PVDF Film, Smart Material untuk Sensor Beban Dinamis (2) : Contoh Aplikasi

Seperti telah diterangkan pada bagian pertama, beberapa material untuk sensing element suatu sensor mekanis terus dikembangkan. Beberapa diantaranya adalah material polimer seperti misalnya PVDF (Polyvinilidene Fluoride) dan conductive rubber sebagai bahan utama sensor untuk pengukuran beban, tegangan, regangan ataupun deformasi dari suatu struktur. Khusus dalam bidang Mechanical Engineering, Structural Engineering, dan Sport Engineering kebutuhan akan sensor yang relatif ringan serta mudah dalam penggunaannya terus berkembang. Kebutuhan akan sensor yang fleksibel juga sangat meningkat khususnya di bidang Human Engineering, Welfare Engineering serta Medical Engineering. Gambar 1 di bawah ini menggambarkan salah satu contoh kemudahan dalam menggunakan sensor beban dinamis berbasis piezo material, yang hanya dibutuhkan alat pengukur (voltmeter) dan rangkaian elektronik sederhana. Ilustrasi tersebut juga menggambarkan kondisi sensor yang relative kecil dan tipis.

Gambar 1. Penggunanaan piezoelectric sensor

Selanjutnya di bawah ini akan dikenalkan beberapa contoh aplikasi sensor beban dinamis yang berbasis PVDF film (Piezoelectric material) sebagai sensing element dari hasil penelitian yang dilakukan penulis.

Impact force sensor
Impact force sensor dirancang dengan maksud untuk pengukuran beban impact (benturan) yang bervariasi mulai dari sekitar 1 Kg sampai dengan 1200 Kg dengan demensi sensor berkisar 3cm x 3cm sampai 12cm x 12cm dengan ketebalan hanya berkisar 5 mm s/d 10 mm. Dari hasil kajian penulis diperoleh bahwa impact force sensor ini layak digunakan dalam range variasi frekuensi beban impact mulai dari 0.5 Hz sampai dengan 1 KHz.

Gambar 2 dibawah menunjukkan dua tipe impact force sensor yaitu frictionless type (kiri) yang sangat fleksibel dan multi contact point type (kanan) yang mampu menerima beban lebih besar.

Gambar 2. Impact force sensor

Shoes Insole Sensor
Sensor ini dimaksudkan untuk mengukur reaksi beban dinamis dari bagian bagian telapak kaki manusia saat menapakkan kakinya di tanah. Dalam penggunaanya sensor ini dimasukkan ke sepatu sebagai insole dan dipergunakan selama pergerakan manusia, pada saat berjalan, berlari, ataupun saat meloncat. Gambar 2 dibawah menunjukkan gambar shoes insole sensor ini.

Gambar 3 Shoes insole sensor

Salah satu contoh aplikasi sensor ini digunakan dalam percobaan long jump (lompat jauh). Gambar 4 di bawah menunjukkan proses dan hasill percobaan long jump. Dari gambar tersebut akan diketahui urutan urutan penapakan atlit long jump saat berlari dan melompat, juga urutan bagian bagian telapak kaki atlit tersebut serta besar beban saat kaki menapakan di tanah. Durasi waktu saat atlit melayang diudara juga diketahui dimana pada saat tersebut sensor tidak akan mengeluarkan output.

Gambar 4 Percobaan lompat jauh dengan shoes insole sensor

Elastic Band Sensor
Sensor ini dimaksudkan untuk pengukuran beban dan deformasi yang sangat besar sekali berkisar antara -50% s/d 50%. Beberapa kegunaan sensor ini adalah untuk pengukuran kekuatan tarikan anggota badan manusia (peralatan fitness) dan juga untuk membedakan gerak anggota badan manusia saat duduk (apakah seseorang sedang bergeser, atau sedang berayun dsb). Gambar dibawah melukiskan keterangan di atas.

Gambar 5 Percobaan pengukuran tarikan tangan manusia dan arahnya

Gambar 6. Contoh penggunaan elastic band sensor untuk mengetahui pergerakan tubuh manusia

Dari sedikit uraian diatas beserta beberapa contoh contoh penggunaannya, penulis masih optimis bahwa desain sensor-sensor beban dinamis berbasis material piezoelectric ini masih sangat luas dan aplikasinyapun masih dibutuhkan dalam berbagai bidang. Saat ini penulis masih mengembangkan sensor beban dinamis untuk pengukuran beban geser murni dua demensi dan juga sensor untuk beban beban yang sangat kecil yang dikususkan untuk under water experiment, untuk mengetahui gaya gaya hempasan gelombang air.