Mengapa Frekuensi Rendah Begitu Penting?
Dalam dunia biomedis, sinyal mekanik tubuh攕eperti yang berasal dari detak jantung atau gerakan paru-paru攕eringkali berada pada rentang frekuensi yang sangat rendah, biasanya di bawah 300 Hz. Contohnya, sinyal dalam phonocardiography (rekaman suara jantung) berada di antara 20 hingga 120 Hz.
Mendeteksi sinyal-sinyal ini secara akurat sangat penting untuk diagnosis non-invasif. Sayangnya, banyak sensor tradisional terganggu oleh interferensi elektromagnetik (EMI), terutama di lingkungan medis seperti ruang MRI, di mana peralatan seperti elektrokardiogram (EKG) mungkin mengalami kendala.
Inilah mengapa para peneliti berfokus pada teknologi yang kebal terhadap EMI dan sensitif terhadap frekuensi rendah: Sensor Akustik Serat Optik.
Memperkenalkan Struktur SMS: Sederhana, Murah, dan Kuat
Penelitian terbaru telah mengembangkan sensor akustik serat optik intrinsik (terintegrasi) menggunakan struktur Singlemode-Multimode-Singlemode (SMS). Struktur ini terdiri dari serat optik multimode (MMF) pendek yang disambungkan di antara dua serat optik singlemode (SMF) identik.
Keunggulan utama struktur SMS adalah:
- Biaya Rendah dan Kemudahan Fabrikasi.
- Kekebalan terhadap Interferensi Elektromagnetik.
- Ringan dan Fleksibel.
Bagaimana Cara Kerja Sensor SMS ?
Prinsip kerjanya didasarkan pada efek akusto-optik:
- Cahaya dari sumber optik masuk melalui serat SMF pertama ke serat MMF.
- Di dalam MMF, cahaya menciptakan pola interferensi multimode (MMI), atau yang disebut self-imaging.
- Ketika gelombang akustik (suara) dari speaker menekan serat MMF, hal itu menyebabkan regangan yang mengubah indeks bias efektif serat.
- Perubahan indeks bias ini memodulasi pola MMI, yang pada gilirannya mengubah intensitas cahaya yang diterima oleh detektor di serat SMF kedua.
- Perubahan intensitas cahaya ini kemudian diukur oleh Optical Power Meter, yang datanya diproses (menggunakan Fast Fourier Transform atau FFT) untuk menentukan amplitudo dan frekuensi sinyal akustik.
Hasil Uji Coba yang Menjanjikan
Dalam pengujian, sensor SMS dirancang untuk mengukur amplitudo dan frekuensi sinyal suara. Sensor diletakkan di atas speaker, dan sinyal suara dihasilkan menggunakan Audio Generator.
- Rentang Pengukuran: Sensor SMS berhasil mengukur amplitudo akustik dalam rentang -21,48 hingga -24,24 dBm dan frekuensi dalam rentang 30 hingga 70 Hz.
- Akurasi: Sensor menunjukkan tingkat kesalahan relatif rata-rata sebesar 1,26% dalam mendeteksi frekuensi sumber.
- Linearitas: Nilai korelasi linear yang diperoleh adalah 0,9688, yang sangat dekat dengan nilai referensi 0,9936.
Akurasi ini membuktikan bahwa serat optik struktur SMS step-index dapat berfungsi sebagai sensor akustik yang efektif untuk menangkap suara berfrekuensi rendah.
Masa Depan di Bidang Biomedis
Sensor akustik serat optik SMS menawarkan alternatif yang menjanjikan untuk metode pengukuran amplitudo dan frekuensi suara frekuensi rendah yang sudah ada.
Keberhasilan eksperimen ini menjadi langkah awal yang penting untuk aplikasi sensor serat optik di bidang biomedis, terutama untuk phonocardiography (pengukuran suara jantung) dan sinyal mekanik kardiak lainnya yang berada pada rentang frekuensi rendah. Dengan karakteristiknya yang kuat terhadap EMI, sensor ini berpotensi menjadi alat diagnostik pelengkap di lingkungan medis yang menantang.
Sumber Referensi:
- Hasil penelitian ini telah dipresentasikan pada The 4th International Conference on Physical Instrumentation and Advance Materials (ICPIAM) 2023 di Surabaya, Indonesia pada tanggal 24 Oktober 2023. Berikut ini adalah link dari artikel tersebut:
- Agustiyanto, F.R., Hatta, A.M., Arifianto, D., Santoso, M.P., & Ama, F. (2025). Fiber Optic Acoustic Sensor for the Measurement of Amplitude and Frequency of Sound Signals with Singlemode-Multimode-Singlemode Structure. AIP Conference Proceedings, 3346(1), 020008.
- Penulis: Fadli Ama, S.T., M.T.
