Daftar Isi
Noise density dalam spesifikasi sensor akselerometer tipe MEMS
Noise density dalam spesifikasi sensor akselerometer tipe MEMS adalah parameter yang menunjukkan seberapa besar noise atau gangguan yang dihasilkan oleh sensor per satuan akar frekuensi (biasanya dalam Hz). Satuan yang digunakan adalah μg/√Hz, di mana μg adalah mikro-gravitasi (1 μg = 1e-6 g, dengan g adalah percepatan gravitasi bumi sekitar 9,81 m/s²). Noise Density Mengukur besarnya noise acak yang dihasilkan sensor dalam satuan percepatan per akar Hz. Semakin rendah nilai noise density, semakin baik kualitas sinyal yang dihasilkan oleh sensor, karena lebih sedikit noise yang akan mempengaruhi pengukuran
Ketika terjadi getaran, nilai akselerasi yang diukur oleh sensor akselerometer akan berubah seiring dengan perubahan posisi atau kecepatan struktur. Namun, dalam kondisi nyata, sinyal akselerasi yang diukur tidak hanya mencerminkan getaran yang terjadi, tetapi juga terpengaruh oleh noise sensor. Noise density berperan dalam menentukan seberapa akurat perubahan akselerasi tersebut dapat diukur, terutama ketika amplitudo getaran rendah atau ketika frekuensi getaran mendekati noise floor sensor.
Saat getaran terjadi, akselerasi akan berosilasi sesuai dengan frekuensi dan amplitudo getaran. Sensor akselerometer akan mendeteksi perubahan ini sebagai sinyal yang bervariasi dari waktu ke waktu. Namun, noise density sensor menambahkan komponen acak pada sinyal yang diukur, yang bisa menyebabkan sinyal yang seharusnya halus menjadi berisik, terutama jika amplitudo getaran mendekati noise level sensor
Ketika noise sensor sebanding atau lebih besar dari perubahan akselerasi yang ingin diukur, sinyal asli bisa tertutupi oleh noise. Ini mengakibatkan pengukuran yang tidak akurat, di mana sinyal yang sebenarnya terdistorsi atau bahkan tidak dapat dikenali.
Hubungan dengan Frekuensi, Noise density terkait dengan bandwidth sensor. Misalnya, jika sensor digunakan dalam frekuensi 2 Hz hingga 10 Hz, noise total yang diukur akan menjadi integral dari noise density dalam rentang frekuensi tersebut. Noise total dapat dihitung dengan menggunakan bandwidth yang relevan. Untuk rentang frekuensi 2-10 Hz (8 Hz total)
Perhitungan Total Noise :
Contoh Perhitungan :
Eksitasi Getaran Minimum: Agar pengukuran menjadi akurat, amplitudo getaran yang dihasilkan harus lebih besar dari total noise sensor, sehingga sinyal getaran dapat dideteksi dengan baik. Sebagai aturan praktis, eksitasi getaran minimum sebaiknya setidaknya 3-5 kali lebih besar dari total noise untuk memastikan sinyal yang diukur dapat dibedakan dengan jelas dari noise. Ini berarti eksitasi getaran minimum harus sekitar:
Eksitasi Getaran Minimum :
Eksitasi Getaran Maksimum :
Bayangkan Anda menggunakan akselerometer MEMS untuk memantau kondisi jembatan. Getaran jembatan akibat lalu lintas memiliki frekuensi antara 2-5 Hz, dan amplitudo getaran yang dihasilkan sangat kecil, misalnya hanya sekitar 600 μg. Akselerometer dengan noise density 300 μg/√Hz akan mengukur sinyal akselerasi yang berubah-ubah akibat getaran. Namun, karena amplitudo getaran hanya 600 μg, dan total noise untuk bandwidth 2-5 Hz bisa sekitar 674 μg (untuk rentang frekuensi 3 Hz), noise bisa hampir sebanding dengan sinyal getaran.Karena noise hampir sama dengan sinyal yang diukur, data yang dihasilkan mungkin menunjukkan osilasi yang tidak benar-benar ada atau mengaburkan variasi akselerasi yang sebenarnya
Dalam situasi ini, jika eksitasi getaran terlalu rendah, akselerometer mungkin tidak mampu membedakan antara sinyal asli dan noise, mengakibatkan data yang tidak akurat. Ini bisa menjadi masalah serius dalam pemantauan kesehatan struktural, di mana deteksi perubahan kecil dalam getaran sangat penting untuk mengetahui kondisi struktur.
Strategi Mengatasi Masalah
Untuk mengatasi masalah ini, beberapa strategi dapat diterapkan:
Penguatan Eksitasi Getaran:
- Meningkatkan eksitasi getaran (misalnya, menggunakan metode eksitasi buatan seperti shaker atau hammer) untuk menghasilkan sinyal akselerasi yang lebih besar dari noise
Penggunaan Sensor dengan Noise Density Lebih Rendah:
- Memilih sensor akselerometer dengan noise density yang lebih rendah untuk memastikan bahwa sinyal getaran dapat diukur dengan lebih akurat tanpa terpengaruh oleh noise.
Filter Frekuensi:
- Gunakan filter band-pass yang disesuaikan dengan rentang frekuensi struktur (2-10 Hz) untuk menghilangkan noise di luar rentang ini. Filter ini membantu memperkuat sinyal yang relevan dan mengurangi komponen noise dari frekuensi lain.Melakukan pengolahan data seperti averaging untuk mengurangi komponen noise pada sinyal.
FFT (Fast Fourier Transform):
- Gunakan FFT untuk menganalisis komponen frekuensi dari sinyal yang diukur. Ini akan membantu memisahkan sinyal asli dari noise dengan memvisualisasikan spektrum frekuensi, memungkinkan identifikasi dan ekstraksi frekuensi-frekuensi utama yang relevan dengan getaran struktur.
Dengan pendekatan ini, Anda dapat meningkatkan akurasi pengukuran akselerasi meskipun terdapat noise yang cukup signifikan, memastikan bahwa data yang diperoleh lebih representatif dari kondisi sebenarnya