PESTA ADAT WARGA PAROTO "MATTOJANG" AYUNAN RAKSASA

 ALAT PENDETEKSI KERETAKAN PADA BANGUNAN MENGGUNAKAN SENSOR  GELOMBANG ULTRASONIK DENGAN KOMBINASI MICROKONTROLLER

Afdhal Irfan

Jurusan Teknik Elektro , Universitas Ahmad Dahlan, Yogyakarta

E-mail : afdhalirfanifal@gmail.com

            ABSTAK

Ultrasonic Non Destructive Test (NDT) adalah salah satu teknik pengujiaan bangunan tanpa merusak benda uji melalui pantulan gelombang ultrasonik . Pengujiaan ini dilakukan untuk mendeteksi adanya cacat atau retak pada material bangunan secara dini, dan menghindari kegagalan saat digunakan. Propagasi gelombang ultrasonik didalam struktur bangunan mengalami pemantulan atau pembelokan pada saat mengenai  medium dengan indeks berbeda. Propagasi gelombang ultrasonik tersebut kemudian diekstra menggunakan metode Continuous Wavelet Transform (CWT) untuk merepresentasikan permukaan material yang didasarkan pada frekuensi dan waktu pantul/belok sebagai dasar jarak keberadaan rongga (cacat) CWT mempunyai keunggulan pada proses analisis sinyal yang lebih cepat dibandingkan dengan metode lain seperti transformasi fourier dan mempunyai kemampuan untuk mentransformasikan sinyal nonstasioner dalam domain waktu-frekuensi. Material uji yang digunakan pada penelitian ini adalah bangunan tembok. (steel 1020) , sedangkan peralatan penunjang utama yang digunakan adalah probe ultrasonik tipe pulse-echo single

probe 4MHz. Software utama yang digunakan untuk pengolahan sinyal pada penelitian ini adalah DELPHI. Dari hasil analisis sinyal diketahui bahwa NDT dengan metode CWT mampu merekonstruksi cacat material dengan baik.

PENDAHULUAAN

1.1              Latar Belakang

Suatu bangunan pada saat pembuatan tidak dapat dipungkiri dari suatu permasalahan kecacatan fisik atau kerusakan yang terjadi didalam bangunan tersebut. Kerusakan tersebut dapat menjadi resiko yang dapat membahayakan serta menimbulkan banyak kerugian. Oleh sebab itu perlu dilakukan uji coba kualitas terhadap bangunan tersebut agar dapat mengurangi dampak resiko yang dapat mwmbahayakan serta merugikan banyak pihak.

Uji suatu kualitas bangunan dapat dilakukan bila ingin dapat tahu apakah ada keretakan atau tidak ada pada suatu bangunan. Informasi yang ada tidaknya suatu keretakan sudah cukup sebagai dasar pengambilan keputusan, misalnya suatu bangunan yang mengalami keretakan akan dilakukan penambalan pada titik keretakan. Hal ini penting dalam uji kualitas bangunan adalah ukuran keretakan dan dampak yang akan terjadi dan apakah bangun tersebut masih layak digunakan sebagai mestinya.

Ukuran kecacatan didalam suatu bangunan dapat diketahui dengan cara uji coba tak merusak(Non Destructive Test) yaitu dengan metode Ultrasonic Test. Seperti yang pernah di kemukakan oleh yatarif (2008) bahwa untuk mengetahui kondisi didalam suatu bahan baku tersebut apakah dalam kondisi baik atau mengalami kecacatan atau tidak, dapat dilakukan dengan cara pengujiaan Non Destructive Test (NDT) yaitu dengan cara Ultrasonic Test untuk melihat cacat (keretakan) pada bagian dalam suatu benda yang meliputi jarak keretakan dari permukaan, bentuk keretakan dan ukuran keretakan. Untuk melakukan pengujiaan Non Destructive Test (NDT) bias menggunakan sensor Ultrasonik dapat mendeteksi kecacatan obyek dengan cara memancarkan gelombang Ultrasonik  selam selang waktu yang di tentukan yang mendeteksi pantulan oleh benda tersebut. Berdasarkan latar belakang diatas maka dalam penelitian ini akan diimplementasikan suatu pengujian terhadap ukuran kecacatan (keretakan) bangunan.

                                                                                

1.2              Rumusan Masalah

Dari latar belakang dapat dirumuskan masalah penelitian ini yaitu bagaimana mendeteksi ukuran keretakan dalam suatu bangunan tanpa merusak benda padat tesebut.

1.3              Batas Masalah

Penelitian ini dibatasi dengan ketentuan berikut :

1.      Sensor ultrasonic yang digunakan adalah sensor yang berfrekuensi kerja  yang berupa duah buah probe sebagai transmitter dan receiver secara terpisah.

2.      Benda padat yang dipilih untuk melakukan pengujian yaitu  sesuai dengan batasan kemampuan frekuensi gelombang ultrasonic yang dapat dipancarkanoleh sensor yaitu padat terbuat dari semen air dan pasir.

3.      Benda padat yang akan diuji telahditentukan sebelumnya ukuran kecacatanya

4.      Posisi sensor pada saat melakukan pengukuran menempel pada permukaan bangunan pada uji yang digunakan.

5.      Variasi pengukuran dengan kelipatan 1cm pada sisi panjang 0-21cm pada posisi lebar dari 0-6,5cm.

1.4              Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian adalah bagaimana merancang system untuk mengetahui ukuran kecacatan dalam suatu bangunan.

1.5              Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian ini diharapkan dari system yang sudah dibuat dapat menentukan ukuran kecacatan pada bangunan sehingga pengguna dapat mengetahui apakah bangunanya layak atau tidak.

METODE

Dalam bab  kedua ini , membahas tentang teori dasar dalam rangkaain alat pendeteksi. Pokok teori yang akan dibahas yaitu teori tentang pendeteksi keretakan dengan sensor ultrasonic

2.1       Pengertian gelombang Ultrasonik

Ultrasonik adalah suara atau geteran dengan frekuensi yang terlalu tinggi untuk didengar oleh telinga manusia, yaitu kira-kira diatas 20Khz. Sehingga beberapa hewan , seperti lumba-lumba menggunakan sebagai alat komunikasi, sedangkan kelelawar menggunakan gelombang ultrasonic sebagai navigasi. Dalam hal ini , gelombang utrasonik merupakan gelombang ultra (di atas) frekuensi

gelombang suara (sonik). Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam medium padat , cair, gas. Reflektivitas dari gelombang ultrasonic ini dipermukaan cairan hampir sama dengan permukaan padat, tapi pada tekstil dan busa, maka jenis gelomban ini diserap.

Rumus gelombang ultrasonic , maka cepat rambat bunyi dapat ditulis seperti

2.2        Transformasi wavelet

merupakan salah satu teknik terbaru yang muncul sebagai teknik pemrosesan sinyal non-stasioner. Analisis sinyal dengan menggunakan transformasi wavelet lebih cepat dari pada menggunakan analisis transformasi fourier[2]. Penggunaan transformasi wavelet sangat potensial untuk mengektraksi fitur sinyal A-scan dari domain waktu kedalam

domain waktu-frekuensi

Rumus cepat rambat gelombang :

           

V= cepat rambat bunyi(m/s)

ƛ = panjang gelombang (m)

T = periode (s)

Jika bunyi melewati batangan yang padat dan panjang, maka laju bunyi sebesar :

E = modulus young (N/m2) rumus cepat rambat bunyi

p =  massa jenis (kg/m3)

Alat

a.      Multimeter

b.      Tang

c.       Obeng

d.      Boor

e.       Pisau

f.       solder

Bahan Penelitian

a.       komputer  denagan program Delphi

b.      microkontroller

c.       sensor ultrasonik

d.      motor steper 2 buah

e.       LCD

f.       Material sebagai sampel yang akan dilakukan pengujian

g.      Rangka dudukan alat uji

Perancangan Alat Uji

Skema dan pembuatan alat uji NDT Ultrasonik test menggunakan microkontroller  seperti dibawah ini :

Probe ultrasonik yang digunakan adalah pulse-echo single element dengan frekuensi 4MHz, dengan metode pengujian direct contact. Probe ultrasonik digerakkan oleh 2 motor untuk menghasilkan gerakan scaning arah x dan y terhadap luasan material uji. Motor dikendalikan oleh mikrokontroler melalui perintah dari komputer. Pulsa ultrasonik dibangkitkan dari

pulser-receiver dengan PRF (Pulse Repetition Frequency) sebesar 1kHz dengan amplitudo -125V. Akuisisi data hasil pemantulan ultrasonik menggunakan osiloskop digital dengan kemampuan 250Sa/s, 8 bit. Data akuisisi dikirim ke komputer untuk diproses melalui komunikasi serial (USB) dengan protokol komunikasi standar IEEE488.2,1992.

Pre-prosesing sinyal digital hasil pemantulan seluruh sinyal scaning (x,y) menggunakan CWT dengan level penskalaan sebanyak 128 level. Hasil transformasi sinyal di-treshold untuk mendapatkan lokasi (dalam t) dari frekuensi sinyal pantul. Selanjutnya setiap titik-titik yang terdeteksi dikelompokkan dalam susunan posisi atau lokasi dengan tingkat warna yang

bervariasi sebagai representasi dari pola cacat (rongga) material. Sebagai hasil akhir pengelompokan tersebut di petakandalam grafik 3 dimensi

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data akuisisi hasil pembacaan dari osiloskop mempunyai panjang data 4000 dengan frekuensi sampling 100MHz. Data tersebut dibaca dan dilakukan pemrosesan sinyal digital dengan menggunakan pemrograman delphi . 1000 data pertama digunakan sebagai inisialisasi sehingga data orisinil dari pemantulan dimulai dari data ke 1001 sampai 3000. Sinyal pantul hasil pembacaan dapat dilihat seperti pada gambar 4.

Gelombang pertama yang muncul adalah getaran ultrasonik pada permukaan benda. Berikutnya disusul gelombang pantul 1, 2 dan 3. Dari gelombang pantul pertama ke pantulan ke-2 dan ke-3 gelombang mengalami atenuasi sebesar 20%. sinyal tersebut distribusi frekuensi yang muncul dapat dilihat pada gambar 5. Energi frekuensi tertinggi muncul pada frekuensi 4.42MHz.

Jika diambil gelombang pantulnya saja untuk pemantulan pertama antara t = 9.5 s sampai dengan 12 s, frekuensi yang muncul adalah 4.30MHz. Sinyal dan distribusi frekuensinya dapat dilihat pada gambar 6 dan 7.

wavelet selanjutnya dilakukan normalisasi sinyal untuk mendapatkan sinyal dengan amplitude minimal 0 dan maksimal 1. Proses berikutnya dilakukan thresholding untuk mendapatkan lokasi pulsa pantul pertama yang muncul sebagai skala-waktu, seperti pada gambar 10. Keseluruhan hasil dari thresholding dikelompokkan terhadap fungsi jarak pada posisi x dan posisi y

mm, sehingga terdapat 500 sampel sinyal. Setiap sinyal dilakukan pemrosesan dengan menggunakan transformasi wavelet. Dengan menggunakan mother

mm, sehingga terdapat 500 sampel sinyal. Setiap sinyal dilakukan pemrosesan dengan menggunakan transformasi wavelet Morlet dengan penskalaan sebanyak 128,

dengan amplitude sebagai fungsi kedalaman rongga (cacat) yang ada di dalam bangunan. Representasi dari amplitude (kedalaman) dinyatakan dalam gradasi warna gelap (minimum) sampai terang (maksimum) seperti pada gambar 11.

Pola yang dibentuk dari gambar 11 dibuat rekonstruksi 3 dimensi seperti ditunjukkan pada gambar 12.

KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan pada analisis data dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa NDT dengan metode CWT mampu merekonstruksi cacat material dengan sempurna. Cacat material pada penelitian ini sengaja dimodelkan dalam lekukan sederhana yang beraturan untuk memudahkan proses analisis data. Kesuksesan rekonstruksi pada cacat material beraturan pada penelitian ini, akan digunakan sebagai dasar rekonstruksi cacat material yang tidak beraturan pada penelitian selanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Non-Destructive Testing Inspector’s Handbook. American Society for Nondestructive Testing, USA, 2002

[2] Michael, B. (2002), Basic Prinsiples of Ultrasonic Testing Krautkramer Ultrasonic System, Agfa NDT GmbH, Hürth,

Germany.

[3] Thouraya M., Bachir B., Malika B.(2009), Defect Clustering using Kohonen Network during Ultrasonic Inspection,

IAENG International Journal of Computer Science, 36:3, IJCS_36_3_04.

[4] Pagodinas, D. (2002), Ultrasonic Signal Processing Methods for Detection of Defect in Composite Materials, Ultragarsas, No. 1392-2114, hal. 47-54.

[5] Zagan, R., Petculescu, P.,Peride, N., Prodan, G.C., (2003), Comparison Between Ultrasonic and Wavelet Análisis for Characterization Stainlees Alloys, WCU Paris, September 7-10.

[6] Redouane, D. dan Abdesselem, B. (2006), Ultrasonic Signal Processing in the Detection of Defect in Composite, ECNDT, No. 148, hal. 1-9.

[7] Tumsys, O dan Raisutis, R (2007), Reduction of a Structural Noise by Application of the Wavelet Transform with Level-dependent Thresholds Ultragarsas, No. 1392-2114, hal. 18-23

[8] American Society for Non Destructive Testing. (2002). Non Destructive Testing Inspector’s Handbook. USA: American Society for Non Destructive Testing.

[9] Bartholommev, Davis. (1963). Electrical Measurements and Instrumentation. Boston: Allyn and Baccon, Inc.

[10] Ryder, John D. (1964). Electronic Fundamentals and Applications 3rd Edition. Englewood Clffe, NJ: Prentice-Hall, Inc.

[11] International Atomic Energy Agency, Vienna. (1999). Non Destructive

Testing: A Guidebook for Industrial Management and Quality Control Personnel. Austria. IAEA.

[12] William, D, Calister, Jr dan David, G, Rethwisch. (2009). Materials Science

And Engineering An Introduction Eighth Edition. America : John Wiley & Sons, Inc.

[13] Marlin Ramadan B.(2008). Aplikasi ultrasonik pendeteksi keretakan dalam logam.