Slide 1
Time-of-Flight Ultrasonic Displacement SensorsRakhmad GustaTujuanMerancang sistem displacement dengan menggunakan sensor ultrasonicDefinisi DisplacementDisplacement/ Pergeseran identik perpindahan dari suatu obyek digambarkan sebagai panah/garis vektor dari titik awal menunjuk suatu titik akhir. Maka jelas berbeda dari jarak tempuh kecuali pada kasus gerak garis lurus. Jarak tempuh perjalanan yang dibagiwaktu tempuh disebut kecepatan.
Sensor-sensor displacementResistif displacement sensorinductive displacement sensorcapasitif displacement sensorlaser interferometer displacement sensorsensor defleksi opticStrain GagesTime-of-Flight Ultrasonic Displacement SensorsSensor-sensor displacementResistive displacement sensorContoh: Precisions Potensiometer
Gambar 1. Potensiometer tipe geser(a), tipe putar(b)inductive displacement sensorContoh: single-coil,sensor displacementSensor-sensor displacement
Gambar 2. Single-coil, sensor displacementcapasitif displacement sensorContoh: Capasitif presure sensor
Sensor-sensor displacement
Gambar 3. capasitif pressure sensorUltrasonic adalah gelombang getar dengan frekuensi lebih tinggi daripada kemampuan pendengaran manusia, frekuensinya diatas 20 kHz. Aplikasi dasar untuk pengukuran dari ultrasonic adalah time-of-flight/ waktu lintas. Sebagai contoh pemantulan pulsa/ pulse-echo method. Sebuah pulsa ultrasonic dipancarkan ke sebuah benda. Ketika pulsa tersebut mengenai benda maka, pulsa tersebut akan dipantulkan sebagian atau semuanya ke alat penerima. Sehingga dengan kecepatan suara yang diketahui dan waktu pemantulan yang diketahui maka dapat dihitung jarak pantulan tersebut.
Time-of-Flight Ultrasonic Displacement SensorsPulse Echo Methode
Gambar 4. Prinsip kerja Pulse Echo Method
Persamaan Dasard : jarak (meter)c : cepat rambat bunyi (meter/detik)*t : waktu tempuh (detik)* nilainya tergantung kepada medium yang dilalui.
Tranduser UltrasonicMekanikContoh: SirineElektromagnetikContoh: Loud speakerPiezoelektrikContoh: XtalElektrostatik
Gambar 5. Tranduser Ultrasonic piezoelektrik(kiri), Elektrostatik (kanan)PERANCANGANSpesifikasi Rancangan
Digunakan untuk mengukur jarak dengan medium gelombang udaraMenggunakan tranduser ultrasonicMenggunakan sebuah pemancar dan sebuah penerima ultrasonicRange pengukuran tertentuMenggunakan penampil LCD
Spesifikasi Sensor
Range pengukuran: 0,2 s.d 2 mResolusi: 9mmDiagram BlokControl Unit
MicrocontrollerOscillatorPengkondisiSinyal 1Pengkondisi Sinyal 2PenghitungSelisih WaktuPengolah DataPenampil (LCD)TransmitterReceiverMikrokontroller Sebagai kontrol unit, penghitung selisih waktu dan Pengolah DataOscillatorMerupkan rangkaian pembangkit sinyal ultrasonic Pengkondisi Sinyal 1Merupakan gabungan dari modulator digital, penguat, dan driver tranduser ultrasonic.Transmitter dan Receiver Merupakan tranduser ultrasonic 40kHzPengkondisi Sinyal 2Merupakan gabungan penguat, Hi pass filter, triger schmit dan tone decoder.Oscillator
F=1/T=1.44/(R2/R1)C1Duty cycle= R2/(R1+2R2)
Misalkan C=10nFDuty cycle 60%F=40kHzMaka R1=0.7215kR2=1.443kRangkaian Transmiter
Rumus Penguatan Non Inverting
Penguatan diinginkan 2 kali maka Rf=Ri
Rangkaian Receiver
Hi pass filterAv=(R2/R1+1)Fc=1/(2.phi.R2.C1)
Av=101, maka R2=100.R1Fc=40kHzC1=1n maka R1=4kohm
Tone Decoder
Fo=40kHzC1= 3.3nF maka R1= 6.887kOhmFlow chartStartPembangkitanPulsa 40 kHsDelay 0.2 mSecStop PembangkitanPulsa 40 kHsIfTonedecoder output lowHitung waktu responDan jarakstop
