Serat Optik Pengukur Beban

Beban kendaraan yang terlampau berat dapat mempercepat kerusakan jalan, jembatan, dan pelabuhan. Selama ini, jembatan timbang dianggap efektif untuk mengendalikan beban kendaraan yang melintasi jalan atau kawasan dengan pembatasan berat tertentu.

Pengukuran beban kendaraan dapat dilakukan secara berjalan atau dikenal sebagai metode weigh in motion (WIM). Teknologi ini bekerja dengan mendeteksi berat kendaraan yang bergerak pada kecepatan tertentu berdasarkan pengukuran beban roda kendaraan saat melewati sensor. Metode ini sudah digunakan di Jembatan Suramadu, Jembatan Cisomang, dan sejumlah perusahaan tambang. Namun instrumennya masih diimpor dan tidak memakai sensor serat optik.

Sejak 2011, para peneliti Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) mengembangkan sistem pengukuran beban kendaraan berjalan menggunakan sensor serat optik. "Awalnya, kami sedang membuat sensor untuk detektor gempa, lalu dicoba untuk mengukur beban dan ternyata bisa. Sensor beban ini sudah kami uji dan terus dikembangkan," kata Kepala Pusat Penelitian Fisika LIPI Bambang Widiyatmoko pada Jumat dua pekan lalu.

Serat optik merupakan material yang dibuat dari kaca atau plastik. Bahan ini digunakan sebagai medium rambat gelombang cahaya berdasarkan efek pantulan sempurna karena terdapat perbedaan indeks bias material. Material pembawa informasi ini sudah digunakan dalam jaringan komunikasi dan infrastruktur Internet.

Menurut Dwi Hanto-peneliti yang terlibat dalam studi-penggunaan serat optik untuk sensor modifikasi dengan microbending dan sistem mekanik dapat mengukur berat kendaraan yang lewat di atasnya. "Pemilihan jenis serat optik menjadi tantangan riset dalam mencari sensor yang tepat," kata Dwi, yang kini tengah menempuh studi doktoral di Universitas Kanazawa, Jepang, lewat surat elektronik.

Microbending atau pembengkokan mikro adalah kondisi di dalam serat optik yang dapat mengganggu proses perambatan cahaya. Ini merupakan kondisi ketika serat optik tertindih beban sehingga mengubah penjalaran cahaya. Kondisi ini dapat digunakan untuk mendeteksi besar beban yang menimpa serat optik.

Dalam studi disebutkan serat optik menjadi bahan alternatif pengukur beban karena memiliki keunggulan dibanding sensor elektronik dalam teknologi WIM lainnya. Serat optik kecil dan ringan, kebal terhadap gangguan elektromagnetik, memiliki sensitivitas tinggi, serta tahan korosi dan suhu tinggi. Sensor ini juga memiliki struktur sederhana dengan biaya rendah.

Dalam pengujian, sensor serat optik dilalui cahaya laser. Intensitas cahaya kemudian dideteksi oleh photodiode. Faktor microbending menyebabkan terjadinya variasi intensitas cahaya yang menjadi representasi gaya tekan pada sensor serat optik. Sinyal cahaya dari photodiode dikonversi menjadi digital.

Para peneliti sudah melakukan uji lapangan dengan menggunakan sepeda motor dan mobil jenis minibus. Hasilnya menunjukkan sistem sensor bisa bekerja baik bila kecepatan kendaraan 10 kilometer per jam. Pengukuran akan sulit jika kendaraan melaju lebih cepat sehingga diperlukan penyesuaian pada sistem.

Menurut Bambang, sistem pengukur beban ini perlu diperbaiki agar bisa digunakan untuk menimbang kendaraan besar, yang bobotnya diukur dalam skala ton. "Tantangannya meningkatkan landasan sekelas minibus bisa dipakai untuk truk," katanya.

---

Intensitas cahaya yang dideteksi photodiode bervariasi ketika sensor serat optik mendapat gaya tekan (microbending). Gaya tekan ini merepresentasikan beban kendaraan yang melewati sensor.