Prinsip Pengkondisian Sinyal

Pengkondisian sinyal ini berkaitan dengan operasi-operasi yang dikenakan pada sinyal guna mengkonversi sinyal tersebut ke bentuk yang sesuai dengan yang diperlukan untuk interface dengan elemen-elemen lain dalam sistem instrumentasi. Efek pengkondisian sinyal pada sinyal masukan sering dinyatakan dalam bentuk fungsi alih. Pengkondisi sinyal dapat dikelompokkan dalam beberapa jenis, seperti yang akan diuraikan berikut.

1. Pengubahan Level Sinyal

Suatu cara yang paling sederhana untuk pengkondisian sinyal adalah dengan mengubah level sinyal, yaitu dengan melakukan penguatan ataupun peredaman. Salah satu faktor yang penting dalam pemilihan penguat adalah impedansi masukan yang ditawarkan kepada sensor (atau elemen lain yang berfungsi sebagai masukan). Dalam beberapa kasus, (misalnya akselerometer dan detektor optik), tanggapan frekuensi penguat juga merupakan suatu hal yang sangat penting.

2. Linierisasi

Hubungan antara keluaran dengan masukan sensor seringkali tidak linier. Oleh karena itu diperlukan suatu rangkaian untuk linierisasi sinyal tersebut, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1. Tujuan linierisasi adalah untuk mendapatkan keluaran yang berubah secara linier terhadap variabel masukan meskipun keluaran sensornya tidak linier. Rangkaian linierisasi ini sulit dirancang, dan biasanya bekerja hanya dalam batas yang sempit. Cara linierisasi yang lebih modern adalah seara perangkat lunak, yaitu dengan membolehkan sinyal tak linier sebagai masukan ke komputer dan selanjutnya melakukan linierisasi dengan menggunakan perangkat lunak.

Gambar 1. Linierisasi

Konversi

Pengkondisian sinyal dalam hal ini digunakan untuk mengkonversi suatu jenis perubahan listrik ke jenis perubahan listrik yang lain. Konversi ini diperlukan misalnya dalam transmisi sinyal dan interface dengan sistem digital.

Transmisi Sinyal. Untuk transmisi sinyal seringkali digunakan transmisi arus karena tidak dipengaruhi oleh perubahan beban. Standard level arus yang digunakan adalah 4 sampai 20 mA.

Interface Digital. Penggunaan komputer dalam sistem instrumentasi akan memerlukan suatu konversi dari data analog ke data digital, yaitu yang dilakukan oleh ADC. Konversi ini biasanya memerlukan pengaturan level sinyal analog agar sesuai dengan masukan yang diperlukan oleh ADC.

4. Filter dan Penyesuai Impedansi

Dalam banyak kejadian, sinyal yang diperlukan sering bercampur dengan sinyal yang tidak diinginkan (noise). Untuk menyingkirkan sinyal yang tidak diinginkan tersebut dapat digunakan filter yang sesuai, yaitu low-pass filter (LPF), high-pass filter (HPF), notch filter, atau gabungan dari filter-filter tersebut.

Penyesuaian impedansi kadang diperlukan, yaitu apabila impedansi internal transduser atau impedansi saluran dapat menyebabkan terjadinya suatu kesalahan dalam pengukuran suatu variabel.

5. Konsep Pembebanan

Salah satu hal yang sangat penting dalam pengkondisian sinyal analog adalah adanya pengaruh pembebanan pada suatu rangkaian oleh rangkaian lain, yang dapat menyebabkan terjadinya ketidakpastian dalam amplituda tegangan. Gambar 2 memperlihatkan efek pembebanan pada sensor, yang dalam hal ini dinyatakan dalam rangkaian setara Thevenin.

Gambar 2. Rangkaian ekivalen Thevenin untuk memperlihatkan efek pembebanan pada sensor

Tegangan beban dalam Gambar 2 diberikan oleh Persamaan 1 :

dengan : Vy = tegangan beban

Vx = tegangan sensor dalam keadaan rangkaian terbuka

Rx = impedansi internal sensor

RL = impedansi beban

Contoh 1.

Sebuah penguat mengeluarkan tegangan sepuluh kali tegangan terminal masukannya, dan mnempunyai resistansi masukan sebesar 10.000 ohm. Sebuah sensor mengeluarkan tegangan yang sebanding suhu dengan fungsi alih 20 mV/oC. Sensor tersebut mempunyai resistansi keluaran sebesar 5000 ohm. Apaila suhu yang diukur sebesar 50oC, berapakah tegangan keluaran penguat tersebut ?

Penyelesaian :

Suatu contoh penyelesaian yang naif diperlihatkan dalam Gambar 3a. Tegangan sensor dalam keadaan tanpa beban diperoleh dari fungsi alih :