SENSOR KECEPATAN

Kecepatan merupakan turunan pertama dari posisi sementara percepatan merupakan turunan keduanya. Dengan demikian posisi, kecepatan, dan percepatan memiliki keterhubungan. Namun, meskipun memiliki keterhubungan, sensor posisi tidak dapat digunakan untuk menentukan kecepatan maupun percepatan pada system yang kompleks dan sangat canggih. Pada frekuensi kurang dari 1 kHz, lebih menguntungkan jika dilakukan pengukuran kecepatan. Sementara pada frekuensi tinggi dengan level noise yang lebih tinggi, akan lebih baik dilakukan pengukuran percepatan.

Kecepatan dapat berupa kecepatan linier dan kecepatan angular. Kecepatan linier menunjukkan kecepatan sebuah objek bergerak sepanjang lintasan lurus. Sementara kecepatan angular menunjukkan kecepatan sebuah objek berotasi. Pengukuran kecepatan bergantung pada skala sebuah objek dan dapat dinyatakan dalam bentuk millimeter per sekon atau mil per jam.

Saat ini kecepatan sebuah objek yang besar, khususnya kendaraan darat dan air dapat ditentukan oleh GPS (Geo Positioning System). Sementara untuk objek yang lebih kecil diperlukan sensor khusus untuk mendeteksi kecepatannya.

Berikut adalah beberapa sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi kecepatan :

1.     Hall Effect Sensor

Hall effect sensor sangat terkenal pada masa kini. Terdapat dua tipe hall effect sensor, linier dan threshold. Pada tipe linier pada rangkaiannya ditambahkan amplifier. Untuk mendapatkan pengukuran yang presisi perlu dilakukan kalibrasi terlebih dahulu. Sementara pada tipe threshold selain ditambahkan dengan amplifier, pada rangkaian juga ditambahkan trigger (pemicu) yang terdapat nilai histerisis di dalamnya. Dengan demikian output dari signal ini akan mempunyai histerisis yang lebih jelas. 

                  Tipe Linier                                                                   Tipe Treshold

Seperti kebanyakan sensor lainnya, 4 buah Hall effect sensor dapat dihubungkan dengan rangkaian bridge untuk mendeteksi pergerakan linier maupun circular. Gambar berikut mengilustrasikan konsep dimana sensor dihasilkan dengan menggunakan teknologi MEMS pada single chip dan dikemas dalam sebuah SOIC-8 plastic. 

2.     Linear Velocity Transducer

Sensor ini menggunakan prinsip induksi magnet dengan magnet dan koil. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan kecepatan magnet melewati daerah kerja. Pada sensor ini, di kedua ujung magnet terdapat koil. Kedua koil dihubungkan secara seri berlawanan arah untuk menentukan outputnya (kecepatan magnet). Kecepatan maksimum yang terdeteksi bergantung pada input rangkaian. Sementara kecepatan minimum bergantung pada tingkat noisenya. Spesifikasi dari sensor ini terdapat pada tabel berikut :

3.     Gyroscope

a. Rotor Gyroscope

Secara mekanik terdiri dari disk pejal yang bebas berotasi pada spin axis yang dibatasi oleh kerangka kerja yang bebas berotasi pada satu atau dua sumbu. 

Ketika rotor berotasi, posisi sumbu akan terjaga. Jika platform gyro berotasi disekeliling sumbu input, gyro akan menambah torsi disekeliling sumbu ouput. Demikian juga dengan perputaran spin axis mengelilingi sumbu output. Fenomena ini disebut dengan precession gyro. Hal ini dapat menjelaskan hukum Newton tentang rotasi : waktu rata-rata perubahan momentum angular yang terdapat pada sumbu sama dengan torsi yang diberikan pada sumbu tersebut. Dengan demikian dapat dikatakan, ketika torsi ditempatkan pada sumbu input, dan kecepatan angular wheel konstan, momentum angular rotor dapat diubah oleh rotasi spin axis dengan sumbu input : rata-rata rotasi spin axis terhadap sumbu output sebanding dengan torsi yang diberikan.

a   b. Monolithic Silicon Gyroscope

Dengan menggunakan teknologi MEMS dibuat miniature gyroskop konvensional yang dapat digunakan untuk menutupi kekurangan rotor gyroskop. Sensor ini dapat digunakan pada lingkungan militer dan luar angkasa. Prinsip kerja dari sensor ini berdasarkan fenomena percepatan Coriolis.

a  c.     Optical Gyroscope 

Di disain dari sebuah fiber ring resonator. Ditunjukkan pada gambar 8.14A terdiri dari fiber loop yang dibentuk oleh sebuah fiber beam splitter yang mempunyai perbandingan cross-coupling yang sangat kecil. Ketika berkas cahaya datang pada frekuensi resonansi, cahaya tergabung ke dalam celah fiber dan intensitasnya menurun. Koil fiber terdiri dari sumber cahaya dan detector serta coupling. Gyroscope type ini relative murah, ukurannya kecil, sensitive terhadap rotasi dengan wilayah pergerakan di atas 10,000.