chamber sensor electronic nose flow system

7/23/2019 Chamber Sensor Electronic Nose Flow System

1/30

i

USULAN PENELITIAN S1

RANCANG BANGUN CHAMBER SENSOR ELECTRONIC NOSE

DESIGN OF SENSOR CHAMBER ELECTRONIC NOSE

PULUNG PURWO SAGITA

11/316739/PA/13866

PROGRAM STUDI ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN ILMU KOMPUTER DAN ELEKTRONIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015


2/30

i



Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh derajat Sarjana Sains

Elektronika dan Instrumentasi

PULUNG PURWO SAGITA

11/316739/PA/13866

PROGRAM STUDI ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN ILMU KOMPUTER DAN ELEKTRONIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015


3/30

ii

HALAMAN PERSETUJUAN



Diusulkan oleh

PULUNG PURWO SAGITA

11/316739/PA/13866

Telah disetujui

pada tanggal 03 Maret 2015

Pembimbing I Pembimbing II

Triyogatama Wahyu W, S.Kom, M.Kom. Danang Lelono, S.Si, M.T.

Reviewer 1 Reviewer 2


4/30

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ ii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... iv

DAFTAR TABEL ............................................................................................... v

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah........................................................................ 2

1.4 Tujuan ....................................................................................... 3

1.5 Manfaat ..................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 4

BAB III DASAR TEORI .................................................................................. 9

3.1 Electronic Nose......................................................................... 9

3.2 Array Sensor.............................................................................. 11

3.3 Sensor Figaro TGS Secara Umum ............................................ 12

3.4 Perangkat Lunak LabView ........................................................ 14

3.5 Teh............................................................................................. 15

BAB IV METODE PENELITIAN ................................................................... 17

4.1 Peralatan .................................................................................... 17

4.2 Bahan......................................................................................... 17

4.3 Rancangan Penelitian ................................................................ 17

4.4 Prosedur Kerja ........................................................................... 20

BAB V RENCANA JADWAL PENELITIAN ............................................... 22

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 23


5/30

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Olfaktori manusia secara biologis ........................................................9

Gambar 3.2 Sistem penciuman e-nose ...................................................................10

Gambar 3.3 Diagram blok dari 5 komponen utama dari electronic nose ...............11

Gambar 3.4 Contoh sistematika array sensor. ........................................................12

Gambar 3.9 Ilustrasi penyerapan O2 oleh sensor...................................................13

Gambar 3.10 Ilustrasi ketika terdeteksi adanya gas ...............................................14

Gambar 3.11 Bentuk fisik sensor TGS ..................................................................14

Gambar 3.12 Tampilan utama perangkat lunak LABVIEW .................................15

Gambar 4.1 Skema Rancangan Penelitian .............................................................18

Gambar 4.2Diagram Blok Rancangan Sistem e-Nose secara Keseluruhan ...........18

Gambar 4.3 Tampilan rancangan chamber sensor. ................................................19


6/30

v

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Hubungan penelitian sebelumnya dengan usulan penelitian ini ..............6

Tabel 3.1 Senyawa kimia yang merespon aroma teh .............................................16

Tabel 5.1 Waktu kerja rencana jadwal penelitian ..................................................22


7/30

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teh merupakan jenis minuman yang sudah ada sejak zaman dahulu.

Minuman teh ini berasal dari daun teh muda yang telah terpilih. Aroma daun teh

ini yang menentukan kualitas teh. Adapun orang yang menentukan rasa dan aroma

teh adalah tester teh . Testerteh adalah orang yang ahli atau telah berpengalaman

dalam menentukan aroma dan rasa teh. Selain digunakan untuk sajian minuman,

teh memiliki banyak manfaat bagi tubuh manusia. Salah satu manfaat dari teh

adalah untuk minuman suplemen yang berfungsi sebagai obat.

Dengan perkembangan teknologi yang semakin canggih, peran atau tugas

testerdapat digantikan dengan hidung elektronik atau lebih dikenal dengan nama

Electronic Nose. Electronic Nose ini cara kerjanya mirip hidung manusia yaitu

mendeteksi bau atau aroma. Saat ini Electronic Nose dikembangkan untuk

berbagai bidang, salah satunya dibidang makanan dan minuman yang digunakan

untuk mengidentifikasi aroma. Dengan sistem kerja seperti hidung manusia,

sistem kerja Electronic Nose dikenal dengan sistem olfaktori karena Electronic

Nose menggunakan larik sensor yang terdiri dari beberapa sensor dengan

sensitifitas yang berbeda-beda yang meniru larik syaraf penciuman dalam

olfaktori manusia. Oleh karena itu, keluaran Electronic Nose dapat berupa pola-

pola yang mewakili masing-masing aroma sehingga dapat diterapkan untuk

aplikasi identifikasi, perbandingan, kuantifikasi dan klasifikasi berdasarkan

aroma. (Triyana, Agustika, & Hardoyono, 2012).

Performa dari sistem Electronic Nose salah satunya dipengaruhi oleh

peletakkan sensor-sensor kimia dan gas yang berada didalam chamber sensor

yang membentuk larik sensor. Larik sensor ini terdiri dari beberapa sensor gas

dengan sensitifitas berbeda-beda terhadap suatu bahan kimia tertentu. Posisi dari

sensor-sensor kimia dan gas ini mempengaruhi keluaran pola-pola respon

tegangan terhadap waktu yang belum dinormalisasi dari masing-masing sensor.

Aroma yang ditangkap oleh larik sensor menyebabkan resistansi sensor berubah.


8/30

2

Stabilitas sensor terhadap waktu dan pengurangan variasi antara sensor-sensor

yang berbeda dari jenis yang sama merupakan masalah utama. Sistem sampling

mentransfer aroma sampel dari chamber sampel ke sensor dan kemudian di

alirkan ke saluran pembuangan gas, sehingga pengendalian semua faktor aliran

aroma akan mempengaruhi respon sensor. Sensor menanggapi konsentrasi sampel

pada permukaan lapisan sensitif dari pada konsentrasi rata-rata di dalam ruangan.

Sebuah chamber sensor harusnya menghasilkan respon konsentrasi sinyal

masukkan secara akurat dari setiap sensor, mendapatkan profil konsentrasi yang

sama dalam pengukuran yang berulang, dan waktu tempuh saat konsentrasi naik

atau turun.

Hasil diolah dengan menggunakan Microsoft Exel berupa grafik radar dan

dianalisis lebih lanjut dengan metode PCA (Principal Component Analysis)

(Iswanto, 2014). Oleh karena itu, posisi sensor chamber mempengaruhi pola-pola

yang dihasilkan. Pada penelitian ini, akan dibahas tentang rancang bangun

chamber sensor yang akan menghasilkan keluaran pola grafik tegangan terhadap

waktu naik dan turun yang stabil, respon waktu yang cepat, dan kontak dengan

bahan uji yang maksimal.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan masalah

sebagai berikut :

Bagaimana merancang posisi sensor dalam chamber yang menghasilkan

respon keluaran sinyal pola yang efisien sehingga selanjutnya

memudahkan untuk melakukan proses ekstraksi ciri dan identifikasi

dengan metode-metode terntentu.

Bagaimana merancang bangun chamber sensor yang dapat menghasilkan

kontak dengan gas bahan uji yang maksimal yang akan berpengaruh pada

resistansi sensor.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini antara lain:

Sampel yang digunakan adalah teh.

Chamber berbahanstainlees steelatau teflon.


9/30

3

Chamber berbentuk balok tanpa celah udara selain jalaur selang udara.

Menggunakan instrumen electronic nose dengan 12 sensor TGS untukarray sensor yang dibagi menjadi 4 node sensor.

Terdapat chamber sampel yang telah ada dari penelitian sebelumnya.

Chamber sensor dan chamber sampel ditempatkan pada tempat yang statis.

Pengolahan ADC (Analog to Digital Converter) oleh mikrokontroller

Arduino Mega 2560.

1.4 Tujuan

Tujuan dilaksanakan penelitian ini adalah membuat rancang bangun

chamber sensor yang didalamnya terdapat array sensor yang dapat berkontak

dengan aroma sampel dengan baik kemudian menghasilkan respon keluaran sinyal

dari sampel jenis-jenis teh yang efisien pada electronic nose.

1.5 Manfaat

Manfaat dilaksanakan penelitian ini antara lain:

Dapat membuat chamber sensor Electronis Noseyang berdimensi dengan

keluaran berupa respon sinyal yang efisien dari sampel.

Dapat membuat array sensor gas untuk Electronic Nose yang dapat

menerima aroma dari sampel dengan hasil uji yang mendekati pada setiap

pengujian.


10/30

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

(Sharma, 2012), telah melakukan penelitian mendiskriminasikan teh hitam

dengan menggunakan array sensor quartz crystal microbalance (QCM). Pada

penelitiannya array sensor QCM digunakan untuk membedakan sampel teh yang

berbeda. Array sensor QCM ini teriri dari 5 lapisan analit yang masing-masing

lapisan hanya dapat sensitif pada zat kimia tertentu, yaitu lapisan D-glucose,

Adenine,Polyethylene glycol, D-Phenylalanine, danEthyl cellulose.Array sensor

QCM ini tidak memiliki bentuk pola tertentu, namun array sensor ini bekerja

dengan metode electrostatic spraydimana larutan bahan sensor aktif dimasukkan

ke dalam jarum suntik kaca. Medan listrik yang tinggi di ujung jarum menyebar

dalam bentuk semprot halus. Akibatnya, larutan ditransfer ke elektroda target

dalam bentuk semprotan halus yang menyebar ke lapisan array sensor. Array

sensor ini sering disebut array sensor komersial karena memang diperjualbelikan.

Namun, kelemahan dari array sensor ini adalah beroperasi pada suhu yang tinggi

sehingga membutuhkan daya yang tinggi.

(Thepudom, 2012), telah membuat array sensor ganda untuk

mendiskripsikan perubahan volatil. Array sensor yang dibuat pada penelitiannya

tidak menggunakan sensor gas namun menggunakan LED dan photodiode. LED

danphotodiodedi rangkai secara berpasangan. LED yang digunakan adalah LED

warna. Terdapat 8 LED warna yang berbeda-beda, yaitu putih, inframerah, merah,

kuning, hijau, biru, merah muda, dan ungu. Array sensor ini berbentuk segi empat

tidak simetris. Keluaran nilai dari photodiode diubah dalam frekuensi. Detektor

ini menghitung pulsa yang keluar sebagai frekuensi dari foton yang sebanding

dengan intensitas cahayanya. Oleh karena itu, sinyal gas sampel dari pengukuran

optik disajikan dalam nilai frekuensi.

(Nakamoto, 2004), dalam merancang chamber sensor gas dalam sistem

pengiriman aroma ke chamber sensor menggunakan sistem statis. Sistem statis

adalah salah satu dasar yang digunakan untuk mengukur respon steady state

sensor. Dalam sistem statis tidak ada aliran uap sekitar sensor, dan pengukuran


11/30

5

biasanya dilakukan pada respon steady-state sensor yang terkena uap pada

konsentrasi konstan. Salah satu contoh array sensor yang menggunakan sistem

statis adalah QCM array sensor. Prinsip untuk chmaber sensor pada penelitiannya

yaitu sampel larutan diuapkan, kemudian respon sensor diukur pada keadaan yang

stabil. Chamber sensor biasanya terbuat dari Teflon atau kaca untuk menghindari

adsorpsi uap ke dinding internal. Namun metode ini susah untuk mendapatkan

respon dari array sensor karena untuk mengukur respon sensor harus dalam

keadaan yang stabil dimana keadaan ini membutuhkan waktu yang lama.

(Triyana, 2012), telah melakukan penelitian pada ekstraksi ciri sampel teh

yang berbeda menggunakan electronic nose. Pada penelitian tersebut

menggunakan chamber sensor yang berbentuk tabung. Chamber sensor ini

terdapat 8 sensor gas seri TGS, yaitu TGS 825, TGS 822, TGS 826, TGS 2620,

TGS 813, dan TGS 2611. Dalam chamber juga terdapat dua buah kipas untuk

meratakan aroma sampel teh. Kerja dari chamber ini yaitu sampel secara

bergantian dimasukkak kedalam chamber. Kemudian kipas dinyalakan untuk

meratakan aroma dalam chamber. Prinsip deteksi aroma oleh larik sensor gas

adalah dengan mengukur perubahan resistansi saat molekulmolekul gas penyusun

aroma tersebut mengenai permukaan masing-masing sensor. Perubahan resistansi

ini selanjutnya diubah menjadi tegangan dengan rangkaian pembagi tegangan, dan

dilanjutkan dengan rangkaian pengkondisi sinyal untuk mengurangi derau pada

masing-masing sensor gas. Konversi tegangan analog menjadi digital dilakukan

dengan menggunakan ADC dalam mikrokontroler. Pencatatan respon masing-

masing sensor dilakukan setelah sinyal telah stabil.

(Jaruwongrungsee, 2010), telah meneliti simulasi array sensor QCM

dengan bentuk bulat dengan titik tengah sebagai pusat aliran bau ke sensor. Hasil

simulasi menunjukkan bahwa aliran ke dalam chamber sensor tersebut tidak stabil

atau turbulen. Selain itu, tingkat turbulen juga meningkat seiringnya laju aliran.

Sampel dispersi khususnya pada kedua sisi yang jauh dari ruang di mana

elektroda sensor berada menunjukkan ketidaklinieran. Dengan demikian letak

sensor pada chamber sensor juga merupakan faktor penting karena kontak

langsung aroma kepada sensor akan mendapatkan perlakuan yang berbeda-beda.


12/30

6

(Yang, 2012), dalam bukunya menjelaskan bahwa dalam mendesain array

sensor pada chamber digunakan aliran aroma paralalel, dimana setiap sensor

terkena gas aroma secara bersamaan sehingga respon dari masing-masing sensor

dapat tampil secara serentak. Chamber sensor di buat kedap udara agar udara

didalam tidak bercampur dengan udara lain. Chamber sensor ini didisain secara

geometrik, mulai dari peletakkan sensor, volume, dan bentuk chamber. Menurut

penulis yang harus di uji dalam pembuatan chamber sensor diantaranya adalah

pengambilan data sampel, pengiriman aliran aroma, akuisisi sinyal respon sensor

dan pengolahan data, analisis data, dan laporan visual dari hasil pengukuran.

Tabel 2.1 Hubungan penelitian sebelumnya dengan usulan penelitian ini

Tahun Peneliti Metode Keterangan

2004 Nakamoto Chamber Sensor Statis

untukElectronic Nose

Chamber sensor statis ini bisa

dikatakan chamber sensor

directkarena sampel langsung

dimasukkan ke dalam

chamber yang juga terdapatarray sensor. Kemudian

langsung dilakukan

pengukuran respon sinyal dari

sampel.

2010 Jaruwongrungsee Chamber sensor dengan

array sensor QCM dengan

bentuk circular atau

bulat.

Mensimulasikan aliran

molekul ke dalam chamber

dengan simulasi analisis

dinamika fluida. Kemudian

aliran dapat diterima oleh

array sensor QCM yang

berada didalam chamber.

2012 Sharma Array sensor QCM

(Quartz Crystal

Microbalance) untuk

membedakan sampel teh

Kandungan kimia dalam

aroma teh diubah ke bentuk

larutan. Array sensor QCM ini

tidak memiliki bentuk pola


13/30

7

yang berbeda. tertentu, namun array sensor

ini bekerja dengan metode

electrostatic spray dimana

larutan bahan sensor aktif

dimasukkan ke dalam jarum

suntik kaca. Medan listrik

yang tinggi di ujung jarum

menyebar dalam bentuk

semprot halus. Semprotan

halus ini menyebar ke bagian

lapisan array sensor.

2012 Thepudom Membuat chamber sensor

gas dengan menggunakan

LED danphotodiode.

Mendiskripsikan uap dengan

menggunakan dual chamber

sensor. Chamber sensor ini

terdapat array sensor yang

terbuat dari pasangan LED

dan photodiode. Pada lapisan

sisi ujung chamber di berifilm tipis. Keluaran dari

chamber sensor ini berupa

sinyal frekuensi.

2012 Triyana Membuat chamber sensor

direct untuk melakukan

ekstraksi ciri sampel teh.

Chamber sensor direct ini

terdapat array sensor gas

dengan 8 sensor gas seri TGS

dan kipas untuk meratakan

aroma pada saat pengambilan

data sampel.

2012 Yang Chamber sensor circular

geomtry yang terdapat

array sensor paralel.

Array sensor pada chamber

menggunakan aliran aroma

paralalel, dimana setiap

sensor terkena gas aroma

secara bersamaan sehingga

respon dari masing-masing


14/30

8

sensor dapat tampil secara

serentak. Chamber sensor di

buat kedap udara agar udara

didalam tidak bercampur

dengan udara lain. Chamber

sensor ini didisain secara

geometrik, mulai dari

peletakkan sensor, volume,

dan bentuk chamber.

2015 Purwo Chamber sensor denganbentuk balok yang

terdapat 4 node sensor.

Merancang bangun chambersensor electronic nosedengan

bentuk balok. Chamber sensor

ini terdapat 4 node sensor

pada 4 sisi balok. Masing-

masing node terdapat array

sensor 3 sensor TGS.


15/30

9

BAB III

DASAR TEORI

3.1 Electronic Nose

Secara biologis sistem penciuman manusia terdiri dari jaringan sensorik,

yang merupakan daerah epitel tipis yang terletak di bagian atas hidung. Jaringan

ini berisi sekitar lima puluh juta neuron reseptor penciuman. Masing-masing

neuron ini memiliki dendrit yang ujungnya berbentuk bola dimana terdapat silia

yang memanjang. Reseptor mengikat G-proteinyang terletak di permukaan silia

dan bertindak sebagai reseptor chemosensory. Hal ini diyakini bahwa kespesifikan

dan sensitivitas hidung mamalia berasal dari hasil dari sel-sel reseptor dengan

sensitivitas sebagian yang tumpang tindih. Olfactory bulbdan otak menentukan

pola dalam sinyal sebagian tumpang tindih dan mengidentifikasi kelas bau atau

bau senyawa (Griffin, 2006). Gambar 3.1 menjelaskan alur identifikasi bau pada

sistem penciuman manusia secara biologis.

Gambar 3.1 Olfaktori manusia secara biologis (Thuen, 2014).

Electronic Nose adalah instrumen yang terdiri dari sebuah larik sensor

kimia elektronik dengan Elektivitas parsial dan sistem pengenalan pola yang tepat,

yang mampu mengenali bau sederhana dan kompleks. Gas dari bahan kimia di

lewatkan langsung ke sensor kimia melalui transduser. Interaksi molekul analit

dengan bahan kimia yang sensitif menghasilkan beberapa perubahan fisik yang


16/30

10

dirasakan oleh transduser dan diubah menjadi sinyal output. Interaksi ini

tergantung pada bentuk dan distribusi muatan dalam molekul analit dan bahan

sensor, dan mirip dengan interaksi operasi dalam sistem biologis antara aroma dan

reseptor (Patel & Kunpara, 2011).

Electronic Nose adalah sebuah instrumen yang dimaksudkan untuk

mendeteksi bau atau aroma. Electronic Nose juga sering disebut sistem olfaktori

elektronik karena Electronic Nose mempunyai kemampuan meniru sistem

penginderaan penciuman manusia.Electronic Nosedibangun atas beberapa sensor

gas yang membentuk larik sensor yang mempunyai selektivitas global. Dengan

larik sensor gas tersebut, Electronic Nose telah meniru struktur larik syaraf

penciuman dalam olfaktori manusia. Oleh karena itu, keluaran Electronic Nose

dapat berupa pola-pola yang mewakili masing-masing aroma sehingga dapat

diterapkan untuk aplikasi identifikasi, perbandingan, kuantifikasi dan klasifikasi

berdasarkan aroma (Triyana et al., 2012). Gambar 3.2 menunjukkan sistem

penciuman pada e-nose.

Gambar 3.2 Sistem penciuman e-nose (Arshak, 2004).

Menurut (Patel, 2011), e-nose terdiri dari berbagai jenis sensor array yang

berbeda-beda sangat responsif terhadap berbagai kemungkinan analitik dan

memiliki sejumlah keunggulan dibanding dengan instrument analitik klasik. E-

nosetidak memerlukan reagen kimia, mempunyai sensitivitas tinggi, memberikan

hasil yang cepat dan murah serta memiliki potensi yang lebih besar dibandingkan

dengan instrument laboratorium analisis yang begitu kompleks. E-noseterdiri dari

5 komponen utama, yaitu : ruang sampel, ruang sensor, sistem akuisisi data dan

unit pengendali, power supply , dan antarmuka grafik pada PC. Kelima komponen

ini ditunjukkan oleh Gambar 3.3.


17/30

11

Gambar 3.3 Diagram blok dari 5 komponen utama dari electronic nose

(Patel & Kunpara, 2011).

Pada pengaplikasiannya, sistem e-nose menggunakan beberapa sensor

(antara 4 - 100 buah) yang memiliki sensitivitas berbeda-beda terhadap berbagai

macam gas. Semakin banyak jumlah sensor yang digunakan, maka kepekaan

sistem terhadap berbagai macam bau lebih tinggi. Respon kimiawi sensor yang

terukur sebagai perubahan pada suatu parameter fisik (konduktivitas). Waktu

respon sensor biasanya diberi selang waktu tiap satu detik hingga permenit

(Bennetts, 2010).

3.2 Ar ray Sensor

Secara umum, larik sensor adalah seperangkat sensor yang digunakan

untuk mengumpulkan informasi tentang objek yang diuji. Dalam aplikasinya di

bidang kimia, larik sensor terdiri dari beberapa sensor yang berbeda dengan

sensitivitas yang luas dan sebagian tumpang tindih dengan berbagai gas. Larik

sensor gas digunakan untuk mengkonversi informasi mengenai bahan kimia

campuran gas multi-komponen ke dalam satu set sinyal terukur. Sensor-sensor

tersebut diakses secara individual dan secara hampir bersamaan pada alat yang

digunakan. Oleh sebab itu, dalam prosedur operasinya sensor-sensor tersebut

dapat digunakan sebagai elemen sensor yang independen (Szczurek &

Maciejewska, 2010).


18/30

12

Sensor array terdiri dari beberapa sensor yang jumlahnya tergantung pada

analisis yang akan dilakukan. Semakin banyak titik dalam ruang, semakin baik

sistem ini mampu membedakan antara analit. Ada batas efektivitas dan

perhitungan matematis bisa sangat memakan satu sama tambahan baru untuk

ruang fitur waktu (Griffin, 2006). Gambar 3.4 menunjukkan larik array sensor

menggunakan 8 sensor TGS yang dihubungkan ke unit utama pengolahan data.

Gambar 3.4 Contoh sistematika array sensor.

Terdapat dua tipe struktur larik sensor menurut laju alir gas uji yang akan

dilewatkan sensor gas, yaitu tipe seri dan tipe paralel. Gambar 3.7 merupakan laju

alir gas uji yang melalui larik sensor seri dan paralel. Laju alir ini berawal dari

masukan (inlet)yang menuju kedalam chamber menggunakan selang yang telah

membawa gas aroma atau gas bau dari sampel. Chamber ini yang didalamnya

terdapat larik sensor dengan tipe seri atau paralel. Laju alir secara seri

mengindikasikan gas bau yang dibawa ke chamber melewati sensor gas satu

persatu berurutan sedangkan laju alir secara paralel mengindikasikan setiap sensor

mendapatkan kontak langsung dengan gas bau secara bersamaan.

3.3 Sensor TGS

TGS merupakan singkatan dari Taguchi Gas Sensor yang merupakan

sensor gas yang diproduksi oleh Figaro Inc,. Beberapa hal yang perlu diperhatikan


19/30

13

dalam pemakaian sensor gas pada sistem robot adalah sensor gas tersebut harus

memiliki sensitifitas yang tinggi, memiliki respon yang cepat, pemakaian daya

yang kecil serta bentuk yang sederhana. Sensor TGS merupakan sebuah sensor

kimia yang digunakan untuk mendeteksi gas tertentu. TGS mempunyai sebuah

tahanan sensor yang nilainya bergantung pada keberadaan oksigen. Bahan sensor

pada sensor gas TGS adalah metal oxide Sn. Dengan meningkatnya keberadaan

oksigen pada lapisan tin oxide, akan meningkatkan level potential barrier yang

juga meningkatkan nilai tahanan dari sensor. Perubahan keberadaan oksigen

terhadap perubahan level potential barrier dan perubahan nilai tahanan

diperlihatkan pada Gambar 3.9 merupakan keadaan awal dimana banyak terdapat

kandungan dalam permukaan tin oxide yang mengakibatkan adanya resistansi

yang tinggi pada grain boundary (Figaro, 2003). Contoh gambar ilustrasi

penyerapan O2oleh sensor TGS ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Ilustrasi penyerapan O2 oleh sensor (Figaro, 2003).

Di dalam sensor, arus elektrik mengalir melewati daerah sambungan

(grain boundary) dari kristal SnO2. Pada daerah sambungan, penyerapan oksigen

mencegah muatan untuk bergerak bebas. Jika konsentrasi gas menurun, proses

deoksidasi akan terjadi, dan rapat permukaan dari muatan negatif oksigen akan

berkurang. Kondisi ini mengakibatkan menurunnya ketinggian penghalang dari

daerah sambungan, misal saat adanya gas yang terdeteksi. Dengan menurunnya

penghalang, maka resistansi sensor akan juga ikut menurun. Ilustrasi tersebut

dapat ditunjukkan pada Gambar 3.10.


20/30

14

Gambar 3.10 Ilustrasi ketika terdeteksi adanya gas (Figaro, 2003).

Hubungan antara nilai hambatan sensor dengan konsentrasi gas

pengoksidasi dapat ditunjukkan pada persamaan berikut :

Rs=A [C]-

di mana Rs = Resistansi sensor

A = konstanta

[C] = konsentrasi gas

= kemiringan grafik Rs

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)

Gambar 3.11 Bentuk fisik sensor TGS. (a) TGS 3830 (b) TGS 2602 (c) TGS2600 (d) TGS 2611 (e) TGS 2612 (f) TGS 2610 (g) TGS 2620 (h) TGS 813 (i)

TGS 822.

3.4 LabView

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)

adalah platform dan pengembangan lingkungan untuk bahasa pemrograman visual

dari National Instruments. Bahasa grafis di beri nama "G". Awalnya dirilis untuk

Apple Macintosh pada tahun 1986, LabVIEW umumnya digunakan untuk akuisisi

data, kontrol instrumen, dan otomasi industri pada berbagai platform termasuk


21/30

15

Microsoft Windows, berbagai rasa dari UNIX, Linux, dan Mac OS X. Program

LabVIEW disebut Instrumen Virtual, atau Vis, karena penampilan dan operasi

mereka meniru instrumen fisika, seperti osiloskop dan multimeter. LabVIEW

berisi seperangkat alat untuk memperoleh menganalisis, menampilkan, dan

menyimpan data, serta alat-alat untuk membantu memecahkan kode program yang

rumit (Halvorsen, 2014). Gambar 3.12 menunjukkan tampilan menu awal saat

perangkat lunak LABVIEW dijalankan.

Gambar 3.11 Tampilan utama perangkat lunak LABVIEW (Halvorsen,

2014).

3.5 Teh

Teh merupakan salah satu minuman yang terkenal. Minuman teh berasal dari

daun teh muda yang telah megalami prosesn pengolahan seperti pelayuan,

oksidasi enzimatis, penggilingan, dan pengeringan. Bukan hanya sebagai

minuman siap saji saja, namun teh juga memiliki banyak manfaat bagi tubuh

manusia. Hal ini dikarenakan teh memiliki kandungan senyawa kimia seperti

polifenol, theofilin, flavonoid, tanin, vitamin C, vitamin E, katekin, dan sejumlah

mineral seperti Zn, Se, Mo, Ge, dan Mg.


22/30

16

Menurut (Bhattacharyya, 2004) terdapat tiga tipe teh yang dibedakan menurut

pengolahannya yaitu Teh Hitam, Teh Hijau, dan Teh Oolong. Dari ketiganya, Teh

Hitam adalah yang paling terkenal. Senyawa kimia yang merespon aroma teh

dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Senyawa kimia yang merespon aroma teh

Senyawa Aroma

Linalool, Linalool Oksida Manis

Geraniol, Phenylacetaldehyde Beraroma seperti bunga

Nerolidol, Benzaldehyde, Methylsalicylate,

Phenil ethanol

Beraroma seperti buah

Trans-2-Hexenal, n-Hexenal, Cis-3-Hexenol,

Grassy, dan b-Ionone

Beraroma segar


23/30

17

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1 Peralatan

Dalam penelitian ini dibutuhkan beberapa peralatan yang digunakan untuk

mendukung penelitian efisiensi strukture chamber sensor pada perangkat

Electronic Nose. Pada penelitian ini peralatan yang dibutuhkan dapat dibagi

menjadi per unit seperti berikut :

1. Chamber berbahan teflon ataustainless steelbeserta selang alir.

2. 12 sensor TGS, yaitu TGS 3830, TGS 2600, TGS 2610, TGS 2611, TGS

2612, TGS 2620, TGS 813, TGS 822, TGS 2602, TGS 825, TGS 826, dan

TGS 832.

3. Mikrokontroller Arduino Mega 2560.

4. Seperangkat PC (Personal Computer).

5. Seperangkat Software Labview.

6. Rangkaian elektronik pendukung.

4.2 Bahan

Bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah sampel teh.

4.3 Rancangan Penelitian

Tahapan rancangan penelitian dijelaskan pada Gambar 4.1. Pada gambar

tersebut dijelaskan bahwa langkah awal penelitian yaitu melakukan studi pustaka

tentang Electronic Nose dan studi pustaka tentang larik sensor yang digunakan

pada sistem Electronic Nose. Selanjutnya akan dilakukan membuat rancangan

skematik larik sensor sesuai yang dikehendaki dalam penelitian ini. Kemudian

membuat rancangan chamber untuk tempat larik sensor yang sesuai dengan

volume yang dikehendaki. Setelah merancang perangkat keras tersebut, kemudian

dapat dilakukan pengujian kelayakan sensor bau yang bertujuan unutk mengetahui

respon repeatibilitas yang baik dari sensor bau yang digunakan. Selanjutnya

pengujian respon sensor dengan sampel teh. Hasil yang didapat berupa tegangan


24/30

18

terhadap waktu yang akan digambarkan pada Microsoft Excel. Setelah didapatkan

data hasil penelitian yang sesuai maka akan dilakukan analisa dan pembahasan.

Gambar 4.1 Skema Rancangan Penelitian

4.3.1 Rancangan Sistem Secara Keseluruhan

Sistem electronic nose yang akan dirancang untuk penelitian ini bertujuan

agar respon dari setiap sensor TGS pada larik sensor dapat bekerja secara efisien

sehingga didapatkan pola-pola yang berbeda dari setiap sensor pada uji sampel

teh. Data pola dari larik sensor tersebut kemudian di proses oleh Mikrokontroler

sehingga mendapatkan data ADC berupa tegangan kemudian hasil pembacaan

tegangan tersebut dihubungkan secara serial ke perangkat komputer (PC). Data

tersebut lalu diolah diperangkat komputer dengan menggunakan Microsoft Excel

dan software LabView sehingga dapat dilihat besar keluaran dari masing-masing

sensor tersebut dan kemudian ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik. Secara

keseluruhan diagram blok sistem ini dapat dilihat pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Diagram Blok Rancangan Sistem e-Nose secara Keseluruhan

Studi Pustaka E-nose dan

sensor array pada enose

Pengujian respon dengan

sampel teh

Membuat perangkat keras

larik senor dan chamber

Rancangan skematik larik

sensor

Uji kelayakan sensor bauAnalisa dan Pembahasan


25/30

19

4.3.2 Rancangan Chamber Sensor

Dalam rancangan chamber sensor electronic noseyang akan dilakukan pada

penelitian ini memiliki perbedaan dari penelitian sebelumnya. Chamber sensor ini

berbentuk balok yang terdapat 4 node sensor yang di letakkan pada 4 sisi

chamber. Masing-masing node sensor terdapat 3 sensor gas. Sedangkan dua sisi

lainnya digunakan sebagai jalan masuk dan keluarnya gas aroma teh. Seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 4.3 yang menjelaskan array sensor yang akan dibuat

menggunakan 12 buah sensor TGS, yaitu TGS 3830, TGS 2600, TGS 2611, TGS

2612, TGS 2610, TGS 2620, TGS 813, TGS 822, TGS 2602, TGS 825, TGS 826,

dan TGS 832. Desain chamber sensor ini relatif kecil dan diharapkan respon

keluaran sinyal menjadi cepat dan stabil karena aroma ditangkap langsung secara

bersamaan oleh array sensor yang terdapat pada node sensor. Bahan dari chamber

sensor ini adalahstainleess steelatau teflon karena tidak mudah korosi.

inLet

outLet

Gambar 4.3 Tampilan rancangan chamber sensor.4.3.3 Rancangan Perangkat Lunak

Dalam rancangan sistem ini dilakukan perancangan perangkat lunak yang

mana perancangan perangkat lunak ini dibagi menjadi dua bagian, yang pertama

menggunakansoftware LABVIEW yang digunakan untuk mengolah data berupa

tegangan berdasarkan nilai tegangan dari mikrokontroller. Yang kedua adalah

perangkat lunak Microsoft Excel untuk menggambar plot grafik dari data hasil

pada pengolahan perangkat lunak LABVIEW.


26/30

20

4.4 Prosedur Kerja

Pada penelitian ini, variabel yang akan dianalisis adalah nilai tegangan

keluaran dari setiap sensor gas. Setiap sensor gas akan mengeluarkan tegangan

dengan nilai tertentu saat terpapar pada gas dan konsentrasi tertentu. Prosedur

kerja dari sistem ini sebagai berikut :

a)

Sampel

Dalam penelitian ini, sampel yang digunakan adalah teh.

b) Pengujian Sampel

Dalam pengujian sampel, sampel ditaruh dalam suatu wadah

(Chamber). Kemudian chamber dipanaskan pada suhu tertentu yang

akan menghasilkan gas uap dari sampel yang dipanaskan tersebut.

Selanjutnya uap dibawa ke chamber sensor yang terdapat array sensor

melalui selang. Pada chamber sensor ini, diharapkan setiap node

sensor dapat berkontak langsung dengan aroma secara bersamaan

sehingga mampu menghasilkan respon keluaran sinyal yang efisien.

Setiap sensor akan mengalami perubahan resistansi sehingga

mengeluarkan tegangan yang berbeda-beda sesuai sensitifitas sensor.

Pengujian sampel dilakukan dalam beberapa kali untuk mendapatkan

nilai tegangan keluaran yang konstan dan akurat.

c) Pengolahan Data

Untuk pengolahan datanya, data yang diperoleh dari nilai ADC

sensor pada mikrokontroler kemudian dikirim melalui port USB ke

Perangkat Komputer (PC). Kemudian dengan menggunakan perangkat

lunak LabView, data tersebut dibuat menjadi sebuah tampilan grafik

selanjutnya dieksportkeMicrosoft excel.


27/30

21

d) Analisa dan Pembahasan

Dilakukan analisis terhadap respon waktu dari data ADC yang

keluar dari setiap sensor pada chamber sensor. Analisis yang dilakukan

yaitu pada data ADC yang belum dinormalisasi dan setelah dinormalisasi.

Kemudian dilakukan analisis data ADC pada pengujian sampel secara

berkala. Analisis tersebut juga akan dibandingkan dengan hasil analisis

respon keluaran sinyal dari implementasi chamber sensor dengan bentuk

tabung pada penelitian lainnya dengan seperangkat electronic nose yang

sejenis. Setelah itu baru dilakukan pembahasan secara keseluruhan

mengenai pengimplementasian chamber sensor bentuk kubus geometri

dari sistem electronic nose yang digunakan.


28/30

22

BAB V

RENCANA JADWAL PENELITIAN

Jadwal pelaksanaan penelitian ditunjukkan oleh Tabel 5.1 Rencana jadwal

penelitian yang disusun memperlihatkan persiapan yang dimulai dari persiapan dan

pembuatan peranti keras-lunak sampai tahap evaluasi akhir setelah dilakukan ujicoba.

Tabel 5.1 Waktu kerja rencana jadwal penelitian

No. Kegiatan

Tahun 2015

Maret April Mei Juni

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1

Seminar

Proposal

Usulan

Tugas Akhir

2

Kajian

Literatur dan

Konsultasi

3

Perancangan

Hardware

dan

Software

4

Pengambilan

Data Hasil

Penelitian

5

Pengolahan

Data Sinyal

Keluaran

6

Penyusunan

Laporan

Penelitian


29/30

23

DAFTAR PUSTAKA

Arshak, Moore, Lyons, Harris, dan Clifford, 2004,A review of gas sensors

employed in electronic nose applications, Paper, Informatics and Electronics

Limerick University, Limerik, Irlandia.

Bhattacharyya, 2004,Aroma Characterization of Orthodox Black Tea With

Electronic Nose, Centre for Development of Advanced Computing (C-DAC),

Kolkata, India.

Bennetts, 2010,Fast Transient Classification With a Parallelized Temperature

Modulated E-Nose,Thesis, Technology Orebro University. Orebro.

Figaro, 2003, General information for tgs sensors1,

www.figarosensor.com/products/general.pdf, diakses tanggal 21 Februari

2015 pukul 20.30 WIB.

Griffin, 2006,Electronic Noses: Multi-Sensor Arrays. Davidson College.

Halvorsen, 2014,Introduction to LabVIEW, Departement Electrical Engineering.

Information and Cybernetics, Faculty of Technology Telemark University,

Norwegia.

Iswanto, 2014,Implementasi Rancang Bangun Electronic Nose Untuk

Mengklasifikasi Pola Bau Tahu Murni dan Tahu Berformalin, Skripsi, JIKE -

Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Jaruwongrungsee, Maturos, dan Sritongkum, 2010,Design and Simulation of

Flow Cell Chamber for Quartz Crystal Microbalance Sensor Array, National

Electronics and Computer Technology Center, King Mongkut's Institute of

Technology Ladkrabang, Thailand.

Nakamoto, 2004, Odor Handling and Delivery Systems.

Patel dan Kunpara, 2011,Electronic Nose Sensor Response and Qualitative

Review of E-Nose Sensor, Institute of Technology, Nirma University,

Ahmedabad.

Sharma, Ghosha, Tudua, Bandyopadhyay, dan Bhattacharyyab, 2012, Quartz

Crystal Microbalance Sensors for Discrimination of Black Tea, Departement


30/30

24

of Instrumentation and Electronics Engineering, Jadvpur University, Kolkata,

India.

Szczurek, dan Maciejewska, 2010, Gas Sensor Array with Broad Applicability,

Wroctaw University of Technology, Polandia.

Thepudom, Kladsomboon, Pogfay, Tuantranont, dan Kerdcharoen, 2012,Portable

Optical-Based Electronic Nose Using Dual-Sensors Array Applied for

Volatile Discrimination, Faculty of Science, Mahidol University, Bangkok,

Thailand.

Thuen, 2014, Sensing Odour With E-Nose.

Triyana, Agustika, dan Hardoyono, 2012,Penerapan Metode Ekstraksi Ciri

Berbasis Transformasi Wavelet Diskrit untuk Meningkatkan Unjuk Kerja

Electronic Nose, FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Yang, 2012, Sensor Array, Rijeka, Kroasia.

chamber sensor electronic nose flow system

Documents