TUGAS PRAKTIKUM PRAKTIK PERALATAN
PENGAMATAN GEOFISIKA I
PERALATAN PENGAMATAN MAGNET BUMI
(MAGNETOMETER)
Dosen Pengampu:
Hamidatul Husna Matondang, MT
Disusun Oleh:
Nama
: Raihan Ahmad Fauzan
Kelas
: Instrumentasi 3A
NPT
: 41.21.0022
PROGRAM STUDI D-IV INSTRUMENTASI MKG
SEKOLAH TINGGI METEOROLOGI KLIMATOLOGI DAN
GEOFISIKA
TANGERANG SELATAN
2022
I.
TUJUAN PRAKTIKUM
Praktikum ini ditujukan agar praktikan dapat memahami definisi dari magnetometer
dan dapat mengoperasikannya. Kemudian, praktikan mampu untuk menganalisis data
pengamatan magnetometer.
II.
LANDASAN TEORI
Bumi merupakan sebuah planet yang berlaku seperti magnet dengan medan magnet
yang mengelilinginya. Medan magnet tersebut dihasilkan oleh dipol magnet yang terletak
pada pusat bumi. Sumbu dipol dapat bergeser sekitar 11° dari sumbu rotasi bumi, yang
berarti kutub utara geografis bumi tidak terletak pada tempat yang sama dengan kutub utara
magnet bumi. Magnet bumi berasal dari Gerakan materi bumi cair (outer core) yang
mengandung muatan listrik yang bergerak menyerupai sistem dinamo.
Terdapat parameter yang menggambarkan arah medan magnet, yaitu deklinasi dan
inklinasi. Deklinasi merupakan sudut antara utara magnet dan utara geografis, sedangkan
inklinasi adalah sudut antara bidang horizontal dan vektor medan total. Intensitas medan
⃑ ) digambarkan dengan komponen horizontal (𝐻), komponen vertikal (𝑍), komponen
total (𝑭
horizontal kea rah utara (𝑋) dan kea rah timur (𝑌). Intensitas medan magnet bumi secara
kasar antara (25.000-65.000) nT. Untuk Indonesia, wilayah yang terletak di Utara ekuator
mempunyai intensitas sekitar 40.000 nT, sedangkan di bagian Selatan ekuator sekitar 45.000
nT. Hubungan antara komponen-komponen medan magnet tersebut digambarkan sebagai
berikut:
Gambar 1. Sketsa komponen magnet bumi
2
sehingga dihasilkan persamaan:
𝐻 = √(𝑋 2 + 𝑌 2 )
𝐹 = √(𝐻 2 + 𝑍 2 ) = √(𝑋 2 + 𝑌 2 + 𝑍 2 )
Medan magnet bumi berubah terhadap waktu sehingga untuk menyeragamkan nilainilai medan utama magnet bumi, dibuat standar nilai yang disebut dengan International
Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF
tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km2 yang
dilakukan dalam waktu setahun.
Adanya anomali medan magnet menyebabkan perubahan dalam medan magnet total
bumi dan dapat dituliskan sebagai berikut:
𝐻𝑇 = 𝐻𝑀 + 𝐻𝐴
dengan 𝐻𝑇 adalah medan magnet total bumi, 𝐻𝑀 adalah medan magnet utama bumi, dan 𝐻𝐴
adalah medan anomali magnet.
Jika besar 𝐻𝐴 ≪ 𝐻𝑇 dan arah 𝐻𝐴 hampir sama dengan arah 𝐻𝑇 maka anomali magnet
totalnya adalah:
∆𝑇 = 𝐻𝑇 − 𝐻𝑀
Semua parameter di atas diperlukan dalam melakukan pengamatan magnet bumi. Data
pengamatan tersebut digunakan dalam memantau adanya aktivitas magnet dan sebagai bahan
untuk pengolahan precursor gempa bumi. Peralatan yang digunakan untuk mengukur magnet
bumi disebut magnetometer. Di Indonesia pengamatan magnet bumi dilakukan sebanyak dua
kali pengamatan. Pertama, pengamatan mingguan yang dilakukan setiap hari Rabu dan Jumat
menggunakan peralatan DIM dan PPM Portable untuk memperoleh nilai komponen medan
magnet bumi. Kedua, pengamatan secara realtime yang dilakukan menggunakan Variograf
Digital Lemi-018 dan Proton Precision Magnetometer.
3
2.1
Sensor Fluxgate/Probe
Gambar 4. Probe Mag A magnetometer
Keterangan:
1.
Penutup Probe
6.
Pelat pemasangan
2.
Gasket penutup
7.
Kabel 5m ke magnetometer
3.
Pelat blanking
8.
Sekrup pemasangan enklosur
4.
Wadah probe
9.
Probe Fluxgate Mag A
5.
Sekrup pelat pemasangan
10. Sekurp pemasangan probe
Probe terdiri dari sensor medan magnet fluxgate presisi yang dipasang di dalam tabung.
Pengaturan joystick untuk memangkas penyelarasan sensor relatif terhadap tabung
disediakan. Probe dipasang pada pilar yang tertutup di wadah yang kokoh, sepenuhnya
melindungi dari kerusakan mekanis atau potensi ketidaksejajaran. Probe dan enklosur
masing-masing terpasang ke pelat pemasangan, yang ditahan oleh empat sekrup ke teleskop
Theodolite. Penyegelan paking disediakan untuk mencegah masuknya uap air. Magnetometer
dilengkapi dengan probe yang disejajarkan dengan sumbu optik Theodolite hingga 10 detik
busur. Kabel fleksibilitas tinggi menghubungkan probe ke unit elektronik.
4
2.2
Digitizer Mag-01H
Mag-01H adalah digitizer yang memiliki kinerja tinggi portabel yang memberikan
pengukuran presisi arah dan intensitas medan magnet dari 0.1 nT (1μG) hingga 2.000μT
(20G) dengan respons frekuensi DC hingga 10Hz. Probe aksial dan transversal tersedia
bersama dengan probe tanpa kemasan untuk aplikasi kriogenik.
Mag-01H dapat di supply oleh tegangan listrik atau baterai internal, dan memiliki
tampilan 4.5 digit dan output analog. Baterai asam timbal bersegel internal yang dapat diisi
ulang menyediakan penggunaan terus menerus hingga 16 jam dan dapat diisi ulang
menggunakan adaptor listrik yang disediakan.
Mag-01H memiliki sakelar sensitivitas 10 kali tambahan untuk resolusi 0.1nT dan
kontrol offset hingga ±90µT dalam langkah 10µT.
Instrumen ini menampilkan linearitas, akurasi, dan drift yang sangat rendah dengan
waktu dan suhu yang luar biasa. Sudut di mana magnetometer fluxgate elektroniknya
membaca nilai minimum, akan dibandingkan dengan penampakan melalui optiknya teodolit.
True north ditentukan dengan melihat target referensi true north yang terpasang agak jauh,
atau berasal dari celestial perhitungan navigasi pada penampakan matahari atau bintang lain.
2.3
Theodolite
Declinometer/inclinometer adalah magnetometer fluxgate yang dipasang pada teodolit
non-magnetik untuk melakukan pengukuran deklinasi dan inklinasi absolut. Ini digunakan
untuk mengkalibrasi kompas atau secara berkala mengkalibrasi terus menerus merekam
variometer magnetik di observatorium magnetik. Unit Theodolite Fluxgate terdiri dari
theodolite non-magnetik, inti fluxgate magnetik linier dari DTU Space, dan akuisisi data
tertanam berdasarkan sistem Linux. Penyesuaian dan kalibrasi magnetik dilakukan di
laboratorium geomagnetik dan geodetik independen.
5
Keterangan:
11. Kabel
fleksibilitas
tinggi
magnetometer
12. Probe
13. Mikrometer
14. Penjepit putaran vertikal
ke
23. Tempat putaran vertikal
24. Prisma penampakan curam (Skala:
noninverting)
25. Prisma
penampakan
curam
(Tekescope)
15. Penyesuaian putaran horizontal
26. Skala cermin iluminator
16. Penjepit putaran horizontal
27. Pengatur level tubular
17. Adaptor dudukan pilar (Trivet)
28. Wadah putaran horizontal
18. Penyesuaian putaran vertikal
29. Sekrup perata
19. Level tulbular
30. Level putaran
20. Cincin pemfokus skala
31. Plumb optik
21. Cincin pemfokusan gratikula
32. Filter surya atau oranye
22. Cincin fokus teleskop
6
III.
PROSEDUR PERCOBAAN
3.1
Alat dan Bahan
3.2
•
Sensor Fluxgate
•
Non-magnetic Theodolite
•
Tripod
•
Digitizer Mag-01H
•
Kabel Hubung
•
Power Listrik
Langkah Percobaan/Pengamatan
3.2.1 Instalasi Theodolite
a) Gunakan sekrup tiga kaki untuk mengatur level dasar theodolite dengan melihat
tingkatan melingkar.
b) Putar teleskop ke posisi horizontal dengan probe di bagian atas dan gunakan
penjepit vertikal. Lepaskan klem horizontal dan sejajarkan tinggi pipa antara dua
sekrup kaki A dan B. Sekrup kaki A dan B harus diputar berlawanan arah dengan
jumlah yang sama sampai tinggi pipa berada di tengah.
c) Putar Theodolite searah jarum jam sebesar 90° untuk menyejajarkan ketinggian
tabung dengan sekrup kaki ketiga C, dan sesuaikan ketinggian ke arah tersebut
menggunakan sekrup kaki C. Putar 180° dan kurangi kesalahan hingga setengahnya
dengan menggunakan sekrup kaki C.
d) Putar Theodolite 90° searah jarum jam. Perhatikan posisi gelembung level tubular.
Posisikan gelembung ke posisi tengah dengan memutar kaki A dan B dengan rotasi
yang sama dan berlawanan.
e) Putar Theodolite 90° searah jarum jam. Putar sekrup kaki C dengan mengatur posisi
gelembung ke tengah.
f)
Periksa gelembung sehingga pada posisi rata-rata melalui putaran penuh.
g) Ulangi langkah di atas seperlinya, berpusat pada posisi rata-rata hingga tetap stabil.
7
3.2.2 Pengaturan pada titik referensi (terpasang di tripod)
a) Posisikan tripod di atas titik referensi tanah dengan ketinggian level kepalanya.
Pasang Theodolite dan posisikan alat tersebut menggunakan level pelat melingkar
dan sekrup kaki.
b) Untuk memfokuskan optic pada graticule, putar okuler dan fokuskan pada titik
ground dengan menarik atau mendorong tabung okuler. Sejajarkan gratikula dan
titik target dengan menyesuaikan kaki tripod dan/atau sekrup kaki alat tersebut.
c) Ratakan kembali dengan sekrup kaki dan selesaikan pemusatan halus dengan
menggerakkan Theodolite pada kepala tripod. Jika perlu, ulangi prosedur peralatan
dan pemusatan hingga Thedolite sejajar, langsung di atas titik tanah.
3.2.3 Pembacaan Magnetometer
a) Arahkan Theodolite ke target referensi atau posisi bidang nol. Setelah menyelaraskan ke
arah yang diinginkan, garis gradasi lingkaran tidak akan tepat berada di tengah index garis
ganda, dan akan lebih mirip dengan yang ditampilkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 2. Contoh posisi garis gradasi lingkaran.
b) Untuk mencapai pembacaan yang benar, putar sekrup mikrometer hingga garis gradasi
lingkaran tepat di tengah index garis ganda.
Gambar 3. Garis gradasi lingkaran sejajar tepat
di tengah index garis ganda
c) Contoh: Pengukuran vertikal yang ditampilkan pada gambar di atas sekitar
272°52’44’’.
8
IV.
ANALISIS PERCOBAAN
4.1
Pengamatan Deklinasi
Hubungkan kabel probe ke magnetometer dan nyalakan instrumen. Sebelum memulai
pengukuran, putuskan pengaturan sensitivitas mana yang dapat digunakan. Coba pengukuran
null percobaan pada sensitivitas x10 (resolusi 0,1nT). Jika noise melebihi 0,5nT p-p maka
pengaturan sensitivitas x1 harus digunakan. Ini direkomendasikan untuk sebagian besar
pengamatan.
Catatan:
• Sebelum melakukan pembacaan pada Mag-01H, pastikan kontrol offset disetel ke
nol dan sakelar toggle berada di posisi tengah.
• Kesalahan offset kecil (beberapa nT) akan muncul saat beralih antara pengaturan
sensitivitas x1 dan x10. Ini sama sekali tidak mempengaruhi akurasi pengamatan
asalkan pengaturan sensitivitas tidak berubah selama empat set pengukuran per
pengamatan. Jika indikator audio null dipasang, pilih pengaturan volume yang sesuai
dengan menggunakan tombol putar yang dipasang di atas Mag-01H.
Untuk pengamatan ini diperlukan target referensi dengan azimuth (TA) yang diketahui.
Ini adalah sudut antara target dan Meridian Geografis (GM) pada titik pengamatan. Azimuth
target dapat disurvei menggunakan pengukuran GPS. Pengaturan lingkaran horizontal akan
sewenang-wenang; oleh karena itu, pembacaan target datum (TD) harus direkam terlebih
dahulu. Dengan lingkaran yang tidak dijepit, sejajarkan teleskop dengan target secara kasar
dan jepit kedua lingkaran. Kemudian gunakan kontrol penyesuaian lingkaran vertikal dan
horizontal untuk menyelaraskan dengan target.
a) Amati target dan catat pembacaan putaran lingkaran horizontal kiri (CL) dan
lingkaran kanan (CR). Hitung target datum (TD) sebagai berikut:
TD[±90°] = [CL + CR]/2
Catatan: Berisi komponen ±90° yang akan dikurangi saat perhitungan D.
b) Atur lingkaran vertikal ke 90° atau 270° yang sesuai, pastikan skala mikrometer
terbaca 00’00”. Lakukan pengamatan magnetometer mode nol empat dan hitung
nilai rata-rata Meridian Magnetik (MM).
dengan MM = [ED + WD + EU + WU]/4
c) Hitung nilai Deklinasi (D)
D = MM + [TA] − TD ± 90°
9
Pilih nilai yang diinginkan untuk D dan tolaj nilai yang lebih besar dengan catatan D
bernilai positif jika ke arah timur dan negative jika kea rah barat dari GM. Amati penggunaan
tanda kurung dan tanda yang benar.
Contoh pengamatan Deklinasi:
TA
= −30°
CL
= 260°
CR
= 80°
EU, WD
= 14°
WU, ED
= 194°
TD [±90°]
= [CL + CR]/2
= [260° + 80°]/2
= 170°
MM
= [ED + WD + EU + WU]/4
= [194° + 14° + 14° + 194°]/4
= 104°
= MM + (−30°) – TD ±90°
D
4.2
= 104° − 30° − 170° + 90° = −6°
Select
= 104° − 30° − 170° − 90° = −186°
Reject
Pengamatan Inklinasi
Untuk melakukan Pengukuran ini, arah referensi adalah skala vertikal yang
terkompensasi.
a) Dengan probe di atas teleskop, atur teleskop NU ke nilai rata-rata MM atau (MM
+ 180º) pada lingkaran horizontal, sesuai dengan pengamatan utara D, dan kunci
lingkaran horizontal.
b) Putar teleskop pada bidang vertikal dan dapatkan pengukuran magnetik nol (NU)
dan (SD).
c) Putar teleskop ke MM atau (MM + 180º) pada lingkaran horizontal, sesuai dengan
pengamatan selatan D. Kunci lingkaran horizontal dan putar teleskop pada bidang
vertikal untuk mendapatkan pengukuran magnetik nol SU dan ND.
d) Hitunglah niali kemiringannya, I:
I = [[360° − ND] + [180° − SU] + [SD − 180°] + NU]/4
10
Contoh pengamatan Inklinasi
4.3
ND
= 300°
SU
= 120°
SD
= 240°
NU
= 60°
I
= [60° + 60° + 60 + °60°]/4 = 60°
Perbaikan dan Pemeliharaan Alat
4.3.1 Pemeriksaan Baterai
Hubungkan pengisi daya baterai ke suplai langsung. Indikator pengisian daya pada
magnetometer harus menyala. Setelah 10 sampai 20 menit, nyalakan magnetometer.
Tegangan baterai ditampilkan selama beberapa detik saat dihidupkan dan harus antara 6,5V
dan 7V. Putuskan sambungan pengisi daya baterai. Matikan dan nyalakan kembali
magnetometer. Tegangan baterai tidak boleh kurang dari 6V. Lihat juga Penggantian Baterai
Mag-01H.
4.3.2 Pemeriksaan Fungsional
Setel sakelar sensitivitas ke x1. Variasikan orientasi probe sehubungan dengan arah
medan magnet Bumi. LCD harus merespons dengan perubahan tanda dan besaran. Arahkan
probe sehingga LCD menunjukkan beberapa nilai rendah, mis. sekitar 5nT (+0,005μT). Pilih
sensitivitas x10 sebentar. LCD harus merespons dengan menampilkan +0,050. Atau pilih
±30μT menggunakan kontrol offset. LCD harus merespons ±30 μT.
4.4
Kalibrasi
Kembalikan Sistem D/I ke Instrumen Bartington untuk kalibrasi magnetometer pada
interval yang disarankan. Lihat Sertifikat Kalibrasi untuk rincian lebih lanjut. Jika diduga
terjadi ketidaksejajaran mekanis selama kalibrasi magnetometer, Departemen Layanan
Instrumen Bartington akan menghubungi Anda untuk menyarankan pengujian lebih lanjut.
Ketidaksejajaran mekanis akibat keausan tidak dapat diprediksi, tetapi kalibrasi ulang
periodik teodolit tambahan disarankan. Sebagai panduan, kesalahan offset tidak boleh
melebihi ±5nT per tahun.
11
V.
KESIMPULAN
Magnetometer Fluxgate DIM merupakan alat yang digunakan oleh BMKG dalam
pengamatan magnet bumi untuk menentukan sudut inklinasi dan deklinasi, sehingga dapat
dimanfaatkan sebagai koreksi arah kompas dan koordinat di suatu wilayah yang digunakan
dalam bidang navigasi penerbangan, maritim, dan tanda waktu. Selain itu, data magnet bumi
digunakan dalam memantau adanya aktivitas magnet dan sebagai bahan untuk pengolahan
prekursor gempa bumi.
12
DAFTAR PUSTAKA
Bartington
Fluxgate
Magnetometer,
1-axis,
GMW
Associates,
https://gmw.com/product/mag-01h/ (diakses pada tanggal 29 Desember 2022)
Pengamatan Magnet Bumi, http://stageof.tangerang.bmkg.go.id/?page_id=107 (diakses pada
tanggal 29 Desember 2022)
Operational Manual for Mag-01H Fluxgate Declinometer/Inclinometer with non-magnetic
Wild T1 Theodolite, Bartington Instrument.
http://www.mingeo.com/prod-cable10.html (diakses pada tanggal 29 Desember 2022).
13
Lampiran 1
Dokumentasi kegiatan pengamatan peralatan magnetometer
14