Pengkondisi sinyal sensor

 

Pengkondisi Sinyal Sensor (Penguatan)

PENGERTIAN PENGKONDISI SINYAL SENSOR

Pengkondisian sinyal merupakan suatu konversi sinyal menjadi bentuk yang lebih sesuai yang merupakan antarmuka dengan elemen-elemen lain dalam suatu kontrol proses. Ada 2 Pengkondisian pada pengkondisian sinyal sensor yaitu Pengkondisian sinyal analog Pengkondisian sinyal digital.

Pengkondisian Sinyal Analog

Prinsip Pengkondisi Sinyal Analog
*Level Sinyal dan Perubahan Bias
*Linierisasi
*Konversi
*Penyaringan dan Penyepadanan Impedansi
*Konsep Pembebanan
*Sirkuit Pasif

Prinsip kerja sensor ialah mengubah suatu besaran non elektris yang terukur menjadi suatu besaran elektris. Untuk membentuk sensor tersebut kita
memanfaatkan variabel dinamik yang mempengaruhi karakteristik suatu bahan.
Pengkondisi sinyal analog berperan penting sebagai pengubah keluaran sensor ke suatu bentuk yang merupakan antarmuka dengan elemen-elemen lain pada suatu kontrol proses.

Terkadang kita menggambarkan efek pengkondisi sinyal sebagai persamaan fungsi transfer. Melalui persamaan tersebut kita mengartikan efek suatu pengkondisi sinyal pada sinyal masukan. Jadi sebuah penguat tegangan sederhana mempunyai fungsi transfer dan suatu konstanta yang ketika dikalikan terhadap masukan tegangan akan memberikan keluaran tegangan.

Pengkondisian Sinyal Digital

*Karakteristik ADC maupun DAC
*Analog to Digital Converter (ADC)

Operasi penting yang berhubungan dengan sinyal analog dan digital adalah konversi digital ke analog yang dilakukan oleh pengubah digital ke analog (DAC)
dan konversi analog ke digital yang dilakukan oleh pengubah analog ke digital (ADC). Apabila yang akan kita proses besaran analog baik sebagai masukan ataupun keluaran analog sedang unit prosesing yang kita pakai berbasis digital, maka harus dipakai converter analog – ke – digital Apabila masukan adalah analog dan dibutuhkan converter digital – ke – analog jika keluaran yang dikehendaki adalah analog.

Terkadang kita menggambarkan efek pengkondisi sinyal sebagai persamaan fungsi transfer. Melalui persamaan tersebut kita mengartikan efek
suatu pengkondisi sinyal pada sinyal masukan. Jadi sebuah penguat tegangan sederhana mempunyai fungsi transfer dan suatu konstanta yang ketika dikalikan terhadap masukan tegangan akan memberikan keluaran tegangan.

KANAPA SENSOR PERLU PENGUATAN??

Pada umumnya sinyal keluaran sensor memiliki taraf listrik yang masih rendah sehingga sinyal tersebut harus dikondisikan agar dapat diproses untuk keperluan
selanjutnya. Bagian pengkondisian sinyal sensor yang sangat umum adalah sistem
penguatan, akan tetapi beberapa sistem pengkondisian sinyal lain kadang-kadang
juga diperlukan, misalnya sistem kompensasi, filterisasi, digitalisasi dan pengolahan sinyal lainnya.

Sensor perlu dilakukan penguatan agar menghasilkan tegangan yang cocok sebagai masukan mikroprosesor dan pengubah analog ke digitalnya.

Penguat yang digunakan dalam kasus ini harus memiliki arus masukan yang sangat rendah, drift, dan tegangan offset; gain tegangan yang stabil dan akurat; serta memiliki Common Mode Rejection Ratio (CMRR) yang tinggi. Walaupun pada umumnya penguat operasional (Op-amp) dengan berbagai jenis dan rasio resistor yang ketat sering digunakan, desain penguat instrumentasi lebih baik untuk menyelesaikan masalah tersebut. Misalnya sensor akan diubah datanya menjadi data digital menggunakan Analog to Digital Converter (ADC).

Tegangan sinyal yang diukur sering kali jauh lebih kecil dari tegangan masukan maksimum yang diizinkan dari sistem ADC. Misalnya, sinyal 0 Volt hingga 100 miliVolt jauh lebih kecil dari pada ADC rentang 0 Volt hingga 5 Volt. Gain sebesar 50 dibutuhkan untuk mendapatkan resolusi maksimum pada pengukuran tersebut. Penguat instrumentasi mampu memperoleh gain dari 1 hingga lebih dari 10.000, tetapi dalam sistem multiplexing, gain biasanya terbatas pada rentang 1 hingga 1.000.

Penguat instrumentasi memiliki keluaran impedansi rendah yang ideal untuk mengoperasikan masukan ADC. Ciri khas dari ADC yaitu tidak memiliki impedansi masukan yang tinggi atau konstan. Oleh karena itu sinyal masukan harus memiliki impedansi erendahrendahnya. Beberapa penguat instrumentasi memiliki kelemahan pada tegangan offset, error gain, keterbatasan bandwidth, dan settling time. Tegangan offset dan error gain dapat dikalibrasi sebagai bagian dari pengukuran, tetapi bandwidth dan settling time merupakan parameter yang membatasi frekuensi dari sinyal yang dikuatkan dan frekuensi di mana pengalihan (switching) masukan sistem dapat mengalihkan saluran antar sinyal. Rangkaian tegangan DC stabil yang diterapkan ke penguat instrumentasi dengan cepat menghasilkan sinyal yang sulit untuk dikuatkan.

Penguat instrumentasi terintegrasi adalah penguat operasional berkualitas tinggi yang memiliki jaringan feed back internal yang presisi. Hal tersebut ideal untuk mengukur sinyal tingkat rendah pada lingkungan yang memiliki noise tanpa kesalahan. Selain itu, juga dapat menguatkan sinyal lemah pada titik tengah tegangan common mode tinggi. Penguat instrumentasi terintegrasi sangat cocok untuk koneksi langsung ke berbagai macam sensor seperti strain gauge, termokopel, RTD, arus shunt, dan load cells. Itu semua biasanya dikonfigurasi dengan tiga penguat operasional yaitu dua masukan diferensial dan satu penguat keluaran diferensial. Beberapa memiliki pengaturan gain internal dari 1 hingga 100 dan lainnya dapat diprogram.

Rangkaian penguat instrumen perlu resistor-resistor yang presisi untuk memperoleh Common Mode Rejection Ratio (CMMR) yang tinggi. Untuk memberikan kemudaan para pengguna penguat instrument maka rangkaian tersebut telah diproduksi menjadi satu cips IC yang disebut IC penguat instrumen. Salah satu tipe yang popular dengan harga yang terjangkau adalah IC penguat instrument tipe INA103. Diagram pin dari IC penguat instrumen tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.6. Pada Gambar tersebut terlihat resistor-resistor yang digunakan pada parameter penguatan dan harus memiliki kemiripan tinggi untuk memperoleh nilai Common Mode Rejection Ratio (CMMR) tinggi telah terintegrasi di dalam IC INA103