Sensor Ultrasonik

  Sensor Ultrasonik adalah alat elektronika yang kemampuannya bisa mengubah dari energy listrik menjadi energy mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah gelombang mekanik yang memiliki cirri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi di atas 20 Khz. Gelombong Utrasonic dapat merambat melalui zat padat, cair maupun gas.

Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).

Gambar Sensor Ultrasonik

Gelombang ultrasonic merambat melalui udara dengan kecepatan 340 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor ultrasonik. Seperti yang telah umum diketahui, gelombang ultrasonik hanya bisa didengar oleh makhluk tertentu seperti kelelawar dan ikan paus. Kelelawar menggunakan gelombang ultrasonic untuk berburu di malam hari sementara paus menggunakanya untuk berenang di kedalaman laut yang gelap. Sehingga dapat kita ketahui bahwa pada dasarnya gelombang ini digunakan untuk mengetahu berapa jarak suatu benda atau medium.

Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).

Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :

1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.
3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus :

S = 340.Δt/2

dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan Δt  adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.

Pemancar Gelombang Ultrasonik

Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik

 

Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

1. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.
2. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
3. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
5. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).

Penerima Gelombang Ultrasonik

Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan  tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika ‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).

 

Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah  sebagai berikut :

1. Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.
2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.
3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.
5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.

Pemanfaatan Gelombang Ultrasonik

1. Ultarasonik untuk mengukur kedalaman laut
   Mengukur dalamnya laut dilakukan dengan suatu alat fathometer. Alat ini menghasilkan bunyi ultrasonik berupa pulsa-pulsa. Pulsa-pulsa ini akan dipantulkan oleh dasar laut dan akan diterima kembali. Dengan mengukur interval waktu antara dikirimnya pulsa sampai diterimanya kembali, maka kedalaman laut dapat diukur.
2. Ultrasonik untuk membunuh nyamuk penyebab demam berdarah.
   Pancaran gelombang ultrasonik yang mengenai nyamuk akan mengakibatkan terganggunya antena pada nyamuk yang berfungsi sebagai indera penerima rangsangan, sehingga nyamuk akan merasa tidak nyaman dan terganggu keseimbangannya yang nantinya bisa menyebabkan nyamuk tersebut mati. Berdasarkan pnlitian yang dilakukkan pakar entomologi dari FKH IPB, Dr Upik Kesumawati Hadi, MS, teruji bahwa ultrasonic dapat membunuh nyamuk. Dalam penelitian ini menggunakan nyamuk Aedes aegypti yang berusia 3 sampai 5 hari, karena pada usia tersebut nyamuk sudah memiliki metabolisme yang optimal.                                   
   
   
     Berdasarkan penelitian tersebut didapatkan persentase nyamuk Aedes aegypti yang mati akibat terkena gelombang ultrasonik 30 kHz sampai 100 kHz selama 24 jam mencapai 74 persen. Dan pancaran gelombang ultrasonik ini bisa mencapai 5 meter.
   
   
   Dalam penelitian ini juga diuji apakah ultrasonik tersebut bisa berdampak negatif terhadap manusia atau tidak dengan melakukan pengujian biomedis. Pengujian ini menggunakan hewan percobaan monyet berekor panjang (Macaca fascicularis) yang secara filogenik dan fisiologis memiliki kemiripan relatif dengan manusia. Parameter yang diuji adalah perilakunya, hematologi, kimia darah, fungsi jantung dan metabolismenya.
   
   Ternyata tidak ditemukan perbedaan yang signifikan antara monyet yang terkena gelombang ultrasonik dengan monyet yang digunakan sebagai kontrol. Hal ini menunjukkan bahwa gelombang tersebut tidak berbahaya sehingga tidak menggangu sistem tubuh seperti darah atau jantung, sedangkan sensitifitas frekuensi suara yang bisa ditangkap manusia adalah 20 Hz sampai 20 kHz. Berdasarkan hasil tersebut maka gelombang ultrasonik cukup efektif untuk membunuh nyamuk terutama Aedes aegypti yang bisa menyebabkan penyakit demam berdarah, dan gelombang ini tidak akan memberikan efek yang buruk terhadap kesehatan manusia.

     3. USG (Ultrasonography)

•  Ultrasonik adalah gelombang suara dengan frekwensi lebih tinggi daripada kemampuan           pendengaran telinga manusia, sehingga kita tidak bisa mendengarnya sama sekali. Suara yang dapat didengar manusia mempunyai frekwensi antara 20 – 20.000 Cpd (Cicles per detik- Hertz).. Sedangkan dalam pemeriksaan USG ini menggunakan frekwensi 1- 10 MHz ( 1- 10 juta Hz).
  Gelombang suara frekwensi tingi tersebut dihasilkan dari kristal-kristal yang terdapat dalam suatu alat yang disebut transducer. Perubahan bentuk akibat gaya mekanis pada kristal, akan menimbulkan tegangan listrik. Fenomena ini disebut efek Piezo-electric, yang merupakan dasar perkembangan USG selanjutnya. Bentuk kristal juga akan berubah bila dipengaruhi oleh medan listrik. Sesuai dengan polaritas medan listrik yang melaluinya, kristal akan  mengembang dan mengkerut, maka akan dihasilkan gelombang suara frekwensi tinggi.

• Peralatan Yang Digunakan
  1.  Transduser
       Transduser adalah komponen USG yang ditempelkan pada bagian tubuh yang akan
       diperiksa, seperti dinding perut atau dinding poros usus besar pada pemeriksaan prostat. Di      dalam transduser terdapat kristal yang digunakan untuk menangkap pantulan gelombang        yang disalurkan oleh transduser. Gelombang yang diterima masih dalam bentuk gelombang      akusitik (gelombang pantulan) sehingga fungsi kristal disini adalah untuk mengubah
       gelombang tersebut menjadi gelombang elektronik yang dapat dibaca oleh komputer
       sehingga dapat diterjemahkan dalam bentuk gambar.   2.  Monitor yang digunakan dalam USG
  3.  Mesin USG
       Mesin USG merupakan bagian dari USG dimana fungsinya untuk mengolah data yang
       diterima dalam bentuk gelombang. Mesin USG adalah CPUnya USG sehingga di dalamnya
       terdapat komponen-komponen yang sama seperti pada CPU pada PC
       

CARA USG MERUBAH GELOMBANG MENJADI GAMBAR

Proses Pengambilan Gambar

Prinsip kerjanya menggunakan Gelombang Ultrasonik yang dibangkitkan oleh kristal yang diberikan gelombang listrik..Kristal nya bisa terbuat dari berbagai macam, salah satunya adalah Quartz. Sifat kristal semacam ini, akan memberikan getaran jika diberikan gelombang listrik. Alat ultrasonik sendiri ada berbagai tipe. Ada Tipe Scan A, B dan C.Yang biasa untuk mendeteksi crack pada baja adalah tipe A. Prinsip kerjanya mudah sekali. Tinggal menggunakan sensor ultrasonik untuk mengirimkan gelombang ultrasonik dan menangkapnya kembali.Tipe B yaitu pada layar monitor (screen) echo nampak sebagai suatu titik dan garis terang dan gelapnya bergantung pada intensitas echo yang dipantulkan dengan sistem ini maka diperoleh gambaran dalam dua dimensi berupa penampang irisan tubuh.Yang tipe C dapat menampilkan Citra 3 Dimensi dengan cara menangkap pantulan-pantulan yang berbeda dari tebal tipisnya benda dalam suatu cairan. Karena ada berbagai macam gelombang ultrasonik yang dipantulkan dalam waktu yang berbeda, gelombang-gelombang ini lalu diterjemahkan oleh prosesor untuk dirubah menjadi gambar.

Sensor yang digunakan pada alat Ultrasonografi yakni sensor pizoelektrik, yang diletakkan pada komponen receiver yang menerima pantulan (refleksi) pola energi akustik yang dinyatakan dalam frekuensi. Sensor ini akan mengubah pergeseran frekuensi gelombang suara 1 – 3 MHz yang dipancarkan melalui transmitter pada jaringan tubuh dan kemudian gelombang tersebut dipantulkan (direfleksikan) oleh jaringan dan akan diterima oleh receiver dan selanjutnya diteruskan ke prosessor.
Sensor pizoelektrik terdiri dari bagian seperti housing, clip-type spring, crystal, dan seismic mass. Prinsipnya yakni ketika frekuensi energi akustikyang dipantulkan diterapkan, maka clip-type spring yang terhubung dengan seismic mass akan menekan crystal, karena energi akustik tersebut disertai oleh gaya luar sehingga crystal akan mengalami ekspansi dan kontraksi pada frekuensi tersebut. 

Ekspansi dan kontraksi tersebut mengakibatkan lapisan tipis antara crystal dengan housing akan bergetar. Getaran dari crystal tersebut akan menghasilkan sinyal berupa tegangan yang nantinya akan diteruskan keprosesor.Jadi USG menampilkan citra dari suara yang ditangkap.

http://truelovedeath.blogspot.com/2011/04/ultrasonik-ultrasonik-adalah-suara-atau.html 

loveisstupidthing.blogspot.com/2011/11/prinsip-kerja-rangkaian-sensor.html

http://elektronikadasar.info/wp-content/uploads/2013/02/sensor-ultrasonik-pemancar.gif

http://komponenelektronika.biz/sensor-ultrasonik.html

http://nicxusedell.blogspot.com/2013/01/prinsip-kerja-teknologi-sensor.html