Berikan contoh aplikasi dari gelombang ultrasonik dan jelaskan prinsip kerjanya

Pengertian Sensor Ultrasonik dan Aplikasi Penggunaannya. Sensor ultrasonik merupakan salahsatu jenis sensor yang paling banyak digunakan di dunia otomasi baik penerapannya sebagai komponen robotika ataupun sebagai sistem otomasi di dunia industri. Hal tersebut karena penggunaan dari sensor ultrasonik itu sendiri yang cukup mudah serta dapat diaplikasikan ke banyak projek sistem atau perangkat elektronika seperti palang atau pintu otomatis, mengukur jarak dengan ultrasonik, penggunaan sensor ultrasonik dengan arduino, penggabungan sensor ultrasonik dan servo sebagai lengan atau kaki robot bernavigasi, mendeteksi objek atau benda, sensor ultrasonik pengukur ketinggian air, dan masih banyak lagi. Dengan banyaknya penerapan akan kegunaan dari sensor ultrasonik saat ini, maka pengetahuan tentang sensor ultrasonik ini menjadi wajib kita miliki. Sensor ultrasonik adalah perangkat yang dapat menghasilkan dan menerima suatu energi yaitu berupa gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi sangat tinggi yaitu 20 kHz dan diatasnya. Gelombang ultrasonik ini tidak dapat didengar manusia dan hanya dapat didengar oleh beberapa hewan tertentu saja seperti anjing, kelelawar dan lumba-lumba. Jadi, pengertian sensor ultrasonik adalah sensor yang memiliki fungsi mengubah energi dari besaran fisika berupa bunyi menjadi besaran listrik dan begitu juga sebaliknya.
Gelombang bunyi yang dihasilkan dari sensor ultrasonik ini dapat merambat melalui benda padat, cair maupun udara. Namun dibandingkan dengan benda padat dan udara, benda cair merupakan media merambat yang paling baik untuk sensor ultrasonik ini. Karena alasan tersebut, sensor ultrasonik merupakan sensor yang paling umum digunakan sebagai radar pada kapal selam untuk mendeteksi keberadaan suatu benda dengan memperkirakan jarak antara sensor dan benda tersebut. Sensor ultrasonik juga digunakan pada alat khusus yang digunakan untuk mengukur kedalaman air laut.

Baca juga : Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik

Pada sensor ultrasonik terdapat dua bagian utama yaitu bagian sensor ultrasonik sebagai Transmitter, Transmitter berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dan bagian sensor ultrasonik sebagai Receiver yang berfungsi sebagai penerima gelombang ultrasonik yang dipantulkan benda dari transmitter. Pada sensor ultrasonik HC-SR04 misalnya yang terdiri dari 4 pin dimana pin Trig yang berfungsi sebagai Transmitter dan pin Echo berfungsi sebagai Receiver. Berikut adalah gambar dari sensor ultrasonik HC-SR04 :

Untuk mencari jarak antara sensor dan benda yang memantulkan gelombang ultrasonik dari sensor dapat menggunakan rumus berikut. Karena kecepetan bunyi adalah 340 m/s, maka jarak antara sensor dan benda dapat ditentukan.

S : Jarak antara sensor dan benda (bidang pantul) T : Waktu yang dibutuhkan gelombang ketika dipancarkan oleh transmitter dan diterima kembali oleh receiver dari bidang pantul
Sensor ultrasonik memiliki kelebihan yang bisa kita manfaatkan pada berbagai bidang, berikut adalah beberapa contoh bidang yang umumnya telah memanfaatkan kelebihan sensor ultrasonik dalam kehidupan sehari-hari : Dalam bidang industri gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, mengukur tingkat suatu benda di dalam wadah (level meter), menghitung jumlah aliran yang mengalir setiap periode tertentu (flowmeter) dan membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang tersimpan di dalam perut bumi. Dalam bidang kesehatan gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, penyakit liver, otak dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.

Dalam bidang pertahanan gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air, mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan posisi sekelompok ikan.

Dalam bidang robotika dan otomasi sensor ultrasonik sering digunakan sebagai input atau penerima masukan yang menerima perubahan kondisi besaran fisika menjadi besaran listrik yang kemudian ditransmisikan ke kontroler untuk diolah agar dilakukan proses berikutnya. Beberapa contoh penerapannya seperti robot wall follower, dan sejenisnya. Penggunaan sensor ultrasonik pada robot biasanya akan dijadikan sebagai informasi masukan yang dikirimkan ke mikrokontroler untuk dilakukan pengolahan data.

Baca juga : Pengertian Mikrokontroler dan Fungsinya

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 ?

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. 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 : 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 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.

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.