Sensor Cahaya(Light Sensor)

Instrumentasi

Created by:Heryanto 6091801Rivaldy Tjoanda 6091009

Dozen Pembimbing:Hendi Wicaksono

15-04-2011

Sensor Alat yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan

lingkunganDefinisi

Jenisfisik

kimiabiologiMendeteksi kondisi fisik

Mendeteksi perubahan kimia

lingkunganPengukuran kondisi

biologis Sensor CahayaSensor dapat dikatakan sebagai indra pada manusia

atau akses masuknya input pada mesin atau peralatan elektronika 15-04-2011

Cahaya(light)

Bentuk gelombang elektromagnetik yang

bertanggung jawab atas pandangan mata manusia dan

terdiri dari partikel-partike foton yang memiliki radiasi tertentu

Definisi

1. Panjang Gelombang 380 -780nm2. Frekuensi 405 THz-790tHz3. Kecepatan 300.000.000 m/s

Ciri-ciri

15-04-2011

1) Cahaya merupakan bentuk partikel foton2) Tidak semua cahaya dapat dilihat oleh mata dan tidak semua

sensor cahaya dapat menerima segala jenis cahaya3) Cahaya yang memiliki frekuensi rendah disebut infrared dan

cahaya yang memiliki frekuensi tinggi disebut dengan ultraviolet4) Besara cahaya dipengaruhi oleh intensitas, panjang gelombang,

polarisasi dan frekuensi5) Bidang studi cahaya saat ini disebut optika

Reference

15-04-2011

Sensor Cahaya

Sebuah alat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan lingkungan fisik berupa cahaya dimana input masukan berupa cahaya diubah kedalam bentuk besaran listrik untuk diproses kedalam tahap selanjutnya

Mengubah besaran cahaya ke dalam besaran listrik

definisi

proses

1 foton 1 elektron

PhotodetectorDisebut juga sebagai

15-04-2011

Jenis2 Sensor cahaya

1. Photodioda2. Phototransistor 3. Photovaltic Cell atauSolar Cell4. Photoresistor atau LDR(Light Dependent Resistor)5. Optoisolator

15-04-2011

Karena sensor Cahaya umumnya hanya dapat mengubah secara fisik suatu bentuk energi ke energi

yang lain

Sehingga sensifitas cahaya pada lingkungan fisik sangat mempengaruhi masukan input pada sensor

One way system

Kalibrasi sensor cahaya sangat penting dilakukan untuk

pengukuran besaran energi input

Agar Sensor dapat membedakan mana yang

gelap dan mana yang terang15-04-2011

Energi fisik cahaya

Proses jalannya Sensor cahaya One Way System

Sensor Cahaya

Arus listrik

Pengkondisian sinyal

Pemrosesan sinyal

Bentuk energi foton

Bentuk energi elektron

Kalibrasi sensor cahaya

Output(Logika, data) 15-04-2011

Untuk keperluan tertentu sensor cahaya juga dapat diatur menjadi two way

system/transducer

Sensor cahaya yang tidak sekedar mengumpulkan informasi fisik dari lingkungan

layaknya one way system

Sensor cahaya yang bekerja dengan memberikan informasi ke lingkungan untuk

kemudian dikembalikan lagi dan dibandingkan perbedaanya

Umumnya dibantu dengan menggunakan LED dan sinar infrared

Two way system

15-04-2011

Arus listrik

Proses jalannya Sensor cahaya Two Way System

LED Cahaya Sensor Cahaya

Arus Listrik

Pengkondisian sinyal

Pemrosesan sinyal

Kalibrasi sensor cahaya

Output(Logika, data)

Bentuk energi foton

Bentuk energi elektron

Dibandingkan

15-04-2011

cahaya

Sensor infrared

Sensor cahaya transducerCahaya ditembakkan dan diterima kembali oleh sensorDapat dipakai untuk menentukan jarak antara sensor dengan tembok

15-04-2011

Contoh aplikasi sensor cahaya two way system/transduce

Sensor cahaya dan sinar infrare

15-04-2011

Foto dioda

• Dioda yang berfungsi untuk mendeteksi cahaya• Komponen yang mengubah cahaya menjadi listrik(foton menjadi elektron)• Cahaya yang dapat dideteksi foto dioda antara lain infrared, cahaya

tampak, ultraviolet, sinar-x• Foto dioda berbeda dengan foto transistor• Foto dioda memiliki sensivitas yang kalah dari foto transistor, namun

memiliki respon waktu yang lebih cepat

15-04-2011

Smoke detector CD-Room Television

Contoh penggunaan fotodioda

15-04-2011

Foto transistor

• Transistor yang berfungsi untuk mendeteksi cahaya• Terdiri dari fotodioda dengan internal gain• Foto transistor memiliki karakteristik:

1. Pendeteksi jarak dekat Infra merah.2. Bisa dikuatkan sampai 100 sampai 1500.3. Respon waktu cukup cepat.4. Bisa digunakan dalam jarak lebar.5. Bisa dipasangkan dengan (hampir) semua penghasil cahaya atau cahaya yang dekat

dengan inframerah, seperti IRED (infrred led), Neon, Fluorescent, lampu bohlam, cahaya laser dan api.

6. Mempunyai karakteristik seperti transistor, kecuali bagian basis digantikan oleh besar cahaya yang diterima.

15-04-2011

Solar Cell• Disebut juga photovoltaic cell• Mengubah energi cahaya ke energi listrik• Bahan utama terdiri dari ude monocrystalline silicon, polycrystalline silicon,

amorphous silicon, cadmium telluride, and copper indium selenide/sulfide.• Mengubah energi foton menjadi elektron• Efisiensi masih rendah, yaitu hanya mampu menyerap energi 20% dari energi

cahaya

15-04-2011

solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran electron, aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik.

15-04-2011

Fungsi utama cell pada solar cell adalah absorver

Terdapat banyak jenis gelombang elektromagnetik pada cahaya.

Tidak semua gelombang elektromagnetik dapat diserap oleh solar cell

Foton pada gelombang tersebut akan menimpa permukaann, kemudian diserap, dan dilewatkan

Hanya foton dengan level tertentu yang akan melepas elektron dari energi atomnya

15-04-2011

15-04-2011

LDR(Light Dependent Resistor)• Resistor yang berfungsi layaknya sensor• Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang

mengenainya atau yang ada disekitarnya Kamera digital• Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang

sebesar 1KΩ• LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida• energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas

atau arus listrik meningkat.• Saat arus meningkat maka resistansi LDR akan turun

15-04-2011

15-04-2011

Contoh aplikasi sensor cahaya LDR

Lampu Taman

Kondisi Terang Kondisi Redup/Gelap

LDR

Lampu

Banyaknya foton cahaya yang masuk ke Sensor akan memberikan masukanArus listrik yang tinggi untuk memutuskan Jalur antara baterei dengan lampu

LDR

Lampu

Kurangnya foton cahaya yang masuk ke Sensor akan memberikan masukanArus listrik yang trendah untuk menyambungkanJalur antara baterei dengan lampu

15-04-2011

Latar Belakang Optoisolator

• cara kerja mirip dengan relay• digunakan untuk mengontrol peralatan bertegangan

tinggi• peredam kebisingan yang bagus karena sirkuit saklar

(switching circuit) terisolasi/tersekat secara elektrikal• memadukan dua sistem yang memiliki transmisi

photon yang menghilangkan kebutuhan terhadap penggunan bersama.

15-04-2011

Susunan Optoisolator

Glass dielectric sandwich membagi input dan output

15-04-2011

Bentuk Susunan/Konstruksi Optosiolator• IRED CHIP : keping infra merah• Anode : anoda• Cathode : katoda• Glass : kaca• Base : elemen utama• Emitter : emiter/pemancar• Detector chip : keping detektor• Collector mounted to lead frame : kolektor yang

diikatkan ke kerangka/bingkai timah• Glass dielectric sandwich separates input from output :

isolator kaca memisahkan input dengan output.

15-04-2011

Optoisolator Schematic

• Input Stage = infrared emitting diode (IRED)• Output Stage = silicon NPN phototransistor

15-04-2011

Optocoupler Interrupter Schematic

• Skema pemutus arus optocoupler• Menghilangkan permasalahan penempatan

mekanis yang timbul dalam penyesuaian emitter dan detektor untuk mendapatkan kepekaan deteksi yang tepat.

15-04-2011

Optocoupler Interrupter Example

• Untuk mengukur kecepatan dan jarak

• Emitter terintegrasi dan sepasan pair

• Easy to install

15-04-2011

Rangkuman

• sangat cocok untuk peralatan yang memerlukan :– tegangan naik-turun dengan isolasi tinggi– isolasi kebisingan– ukuran kecil

• Sinyal tidak dapat lewat dengan arah berlawanan• Digunakan untuk mengontrol motor, solenoid* (*konduktor

yang menghasilkan medan magnet ketika arus listrik melewatinya)

15-04-2011

Prinsip Kerja Optocoupler

• Optocoupler dibentuk dari penggabungan sebuah sumber cahaya dengan fototransistor.

• Dioda cahaya sebagai sumber cahaya dipasang langsung dengan sumber tegangan. Keluaran dari sumber cahaya akan berbanding lurus dengan tegangan masukan pada dioda cahaya.

• Optocoupler atau optoisolator merupakan paket elektronik murni, jalur cahaya didalamnya yakni infra merah tertutup dalam sebuah paket. Ini menyebabkan transfer energi listrik dalam satu arah, dari infra merah ke fotodetektor, sambil mempertahankan isolasi listrik.

• Fungsi optocoupler pada umumnya selain sebagai sensor (dengan kemasan tertentu) digunakan pula pada rangkaian listrik sebagai isolasi dari rangkaian kendali dan rangkaian tegangan tinggi (daya).

• http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_material/solar_cell_sumber_energi_masa_depan_yang_ramah_lingkungan/

• http://id.wikipedia.org/wiki/Kamera• http://id.wikipedia.org/wiki/LDR• http://tamichan89.blogspot.com/2011/02/cmos-vs-ccd.html• http:// id.wikipedia.org/wiki/ouptocoupler

15-04-2011

THANK YOU

15-04-2011