Tranduser dan Sensor Acelerometer

1. Tranduserdan SensorAcelerometer KurniawanTeguhMartono, ST., MT SistemKomputer UNDIP

2. Pendahuluan • Salahsatuhalterpentingdalampengendaliansistemnavigasiadalahdalamhalpenentuanposisidanorientasi. • Olehkarenaitudibutuhkansuatuinstrumen yang dapatmendeteksikeadaandankeberadaansuatubenda. • Sensor-sensor yang biasadipakaiuntukmengetahui data keadaansuatubendadiantaranyaadalah : • GPS (posisikoordinat 3 dimensi), • Sensor altimeter (sensor ketinggian), dan • Sensor IMU (Inertial Measurement Unit)

3. IMU (Inertial Measurement Unit) • IMU banyakdigunakanuntukkeperluannavigasisuaturoket • IMU merupakansuatu unit dalammodulelektronik yang mengumpulkan data percepatan angular danakselerasi linear, yang kemudiandikirimke unit pemrosesutama. • IMU terdiridarikombinasi accelerometer (sensor percepatan) dan gyroscope (sensor angular) untukmenjejakikeberadaandanpergerakansuatubenda.

4. Accelerometer • Accelerometer adalahsebuahtranduser yang berfungsiuntuk : • mengukurpercepatan, • mendeteksidanmengukurgetaran, ataupun • mengukurpercepatanakibatgravitasibumi • mengukurgetaran yang terjadipadakendaraan, bangunan, mesin, danjugabisadigunakanuntukmengukurgetaran yang terjadididalambumi, getaranmesin, jarak yang dinamis, dankecepatandenganataupuntanpapengaruhgravitasibumi.

5. Percepatan • Percepatanmerupakansuatukeadaanberubahnyakecepatanterhadapwaktu. • Bertambahnyasuatukecepatandalamsuaturentangwaktudisebutjugapercepatan (acceleration). • Jikakecepatansemakinberkurangdaripadakecepatansebelumnya, disebut deceleration. • Percepatanjugabergantungpadaarah/orientasikarenamerupakanpenurunankecepatan yang merupakanbesaranvektor. • Berubahnyaarahpergerakansuatubendaakanmenimbulkanpercepatan pula.

6. PrinsipKerja Accelerometer • Prinsipkerjadaritranduseriniberdasarkanhukumfisikabahwaapabilasuatukonduktordigerakkanmelaluisuatumedan magnet, ataujikasuatumedan magnet digerakkanmelaluisuatukonduktor, makaakantimbulsuatuteganganinduksipadakonduktortersebut. • Prinsipkerja yang digunakanadalahprinsippercepatan (acceleration). • Sebuah per denganbebandandilepaskan , bebanbergerakdengansuatupercepatansampaikondisitertentuakanberhenti. Bilaadasesuatu yang menggoncangkannyamakabebanakanberayunkembali.  

7. KomponenAcelerometer

8. Tipe Accelerometer • Capacitive • Piezoelectric • Piezoresistive • Hall effect • Magnetoresistive • Heat Transfer

9. Capacitive • Lempenganmetal pada sensor memproduksisejumlahkapasitansi, perubahankapasitansiakanmempengaruhipercepatan • ketikaaccelerometerbergerakkekanan, massa yang ditandaidenganwarnamerahtertinggaldanmendoronglogamberwarnabirulebihdekatsatusamalainnya, mengubahnilaikapasitansi sensor tersebut.

10. Piezoelectric • kristal piezoelectric yang terdapatpada accelerometer jenisinimengeluarkantegangan yang selanjutnyadikonversimenjadipercepatan • ketikaaccelerometerbergerakkekanan, massa yang ditandaidenganwarnamerahmenekankristalpiezoelektrikberwarnabirusehinggamenghasilkantegangan. Semakinbesarakselerasi, semakinbesargayatekan, dansemakinbesararus yang mengalir.

11. Piezoresistive • Lempenganyang secararesistanakanberubahsesuaidenganperubahanpercepatan

12. Hall effect • Percepatanyang dirubahmenjadisinyalelektrikdengancaramengukursetiapperubahanpergerakan yang terjadipadadaerah yang terinduksi magnet.

13. Magnetoresistive • Perubahanpercepatandiketahuiberdasarkanresistivitas material karenaadanyadaerah yang terinduksi magnet.

14. Heat Transfer • Percepatandapatdiketahuidarilokasisebuahbenda yang dipanaskandandiukurketikaterjadipercepatandengan sensor temperatur

15. Terminology pada sensor percepatan • +1g, posisidiam sensor searahdenganarahvertikalbumidanmenghadapkeatas) • 0g, posisidiam sensor searahdenganarah horizontal bumi • -1g Output dari sensor berdasarkankonektor yang mengarahkebawah. • Linearitas, selisihmaksimumdarikurvaantarategangan yang dihasilkandangravitasidengangarislurus • Sensitivity, Ukuranseberapabanyakperubahan yang terjadipadahasil output sensor berdasarkanperubahanpercepatan yang diinputkan. Satuandari sensitivity adalah Volt/g.

16. Terminology pada sensor percepatan (2) • Vcc, Tegangansebagai input untuk sensor. • %Vcc, Persentasedaritegangan yang dihasilkan.Dapatmengkoreksikesalahanakbattegangan yang bervariasiketika accelerometer bekerja. • Ratiometric, Output dari sensor yang berubahsesuaidenganperubahantegangan input.

17. Fungsidari accelerometer • Mengubahfitur • Kontroler • Kontrolantarmuka • Image stabilization

18. Spesifikasi Accelerometer • SpesifikasiDinamis • Spesifikasi Electric • SpesifikasiMekanikal

19. SpesifikasiDinamis • Sensitivitas • Toleransisensitivitas • Noise • Amplitudopuncak • Responfrekuensi • Resonansifrekuensi • Temperature output darisensitivitas • Range temperatur output

20. Spesifikasi Electric • Teganganinput • Arus input • Tegangan bias • Waktuyang diperluakanuntukmenyalakan accelerometer

21. SpesifikasiMekanikal • Range temperatur • Berat • Material untuksensor • Desain sensor • Material pelapis (casing)

22. ContohPenggunaan Accelerometer • Transportasi • BidangMedis • Science and Engineering • PeralatanElektronik

23. Transprotasi • Salahsatupengguaan accelerometer yang sangatumumyaitudalamsistem airbag yang terdapatpadakendaraan, khususnyamobil. • Accelerometer inidigunakanuntukmendeteksipenurunanpercepatan yang sangatbesar yang biasanyaterjadiketikaterjadinyatabrakanantarkendaraan.

24. BidangMedis • Sport Watch, berupa jam tanganolahraga yang jugadapatmenghitungberapabanyaklangkah yang telahkitalakukan, menggunakan accelerometer untukmenghitungkecepatandanjarakdarisipelari yang menggunakannya.

25. Science and Engineering • ccelerometerbanyakdigunakanuntukmenghitungpercepatandanpenurunanpercepatandarisebuahkendaraan. • Accelerometer membantuuntukmengevaluasiperformansidarimesindansistempercepatandanjuga breaking system (sistempenurunanpercepatan). • Kecepatanyang biasaditampilkanpadakendaraanandaumumnyadidapatkandaripenggunaan accelerometer

26. PeralatanElektronik • ccelerometerpada laptop biasanyadigunakanpadasistem Sudden Motion Sensor, yang biasadigunakanuntukmendeteksijatuhnya laptop. • Jikakondisipadasaatjatuhterdeteksi, hard disk drive yang adaakandiproteksisehinggatidakterjadi data loss. • Accelerometer untuksecaraotomatismengubaharahlayar (menjadi miring ataupunterbalik) sesuaidenganarah monitor tersebutditegakkan (portrait atau landscape). • Camera recorder menggunakan accelerometer untukmenstabilkangambar (image stabilization). • Camera digital menggunakan accelerometer untuk menu pilihan anti blur ketikamengambilgambar.