Langsung ke konten utama

Penggunaan Fiber Bragg Grating (FBG) sebagai Sensor Temperatur

Fiber Bragg Grating (FBG) telah menjadi device (peranti) yang sangat bermanfaat dan penting dalam proses sensing dan teknologi komunikasi. Pada artikel ini akan dibahas realisasi FBG sebagai sensor temperatur.

a. FBG sebagai sensor temperatur ruangan (indoor)
Set up eksperimen untuk aplikasi FBG sebagai sensor temperatur ruangan terdiri dari FBG, tunable light source (TLS), dan Optical Spectrum Analyzer (OSA). Diagram skematiknya adalah sebagai berikut:
Diagram skematik dari aplikasi FBG sebagai sensor ruangan
Namun dalam realisasinya, penggunaan FBG sebagai temperatur ruang tidaklah praktis. Namun kepraktisan FBG dapat terlihat pada pengukuran temperatur cairan. Dengan FBG, maka perubahan temperatur cairan hingga 200oC dapat diukur. Set up eksperimen dari aplikasi FBG sebagai sensor temperatur  cairan terdiri dari FBG, tunable light source (TLS), optical spectrum analyzer (OSA), hot plate (untuk tujuan pemanasan), termometer merkuri (sebagai alat ukur referensi), dan gelas beaker yang diisi oleh air distilasi dan larutan yang hendak diukur perubahan temperaturnya. Diagram skematik dari susunan berbagai peralatan tersebut ditunjukkan oleh gambar berikut:

(a)
(b)
Set up eksperimen penggunaan FBG sebagai sensor temperatur cairan (a) Diagram skematik (b) Realisasi 

FBG dihubungkan dengan TLS dan OSA serta diletakkan didalam gelas beaker yang mengandung larutan NaCl. Sebuah termometer merkuri juga diletakkan di dalam gelas beaker untuk merekam perubahan temperatur dalam larutan selama proses pemanasan. Perubahan temperatur menyebabkan terjadinya ekspansi termal dari kisi, sehingga mengubah nilai variasi indeks bias dari FBG. Perubahan indeks bias tersebut menyebabkan perubahan panjang gelombang Bragg, bandwidch, dan juga power dip dari FBG yang dapat dilihat di OSA. Perlu diperhatikan bahwa pengukuran transmisi dan refleksi penting untuk dilakukan agar dapat melakukan cross check dari pergeseran panjang gelombang bragg dan sensitivitas baik pada transmisi maupun refleksi.

(b) FBG sebagai sensor temperatur ruang terbuka
Pada aplikasi sebagai sensor temperatur ruang terbuka, FBG dapat dipaparkan secara langsung terhadap sinar matahari dengan penambahan elemen pemfokus. Hal ini dilakukan dengan cara memasukkan FBG ke dalam tabung gelas yang berada dalam tabung kaca (perspex holder) yang berfungsi sebagai holder pada ketinggian tertentu dan juga dapat melindungi FBG dari kerusakan akibat angin atau hujan. Sebuah termometer referensi juga diletakkan di dekat FBG. Berikut adalah diagram skematik dari sistem tersebut:

Diagram skematik dari aplikasi FBG sebagai sensor temperatur ruang terbuka (outdoor)

Variasi dari dua sistem yang telah dijelaskan adalah dengan cara penambahan fiber coupler (SMF-28 2 x 2 3-dB). Salah satu ujung dari fiber optik dihubungkan kepada ujung FBG, dan dua ujung lainnya kepada TLS dan OSA. Terdapat satu ujung yang tidak terhubung. Skematik dari variasi pengukuran ini ditunjukkan oleh gambar berikut:

Variasi dari pengukuran temperatur dengan penambahan optical coupler atau fiber optic coupler

Referensi:
[1] Daud, S. and Ali, J., 2018. Fibre Bragg grating and no-core fibre sensors. Springer.
Label:
Lokasi: Surabaya, Surabaya City, East Java, Indonesia

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Asal Muasal Adanya Indeks Bias pada Material Gelas

Indeks bias ( n ) pada material dielektrik (termasuk gelas) dapat diekspresikan sebagai penjumlahan dari banyak osilator yang masing-masing osilator memiliki frekuensi berbeda-beda. Ekspresi matematika tersebut cukup rumit jika harus dijelaskan disini, namun dapat Anda baca sendiri di [1] halaman 6.  Pada hakikatnya, indeks bias adalah kuantitas kompleks, terdiri dari bagian real dan bagian imajiner. Bagian real berkontribusi pada kecepatan fase dari cahaya (konstanta propagasi), sementara bagian imajiner berpengaruh pada fenomena loss atau gain .  Pada fiber optik silika digunakan panjang gelombang telekomunikasi (1550 nm). Panjang gelombang tersebut cukup jauh dari panjang gelombang resonansi material fiber optik silika yang terjadi di panjang gelombang UV, hal ini menyebabkan tidak adanya indeks bias latar belakang dan loss transmisi menjadi sangat kecil bahkan diabaikan pada panjang gelombang telekomunikasi tersebut. Namun, kehadiran dari keretakan/cacat...
Posting Komentar
Baca selengkapnya

Serat Kisi Bragg (Fiber Bragg Grating)

Serat kisi Bragg diterjemahkan dari frase bahasa Inggris yakni Fiber Bragg Grating atau disingkat dengan FBG. FBG ini banyak digunakan sebagai sensor, selain sebagai filter optik. Sensor sendiri didefinisikan sebagai peranti ( device ) yang mengukur suatu kuantitas fisis dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dibaca oleh instrumen [1]. Bentuk fisik dari Serat Kisi Bragg ( Fiber Bragg Grating ) Pada FBG, parameter fisis yang dapat diukur diantaranya adalah sebagai berikut: Regangan mekanis ( mechanical strain ) Temperatur Kelembaban Konsentrasi kimia Gaya Medan listrik Medan magnetik Indeks bias Parameter fisis ini terus bertambah dan menjadi topik riset yang sangat menarik, misalnya ada peneliti yang menggunakan FBG sebagai sensor intensitas radiasi nuklir Dikarenakan parameter fisis yang cukup luas tersebut, saat ini FBG banyak diteliti dan dikembangkan oleh ilmuwan Internasional, termasuk ilmuwan Indonesia. Hal ini terbukti ketika mengetikkan "Fiber Bragg ...
2 komentar
Baca selengkapnya

Metode Fabrikasi FIber Bragg Grating (FBG)

Peralatan yang diperlukan untuk memfabrikasi FBG diantaranya adalah laser eksimer KrF (laser UV) dengan panjang gelombang 248 nm, mask aligner, tunable light source (TLS), dan optical spectrum analyzer (OSA). Sedangkan bahan yang dibutuhkan adalah fiber optik fotosensitif, misalnya adalah fiber optik yang bagian intinya didoping oleh unsur germanium dan gas pengisi untuk menyetabilkan luaran yang dihasilkan oleh laser UV. Dibutuhkan fasilitas ruangan khusus untuk dapat memfabrikasi FBG, yakni ruang clean room .  Pada peralatan, TLS bertindak sebagai sumber cahaya yang cahayanya akan memasuki fiber optik fotosensitif sedangkan OSA  berperan sangat penting dalam memonitor proses pembentukan kisi dari fiber optik fotosensitif sehingga dapat membentuk FBG. Selain itu OSA juga berperan dalam memperoleh spektrum luaran dari FBG. Diagram skematik dari proses fabrikasi FBG ditunjukkan oleh gambar berikut: Diagram skematik dari proses fabrikasi FBG [1] Struktur fiber optik...
Posting Komentar
Baca selengkapnya