proximity sensor) ........... 41
3.2.4.5. Sebagai Sensor Getaran ........................................ 42
3.3. Sensor berbasis Material GMR .................................................... 44
3.3.1.Pendahuluan ........................................................................ 44
3.3.2.Prinsip GMR ......................................................................... 46
3.3.3.Aplikasi Sensor GMR .......................................................... 50
3.3.3.1. Pengukuran Medan Magnetik ............................ 50
3.3.3.2. Pengukuran Arus .................................................. 51
3.3.3.3. Pengukuran Putaran ............................................. 52
3.3.3.4. Aplikasi GMR untuk Biosensor .......................... 54
4. PENGEMBANGAN SENSOR DI MASA DEPAN: SUATU
PERSPEKTIF ......................................................................................... 55
4.1. Revolusi Industri Tahap ke Tiga ................................................. 55
4.2. Sistem Sensor Smart Terintegrasi ............................................... 58
UCAPAN TERIMA KASIH........................................................................ 60
REFERENSI .................................................................................................. 63
CURRICULUM VITAE .............................................................................. 71
SENSOR DAN SISTEM SENSOR:
STATE OF THE ART, KONTRIBUSI DAN PERSPEKTIF
PENGEMBANGANNYA DI MASA DEPAN
1. PENDAHULUAN
Besarnya kompetisi di pasar bebas mengharuskan pengembangan
instrumen yang terus menerus baik dari sisi kualitas, harga maupun
keandalannya. Meningkatnya kebutuhan untuk otomatisasi, keamanan
dan kenyamanan menggiring orang untuk mengembangkan sensor dan
sistem sensor baru dengan prinsip dan metoda yang berbeda-beda.
Jumlah sensor dan sistem sensor yang diperlukan juga meningkat. Saat ini
teknologi sensor telah memasuki bidang aplikasi baru dan pasar yang
semakin meluas seperti otomatif dan rumah cerdas . Pada
waktu yang bersamaan sensor dan sistem sensor juga menempati posisi
yang sangat penting untuk penelitian dan pengembangan hampir di
semua bidang.
[1]
[2] [3](smart home)
Gambar 1:
Ekstrapolasi data kebutuhan sensor
tahun 2010 [4]
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
radiasi
mekanik
termal
kimia
magnet
listrik
pengolahan
sinyal
rasio kinerja
terhadap biaya
teknologi
2 3
Dari data mengenai pasar sensor dunia diketahui bahwa perkem-
bangan rata-rata produksi sensor dalam sepuluh tahun terakhir mening-
kat 4.5% setiap tahunnya, dengan prediksi komposisi kebutuhan pada
tahun 2010 ditunjukkan pada Gambar 1. Terlihat bahwa pasar otomotif
menempati segmen terbesar yakni 26% dari pasar dunia, disusul dengan
teknologi pengolahan 19%, bangunan 11% dan kesehatan 10%.
Tantangan utama teknologi sensor masa kini adalah mengukur
besaran-besaran yang selama ini sulit atau tidak bisa diukur dan
meningkatkan nilai informasi sensor dengan menggunakan metoda-
metoda pengukuran yang sudah dikenal. Dalam pengembangan sensor
dan sistem sensor perlu dipilih prinsip-prinsip pengukuran yang cocok,
pengukuran-pengukuran khusus perlu dikembangkan untuk meningkat-
kan kemampuan sensor. Dalam hal ini perlu dikompromikan antara
biaya dan permintaan.
[4]
[5]
[6]
Gambar 2: Performansi sensor sebagai fungsi dari teknologi yang digunakan
dan sistem pengolah sinyalnya .[5]
Peningkatan kemampuan sensor secara umum dapat dicapai dengan
melakukan pemilihan yang tepat terhadap teknologi manufaktur,
struktur sensor dan pengolah sinyalnya. Penggunaan teknologi baru
untuk menghasilkan sensor-sensor tertentu tidak langsung berkaitan
dengan peningkatan kemampuan sensor secara menyeluruh. Semakin
banyak langkah-langkah teknologi proses yang dilakukan dalam
membuat sensor atau sistem sensor maka akan semakin rumit teknik-
teknik yang diperlukan untuk mengatasi efek-efek sensor yang tidak
diinginkan. Oleh karena itu untuk mendapatkan kemampuan sensor atau
sistem sensor yang optimal perlu dipilih kombinasi yang tepat antara
teknologi dengan sistem pengolah sinyal yang digunakan seperti dapat
dilihat pada Gambar 2.
Secara umum sensor didefinisikan sebagai piranti yang mengubah
besaran-besaran fisis (seperti: magnetik, radiasi, mekanik, dan termal)
atau kimia menjadi besaran listrik, seperti terlihat pada Gambar 3.
[5]
[7]
2. STATE OF THE ART TEKNOLOGI SENSOR
Gambar 3:
Definisi sensor [7]
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
StrukturSensor
PengolahanSinyal
TeknologiManufaktur
4 5
Kemampuan suatu sensor atau sistem sensor ditentukan oleh
interaksi yang kuat dari tiga komponen utama pembentuknya, seperti
struktur sensor, teknologi manufaktur dan algoritma pengolah sinyal-
nya. Perkembangan teknologi sensor juga dipengaruhi oleh perkem-
bangan dari ketiga bidang ini (Gambar 4).
[1]
2.1. Struktur Sensor
Bagian inti suatu sistem sensor adalah elemen sensor. Bagian ini
mengubah besaran fisika atau kimia yang diukur menjadi sinyal analog
elektronik (Gambar 5). Sinyal analog ini oleh unit pra pengolah sinyal
diubah menjadi sinyal digital.
Gambar 4: Tiga komponen utama pembentuk teknologi sensor .[1]
Gambar 5: Struktur dasar suatu sistem sensor .[1]
Dengan semakin murahnya piranti pengubah sinyal analog ke digital,
sistem pengolah sinyal semakin bergeser dari sistem level tinggi ke level
sensor. Adanya fasilitas pengolahan sinyal digital pada sensor berkon-
tribusi pada peningkatan kemampuan sensor, misalnya untuk mengatasi
variasi keluaran sensor akibat proses fabrikasi yang dapat dilakukan
dengan mudah saat konfigurasi sensor. Untuk memudahkan integrasi
antara sistem sensor dengan sistem level yang lebih tinggi diperlukan
suatu sistem antarmuka yang tepat. Sistem ini dipenuhi oleh bus sensor.
antarmuka
sensorbesaran
yang diukur
sinyal analog
sinyal digital
pra-pengolah sinyal
sinyal kompatibel bus
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
m Sensor Posisi
Defleksi
z
GayaInersia
GayaPemulih
Fa
Fel
I
pengolahan sinyal
pra-pengolahsinyal
sensor
unit tes mandiri dankalibrasi mandiri
informasi tambahantentang perilaku sensor
besaran yangdiukur
parametereksitasi
Besaran hasilpengukuran
6 7
Gambar 6: Struktur sensor dengan tes mandiri dan kalibrasi mandiri .[1]
Dalam perkembangan belakangan ini, sistem sensor dilengkapi
dengan sistem tes mandiri (selft test) dan sistem kalibrasi mandiri
yang terintegrasi dalam proses desain. Desain sensor semacam
ini memberikan banyak keuntungan, antara lain peningkatan kehandalan
dan mereduksi biaya instalasi dan biaya pemeliharaan. Struktur sensor
dengan sistem tes mandiri dan kalibrasi mandiri berbeda dengan struktur
sistem sensor standar, karena disini diperlukan informasi tambahan
tentang perilaku sensor (Gambar 6). Secara umum, diperlukan informasi
khusus tentang perilaku sensor dan batasan kemampuan sensor.
Keadaan sensor dapat dimonitor dengan membandingkan keluaran
sensor dengan nilai keluaran yang diprediksi berdasarkan hubungan
(self
calibration)
[1]
yang telah diketahui sebelumnya. Sebagai contoh sensor percepatan
dengan struktur lingkar tertutup (Gambar 7). Gaya inersia
yang bekerja pada massa dikompensasi oleh gaya pemulih yang
dihasilkan secara elektronik. Dalam hal ini, test mandiri dapat dilakukan
dengan menggunakan gaya pemulih yang sudah diketahui.
(closed loop)
[6]
Untuk kalibrasi mandiri, keluaran sensor dari masukan yang sudah
tertentu digunakan untuk menghitung parameter sensor. Melalui
kalibrasi mandiri, pengaruh efek penuaan dapat diperhitungkan,
sehingga batas ketelitian pengukuran selama proses pengukuran dapat
dijamin. Penempatan test mandiri dan kalibrasi mandiri secara
terintegrasi di dalam sistem sensor memungkinkan desain sistem sensor
yang bebas kalibrasi. Sebagai contoh pengukuran temperatur bebas
Gambar 7: Sensor percepatan dengan struktur lingkar tertutup .[6]
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 20108 9
kalibrasi berdasarkan prinsip hubungan p-n yang telah dikembangkan
oleh Kanoun.[8]
Metoda yang dikembangkan [8] mengukur temperatur dengan
menggunakan arus sebagai besaran pengarah . Dengan
cara ini ketergantungan pada sifat-sifat sensor dapat dieliminasi.
Keuntungan utama dari metoda ini adalah bahwa karakteristik i-u dari
suatu hubungan p-n tidak dipengaruhi oleh variasi manufaktur dan
semua parameter dapat diukur secara simultan. Proses perhitungan ini
diulang pada setiap proses pengukuran temperatur, sehingga tidak ada
parameter yang tidak diketahui yang harus ditentukan sebelum
pengukuran. Prinsip pengukuran ini memungkinkan pengukuran
(steering quantity)
Gambar 8: Pengukuran temperatur bebas kalibrasi berdasarkan
prinsip hubungan p-n karakteristik i-u. [8]
temperatur tanpa mengkalibrasi sensor pada temperatur referensi.
Perkembangan yang sangat pesat pada teknologi sensor saat ini
dimungkinkan karena adanya teknologi mikro. Teknologi ini menawar-
kan biaya produksi yang murah, ukuran yang lebih kecil, konsumsi daya
yang lebih rendah, dan kehandalan yang lebih tinggi dibandingkan
teknologi yang sebelumnya.
Diantara teknologi-teknologi mikro yang ada,
adalah teknologi mikro yang paling banyak dikembangkan orang. Hal
ini disebabkan karena bahan silisium mempunyai sifat-sifat yang baik,
seperti bebas dari kesalahan histeresis dan mempunyai sifat mekanik yang
baik.
Adanya fluktuasi beberapa parameter yang terjadi selama proses
fabrikasi, menyebabkan terjadinya variasi manufaktur. Faktor-faktor
pengaruh seperti temperatur, tekanan, dan kelembaban dapat
mempengaruhi karakteristik sensor. Efek penuaan dalam beberapa hal
dapat mempengaruhi karakteristik sensor, seperti perubahan sensitivitas
atau pergeseran titik nol.
2.2. Teknologi Sensor
2.3. Pengolahan Sinyal
silicon micromachining
[9,10]
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Elemen Sensor
Faktor -Faktor
pengaruh
Besaran
yang diukur
Rangkaian Operasi
Perlindungan terhadap
kelebihan tegangan
Penguatan ,
Linierisasi,
Konversi Sinyal
Pengolahan
Sinyal Analog
A/D-Converter
Amplitudo
Frekuensi
Koreksi terhadap
faktor pengaruh ,
Toleransi Manufaktur ,
Efek lama
penyimpanan
Perhitungan dari
Nilai Pengukuran
Pengolahan
Sinyal Digital
Model
Nilai
yang diukur
Antarmuka Sensor
Besaran
yang diukurSinyal
Sensor
PerbedaanManufaktur
Faktor - faktorpengaruh
EfekPenuaan
Pengolahan Sinyal
10 11
Gambar 9: Pengolahan sinyal sensor. [1]
Pengolahan sinyal sensor ditujukan untuk mengatasi efek-efek
pengaruh sehingga didapat nilai yang terbaik dari hasil
pengukuran (Gambar 9). Dengan teknik pengolahan sinyal yang sesuai
maka karakteristik sistem sensor dan ketelitiannya dapat ditingkatkan
secara signifikan.
Sinyal keluaran dari suatu elemen sensor seringkali lemah atau sangat
lemah. Untuk mendapatkan keluaran yang baik, sinyal ini perlu
diperkuat, proses penguatan ini dilakukan oleh bagian pra pengolah
sinyal. Dalam proses pra pengolah sinyal dilakukan beberapa hal, antara
lain: pengukuran-pengukuran khusus untuk memastikan proses,
(influence factors)
2.3.1. Pengolahan sinyal sensor secara individu
pemilihan struktur sensor, penguatan sinyal, penyekalaan, linierisasi, dan
konversi sinyal (Gambar 10).
Gambar 10: Pengolahan sinyal sensor secara individu .[1]
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201012 13
Sensor ultrasonik sangat peka terhadap gangguan panas, misalnya
akibat turbulensi udara dan akibat pergerakan gorden. Sensor gelombang
mikro dapat mendeteksi objek di luar ruang pengamatan dan dapat
memberikan informasi yang salah akibat gangguan gelombang elektro-
magnetik. Kombinasi dari ke dua detektor ini dan penggunaan pengolah
sinyal yang tepat memberikan hasil deteksi yang lebih dipercaya
, karena ke dua sensor dipengaruhi oleh gangguan-gangguan
yang berbeda.
Sistem multi sensor juga digunakan untuk mengukur konsentrasi gas.
Penggunaan satu sensor untuk mengukur konsentrasi gas biasanya tidak
cukup untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat. Penggunaan
alat-alat analisa memberikan hasil yang cukup baik, tetapi harganya
terlalu mahal, sehingga sulit diterapkan untuk banyak hal. Penggunaan
beberapa sensor gas yang harganya relatif murah dalam suatu sistem
multi sensor dapat meningkatkan kehandalan dan ketepatan hasil
pengukuran yang cukup signifikan.
Sedikitnya ada 3 topik riset utama yang telah dikembangkan dan
masih berjalan sampai saat ini, yakni sensor berbasis koil datar, sensor
berbasis fluxgate, dan pengembangan material sensor berbasis bahan
(GMR).
(reliability)
Giant Magnetoresistance
[12]
3. KONTRIBUSI RISET DAN PENGEMBANGAN
Gambar 11: Pengenalan objek menggunakan sistim multi sensor. [11]
2.3.2. Pengolahan sinyal sistem multi sensor
Secara umum, sistem satu sensor hanya dapat menghasilkan
informasi dari suatu keadaan lingkungan, sedangkan sistem multi sensor
mengkombinasikan banyak data yang dihasilkan dari banyak sensor yang
bekerja dengan prinsip yang sama dan/atau berbeda untuk mengukur
besaran yang sama. Tujuan penggunaan sistem multi sensor adalah
mendapatkan efek-efek sinergi untuk meningkatkan kualitas dan
keberadaan informasi dari keadaan lingkungan yang sama.
Umumnya sistem multi sensor digunakan untuk mendapatkan
informasi yang akurat dan handal dari besaran yang diukur, tetapi tidak
bisa diperoleh hanya dari satu sensor saja. Sebagai contoh penggunaan
sensor ultrasonik dan sensor gelombang mikro untuk
mendeteksi keberadaan suatu objek, misalnya penyusup
(Gambar 11).
(microwave)
(intruder)
[11]
objek
v
Rx
Tx
TxRx
ModulUltrasonik
ModulGelombang
MikroA/D
A/D
m(t)
v(t)
Unit pengolahan
Pergeseran DopplerΔl0
Pergeseran DopplerΔl0
Koinsidensfrekuensi
Gerak/kecepatanv
m
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201014 15
3.1. Sensor berbasis koil datar
Gambar 12 menunjukkan sistem sensor koil datar. Prinsip fisis sebuah
sensor koil datar adalah berdasarkan arus eddy. Jika pada koil datar
dialiri arus ac dan di depannya diletakkan suatu bahan konduktor, maka
pada bahan konduktor akan terjadi arus eddy. Arus eddy ini akan
menghasilkan induksi magnetik. Induktansi total antara koil datar
dengan bahan konduktor merupakan fungsi dari jarak antara ke
duanya.
Elemen sensor digunakan sebagai bagian dari osilator LC. Frekuensi
resonansi osilator adalah fungsi dari jarak. Dengan menggunakan
rangkaian PLL dilakukan perubahan dari frekuensi
resonansi menjadi tegangan. Gambar 13 menunjukkan tegangan keluaran
sensor sebagai fungsi jarak.
[13]
[14,15,16]
(Phase Locked Loop)
Gambar 12: Sensor koil datar: (a) elemen koil datar dan
(b) elemen koil datar di depan suatu bahan konduktor.
(a) (b)
Gambar 13: Tegangan keluaran sensor sebagai fungsi jarak.
Dari Gambar 13 dapat diketahui bahwa sensor memiliki kepekaan 2,6
mV/µm.
Salah satu aplikasi dari elemen koil datar adalah sensor getaran.
Sistem sensor getaran ini terdiri dari elemen koil datar, massa seismik,
pegas dan kerangka (Gambar 14b). Sistem sensor ini telah dipatenkan.
3.1.1. Sensor getaran
[15]
Gambar 14: Sensor getaran yang dikembangkan: (a) prototip sensor
dan (b) diagram blok sensor.
objek
H
Djdj
h
koil datar
1
2
3
4
4
3
2
1
pegas massa seismik
bodi
elemen koil datar
(a) (b)
800
600
400
200
00 50 100 150 200
Vo (mV)
jarak ( m)�
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201016 17
Sensor getaran ini ditempelkan pada objek yang akan diukur
getarannya. Getaran suatu objek akan menggetarkan kerangka sensor.
Getaran pada kerangka sensor akan menggetarkan massa seismik. Elemen
koil datar yang diletakkan di depan massa seismik digunakan untuk
mengukur posisi massa seismik setiap saat. Dengan mengetahui posisi
massa seismik setiap saat maka dapat ditentukan frekuensi dan amplitudo
getaran yang diukur.
Menurut hukum Hooke , jika amplitudo getaran massa seismik
kecil, maka akan linier dengan amplitudo sistem bergetar. Elemen koil
datar akan mengukur posisi dari massa seismik secara dinamis. Menurut
hukum Nyquist, minimum frekuensi sampling harus dua kali dari
frekuensi sistem bergetar . Dengan menggunakan
[17]
[18] Fast Fourier
Gambar 15: Desain massa seismik dan pegas.
Gambar 16: Sistem getaran harmonik sederhana.
Gambar 16 memperlihatkan sebuah sistem getaran harmonik
sederhana. Dari hukum Hooke diperoleh hubungan:
, (1)
dengan masing-masing massa seismik, percepatan massa
seismik, tetapan pegas dan perpindahan pegas. Frekuensi resonansi dari
massa seismik adalah:
(2)
Karakteristik dari sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan
ditunjukkan pada Gambar 17. Untuk sistem sensor, lebih baik jika
kepekaan massa seismik memiliki nilai maksimalnya. Dengan memilih
nilai dan yang tepat dari bahan sensor, dapat ditentukan f yang sesuai
dengan frekuensi kerja sensor. Gambar 17 menunjukkan karakteristik dari
m, a, k, y
k m 0
kyma
m
kπf
2
10
Gambar 15 menunjukkan desain massa seismik dan pegas. Untuk
keperluan ini diperlukan bahan dengan kelentingan yang baik. Bahan
dengan spesifikasi seperti ini dipenuhi oleh CuBe.
massa seismik m
pegas
Transformation (FFT), data posisi diubah menjadi frekuensi.
Hubungan antara massa seismik, tetapan pegas, frekuensi dan
amplitudo getaran dapat ditentukan dengan model getaran harmonik
sederhana.
k
my
deteksi getaran
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
percepatan (g)
V0
(mV
)
f = 50 Hz
63
8
10
125
f = Hz
f = 0 Hz
f = 0 Hz
f = Hz
18 19
Gambar 17: Karakteristik sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan.
3.1.2. Pemodelan Sensor Getaran
Kalibrasi dilakukan untuk menentukan karakteristik dari sensor
getaran yang dikembangkan. Sebagai kalibrator, sebuah sistem-kalibrator
Bruel & Kjaer Type 4345 digunakan. Gambar 18 menunjukkan tegangan
keluaran sensor sebagai fungsi percepatan pada frekuensi yang berbeda-
beda. Dari Gambar 18 terlihat adanya hubungan linier antara percepatan
dan tegangan keluaran sensor. Melalui pendekatan garis lurus dapat
ditentukan model matematis sistem sensor getaran dengan tegangan
keluaran sensor sebagai fungsi dari frekuensi dan amplitudo getaran
dalam bentuk:
afmf,aVo(3)
dengan dan masing-masing adalah percepatan, frekuensi, dan
kemiringan kurva. Parameter kemiringan m adalah fungsi dari frekuensi.
Dari Gambar 19, dengan menggunakan pendekatan matematika
diperoleh hubungan:
(4)
a, f, m
f.
f..fm
00601
3300315
Gambar 18: Tegangan keluaran sensor sebagai fungsi percepatan
pada frekuensi yang berbeda-beda.
Gambar 19: Model matematika dari sistem sensor getaran yang dikembangkan.
sistem pegas sensor getaran yang dikembangkan pada percepatan 0.2 g.
Tegangan keluaran diukur sebagai fungsi dari frekuensi. Frekuensi
resonansi sistem pegas dicapai pada frekuensi 155 Hz.
f (Hz)
V0
(Vp
p)
V0 (Vpp)
0 50 100 150 200
30
25
20
15
10
5
0
Model untuk f= 50 Hz
63
8
10
125
Model untuk f= Hz
Model untuk f= 0 Hz
Model untuk f= 0 Hz
Model untuk f= Hz
Pengukuran untuk f= 50 Hz
63
8
10
125
Pengukuran untuk f= Hz
Pengukuran untuk f= 0 Hz
Pengukuran untuk f= 0 Hz
Pengukuran untuk f= Hz
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
percepatan (g)
V0
(mV
)
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201020 21
Dengan memasukkan persamaan (4) ke persamaan (3) diperoleh
tegangan keluaran sebagai fungsi dari frekuensi dan amplitudo getaran:
(5)
Berdasarkan model matematis sensor pada persamaan (5) dapat
ditentukan kesalahan relatif sensor yang dikembangkan (Gambar 21).
Dari Gambar 21 diketahui bahwa kesalahan relatif sensor yang
dikembangkan lebih kecil dari 3%. Pada frekuensi 50 Hz terdapat
kesalahan yang cukup besar. Kesalahan ini berasal dari jaringan listrik.
Sensor posisi mengukur massa seismik sebagai fungsi dari waktu.
Untuk getaran, dua informasi yang diperlukan, yaitu amplitudo dan
frekuensi. Kedua informasi dapat diperoleh secara langsung dengan
menggunakan transformasi Fourier. Dengan menggunakan transformasi
Fourier data posisi diubah menjadi frekuensi. Puncak spektrum
transformasi Fourier menunjukkan komponen frekuensi dan amplitudo
menunjukkan kuat getaran. Misalnya fungsi posisi massa seismik adalah
dan transformasi Fourier dalam bentuk :
(6)
Menurut hubungan Parseval, dapat dilihat bahwa ada korelasi linear
antara amplitudo posisi dan amplitudo transformasi Fourier .
Oleh karena data posisi dari massa seismik dan waktu diambil secara
diskrit, maka dibutuhkan transformasi Fourier waktu diskrit atau
(DFT).
3.1.3. Transformasi Fourier
x(t) X( )
Discrete-time Fourier Transform
�
(7)
[18]
f.
af..f,aVo
00601
3300315
Gambar 20: Parameter kemiringan m sebagai fungsi frekuensi.
Gambar 21: Kesalahan relatif dari sensor getaran yang dikembangkan.
��� deXtx tj)(
dtetxX tj�� )(
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 50 100 150
pendekatan
Data
Frekuensi (Hz)
nila
im
f= 50 Hz
63
8
10
125
f= Hz
f= 0 Hz
f= 0 Hz
f= Hz
Percepatan (g)
Kes
alah
anR
elat
if(%
)
f=50
Hz
f=63
Hz
f=80
Hz
f=100
Hz
f=125
Hz
f Hz( )0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
76543210
-1-2-3
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Am
pli
tud
oF
FT
percepatan (g) = 0,7
percepatan (g) = 0,4
percepatan (g) = 0,1
percepatan (g) = 0,1
percepatan (g) = 0,2
percepatan (g) = 0,3
percepatan (g) = 0,4
percepatan (g) = 0,5
percepatan (g) = 0,6
percepatan (g) = 0,7
percepatan (g) = 0,8
percepatan (g) = 0,9
2500
2000
1500
1000
500
0
57
59
61
63
65
67
f (Hz)
22 23
(8)
(9)
Sering kali, sinyal-sinyal ini memilki durasi yang cukup panjang.
Dalam kasus seperti ini sangat penting menggunakan prosedur
komputasi yang efisien. Salah satu teknik yang sangat efisien untuk
perhitungan DFT dengan durasi yang terbatas adalah algoritma
(FFT). Algoritma ini digunakan untuk menghitung hasil
pengukuran sensor yang dikembangkan.
Gambar 22 menunjukkan data tegangan keluaran sensor sebagai
fungsi dari waktu dengan sumber frekuensi 130 Hz dan sampling
frekuensi 28 kHz.
Fast
Fourier Transform
2
21 )( deXnx
nj
n
nj denxX ][
Gambar 22: Data tegangan keluaran sensor yang dikembangkan sebagai fungsi
dari waktu dengan frekuensi sumber 130Hz dan frekuensi sampling 28kHz
Transformasi Fourier (FFT) dari data pada Gambar 22 ditunjukkan
pada Gambar 23.
Gambar 23 menunjukkan korelasi yang baik antara frekuensi puncak
spektrum FFT dengan frekuensi sumber (130Hz).
Gambar 24 menunjukkan spektrum FFT, dengan amplitudo FFT seba-
gai fungsi dari frekuensi dan percepatan pada frekuensi sumber 62 Hz.
Gambar 23: Spektrum Transformasi Fourier dari data Gambar 22.
Gambar 24: Spektrum FFT, dengan amplitudo FFT sebagai fungsi
dari frekuensi dan percepatan pada frekuensi sumber 62Hz.
Waktu (ms)
Teg
angan
Kel
uar
an(V
)
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
-2
-2,5
7,7 15,4 23,07 30,7 38,5
Am
pli
tudo
FF
T
f (Hz)
f =130 Hzp
150 300 450
1000
800
600
400
200
0
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201024 25
Dari Gambar 24 terlihat bahwa puncak amplitudo FFT terletak di
frekuensi getaran sistem (62Hz) dan amplitudo FFT adalah linear
terhadap percepatan yang diberikan (Gambar 25).
Gambar 27 menunjukkan amplitudo FFT sebagai fungsi dari
frekuensi pada percepatan yang berbeda-beda.
Gambar 27 memperlihatkan bahwa peningkatan percepatan
menyebabkan peningkatan intensitas FFT dengan amplifikasi yang
berbeda dengan frekuensi yang berbeda, tetapi dengan kecenderungan
yang sama. Intensitas FFT minimum dihasilkan pada daerah sekitar
frekuensi 40 Hz. Frekuensi ini sesuai dengan frekuensi sumber penggetar
yang diberikan. Menurut [6] karakteristik sensor ini dapat didekati
dengan polinom berdasarkan metode fungsi dasar. Dengan metode ini
amplitudo sebagai fungsi dari frekuensi dan percepatan dapat
ditulis dalam bentuk:
(10)
FFT A f a
Selanjutnya akan ditentukan model sensor dari spektrum FFT.
Gambar 26 menunjukkan amplitudo spektrum FFT sebagai fungsi
percepatan dan frekuensi.
Gambar 25: Hubungan antara amplitudo dan percepatan FFT.Gambar 27: Amplitudo spektrum FFT sebagai fungsi frekuensi pada
percepatan yang berbeda-beda.
Gambar 26:
Amplitudo spektrum FFT
sebagai fungsi dari frekuensi
dan percepatan. f
awfavauf,aA
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0 0.2 0.4 0.6
Data f = 39,5 Hz
Model
Percepatan (g)
Am
plit
udo
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Am
pli
tudo
FF
T
0.5
Frekuensi (Hz)
Percepatan(g)
25 40 50 63 80
0.4
0.3
0.2
0.1
6000
5000
4000
3000
2000
1000
010 20 30 40 50 60 70 80 90
a = 0.5g
a = 0.4g
a = 0.3g
a = 0.2g
a = 0.1g
Frekuensi (Hz)
Am
pli
tud
oF
FT
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010 2726
dengan dan adalah parameter yang merupakan fungsi
dari percepatan . Menggunakan data dalam Gambar 27, parameter dari
dan dapat ditentukan :
(11)
seperti dapat dilihat pada Gambar 28 (a), (b) dan (c).
u(a), v(a) w(a)
a
u(a), v(a) w(a)
(12)
(13)
2520009951258199492 a.a..au
a..av 751292512
2540867131352637778185 a.a..aw
( a )
( b )
( c )
Gambar 28: Parameter dan sebagai fungsi dari percepatan .u, v, w a
Dengan menggunakan model sensor yang ditunjukkan pada
persamaan (10) diperoleh kesalahan relatif sensor kurang dari 6%
(Gambar 32).
Gambar 29: Kesalahan relatif model sensor menggunakan spektrum FFT.
100
50
0
V(a)
V(a) = 12.25 + 129.57*a
0.2 0.4 0.6a
0.60.50.40.30.20.1
100000
80000
60000
40000
20000
0
w(a)
a
w(a) = 8185.77 + 352637.31*a - 408671.5*a*a
0
-1000
-2000
-3000
u(a)
u(a) = -492.99+12581*a+20091.5 *a*a
a0.2 0.4 0.6
Percepatan (g)
Frekuensi (Hz)
Kes
alah
anR
elat
if(%
)
6
4
2
0
-2
-4
-625
4063
800.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201028 29
3.2. Sensor berbasis fluxgate
3.2.1. Prinsip Sensor Fluxgate
Sensor adalah sensor magnetik yang bekerja berdasar
perubahan flux magnetik disekitar elemen sensor . Elemen sensor
terdiri dari kumparan primer , kumparan sekunder
dan inti ferromagnetik , seperti ditunjukkan gambar
(30a). Berdasarkan arah medan eskitasi yang dihasilkan oleh kumparan
eksitasi, maka elemen sensor fluxgate terdiri dari dua, yaitu: sensor
fluxgate orthogonal: arah medan eksitasi tegak lurus arah medan
eksternal yang di ukur, sedangkan parallel sensor fluxgate : arah medan
medan eksitasi sejajar dengan medan eksternal yang diukur, seperti
ditunjukkan Gambar (30b) dan (30c).
fluxgate
fluxgate (excitation coil)
(pick-up coil) (core)
[19]
Pada metoda pengukuran kuat medan magnet didasarkan
pada hubungan antara kuat medan magnet yang diberikan dengan
fluks medan magnet induksi . Jika yang dihasilkan berasal dari
masukan berupa gelombang pulsa bolak-balik, maka dalam keadaan
saturasi pada keluaran akan timbul gelombang harmonik genap,
gelombang harmonik ke dua, yang besarnya sebanding dengan medan
magnet luar yang mempengaruhi inti dan arahnya sebanding dengan arah
medan magnet luar. Prinsip pengukuran ini dapat ditunjukkan gambar
31.
fluxgate,
H
B B
H
B
Gambar 30: Konfigurasi dasar kumparan elemen sensor fluxgate. [20]
Gambar 31: Prinsip kerja sensor .fluxgate [21]
Prinsip kerja sensor ketika mengukur perubahan medan
magnet luar ditunjukkan pada Gambar 31. Prinsip kerja sensor magnetik
fluxgate
(a). Konfigurasi dasar elemen sensor fluxgate(b). Konfigurasi paralel elemen sensor fluxgate(c). Konfigurasi ortogonal elemen sensor fluxgate
(a) (b)
(c)
Inti
ferromagnetikKumparan
eksitasi
Kumparan
pick-up
Kumparan pick-up
Kumparan eksitasiInti
ferromagnetik
Intiferromagnetik
Kumparan pick-up
Kumparan eksitasi
Aruseksitasi
H ext
H exc
V out+
-
Arus eksitasi
V out+-
H exc
H ext
Hexc Hexc
t tHext
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
t t
t t
t t
d�dt
d�dt
Vout Vout
Bext = 0 Bext � 0
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010 31
penting karena menentukan sensitivitas dan akurasi dari sensor .
Disamping itu inti harus bersifat robus terhadap pengaruh luar seperti
vibrasi akustik dan deformasi mekanik. Bahan yang memenuhi
persyaratan tersebut Vitrovac dan METGLASS. Vitrovac atau kaca logam
Co Fe Si B 6025 mempunyai permeabilitas relatif yang tinggi, yaitu
sekitar 100000. Penggunaan pita Vitrovac memungkinkan desain sensor
dengan ukuran yang cukup kecil dan robus.
Untuk mengevaluasi tegangan keluaran sensor digunakan
fungsi transfer. Fungsi transfer suatu sensor magnetik
menggambarkan hubungan antara tegangan keluaran Vo dengan medan
magnet yang diukur. Fungsi transfer dapat dihitung menggunakan
pendekatan polinomial kemudian mencari komponen frekuensi yang ada
di dalam kerapatan fluks magnetik inti sensor. Penggunaan pendekatan
polinomial teknik harmonisa kedua akan memudahkan untuk menyeder-
hanakan fungsi transfer ke dalam komponen frekuensi . Perubahan flux
magnetik yang berasal dari kumparan eksitasi ditangkap oleh kumparan
pick-up dalam bentuk tegangan listrik. Komponen tegangan keluaran
harmonisa kedua dari kumparan pick-up adalah:
(14)
Dengan adalah amplitude medan exksitasi, jumlah lilitan pick-
up, luas penampang inti, kecepatan sudut, h medan eksternal dan
h adalah medan referensi dari eksitasi, Dari persamaan (14) terlihat
bahwa tegangan keluaran harmonisa ke dua adalah berbanding lurus
[23]
[24]
66.5 3.5 12 18
ext
refmax
fluxgate
fluxgate
V
B N
A
out2h
o
�
thhaNABV refexthout �� 2sin3 2max302
30
fluxgate
B 0;
B =0;
B 0 B =0
B 0
B =0 B 0
. (a) Medan eksitasi tanpa medan magnet luar B =0; (b) Medan
eksitasi dengan medan magnet luar (c) kurva magnetisasi dalam
keadaan saturasi pada (d) kurva magnetisasi dalam keadaan
saturasi pada ; (e) perubahan fluks terhadap waktu pada ; (f)
perubahan fluks terhadap waktu pada ; g) tegangan keluaran sensor
pada ; (h) tegangan keluaran sensor pada .
Tegangan keluaran V dari elemen sensor diolah dengan menggu-
nakan rangkaian pengolah sinyal. Pengolah sinyal sensor terdiri dari
beberapa bagian, yaitu diffrensiator, detektor, sinkronisasi fasa,
integtrator, dan penguat akhir. Secara skematik terlihat pada Gambar 32:
ext
ext
ext
ext ext
ext
ext ext
�
�
�
�
out
Karakteristik tegangan keluaran sensor dipengaruhi oleh
banyak faktor antara lain: jumlah lilitan eksitasi dan , dimensi
geometri elemen sensor, sifat dan jenis material inti ferromagnetik, jumlah
lapisan inti frekuensi dan arus eksitasi . Pemilihan bahan inti sangat
fluxgate
pick-up
[20,21,22]
Generator Sensor Pengolah sinyal Penyearah Displai
Dua kali frekuensi(2fo)
osilator
Buffer
Gambar 32: Skema Diagram Pengolahan Sinyal Sensor.
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201032
dengan kuat medan yang diukur.
Untuk meningkatkan efektifitas dan efisiensi sensor
dilakukan berbagai upaya oleh para peneliti seperti perbaikan pada
desain struktur sensor, rangkaian pengolah sinyal dan meminiatur
ukuran sensor dalam orde yang lebih kecil . Selain itu teknik
pembuatan sensor juga makin berkembang mulai dari metode
konvensional sampai metode dalam bentuk printed circiut board (PCB)
atau integrated circuit (IC) seperti:
evaporasi dan sputtering ,
kombinasi dari beberapa metode tersebut disebut hybrid technology.
Metode pembuatan elemen sensor di atas mempunyai proses
yang sangat komplek sehingga mengakibatkan harga proses pembuatan
mahal, sensitivitasnya yang dihasilkan rendah karena luas penampang
menjadi kecil, dan keterbatan dalam jumlah lilitan dalam
solenoide . Beberapa nilai sensitivitas sensor yang telah berhasil
diperoleh penelti sebelumnya antara lain : 60V/T , 3760 V/T , 28 V/T ,
13100T/V , 20.000V/T , 241 V/T , 0,510 V/T . Selain itu sensor dengan
resolusi tinggi yang beredar dipasaran sangat mahal harganya.
Berdasarkan perkembangan sensor magnetik , maka kami
mencoba mengembangkan model geometri elemen sensor dengan
konfigurasi tunggal dengan inti ferromagnetik dan
[25,26]
[27,22,28,29]
[20,25,26,30,31]
[32,33]
[34]
[31] [35] [32]
[36] [16] [29] [20]
3.2.2. Desain dan Pengembangan Sensor Fluxgate
fluxgate
electroplated/electroplating, chemical
etching, flex-foil, photolithograpy,
fluxgate
(cross-sectional)
fluxgate
fluxgate
pick-up dual-probe pick-
33
up (race-track)ganda dengan bentuk inti oval . Kedua geometri elemen
sensor tersebut ditunjukkan Gambar 33.
Geometri elemen sensor bagian (b) memiliki kelebihan antara lain
medan eksitasi kedua sisi sama besar sehingga dapat mengurangi noise .
Berdasarkan hasil desain elemen sensor di atas dan untuk keperluan
tulisan ini kami memilih salah satu hasil desain elemen sensor yang telah
kami buat, seperti ditunjukkan Gambar 34.
[29]
Gambar 33: Geometri elemen sensor fluxgate: (a) pick-up tunggal dan
(b) pick-up ganda .[22,23]
H ext
plastik
Kumparanpick-up
Kumparaneksitasi
Vitrovac 6025
Iref
Vout
H extH exc
H exc H exc
Vout
Kumparanpick-up
Kumparan eksitasi
Arus eksitasi
Intiferromagnetik
Lexc
(a) (b)
Gambar 34:
Foto hasil desain elemen sensor fluxgate.
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Elemen sensor di atas memiliki konfigurasi 2x40 untuk lilitan eksitasi,
2x70 untuk dan inti Ferromagnetik 10 lapis yang terbuat dari
Metglas 2705M (2x0.02 mm). Hasil desain elemen sensor ini mempunyai
dimensi yang kecil, yaitu 1.5 x 0.5 cm.
Dalam pembuatan elemen sensor dengan teknik PCBs memiliki tiga
tahapan proses, yaitu (1). Desain teknik, (2). Desain fisik PCBs, (3),
Pencetakan ke PCBs. Setiap tahap memerlukan perangkat lunak tertentu.
Ketiga perangkat lunak tersebut adalah Computer Aided Engineering
(CAE), Computer Aided Design (CAD) dan Computer Aided
Manufacturing (CAM) . Untuk mendapatkan hasil yang diharapkan
semua proses mempunyai keterkaitan yang sangat erat dan tidak dapat
dipisahkan. Untuk pembuatan elemen sensor fluxgate dengan teknik
PCBs yang sangat menentukan adalah: dan (jalur) yang
mengantikan sistim gulungan kawat yang dilakukan selama ini. Hasil
desain dengan teknologi PCBs ditunjukkan Gambar 35. Hasil
karakterisasi masing-masing sensor dirangkum dalam Tabel 1. Terlihat
daerah linier sangat kecil tetapi sensitivitasnya tinggi, kesalahan absolut
dan relatif masih besar. Selain itu ukuran sensor yang diperoleh masih
sangat besar. Sensor dengan pick-up tunggal dan PCB 4 lapis memberikan
hasil lebih baik dari yang lainnya .
pick-up
footprint track
3.2.3. Pengembangan Sensor Fluxgate Dengan Teknologi PCB
[37]
[38]
Tabel 1. Hasil karakterisasi sensor dengan teknologi PCBs
3.2.4. Aplikasi Sensor Fluxgate
Sensor magnetik dengan prinsip dapat dipergunakan untuk
mengukur medan maganetik DC, AC (khusus frekuensi rendah) dan
mempunyai sensitivitas yang sangat tinggi. Kawahito, , 1998
menemukan sensitivitas sensor adalah 2.7 mV/µT, sedangkan
pada efek Hall sekitar 0,0005 mV/µT untuk bahan Si, dan pada
magnetoresistif sekitar 0.1 mV/µT. Kelebihan lain sensor adalah
ukurannya kecil, kebutuhan daya rendah, dan mempunyai kestabilan
yang tinggi terhadap temperatur dengan koefisien sensitivitas temperatur
fluxgate
et al
fluxgate
fluxgate
[34]
Gambar 35: Foto sensor dengan teknologi PCB: (a) pick-up ganda dua lapis,
(b) pick-up tunggal dua lapis, (c) pick-up tunggal 4 lapis.
No Sensor Daerah Linier/Sensitivitas
Kesalahanabsolut
Kesalahanrelatif
Sensor F8 ± 2 uT/ 14.1 mV/µT 0.108 µT 2.76 %
Sensor F9 Respon keluaran diperoleh tetapi keluaran tidak linier
Sensor F10 ± 6 uT/ 25.6 mV/µT 0.84 0.86
34 35
(a) Sensor F8 (a) Sensor F9 (a) Sensor F10
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
30 ppm/ C dan koefisien offset 0.1 nT.
Untuk menguji kehandalan sensor yang dikembangkan kami
mencoba mengaplikasikan untuk berbagai pengukuran. Aplikasi yang
kami jelaskan dalam tulisan ini antara lain: (1) aplikasi untuk pengukuran
medan magnetik lemah dan bahan ferromagnetik, (2) aplikasi untuk
pengukuran kuat arus listrik, (3) aplikasi untuk sensor jarak, dan (4)
aplikasi untuk getaran.
Aplikasi terhadap pengukuran mineral magnetik didasarkan pada
sifat sensor yang dapat mengukur medan magnet lemah (± 20 µT). Untuk
aplikasi sensor terhadap pengukuran medan manet dapat terlihat
pada Gambar 36.
�
fluxgate
fluxgate
3.2.4.1. Sebagai Sensor Medan Magnet Lemah DC.
Dari Gambar 36 tampak bahwa daerah linier terdapat pada daerah
medan magnet antara -40 T hingga 40 T. Pada daerah ini terdapat
hubungan linier antara tegangan keluaran sensor dengan kuat medan
magnet yang diukur. Daerah kerja sensor magnetik ini dapat dilihat pada
Gambar 37. Tampak dari gambar bahwa kurva linierisasi sensor masih
kurang linier, hal ini dapat disebabkan oleh lilitan pada kumparan primer
yang kurang simetris. Karena ukuran inti yang cukup kecil, yaitu panjang
30mm, lebar 1mm dan ketebalan 0,1 mm, sangat sulit untuk melilitkan
kawat email dengan diameter 0.1mm pada inti tersebut secara manual.
Sampai saat ini belum dikatahui cara lain yang lebih mudah dan presisi
dalam membuat sensor tersebut selain cara manual.
� �
Gambar 36: Karakteristik keluaran sensor magnetik yang dibuat.fluxgate
Gambar 37: Keluaran medan magnet pada daerah kerja ±40 T.�
Untuk mengetahui kesalahan sensor, keluaran daerah kerja sensor
didekati dengan persamaan linier. Dari Gambar 37 terlihat bahwa
36 37
Tegangan
Kelu
ara
n(m
V)
Medan Magnetik ( T)�
-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100
15
10
5
0
-5
-10
-15
Tegangan
Kelu
ara
n(m
V)
Medan Magnetik ( T)�
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
15
10
5
0
-5
-10
-15
y = 0.3016x + 0.0124
R = 0.99992
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
keluaran sensor dapat didekati dengan persamaan linier (15):
V = 0.3016x + 0.0124, (15)
Dari persamaan (15) dapat diketahui sensitivitas sensor 301,46 mV/ T,
dengan kesalahan absolut 0.0135 T dan kesalahan relatif 0.017% .
Prototip sensor terhadap pengukuran mineral magnetik ditunjukkan
Gambar 38a dan 38b. Pengukuran respon bahan magnetik dilakukan
dengan cara menggerakkan sensor pada permukaan yang sudah diberi
koordinat x dan y (a), sedangkan bahan magnetik yang diukur berupa
potongan besi dengan panjang dan diameter 1 cm diletakkan dibawah
permukaan tersebut pada jarak 1.5 cm. Sistem dan hasil pengukuran
ditunjukkan Gambar 38.
Berdasarkan Gambar 38c dapat diketahui bahwa sensor fluxgate
dapat mendeteksi keberadaan bahan magnetik yang disembunyikan di
bawah permukaan. Hasil akan dikembangkan lebih jauh untuk
mendeteksi bahan-bahan mineral magnetik yang berada di bawah
permukaan bumi.
out
�
�[39]
(a) (b)
Gambar 38: Set-up pengukuran bahan magnet: (a) posisi sensor,
(b) posisi bahan magnet, (c) hasil pengukuran.
Gambar 39: Pengukuran arus pada kawat [40]
3.2.4.2. Sebagai Sensor Kuat arus
Untuk uji coba dilakukan dengan menghitung arus yang mengalir
pada kawat lurus dengan mendeteksi medan magnet yang dipancarkan.
Sebagai kawat digunakan jalur pada PCB yang panjangnya 20 cm. Sensor
medan magnet diletakkan saling memotong tegak lurus di atas jalur
tersebut. Pada jalur PCB dilewatkan arus mulai dari 0,1 mA, sampai 1900
mA dengan interval tertentu. Pengukuran dilakukan dengan jarak sensor
yang berbeda-beda. Sistem pengukuran arus ditunjukkan Gambar 39.
38 39
(c)
B(
T)
�
Y(cm) X(cm)
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
21
0-1
-2 -5
-5
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Pada percobaan ini dilakukan pengukuran pada tiga jarak yang
berbeda yaitu 4 mm, 8 mm, dan 18 mm. Aplikasi terhadap pengukuran
arus, terlihat bahwa keluaran sensor bersifat linier dan kuadratis.
Pendekatan kuadratis diaplikasikan untuk daerah pengukuran arus 0-
1900mA, dan pendekatan linier dilakukan untuk daerah pengukuran arus
0-100mA. Dari kedua cara pendekatan tersebut diperoleh kesalahan
maksimum yang relatif kecil, untuk daerah 0-1900mA kesalahan
maksimumnya adalah 4.6 % untuk jarak pengukuran 4 mm, 2.3 % untuk
jarak pengukuran 8 mm, dan 1.4 % untuk jarak pengukuran 18 mm. Untuk
daerah pengukuran arus yang kecil kesalahan dapat lebih dihindari, hal
ini terbukti ketika dilakukan pengukuran pada daerah arus 0-100mA,
kesalahan maksimum pengukuran pada daerah ini adalah 1.64% (18mm),
0.62 % (8mm) dan 0.9 % (4mm) .
Aplikasi sensor fluxgate sebagai alat ukur muai menggunakan desain
kumparan pick-up tunggal . Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa
sensor muai yang dibuat dapat mengukur panjang pemuaian dalam
rentang pengukuran maksimum sampai 3.68 mm, dengan sensitivitas 250
mV/mm. Kesalahan absolut dari pengukuran dengan sensor muai ini
sebesar 0.037 mm, sedangkan kesalahan relatifnya sebesar 0.68%. Set-up
saat pengukuran ditunjukkan Gambar 40.
[37]
[41]
3.2.4.3. Sebagai Sensor Muai Panjang
Gambar 40: Pengukuran muai panjang.
Gambar 41: Sistem pengukuran jarak menggunakan sensor .fluxgate
3.2.4.4. Sebagai sensor jarak (proximity sensor)
Pengukuran jarak dengan mikrometer digital ditunjukkan gambar 41.
Karakteristik pengukuran jarak di tunjukkan gambar 42. Berdasarkan
gambar 42 didapatkan hubungan antara jarak dengan tegangan keluaran
sensor secara matematis dapat dedekati dengan persamaan:
V= - 0,1045X + 2,8162 (16)
x dalam dan y dalam . Hal ini berarti bahwa perubahan jarak
yang terjadi antara target dengan sensor berbanding terbalik dengan
karakteritik keluaran sensor, semakin jauh dari target karakteristik
tegangan keluaran makin kecil dan sebaliknya. Berdasarkan sensor
mm volt
40 41
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
mampu mendeteksi perubahan jarak dengan resolusi 10 µm, kesalahan
absolut 0.12 µm dan kesalahan relatif 2.5% . Kemampuan mendeteksi
perubahan jarak dalam orde yang sangat kecil membuka peluang untuk
mengaplikasikan menjadi sensor tekanan, aliran, proximity, dan getaran.
[42]
Karakteristik statik sensor diukur pada jarak 15 sampai 50 mm,
parameter amplitudo dan frekuensi diukur dengan multimeter digital
HP34401A dan display frekuensi yang terukur diamati dengan labview 8.
Sensor Fluxgate yang dikembangkan dapat mendeteksi getaran objek
pada rentangan 55 sampai 360 Hz, rentangan frekuensi ini diperoleh pada
jarak statik 30 mm. Kesalahan absolut dan relatif geratan masing-masing
adalah 2 Hz dan 0.75%
Untuk aplikasi sensor pada frekeunsi rendah juga telah dilakukan.
Optimasi statik terhadap jarak maksimum (amplitudo maksimum) antara
probe sensor dengan objek bergetar diperoleh ketika jarak 2 cm. Gambar
44 menunjukkan pegukuran getaran pada frekuensi rendah . Fluxgate
sebagai sensor getaran frekuensi rendah mampu mendeteksi frekuensi
sumber 0.14 sampai 1.15 Hz dengan kesalahan absolut 0.017 Hz dan
kesalahan relatif 1.3%. Kemampuan sensor fluxgate dalam mengukur
gataran dalam frekuensi rendah dapat di kembangkan sebagai alat ukur
getaran gempa.
[39]
[44]
Gambar 42: Respon tegangan keluaran terhadap jarak target.
3.2.4.5. Sebagai Sensor Getaran.
Aplikasi sensor fluxgate terhadap getaran dilakukan dengan cara
menempatkan sensor fluxgate dekat objek yang bergetar. Posisi sensor ini
tidak bersentuhan dengan objek yang bergetar. Set-up pengukuran
ditunjukkan gambar 43.
Gambar 43: Aplikasi fluxgate untuk mengukur getaran. [43] Gambar 44: Skema dan photo pengukuran frekuensi rendah[40]
42 43
y = -0.1045x +2.8162
R = 0.99612
2
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
8.5 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5
Jarak (mm)
Tegangan
(volt)
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
3.3. Sensor Berbasis GMR
3.3.1. Pendahuluan
Magnetoresistance
magnetoresistance
giant magnetoresistance
“spintronics”
up down
(resistance)
(spin-dependent scattering)
adalah perubahan resistansi logam bila berada
dalam medan magnet luar. Efek yang sangat besar
dinamakan dengan (GMR). Efek GMR merupakan
topik penelitian dasar selama akhir tahun 1980-an. Fenomena GMR ini
menyedot banyak perhatian peneliti dan menjadi sebuah area penelitian
terapan yang luas. Dalam waktu yang relatif singkat, penerapannya mulai
terlihat dalam bentuk perbaikan divais memori dan sensor. Area
penelitian yang menarik ini, dinamakan dengan , dimana
transport elektron bergantung spin dalam multilayer logam memainkan
peranan yang sangat penting. Penemuan GMR ini berdampak besar pada
teknologi sensor dan penyimpanan data magnetik.
Efek GMR merupakan efek mekanika kuantum yang diamati dalam
struktur lapisan tipis yang terdiri lapisan feromagnetik yang dipisahkan
oleh lapisan nonmagnetik. Basis fisika dari efek GMR ini berhubungan
dengan kenyataan bahwa spin elektron memiliki dua nilai yang berbeda
(yang dinamakan dengan spin dan spin ). Ketika spin-spin ini
melintasi material yang telah dimagnetisasi, salah satu jenis spin mungkin
mengalami hambatan yang berbeda daripada yang dialami
oleh jenis spin lainnya. Sifat ini menunjukkan adanya hamburan
bergantung spin .
Kajian fisika dari GMR berdasarkan pada pengaruh spin terhadap
sifat konduksi dan sifat penerobosan elektron-elektron dalam
logam feromagnetik. Perbedaan sifat konduksi mayoritas dan minoritas
dari spin elektron dalam logam feromagnetik pertama kali diamati oleh
Mott. Secara kualitatif, GMR dapat dijelaskan dengan menggunakan
model Mott ini. Ada dua hal yang diusulkan oleh Mott: pertama
konduktivitas listrik dalam logam dapat diuraikan dalam hubungannya
dengan dua saluran konduksi bebas; yang pertama berhubungan dengan
elektron dengan dan yang lain berhubungan dengan elektron
dengan . Kedua, di dalam logam feromagnetik laju hamburan
dari dan elektron-elektron sangat berbeda. Menurut
Mott arus listrik semata-mata dibawa oleh elektron-elektron dari pita
valensi dengan massa efektif rendah dan mobilitas tinggi. Pita valensi
memainkan peran penting dalam menyediakan keadaan akhir untuk
hamburan elektron-elektron dalam pita . Dalam feromagnetik pita
adalah bertukar-pisah , sehingga rapat keadaan elektron-
elektron pada tingkat energi Fermi tidak sama untuk dan .
Peluang hamburan dalam keadaan ini sebanding dengan kerapatannya,
sehingga laju hamburan bergantung spin, atau dengan kata lain
hamburan berbeda untuk kedua saluran konduksi di atas.
Penemuan GMR telah membuka peluang untuk penerapannya dalam
banyak bidang aplikasi. Beberapa divais yang bekerja berdasarkan
fenomena GMR ini telah dikembangkan. Diantara divais tersebut
misalnya: perekaman magnetik pada , sensor medan magnet
dan memori .
(tunneling)
spin up
spin down
spin up spin down
sp d
sp d
( exchange-split )
spin up spin down
hard disk drive
non-volatile
44 45
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
3.3.2. Prinsip GMR
Lapisan tipis GMR mempunyai struktur yang berbeda-beda dan
masing-masing struktur memiliki efek ( MR ) yang
berbeda pula. Struktur GMR terdiri dari struktur
dan . Struktur merupakan stuktur
dasar GMR yang terdiri dari tiga lapisan dengan susunan bahan
feromagnetik/nonmagnetik/feromagnetik (FM-NM-FM). Struktur
merupakan struktur yang diberi lapisan pengunci
, sedangkan struktur , adalah struktur dengan
pengulangan lapisan feromagnetik/non magnetik (FM/NM) dengan
indeks n adalah jumlah pengulangan. Ketiga struktur tersebut dapat
terlihat pada gambar 45.
Fenomena GMR dalam multilayer feromagnetik dapat dijelaskan
dengan argumentasi Mott, yakni: (1) konduktivitas listrik dalam logam
dapat diuraikan dalam hubungannya dengan dua saluran konduksi
bebas; yang pertama berhubungan dengan elektron dengan dan
yang lain berhubungan dengan elektron dengan , (2) di dalam
logam feromagnetik laju hamburan dari dan elektron-
elektron sangat berbeda.
magnetoresistance
sandwich, spin valve
(sandwich pinned) multilayer sandwich
spin
valve sandwich (pinning
layer) multilayer
spin up
spin down
spin up spin down
n Gambar 45: Struktur lapisan tipis GMR: (a) , (b) ,
dan (c) .
sandwich spin valve
multilayer
Tinjau konfigurasi feromagnetik seperti Gambar 45, dan
diasumsikan bahwa hamburan kuat terjadi untuk elektron dengan spin
antiparalel terhadap arah magnetisasi, sedangkan hamburan lemah
terjadi untuk elektron dengan spin paralel terhadap arah magnetisasi.
Anggapan ini menggambarkan asimetri dalam rapat keadaan pada
tingkat Fermi yang bersesuaian dengan argumentasi Mott yang kedua.
Dalam Gambar 46, diperlihatkan lintasan elektron dalam dua saluran spin
. Diasumsikan lintasan bebas rata-rata elektron lebih besar
dari ketebalan lapisan dan arus mengalir dalam bidang lapisan. Untuk
magnetisasi paralel pada (c) elektron melewati lapisan tanpa
dihamburkan sedangkan elektron dengan mengalami
hamburan kuat dalam kedua lapisan feromagnetik, menghasilkan
multilayer
(spin channels)
spin up
spin down
46 47
(a)
FM
FM
NM
(b)
(c)
FM
FM
NM
NM
FM
FM
FM
Lapisan
pengunci
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
resistivitas total kecil.
Untuk magnetisasi antiparalel pada (d), keduanya dan
mengalami hamburan kuat dalam satu lapisan feromagnetik,
sehingga resistivitas total dalam multilayer menjadi tinggi. Model ini
dinamakan dengan model konduksi dua arus, seperti diperlihatkan
dalam Gambar 46.
spin up spin
down
Gambar 46:Ilustrasi tranport elektron dalam multilayer feromagnetik untuk
(a) magnetisasi paralel, dan (b) magnetisasi antiparalel. (c) dan
(d) Model rangkaian resistor untuk magnetisasi paralel dan antiparalel .[45]
Hamburan bergantung spin diusulkan oleh Baibich, dkk , yang
didasarkan pada argumen Mott. Baibich menyimpulkan bahwa
probabilitas sebuah elektron dihamburkan pada antarmuka antara
[46]
lapisan ferromagnetik dan lapisan non-magnetik ketika melewati dan
masuk ke dalam lapisan feromagnetik, bergantung pada arah spin dan
arah momen magnet lapisan. Hamburan yang bergantung spin
merupakan fenomena mekanika kuantum dimana lintasan bebas rata-rata
elektron dalam logam magnetik, dan perubahan resistivitasnya
dipengaruhi oleh orientasi relatif dari spin elektron konduksi dan momen
magnet material magnetik.
Penerapan material GMR sebagai sensor medan magnet, memiliki
kelebihan dibandingkan sensor lainnya yakni: sensitivitas yang tinggi,
harga murah, konsumsi daya rendah dan ukuran kecil. Selain itu,
pemasangan sensor GMR tidak bersentuhan dengan rangkaian yang
diukur, sehingga mengurangi kesalahan pengukuran. Dengan adanya
kelebihan dari sensor GMR ini, banyak penelitian telah kami dilakukan di
bidang ini, dan beberapa paper telah pula dipublikasikan dalam beberapa
jurnal dan prosiding .[47,48,49,50,51,52,53,54,55]
Gambar 47: Model konduksi bebas dua arus. A. kondisi resistansi rendah dan
B. kondisi saat resistansi tinggi.
48 49
spin up spin down spin up spin down
R R
R R
R R
R R
(a) (b)
(d)(c)
arus“spin up”
arus“spin down”
konfigurasiparallel
konfigurasianti-parallel
arus“spin up”
arus“spin down”
(a) (b)
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Gambar 48. Konfigurasi JembatanWheatstone
Gambar. 49. Hasil pengukuran dalamkonfigurasi jembatan Wheatstone
3.3.3. Aplikasi Sensor GMR
3.3.3.1. Pengukuran Medan Magnetik
I
H I
Dalam aplikasi sensor medan magnetik, sensor yang sudah
terintegrasi dalam jembatan Wheatstone dimasukkan kedalam kumparan
solenoida. Perubahan medan magnet solenoida akan menyebabkan peru-
bahan keluaran tegangan jembatan Wheatstone. Kumparan solenoida
dililitkan pada sebuah tabung silinder yang terbuat dari tembaga. Panjang
selenoida 240 mm, diameter sekitar 41.6 mm. Jumlah lilitan kawat sekitar
200 buah, dengan diameter kawat sekitar 0.4mm. Dari hasil kalibrasi
diperoleh hubungan medan magnet aplikasi yang dialami sample
terhadap arus induksi sebagai fungsi linier berikut: H(I) = 1.9568I - 0.043,
dimana induksi magnetik dalam µT dan arus induksi dalam mA.
Konfigurasi Jembatan ditunjukkan gambar 48. Hasil
pengukuran karakteristik sensor dengan ketebalan lapisan magnetik 10
nm dengan ketebalan lapisan non magnetik 2 nm dan 6 nm ditunjukkan
pada gambar 49.
Wheatstone
3.3.3.2. Pengukuran Arus
Dalam aplikasi sensor arus, film tipis sandwich GMR diletakkan
diatas saluran yang dialiri arus, seperti gambar 50:
Gambar 50: Posisi film tipis sandwich GMR sebagai sensor arus.
Gambar 51: Foto set up peralatan pengukuran arus.
Setting peralatan pengukuran arus ditunjukkan seperti gambar 51
berikut.
Hasil pengukuran arus ditunjukkan pada Gambar 52.
Gambar 52: Hasil keluaran sensor
terhadap pengukuran arus.
50 51
substrat
filmArus
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Gambar 53. Keluaran sensor terhadaparus yang dilewatkan pada kawat
Gambar 54. Kesalahan absolut dankesalahan relatif pengukuran arus
Dari gambar 52 dapat dilihat bahwa medan yang dapat dideteksi oleh
sandwich GMR pada arus dibawah 200 mA cukup kecil (akibat adanya
perbedaan jarak antara arus dan permukaan ). Oleh karena itu
rentang kerja sensor diambil di atas 200 mA. Grafik keluaran sensor
terhadap arus yang dilewatkan pada kawat untuk daerah kerja di atas 200
mAditunjukkan seperti gambar 53.
sandwich
Kesalahan absolut maksimum dan kesalahan relatif maksimum
pengujian adalah masing-masing 1.65 mV dan 5.77% pada arus 300 mA.
Kesalahan absolut dari keluaran sensor di atas ditunjukkan dalam
Gambar 54.
Sensor GMR yang peka terhadap medan magnet dapat digunakan
untuk menghitung pulsa yang ditimbulkan oleh magnet tetap yang
ditempelkan pada roda atau motor yang akan dihitung putarannya.
3.3.3.3. Pengukuran Putaran
Sensor magnet akan mendeteksi putaran ketika magnet tetap menjauh
dan mendekat ketika melekat pada piringan roda, akibatnya akan timbul
pulsa-pulsa dari rangkaian sensor. Kemudian pulsa-pulsa ini dihitung
dengan menggunakan pencacah mikrokontroller, lalu langsung ditampil-
kan pada displai. Gambar 55 menunjukkan sistem roda yang dipasang
magnet tetap. Setting peralatannya ditunjukkan dalam gambar 56.
Gambar 55. Set up sensor GMR untuksensor putaran
Gambar 56. Setting peralatansensor putaran
Gambar 57. Tegangan keluaran motor
terhadap putaran/detik.
Gambar 58. Kesalahan relatif sensor
putaran
Hasil pengukuran sensor putaran ini diperlihatkan dalam Gambar 57.
Kesalahan relatif pengukuran putaran di atas ditunjukkan pada masing-
masing Gambar 58.
52 53
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
3.3.3.4. Aplikasi GMR untuk Biosensor
Dalam beberapa tahun terakhir ini, divais sensor
(GMR) telah menunjukkan potensi yang besar sebagai elemen untuk
mendeteksi biomolekul .
Hambatan sensor GMR berubah bila medan magnet dikenakan pada
sensor, sehingga biomolekul yang dilabeli secara magnetis dapat
menimbulkan sinyal. Dibandingkan dengan pendeteksi optik tradisional
yang sekarang banyak digunakan dalam biomedis, sensor GMR, lebih
sensitif, portabel dan memberikan pembacaan elektronik sepenuhnya .
Selain itu, sensor GMR murah dan fabrikasinya saat ini kompatibel
dengan teknologi VLSI , sehingga sensor GMR
dapat dengan mudah diintegrasikan dengan elektronik dan mikrofluida
untuk mendeteksi banyak analit yang berbeda pada sebuah chip tunggal.
Salah satu contoh penerapan biosensor GMR adalah pada pendeteksian
DNA. Langkah-langkah pendeteksian DNA oleh biosensor diperlihatkan
dalam gambar 59.
giant magnetoresistive
(Very Large Scale Integration)
[56,57,58,59]
[49]
Gambar 59: Prinsip biosensor GMR: (a) imobilisasi probe DNA;
(b) hibridisasi DNA dari analit (c) pengikatan penanda magnetik
dan deteksi medan mereka oleh biosensor GMR .[49]
4. PENGEMBANGAN SENSOR DI MASA DEPAN: SUATU
PERSPEKTIF
4.1. Revolusi Industri Tahap ke Tiga
Menurut Johan H. Huijsing perkembangan teknologi otomatisasi
mengalami tiga tahap, yaitu tahap mekanisasi, tahap informatisasi, dan
tahap sensorisasi seperti ditunjukkan gambar 60. Pertama tahap mekani-
sasi yaitu saat manusia mulai mengembangkan mesin-mesin untuk
industri, seperti mesin uap, mesin bakar, motor listrik, dan mesin jet.
Tahap pertama ini melahirkan revolusi industri yang pertama. Tahap ke
dua yakni era ketika manusia mulai mengembangkan logika artifisial dan
komunikasi seperti komputer dan internet yang melahirkan revolusi
informasi. Penemuan sensor-sensor baru yang ukurannya semakin kecil,
harganya semakin murah, beratnya semakin ringan, kemampuannya
semakin besar, memungkinkan manusia mengembangkan penginderaan
secara buatan. Sensorisasi bersama-sama dengan mekanisasi dan
[7]
54 55
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
informatisasi akan melahirkan revolusi industri tahap ke tiga yang
ditandai dengan mulainya era otomatisasi penuh dan robotisasi.
Gambar 60: Sensorisasi: revolusi industri tahap ke tiga .[50]
Tanda-tanda ke arah ini sudah mulai tampak, misalnya dengan
diciptakannya sistem kontrol otomatis penuh pesawat terbang modern
seperti diperlihatkan gambar 61.
Gambar 61: Sistem pesawat otomatis penuh, contoh integrasi dari
mekanisasi, informatisasi, dan sensorisasi[50].
Dalam sistem ini terdapat banyak sensor untuk memonitor banyak
parameter di pesawat, seperti tekanan, temperatur, posisi dan parameter
lainnya. Komputer untuk memproses sinyal, melakukan komunikasi,
melakukan kontrol gerak aktuator, gerak mesin, gerak rudder. Dalam
sistem ini terlihat jelas bagaimana mekanisasi, informatisasi dan
sensorisasi saling bekerjasama yang memungkinkan pesawat terbang
secara autopilot.
Perkembangan yang sangat maju pada otomatisasi teknologi pesawat
terbang, sayangnya belum banyak diikuti oleh perkembangan otomatisasi
di bidang lainnya, misalnya sampai saat ini belum ada mobil yang dapat
berjalan secara otomatis penuh. Masalah utamanya adalah bahwa untuk
otomatisasi kendaraan bermotor (mobil) diperlukan banyak sekali sensor
seperti ditunjukkan Gambar 62. Dengan teknologi sensor yang ada
sekarang hal ini belum memungkinkan, karena untuk itu mobil menjadi
terlalu berat, terlalu banyak kabel, terlalu mahal untuk diproduksi.
56 57
Mekanisasi Informasi Sensorisasi
1900 1950 2000 2050
sensor komputer aktuator
Gambar 62: Sensor-sensor pada sebuah mobil.
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
sensor
pengolahansinyal mikrokontroler sistim bus
Untuk mengatasi masalah ini maka teknologi sensor yang akan
datang harus dapat mereduksi biaya, berat, dan ukuran suatu sistem
sensor dan mudah diintegrasikan. Persyaratan ini dapat dipenuhi oleh
suatu sistem sensor smart yang terintegrasi .
Beberapa tahun belakangan ini banyak usaha dilakukan orang untuk
meningkatkan kehandalan sensor dan sistem sensor dan sekaligus
menurunkan biaya fabrikasi. Terutama akan dikembangkan sensor dan
sistem sensor pada bidang-bidang yang banyak pemakainya, seperti
kendaraan bermotor, perumahan (misalnya untuk keamanan, pengaturan
sirkulasi udara, pengaturan temperatur, pengaturan kelembaban),
transport makanan atau gudang tempat penyimpanan makanan (misal-
nya temperatur, kelembaban, konsentrasi gas) sehingga harga perbuah
sensor atau sistem sensor bisa ditekan pada harga yang rendah.
Tujuan ke depan adalah mebuat sensor atau sistem sensor yang smart,
terintegrasi, punya sistem bus, dan dapat direalisasikan dalam teknologi
chip yang murah sebagai MCM . Gambar 63.
menunjukkan suatu sistem sensor smart terintegrasi yang dilengkapi
dengan elemen sensor, pengolah sinyal, mikrokontroler dengan pengu-
bah analog ke digital, dan sistem bus. Mikrokontroler memungkinkan
pengolahan sinyal secara digital, sistem bus digital menawarkan
kemudahan kontak/komunikasi dan kemudahan konfigurasi dalam suatu
sistem instrumentasi.
(integrated smart sensor system)
(Multi-Chip-Module)
4.2. Sistem Sensor Smart Terintegrasi
Gambar 63: Sistem smart sensor dalam teknologi multichip.
Konsekuensi penggunaan dari struktur sistem smart sensor seperti ini
dan juga penggunannya untuk komponen instrumentasi lainnya
mengarahkan kita pada bentuk sistem instrumentasi seperti pada gambar
64. Disamping sistem sensor terintegrasi dengan intelegensi terdesen-
tralisasi suatu sistem instrumentasi dapat juga dilengkapi dengan smart
aktor yang dilengkapi dengan algorima pengontrolnya.
58 59
Proses Teknis
ES
PSA
ADC
μC
SB
elemen sensor
pengolah sinyalanalog
pengubahanalog-digital
mikrokontroler
sistim bus
SB
unit kontrol pusat UKP
PC
SB
TPK
pengguna
tampilan danpapan ketik
EA
DE
DAC
μC
SB sistim bus
mikrokontroler
pengubahdigital-analog
daya elektronik
elemen aktuatorES
PSA
ADC
μC
SB
Gambar 64: Struktur sistem instrumentasi masa depan .[7]
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Suatu unit pengatur pusat (seperti PC, laptop, atau modul PC)
berfungsi mengatur/mengontrol sistem bus dan bisa juga digunakan
untuk melakukan pengolahan sinyal secara khusus, misalnya untuk
mengolah atau mengenal citra. Melalui suatu papan ketik dan displai
pengguna dapat berkomunikasi dengan sistem teknis, misalnya untuk
menkonfigurasi atau melakukan konfigurasi baru terhadap sistem.
Biaya produksi sistem instrumentasi seperti ini ditentukan oleh
banyak hal, antara lain teknologi mikro dan teknologi sistem mikro,
teknologi rekayasa, dan teknologi perangkat lunak yang digunakan.
Untuk menekan biaya produksi perlu dilakukan pemilihan teknologi
pembuatan yang tepat.
Pada kesempatan yang berbahagia ini perkenankanlah dengan segala
kerendahan hati, saya sampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada
pimpinan dan anggota Majelis Guru Besar ITB atas kehormatan yang
diberikan kepada saya untuk menyampaikan orasi ini di hadapan para
hadirin sekalian.
Terima kasih yang begitu dalam dan tak bertepi kepada ayahanda
almarhum H. Sjafaroeddin Djamal dan ibunda Hj. Jusniar Djamal, kepada
mertua almarhum H. Soegiri Brotowasito SH dan ibu Hj. Ien Soegiri –
Hardjokusumo, yang doa, kasih sayang dan pengorbanannya tak pernah
�
UCAPAN TERIMA KASIH
putus untuk putra-putrinya, serta kakak, adik dan saudara dari kedua
keluarga yang selalu memberi dukungan kepada saya untuk meraih
jenjang pendidikan tertinggi. Dengan ketulusan dan segenap cinta, terima
kasih untuk Prastuti Indreswari pasangan hidup saya yang dengan
kesabaran, semangat, kegigihan dan rasa optimisnya yang luar biasa telah
banyak mendorong saya agar senantiasa bertekad untuk menjadi manusia
yang lebih baik dan lebih bermanfaat. Kedua buah hati kami Rakanda
Pranidhana dan Daryanda Dwiammardi yang selalu menginspirasi dan
berjiwa besar karena haknya atas saya yang terampas.
Terima kasih yang mendalam kepada para guru dan pendidik yang
telah berjasa membimbing dan mendidik saya sejak SD. Tebet Barat I,
Jakarta, SMPN 43, Jakarta, SMAN 3, Jakarta, Institut Teknologi Bandung,
Universitat des Bundeswehr München Jerman sehingga saya bisa menjadi
insan seperti ini.
Terima kasih kepada Prof. Ir. Lilik Hendrajaya, MSc. PhD., Prof. Dr.
Freddy P. Zen, Prof. Dr. Ismunandar, Prof. Dr. Edy Soewono, dan Prof. Dr.
Buchari yang telah memberikan rekomendasi kepada saya untuk
menduduki jabatan akademik ini.
Tak lupa saya sampaikan penghargaan yang tinggi kepada Prof.
Dr.-Ing. Hans-Rolf Tränkler (Universitaet der Bundeswehr München,
) atas ilmu, ide-ide, dorongan dan bimbingannya selama saya
menempuh studi S3 hingga saat ini. Prof. Dr. rer. nat. E. Schruefer
(Technische Universit t München, ) atas kerjasamanya, diskusi-
Jerman
ä Jerman
60 61
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
diskusi sehingga memungkinkan kami terus belajar. Terima kasih kepada
Prof. Dr. Ing. Hans-Dieter Liess (Universit t der Bundeswehr M nchen,
) atas kerjasama yang baik selama. Secara khusus saya ucapkan
terima kasih kepada Dr. Sutrisno atas bimbingan dan promosinya sejak
saya kuliah hingga menjadi staf pengajar di Jurusan Fisika ITB. Terima
kasih kepada Dr. Umar Fauzi, Dr. Sutarno dan Dr. Suparno Satira untuk
diskusi-diskusi yang bermanfaat. Tak lupa terima kasih yang mendalam
untuk teman seperjuangan almarhum Prof.Sukirno MSc.PhD. Terima
kasih kepada teman-teman dosen di Fisika yang selalu memberikan
inspirasi, diskusi yang bermanfaat dan lingkungan kerja yang
menyenangkan. Untuk teman-teman di KK Fisika Teoretik Energi Tinggi
dan Instrumentasi atas kerjasama dan dukungannya. Terima kasih kepada
para Guru Besar FMIPA ITB, yang telah memberi dukungan promosi
kepada saya. Terima kasih kepada saudara Yulkifli, saudara Ramli,
saudara Rahmondia yang banyak membantu saya dalam penelitian dan
penyiapan tulisan ini. Terima kasih dan penghargaan yang tinggi juga
saya sampaikan kepada staf pengajar, mantan mahasiswa, mahasiswa
bimbingan, karyawan ITB serta pihak-pihak yang telah banyak membantu
dan tidak dapat saya sebutkan satu persatu.
Tentunya tiada gading yang tak retak, perkenankanlah dengan segala
kerendahan hati, permohonan maaf saya atas ungkapan dan ucapan yang
tidak berkenan dan jauh dari kesempurnaan ini. Mudah-mudahan
percikan tinta yang dibuat dalam tulisan ini, andai menjadi kebaikan,
- ä ü
Jerman
mengalir juga pahalanya kepada siapapun.Amien.
1. Traenkler, H.-R.: , Proc.
Indonesian German Conference, Juli 2001, hal. 1-9.
2. Marek, J.: , Proc.
Eurosensors XIII, The Hague, Niederlande, 12-15 September 1999, hal.
1-8.
3. Traenkler, H.-R.: ,
Laporan penelitian:”Verteilte intelligente Mikrosysteme fuer den
privaten Lebensbereich (VIMP)”, Neubiberg, 4 Des. 1998, hal. 10-15
4. Intechno: ”, Intechno Consulting, Basle,
Switzerland, 05.1999.
5. Traenkler, H.-R., Kanoun, O., Pawelczak, D.
”, Proc. Internasional
Conference on Instrumentation, Communication and Information
Technology (ICICI) 2007, 8-9Agustus 2009, hal. 1-7.
6. H.-R. Traenkler, E. Obermeier,
, Springer, 1998.
7. Gerard C.M. Meijer (ed.), , John Willey & Sons,
2008.
8. O. Kanoun:
, IEEE Transaction on
Instrumentation and Measurement, hal. 901-905, Volume 49, No. 4,
Agustus 2000.
REFERENSI
”Core Technologies for Sensor Systems”
”Microsystems for Automotive Applications”
”Zukunftsmark Intelligente Hausinstrumentierung”
’Sensor Market 2008
:’Evolution of Sensor
Elements towards Smart Sensor Systems
Sensortechnik, Handbuch fuer Praxis und
Wissenschaft
Smart Sensor System
“Modelling the P-N Junction I-U Characteristic for an Accurate
Calibration-Free Temperature Measurement”
62 63
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
9. Gessner.T., Dotzel W., Hiller K., Kufmuann C., Kurth S.:’
P.211-220, VDI Barichte Nr. 1530,200.
10. Delapierre G., Danel J.S., Michel F., Bost J.L., Boura A., Aujay O.,.:
, P. 223-224, Proc. of
Eurosensors 87, September 1987, Cambridge.
11. Ruser H., Jena, A. V., Magori V., Trankler H.R., :
, Proc.
of Sensor 99, Numberg, C3.3, 1999
12. Mitra Djamal: ”,
VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 15, Nr. 96, VDI Verlag, 1992
13. Benson, H., , John Wiley & Sons, 1991.
14. Mitra Djamal., ,
KFI, Vol. 7, No. 2, Juli 1996
15. Mitra Djamal,.
, No. Paten ID 0 021 804.
16. Yulkifli,
, Laporan Tesis S2, ITB, 2002.
17. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J., John
Willey & Sons, 2008.
18. Oppenheim,A. V., Prentice Hall, 1983
19. Zorlu, O., P. Kejik, R.S. Popovic, 2007:
, J. Sensor and
Actuator, 135, pp. 43-49.
20. Mitra Djamal, 2007:
, J. Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, III, pp.
Mikromechanische Sensoren und Aktoren – Funktionsprint-zipein,
Technologien und applikationen”
“A
quart micromachined close loop accelerometer’
A Low-cost Ultrasonic-
micromawe multisensory for Roboust Sensing of Velocity and Range
“Untersuchungen zur Zuverlaessigkeit von Gassensoren
University Physics
A study of Flat Coil Sensor for Measuring Displacements
Indonesian paten pending, “Sistem Sensor Getaran
Menggunakan Koil Datar”
Desain dan Pembuatan alat Ukur Tekanan Udara Berbasis Sensor
Koil Datar
Fundamentals of Physics,
Signals and Systems,
An Orthogonal Fluxgate-type
Magnetic Microsensor with Electroplated Permalloy Core
Sensor Magnetik Fluxgate dan Aplikasinya untuk
Pengukuran Kuat Arus
51-69.
21. Yulkifli,, Mitra Djamal, Khairurrijal, Deddy Kurniadi, Pavel Ripka:
. Proc. of The 3rd Asian Physics Symposium (APS) July
22 – 23, 2009, Bandung, Indonesia.
22. Yulkifli, Mitra Djamal, Khairurrijal, Deddy Kurniadi, Pavel Ripka:
, Proc. ICICI-BME,
November, 23-25, 2009, Bandung.
23. Ripka, P., 2001a: ,Artec House
24. Nielsen O V, Petersen J R, Primdahl F, Brauert O., Hernando B,
FernandezA, Merayo, J M G and Ripka P,
J. of Meas. Sci.
Technology, (1995) 1099-1115.
25. Mitra Djamal. et al.:
, Laporan
Penelitian Hibah Bersaing XII, 2005.
26. Baschirotto, A. E. Dallago, P. Malcovati, M. Marchesi, G. Venchi, 2006:
, IEEE Transaction on Mangetics, 42 No. 6 pp.
1670-1680.
27. Park, H.S., Jun, S.H., Won Y.C., Dong S.S., Kyoung W.N., Sang O.C.,
2004:
, J. Sensor andActuator, 114, pp 224-229.
28. Wang, Y., Gang Liu, Yin X., Jianzhong Y., Yangchao T., 2006:
, J. of
Physics: Conference Series 34, pp 880-884
Demagnetization Factor of a Fluxgate Sensor Using Double Pick-up Coils
Configurations
The
Influence of the Tape-core Layer Number of Fluxgate Sensor Using the
Double Pick-up Coils to the Demagnetization Factor
Magnetic Sensor and Magnetometers
Development, construction and
analysis of the ‘Oersted” fluxgate magnetometer,
Desain dan Pembuatan Sensor Medan Magnet
Fluxgate Presisi Tiga Dimensi Menggunakan Metoda Posisi Pulsa
Development and Comparative Analysis of Fluxgate Magnetic Sensor
Structure in PCB Tecnology
Development of MicroFluxgate Sensors with Electroplated Magnetic
Cores for Electronic Compas
Fabrication
ot the Three-dimensional Solenoid Type Micra Magnetic Sensor
64 65
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201066 67
29. Fan, J., X.P Li, P. Ripka, 2006:
. J. of Apllied Physics, 99, pp. 08B3111-
08B3113.
30. Kubik, J., L. Pavel, P. Ripka, 2006:
, J. Sensor andActuator, 130, pp 184-188.
31. Dezuari, O., Eric Belloy, Scott E., Gilbert, Martin A., M. Gijs, 1999:
, IEEE
Transaction on Magnetics, 35, pp. 2111-2117.
32. Belloy, E., S.E. Gilbert, O. Dezuari, M. sancho, M.A.M. Gijs, 2000:
, J.
Sensor andActuator, 85, pp 304-309.
33. Ripka, P., 2001b: , J. Sensor and
Actuator,A9. pp. 65-69.
34. Chiesy,L., P. Kejik., B., Janosossy, R.S., Popovic, 2000:
, J. Sensor andActuator, 82, pp, 174-180.
35. Tipek, A., P. Ripk, Terence O, J. Kubik, 2004:
, J. Sensor andActuator, 115, pp. 286-292.
36. Kawahito, S., Y. Tadakoro, 1996:
, Porc. International Conference on Microelectronics
ICME, H.R , P. 85-89., Bandung, Indonesia .
37. SELC, 2008: , SELC Sumber
elektronic, Bandung.
38. Mitra Djamal, Yulkifli, Agung Setiadi, Rahmondia N.Setiadi:
, disampaikan pada SNBM, 26 November Batan, Serpong.
Diterbitkan pada Jurnal Sains Materi Indonesia (JUSAMI) 2009
(Inpress).
Low Power Ortogonal Sensor with
Electroplated Ni Fe /Cu Wire
PCB recetrack Fluxgate Sensor with
Improved Temperatur Stability
New
Hybrid Technology for Planar Fluxgate Sensor Fabrication
A
Hybrid Technology for Miniaturised Inductive Device Applications
Micro-fluxgate Sensor with Close Core
CMOS Planar 2D
Micro-Fluxgate Sensor
PCB Technology Used
Fluxgate Sensor Construction
High-Performance Micro Fluxgate
Magnetics Sensors
Penuntun Layanan PCB Purwarupa
Desain
Awal Elemen Sensor Fluxgate Berbasis Teknologi Printed Circuit Booards
(PCB)
80 20
39. Djamal, M., R. N. Setiadi,:
,
Jurnal Proceedings ITB, 2006.
40. Mitra Djamal,
, Indonesian Journal of Physics Vol 17 No. 1, January 2006,
Hal. 7-14
41. Ismu Wahyudi, ,
Laporan Thesis S2, ITB, 2009
42. Yulkifli, Rahmondia Nanda S., Suyatno, Mitra Djamal:
Proc. CSSI 2007, Serpong Tanggerang- Indonesia.
43. Mitra Djamal,Rahmondia N. Setiadi, Yulkifli:
Proc. ICMNS,
Indonesian, 2008.
44. G. Handayani, M. Djamal, W. Triyoso: "
,
Laporan Kemajuan Program Hibah Kompetitif Peneltian Sesuai
Prioritas Nasional Batch I , 2009
45. E. Y. Tsymbal and D.G.Pettifor (2001).
, dalam Solid State Physics, ed. by H. Ehrenreich and
F. Spaepen, Vol. 56 ,Academic Press, 2001, pp.113-237.
46. Baibich, M.N., Broto, J.M., Fert, A.,Nguyen Van Dau, F.,Petroff, F.,
Etienne, P., Creutz,A., Friederich,A., Chazelas, Giant
, J, Phys. Rev. Lett. 68 (1998)
pp. 2472 – 2475.
47. M. Djamal, Ramli, Yulkifli, Khairurrijal,
Pengukuran Medan Magnet Lemah
Menggunakan Sensor Magnetik Fluxgate dengan Satu Kumparan Pick-Up
Design and Development Fluxgate Magnetometer and Its
Applications
Prototip Sensor Muai Berbasis Fluxgate Magnetometer
Designing and
Making of Fluxgate Sensor with Multi-Core Structure for Measuring of
Proximity,
Preliminary Study of
Vibration Sensor Based on fluxgate Magnetic Sensor,
Desain dan Pengembangan
Sensor Getaran dan Aplikasinya Untuk Online Monitoring Gempa"
Perspectives of Giant
Magnetoresistance
Magnetoresistance
of (001) Fe/(001) Cr Magnetic Superlattices
Growth of NiCoFe/Cu/NiCoFe
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Sandwich for Giant Magnetoresistance Material by Opposed Target
Magnetron Sputtering
“Effect of Ferromagnetic Layer
Thickness on the Giant Magnetoresistance Properties of NiCoFe/Cu/NiCoFe
Sandwich”
KFI,
Proc. of 2004 Annual
Physics Seminar,
Characteristic
of Giant Magnetoresistance CoFe/Cu/CoFe Sandwich on Si (100) Substrates
in Perpendicular Geometry Grown by dc-Sputtering
“Design and
development of magnetic sensors based on giant magnetoresistance (GMR)
materials”
“Effect of Cu Layer
Thickness on Giant Magnetoresistance Properties of NiCoFe/Cu/NiCoFe
Sandwich”
“Giant Magnetoresistance
Material and Its Potential for Biosensor Applications”
, Proc. International Conference on Material for
Advanced Technologies (ICMAT), Singapore, 28 June – 3 July 2009.
48. Ramli, Mitra Djamal, and Khairurrijal,
Proceeding 3rdAsian Physic Symposium (APS) 2009, ISBN:
978-979-98010-5-0, Bandung, 22 – 23 July 2009. pp 65 – 67.
49. T. Saragi, M. Djamal, Khairurrijal and M. Barmawi, Vol. 14, No. 3,
p. 83-86, 2003
50. T. Saragi, M. Djamal, Darsikin and M. Barmawi,
Sept. 30-Oct.1, Bandung (2004).
51. Togar Saragi, Mitra Djamal, Darsikin, and M. Barmawi,
, Physics Journal of the
Indonesian Physical Society,A7 (2005) 0219.
52. M. Djamal, Darsikin, Togar Saragih, M. Barmawi,
, J. Materials Science Forum Vols. 517 (June 2006) pp. 207-211
53. Mitra Djamal, Ramli, Yulkifli, and Khairurrijal,
Proc. on ICCAS-SICE 2009 Fukuoka, Japan, August 18-21,
2009, pp. 365-368.
54. Mitra Djamal, Ramli and Khairurrijal,
Proc. ICICI-BME,
Indonesia, 2009.
55. Baselt, D.R., Lee, G.U., Natesan, M., Metzger, S.W., Sheehan, P.E.,
Colton, R.J., 1998. Biosens. Bioelectron. 13, 731–739.
56. Li, G., S zun, S., Wilson, R.J., White, R.L., Pourmand, N.,Wang, S.X.,
2006. , 126, 98–106.
57. Ferreira, H.A., Graham, D.L., Feliciano, N., Clarke, L.A., Amaral,
M.D., Freitas, P.P., 2005. . 41 (10), 4140–4142.
58. Schotter, P.B. Kamp, A. Becker, A. Puhler, G. Reiss and H. Brückl,
, Biosensors and Bioelectronics 19 (10), 1149 -
1156 (2004).
Sensor and Actuators A
IEEE Trans. Magn
“Comparison of a prototype magnetoresistive biosensor to standard
fluorescent DNA detection”
68 69
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201070 71
Nama Istri : Ir. Hj. Prastuti Indreswari MM
Nama Anak : - Rakanda Pranidhana
- Daryanda Dwiammardi
RIWAYAT PENDIDIKAN:
S3, Universitaet der Bundeswehr Muenchen, Bidang Teknik
Pengukuran dan Otomatisasi, 1992.
S1, Institut Teknologi Bandung, Jurusan Fisika, 1984.
�
�
RIWAYAT JABATAN FUNGSIONAL:
Asisten Ahli Madya 1986
Asisten Ahli 1993
Lektor Muda 1995
Lektor Madya 1997
Lektor 2000
Lektor Kepala 2001
Guru Besar 2009
�
�
�
�
�
�
�
CURRICULUM VITAE
Nama : MITRA DJAMAL
Tempat, tgl lahir : Jakarta, 22 Mei 1960
Alamat Kantor : Gedung Fisika FMIPA ITB,
Jl. Ganesha 10 Bandung 40132
Pekerjaan : Staf pengajar Prodi Fisika,
FMIPA, ITB.
Bidang Keahlian : Teknik Pengukuran dan
Otomatisasi
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201072 73
RIWAYAT PENUGASAN di ITB:
PENGHARGAAN:
PENULISAN JURNAL:
Mitra Djamal
Mitra Djamal,
• Kepala Laboratorium Elektronika FI: 1993-1996, 2000-2003
• Ketua “Indonesian German Conference” 11-13 Juli 2001
• Anggota Steering Committee 33 International Physics
Olympiad, 21-30 Juli 2002
• Anggota Pembuatan Proposal Program B Jurusan Fisika FMIPA
• Anggota Tim Verifikasi Usul Angka Kredit FMIPA 2004-2005
• Ketua konferensi internasional ICICI 2005, 3-5 Agustus 2005.
• Ketua konferensi internasional ICICI 2007, 8-9 Agustus 2007
• Ketua Kelompok Keahlian Fisika Teoretik Energi Tinggi dan
Instrumentasi, sejak 1 Januari 2008.
• Ketua konferensi internasional ICICI-BME 2009, 23-25
Nopember 2009.
• Ketua PIC Strengthening Research Division Program IMHERE,
FMIPA, sejak Oktober 2009.
• Ketua Lab. Scanning Electron Microscope (SEM), FMIPA, sejak
Januari 2010.
• Piagam Tanda Kehormatan Presiden Republik Indonesia
Satyalancana Karya Satwa 10 tahun, 15 April 2003.
1. , Sensor, .
Kontribusi Fisika ITB, Jurusan Fisika, FMIPA, ITB, vol.1 No. 2,
Juli 1990.
2. E.F. Rianto, .
Kontribusi Fisika Indonesia, Jurusan Fisika, FMIPA ITB, vol. 7
rd
Elemen Kunci dalam Pengukuran
Studi Awal Ruang Suhu Terkontrol
No. 1, Januari 1996.
3. ,
, Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 7 No. 2, Juli 1996,
p. 25-28.
4.
, Kontribusi Fisika Indonesia,
Vol. 8 No. 1, Jan. 1997, p. 14 – 19.
5. ,
Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 8 No. 1, Jan 1997, p. 20 – 23.
6. ,
Proceeding Institut Teknologi Bandung, Vol. 31, No. 2, 1999.
7. Raka, IGN.
KFI, Vol. 10 No. 4, Oct. 1999.
8. Wahyudi and
,
Physics Journal of the IPS Proceeding Supplement A6 (2002)
0510 - 17 Juli 2002.
9. Wildian and Physics
Journal of the IPS Proceeding Supplement A6 (2002) 0512 - 17
Juli 2002.
10. Togar Saragi, Khairurrijal dan M. Barmawi,
Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 14, No. 3, 2003, Hal. 83-86.
11. Togar Saragi, , Darsikin, and M. Barmawi,
, Physics Journal of the Indonesian Physical Society,
Mitra Djamal
Mitra Djamal,
Mitra Djamal,
Mitra Djamal,
Mitra Djamal,
Mitra Djamal,
Mitra Djamal,
Mitra Djamal,
Mitra Djamal
A study of a flat coil sensor for measuring
displacements
Peranan Elektronika/Mikroelektronika Dalam
Perkembangan Instrumentasi Fisika
Peranan Matematika dalam Sistem Sensor Modern
Design of Flat Coil Sensor for Coin Identification
Desain dan Pembuatan pH Meter
Digital,
Development of an Electronics
Balance Using a Flat Coil Sensor and Microcontroller AT 89C51
A GMR based Current Sensor,
Deposition of NiFeCo Thin Film for Giant Magnetoresistance (GMR)
Material by dc-Unbalanced Magnetron Sputtering Method,
Characteristic of Giant Magnetoresistance CoFe/Cu/CoFe Sandwich
on Si (100) Substrates in Perpendicular Geometry Grown by dc-
Sputtering
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 201074 75
A7 (2005) 0219.
12. , Darsikin, Togar Saragih, M. Barmawi,
Trans Tech
Publication Ltd, Swiss, 2006.
13. ,
IJP, Vol. 17 No. 1, January 2006, 7-14.
14. , IJP, Vol. 17
No. 4, January 2006, 103-107.
15. R. N. Setiadi,
,
PROC. ITB Sains & Tek. Vol 38 A, No. 2. 2006, 99-115.
16. ,
, Indonesian Journal of Physics (IJP), Vol. 17
No. 1, January 2006, 7-14.
17. , Indonesian
Journal of Physics (IJP), Vol. 17 No. 1, January 2006, 7-14.
18. ,
, Jurnal Sains & Teknologi Nuklir, Vol. VIII,
No. 1, Feb. 2007, 51-67.
19.
Jurnal Sains & Teknologi Nuklir, Vol. VIII,
No. 1, Feb. 2007, 51-67.
20. Suyatno, Yulkifli dan Rahmondia N. Setiadi,
, Jurnal
Materi Indonesia, edisi khusus Oktober 2007, 207-214.
21. Yulkifli, Rahmondia N. S., Suyatno, ,
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal,
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal,
Mitra Djamal,
Mitra Djamal
Design and
Development of Magnetic Sensors based on Giant Magnetoresistance
(GMR) Materials, Functional Materials and Devices,
Design and Development of Fluxgate Magnetometer
and Its Applicacations,
Sensor Modeling of a Vibration Sensor,
Pengukuran Medan Magnet Lemah
Menggunakan Sensor Magnetik Fluxgate dengan Satu Koil Pick-Up
Design and Development of Fluxgate Magnetometer
and Its Applications
Sensor Modeling of a vibration sensor,
Sensor magnetik fluxgate dan aplikasinya untuk
mengukur kuat arus
Sensor magnetik fluxgate dan aplikasinya untuk
mengukur kuat arus,
Sensor Magnetik Fluxgate Karakteristik dan Aplikasinya
Linieritas
Tegangan Keluaran Sensor Magnetik Fluxgate Menggunakan Elemen
Sensor Multi Core,
Simulation of Mobile Robot
Navigation System Using Combination Method of A* Algorithm with
Virtual Force Field
The Influence of Ferromagnetic Core, Pick-up Coil Winding
Number and Enviromental Temperature to the Output Signal of a
Fluxgate Magnetic Sensor,
Development of Visible Light Absortion Measurement for
Concentrated Dye Solution based on Attenuated Total Reflection
Technique and Improvement on its Analysis Method
Desain dan Pembuatan Sensor Medan Magnet
Fluxgate Presisi Tiga Dimensi Menggunakan Metoda Posisi Pulsa,
Desain dan Pengembangan Sensor Magnetik
Resolusi Tinggi dan Beberapa Aplikasinya,
Desain dan Pengembangan Sensor Mekanik
Berbasis Koil Datar,
Desain dan pengembangan sensor magnetik
fluxgate berbasis teknologi printed circuit boards (PCBs) dan
Jurnal Materi Indonesia, Edisi khusus,
Oktober 2007, 215-219,.
22. Harri Sapto Wijaya, ,
, Indonesian Journal of Physics, Vol. 18 No. 1,
Januari 2007, 15-19.
23. Yulkifli, Rahmondia N.S., , Khairurrijal, Deddy
Kurniadi,
Indonesian Journal of Physics, Vol. 18
No. 3, July 2007, p 77-80.
24. Hendro, Wirawan, , dan Rahmat Hidayat,
, Indonesian
Journal of Physics, Vol. 19 No. 2, April 2008, 55-59.
1. (PI),
RUT IX, DIKTI, 2004-2006.
2. (PI),
Hibah Bersaing, DIKTI,
2007-2008.
3. (PI),
Hibah Kompetensi, DIKTI, 2008-2009.
4. (PI),
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
RESEARCH AWARD:
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
aplikasinya untuk sensor getaran
Desain dan
Pengembangan Sensor Getaran dan Aplikasinya untuk Online
Monitoring Gempa Riset,
Development of new
Giant Magnetoresistance (GMR) material with spin valve structure
using OTMS reactor
Pegembangan Material Giant
Magnetoresistance (GMR) dan Aplikasinya untuk Sensor Getaran,
Desain dan Pengembangan
Sensor Magnetik Resolusi Tinggi dan Beberapa Aplikasinya,
Pembuatan Material Giant
Magnetoresistance (GMR) untuk Sensor Magnetik
Desain
dan Pembuatan Sensor Magnetrik Berbasis Giant Magnetoresistance
(GMR),
Pegembangan
Sensor Magnetik Presisi medan Lemah Menggunakan Material Giant
Magnetoresistance (GMR)
Desain dan Pegembangan
Sensor Magnetik Fluxgate Sensitivtias Tinggi Menggunakan Model
Ellips-Multicore Double Pick-up dan Aplikasinya,
, Hibah KK ITB, 2009.
5. Gunawan Handayani (PI), (Anggota),
Hibah Kompetitif Penelitian Sesuai
Prioritas Nasional, DIKTI, 2009.
6. (PI), Yulkifli, Rahmondia,
, 2008, ASAHI GLASS FOUNDATION.
7. (PI), Khairurrijal,
Riset KK ITB, 2008.
8. (PI), Komang Bagiasna,
Riset
Hibah Pasca, DIKTI, 2007-2008.
9. (PI), Rahmondia,
, Riset KK ITB,
2006.
10. (PI), Khairurrijal, Munawar Agus Riyadi,
RUT, KMRT, 2002-2004.
11. Yulkifli (PI), , Khairurrijal dan Ramli,
, Hibah Bersaing, 2009.
12. Hufri (PI), Yulkifli,
Hibah Bersaing,
DIKTI, 2009.
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal,
PATEN:
PENULISAN BUKU:
Mitra Djamal
Mitra Djamal
Mitra Djamal;
Mitra Djamal
Mitra Djamal
REVIEWER:
PEMBICARA:
• Judul paten “Sistem Sensor Getaran Menggunakan Koil Datar”,
No. Paten ID 0 021 804, 27 Agustus 2008.
1. ,
, VDI, Germany, 1992.
2. ; , 2006.
3. , 2006.
4. J. Mark (Ed.); , bab Untersuchungen zur
Zuverlässigkeit von Gassensoren, hal. 93-100. Shaker Verlag,
Aachen, 2006.
5. ,
, ITB, 2009.
6. (Ed.),
, Penerbit ITB, 2009.
1. IEEE Journal Sensor
2. Indonesian Journal of Physics (IJP)
3. Journal Sains & Teknologi Nuklir.
1. Invited speaker pada International Conference of Functional
Materials and Devices (ICFMD-2005), Kuala Lumpur, Malaysia,
6-8 Juni 2005.
2. Invited speaker pada The 9th Conference on Instrumentation
and Control 2007, Bandung, Feb. 2007.
Untersuchungen zur Zuverlaessigkeit von
Gassensoren
Diktat kuliah FI6172 Elektronika Industri
Diktat kuliah FI4171 Sistem Sensor
Reiz der Sensorik
Development of vibration sensor based on flat coil
element
Kapita Selekta Fisika Teoretik Energi Tinggi dan
Instrumentasi
76 77
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Majelis Guru Besar
Institut Teknologi Bandung
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
Prof. Mitra Djamal
27 Maret 2010
3. Invited speaker pada International Conference on
Instrumentation, Communications, Information Technology, and
Biomedical Engineering (ICICI-BME), Bandung 2009.
4. Invited speaker pada Applied University Ravensburg
Weingarten, Ravensburg, Jerman, Oktober 2002.
5. Invited speaker pada Universität der Bundeswehr München,
Jerman, 16 Juli - 1 Agustus 2006.
78 79