Prinsip Kerja dan Bagian-bagian Sensor Ultrasonik

Prinsip Kerja dan Karakterisitik Sensor Ultrasonik. Sensor merupakan sebuah komponen yang memiliki fungsi untuk mendekteksi perubahan besaran pada suatu objek baik perubahan besaran fisik ataupun kimia. Salahsatu jenis sensor yang paling banyak digunakan yaitu sensor ultrasonik. Sensor utrasonik adalah sensor yang berfungsi mengubah energi dari besaran fisika berupa bunyi menjadi besaran listrik.

Penggunaan sensor ultrasonik sangat banyak pengaplikasiannya dan hampir menyeluruh pada segala bidang dimulai dari sensor ultrasonik pengukur ketinggian air, sensor ultrasonik dengan arduino, sensor ultrasonik dan servo, berbagai rangkaian sensor ultrasonik arduino, dan masih banyak lagi. Hal tersebut karena sensor ultrasonik itu sendiri memiliki kelebihan manfaat yang dapat digunakan pada berbagai bidang projek dan alat. Lalu, apa yang dilakukan dan bagaimanakah perilaku dari sensor ultrasonik itu sendiri sehingga banyak digunakan pada hampir segala bidang ?

Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan pada prinsip pantulan suatu gelombang bunyi sehingga gelombang pantul tersebut dapat digunakan untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut dengan sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik dalam pengoperasiannya. Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu 20 kHz dan tidak dapat didengar oleh telinga manusia. Sensor ultrasonik dapat diaplikasikan manfaatnya pada hampir segala bidang.
Baca juga : Pengertian dan Aplikasi Sensor Ultrasonik

Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan dengan frekuensi tertentu melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik. Ketika sensor diberi tegangan listrik, piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik yang biasanya memiliki frekuensi sekitar 40 kHz yang secara bersamaan sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Ketika gelombang menyentuh permukaan atau bidang target, maka target akan memantulkan gelombang tersebut. Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.

Secara lebih rinci, sensor ultrasonik beroperasi dimulai ketika sinyal atau gelombang ultrasonik dipancarkan terlebih dahulu dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut memiliki frekuensi diatas 20 kHz, dan untuk mengukur jarak suatu benda frekuensi yang umum digunakan adalah sebesar 40 kHz. Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika gelombang atau sinyal tersebut menumbur suatu benda, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut. Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut.

Bagian bagian Sensor Ultrasonik

Pada sensor ultrasonik terdapat beberapa bagian penting yang merupakan bagian utama dari sensor ultrasonik itu sendiri. Beberapa bagian utama tersebut diantaranya adalah Piezoelektrik, Transmitter dan Receiver. Berikut adalah penjelasan tentang bagian-bagian dari sensor ultrasonik tersebut :

1. Piezoelektrik

Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Bahan piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diberikan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama, maka dapat digunakan sebagai transmitter dan receiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
Baca juga : Jenis jenis dan Aplikasi dari Transduser

2. Transmitter

Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi untuk memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misalnya frekuensi sebesar 20 kHz atau 40 kHz) yang dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi sebesar 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal tergantung dari desain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.

3. Receiver

Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.