Peningkatan Stabilitas Sistem Data Communication dengan Sensor Suhu FBG Safir

Peningkatan Stabilitas Sistem Data Communication dengan Sensor Suhu FBG Safir

Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan teknologi sensor semakin pesat, khususnya dalam ranah komunikasi data dan pemantauan suhu. Salah satu teknologi yang mulai banyak digunakan adalah Fiber Bragg Grating (FBG). Dalam artikel berjudul High Sensitivity Sapphire FBG Temperature Sensors for the Signal Processing of Data Communications Technology, yang dipublikasikan di Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, Mahmoud M. A. Eid bersama lima rekan penulisnya menguraikan keunggulan sensor FBG berbahan safir dibandingkan dengan bahan silika dalam hal sensitivitas suhu. 

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, FBG safir mampu mendeteksi perubahan suhu dengan sensitivitas sebesar 0,11 pm/°C, atau sekitar tiga kali lebih tinggi dibandingkan dengan FBG silika yang umum digunakan di berbagai aplikasi.
Penelitian ini tidak hanya memfokuskan pada perbandingan performa antara dua bahan FBG, tetapi juga menguji ketahanan sensor dalam lingkungan ekstrem dengan suhu mencapai 1000°C. Dengan menggunakan simulasi berbasis perangkat lunak OptiGrating, para peneliti mampu menunjukkan bahwa sensor berbahan safir memberikan performa yang lebih baik dalam hal pengukuran suhu tinggi dibandingkan dengan silika. Selain itu, penggunaan teknik apodisasi Gaussian berhasil menghilangkan lobus samping, yang secara signifikan meningkatkan akurasi reflektivitas spektrum sensor.

Perkembangan teknologi sensor suhu ini memiliki implikasi penting, terutama dalam bidang industri yang memerlukan pemantauan suhu secara presisi, seperti reaktor nuklir dan aplikasi militer. Di sini, artikel ini menawarkan wawasan baru tentang bagaimana inovasi material seperti safir dapat meningkatkan sensitivitas dan akurasi sensor suhu, memperkuat kontribusi ilmiah dalam ranah teknologi sensor suhu modern. Dengan sensitivitas yang lebih tinggi, keamanan dan efisiensi operasional dalam lingkungan berisiko tinggi dapat lebih ditingkatkan.

Penelitian yang dilakukan oleh Mahmoud M. A. Eid dan rekan-rekannya berfokus pada bagaimana FBG berbahan safir dapat meningkatkan sensitivitas dalam pengukuran suhu pada aplikasi teknologi komunikasi data. FBG sendiri merupakan teknologi sensor yang digunakan untuk mendeteksi berbagai perubahan fisik, seperti suhu dan tekanan, melalui pergeseran panjang gelombang cahaya yang merambat di serat optik. Sensor ini bekerja dengan memanfaatkan perubahan indeks bias pada bahan serat optik ketika ada perubahan suhu. Dalam penelitian ini, FBG berbahan safir terbukti lebih unggul dari FBG berbahan silika, terutama dalam lingkungan bersuhu ekstrem.

Angka-angka yang dihasilkan dari simulasi menunjukkan bahwa FBG safir memiliki sensitivitas sekitar 0,11 pm/°C, yang mana tiga kali lipat lebih tinggi dibandingkan FBG berbahan silika. Hal ini memberikan keunggulan signifikan, khususnya dalam aplikasi industri yang memerlukan pengukuran suhu presisi tinggi, seperti pemantauan suhu dalam inti reaktor nuklir. Pada suhu tinggi, seperti yang diuji hingga 1000°C, FBG safir tetap mampu memberikan hasil pengukuran yang akurat tanpa mengalami degradasi performa. Di sisi lain, FBG berbahan silika mulai menunjukkan keterbatasan performa pada suhu yang jauh lebih rendah.

Penelitian ini juga menunjukkan bahwa penggunaan teknik apodisasi Gaussian memberikan dampak signifikan terhadap kualitas data yang dihasilkan oleh sensor. Apodisasi Gaussian mengurangi efek samping yang dikenal sebagai lobus samping, yang biasanya muncul dalam spektrum reflektivitas FBG. Pada suhu 37,1°C, simulasi menunjukkan bahwa reflektivitas untuk FBG berbahan safir lebih stabil dan tidak terpengaruh oleh lobus samping, sehingga data yang dihasilkan lebih bersih dan akurat.

Dari segi aplikasi praktis, FBG safir memiliki berbagai keunggulan lain, termasuk ketahanannya terhadap radiasi, yang membuatnya ideal untuk digunakan di lingkungan nuklir. Menurut penelitian terdahulu yang dikutip oleh para penulis, serat optik safir memiliki titik leleh hingga 2000°C (Sporea, 2007), yang menjadikannya material pilihan untuk aplikasi dalam suhu tinggi. Selain itu, sifatnya yang tahan terhadap radiasi membuat sensor ini tidak hanya relevan untuk pemantauan suhu, tetapi juga cocok untuk aplikasi di lingkungan dengan paparan radiasi tinggi seperti inti reaktor nuklir dan sistem militer.

Keunggulan lain dari penelitian ini adalah aplikabilitas sensor FBG safir dalam industri telekomunikasi. Sebagai bagian dari sistem pengolahan sinyal, kemampuan sensor ini untuk bekerja di suhu ekstrem memungkinkan peningkatan stabilitas sistem komunikasi optik di lingkungan-lingkungan yang sangat menantang. Hal ini dapat mengurangi gangguan atau penurunan kualitas layanan komunikasi dalam kondisi operasional yang berat.

Penelitian yang dilakukan oleh Mahmoud M. A. Eid dan rekan-rekannya memberikan kontribusi yang signifikan terhadap teknologi sensor suhu berbasis Fiber Bragg Grating (FBG), khususnya dalam aplikasi suhu ekstrem. Dengan menunjukkan bahwa FBG berbahan safir memiliki sensitivitas suhu tiga kali lebih tinggi dibandingkan FBG silika, penelitian ini membuka peluang baru dalam pengembangan sensor yang lebih presisi dan tahan lama untuk aplikasi industri, nuklir, dan militer. Selain itu, penggunaan teknik apodisasi Gaussian dalam penelitian ini telah menunjukkan hasil yang mengesankan dalam peningkatan akurasi pengukuran melalui penghapusan lobus samping, yang biasanya mengganggu kualitas reflektivitas spektrum.

Ke depan, penelitian ini memberikan landasan yang kuat untuk pengembangan lebih lanjut dari sensor suhu FBG, baik dalam hal material maupun teknik simulasi dan fabrikasi. Dengan ketahanan safir terhadap suhu dan radiasi, sensor ini tidak hanya relevan untuk aplikasi nuklir, tetapi juga untuk berbagai industri yang memerlukan pengukuran suhu yang sangat presisi dan berkelanjutan. Penelitian lebih lanjut bisa difokuskan pada optimalisasi proses fabrikasi dan pengujian sensor di kondisi lapangan yang lebih beragam, untuk memastikan kinerjanya di berbagai lingkungan ekstrem.

Referensi:

Eid, M. M. A., Seliem, A. S., Rashed, A. N. Z., Mohammed, A. E. A., Ali, M. Y., & Abaza, S. S. (2021). High sensitivity sapphire FBG temperature sensors for the signal processing of data communications technology. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 21(3), 1567-1574. https://doi.org/10.11591/ijeecs.v21.i3.pp1567-1574