Transduser merupakan alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Ada dua jenis transduser utama untuk proses ultrasonik, yaitu transduser magnetostriktif dan piezoelektrik. Transduser magnetostriktif bekerja dengan medan magnet yang dihasilkan dari arus listrik, sedangkan transduser piezoelektrik bekerja dengan efek piezoelektrik dari bahan tertentu. Transduser piezoelektrik lebih efisien d

1. TRANSDUSER MAGNETOSTRIKTIF DAN
PIEZOELEKTRIK

2. 1
Transduser
Transduser merupakan alat yang dapat mengubah suatu bentuk besaran energi ke
bentuk besaran energi yang lain. Umumnya transduser bekerja mengubah energi listrik
menjadi mekanik atau mengubah besaran bukan listrik (seperti temperatur, bunyi dan cahaya)
akan menjadi suatu sinyal listrik. Transduser ultrasonik terdiri dari dua buah kristal
piezoelectric yang digunakan sebagai pemancar serta penerima dari gelombang ultrasonik
(Burczynki, 1982).
Secara umum ada dua macam transduser yang digunakan dalam proses
ultrasonik machining yaitu transduser magnetorestrictive dan transduser piezoelectric.
Transduser Magnetostrictive
Transduser ultrasonik tipe magnetorestrictive bekerja dengan memanfaatkan
prinsip magnetisasi. Gambar 1. menunjukan prinsip kerja dari transduser ultrasonic
tipe magnetorestrictive.
Gambar 1. Prinsip kerja transducers ultrasonic tipe magnetorestrictive
(Kanegsberg, B. & Kanegsberg, E., 2011)
Transduser magnetostriktif terdiri dari sebagian besar bahan nikel (atau
material magnetostriktif lainnya) lempengan logam paralel dengan salah satu ujung
dari masing-masing terpasang lempengan logam ke bagian permukaan untuk bergetar.

3. 2
Sebuah kumparan kawat ditempatkan sekitar bahan magnetostriktif. Ketika aliran arus
listrik disuplai melalui kumparan kawat, terjadi medan magnet (seperti jaringan listrik
tegangan tinggi). Medan magnet ini menyebabkan material magnetostriktif
memendek atau memanjang, dengan demikian transduser magnetostriktif
menghasilkan gelombang ultrasonik yang dihantarkan ke horn/sonotrode pada proses
ultrasonic machining.
Gambar 2. Tranduser magnetostriktif
(Kaczmarek, 1976)
Transduser magnetostriktif memanfaatkan prinsip magnetostriksi di mana
bahan-bahan tertentu akan memanjang dan memendek di dalam medan magnet
bolak-balik. Energi listrik bolak balik dari generator ultrasonik pertama-tama diubah
menjadi bolak medan magnet melalui penggunaan kumparan kawat. Medan magnet
bolak-balik kemudian digunakan untuk menginduksi getaran mekanis pada frekuensi
ultrasonik dalam strip resonansi nikel atau material magnetostrictive lainnya yang
melekat pada permukaan yang akan bergetar. Karena bahan magnetostrictive
berperilaku identik dengan medan magnet polaritas bolak-balik, frekuensi energi
listrik diterapkan untuk transduser adalah 1/2 frekuensi output yang diinginkan.
Transduser magnetostriktif pertama memasok sumber getaran ultrasonik yang kuat
untuk aplikasi listrik tinggi seperti aplikasi ultrasonik pembersih. Karena kendala

4. 3
mekanik yang melekat pada ukuran fisik dari perangkat keras serta komplikasi listrik
dan magnetik, transduser daya tinggi magnetostrictive tidak mampu beroperasi
frekuensi di atas 20 kHz.
Transduser piezoelektrik, di sisi lain, dapat dengan mudah beroperasi dengan
baik berkisar MHz. Magnetostriktif transduser umumnya kurang efisien daripada
piezoelektrik. Hal ini terutama disebabkan bahwa transduser magnetostriktif
memerlukan konversi energi ganda dari listrik ke magnet dan kemudian dari magnetik
untuk mekanik. Sehingga menyebabkan beberapa efisiensi hilang dalam setiap
konversinya. pengaruh histeresis magnetik juga mengurangi efisiensi dari transduser
magnetostriktif.
Tranduser Piezoelektrik
Transduser tipe kedua adalah tipe piezoelectric yang mampu mengatasi
kekurangan-kekurangan pada transduser tipe magnetorestrictive. Berikut adalah
perbandingan antara transduser magnetostriktif dan transduser piezoelektrik.
Tabel 2.2. Perbandingan antara magnetostiktif dan piezoelekrik transduser
Magnetostriktif Tranduser Piezoelektrik Tranduser
1. Efisiensi keseluruhan untuk
mengkonversi/ mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik
rendah dan dalam beberapa kasus
hanya 50-60%.
1. Efisiensi tranduser di mana
sebagian besar energi listrik
dikonversi/diubah menjadi energi
mekanik dan efisiensi secara
keseluruhan dapat mencapai
hingga 90%
2. Tranduser ini berukuran besar
yang mungkin memerlukan
2. Tranduser ini relatif kecil dan
ringan yang tidak memerlukan

5. 4
metode pendinginan khusus untuk
menjaga komponen dalam
temperatur operasi yang dapat
diterima
pendinginan yang signifikan.
Dapat diandalkan untuk operasi
jangka panjang.
3. Membutuhkan komponen
elektronik yang mahal dan besar
yang mampu menahan temperatur
operasi yang tinggi.
3. Stabil pada berbagai temperatur,
tetapi dapat dipengaruhi oleh
penggunaan lama pada temperatur
tinggi.
4. Dipengaruhi oleh medan
elektromagnetik sekitarnya yang
membatasi penggunaannya untuk
lingkungan tersebut.
4. Tidak terpengaruh oleh medan
elektromagnetik eksternal.
5. Membutuhkan tempat generator
yang besar yang dapat membatasi
fleksibilitas penggunaan untuk
banyak aplikasi.
5. Sederhana, dapat diandalkan, dan
sangat kuat. Dapat digunakan
dalam berbagai bidang aplikasi
industri, obat-obatan, dan
kedirgantaraan.
6. Tipe frekuensi operasi kurang dari
30kHz yang membatasi
penggunaan dalam aplikasi
frekuensi tinggi.
6. Dapat dirancang untuk berbagai
frekuensi berdasarkan persyaratan
aplikasi.
(Al-Budairi, 2012)
Pada tahun 1880 Curie bersaudara (Pierre dan Jacques Curie) menemukan
efek piezoelectrik langsung (direct piezoelectric effect) pada kristal kuarsa tunggal.
Dibawah tekanan, kuarsa menghasilkan muatan listrik/tegangan dari kuarsa atau

6. 5
material lain. Kata “piezo” berasal dari bahasa Yunani yang artinya “tekanan”; oleh
karena itu arti asli dari kata piezoelectricity adalah “tekanan listrik”. Material
menunjukkan fenomena sebaliknya memiliki regangan geometris yang sebanding
dengan medan listrik yang diterapkan. Hal ini disebut dengan efek piezoelektrik
terbalik (inverse piezoelectric effect), ditemukan oleh Gabriel Lippmann pada tahun
1881 (Uchino, 2010). Contoh-contoh bahan piezoelektrik antara lain : Kristal kuarsa
(SiO), Amonium Dihidrogen Fhosphat (ADF), Tourmalin, Lithium Sulfate (LH),
Lead Zirconate Titanate (PZT), dan lain-lain.
Gambar 3. Efek piezoelektrik langsung (atas) dan efek piezoelektrik terbalik (bawah)
(Kumar, 2013)
Gambar 3. menunjukan efek piezoelektrik dari material, yang digunakan
sebagai dasar dari transducers tipe piezoelectric. Gambar (a) ketika tidak ada gaya
yang diberikan, Gambar (b) ketika material diberi gaya tarik, material menghasilkan
tegangan listrik, Gambar (c) ketika material diberi gaya tekan, material menghasilkan
tegangan listrik yang berlawanan, Gambar (d) ketika material tidak diberi tegangan
listrik, Gambar (e) ketika material diberi tegangan listrik, material memanjang,
Gambar (f) ketika material diberi tegangan listrik yang berlawanan, material
memendek.
(b) (c)
(d) (e) (f)
(a)

7. 6
Inti dari sebuah transduser piezoelektrik adalah lempeng tunggal atau ganda
material keramik piezoelektrik, biasanya material Timbal Zirkonat Titanat (PZT),
terjepit di antara elektroda yang terdapat sumber titik untuk kontak listrik. Perakitan
keramik dikompresi antara blok logam (satu aluminium dan satu baja) untuk
mengetahui kompresi dengan kekuatan tinggi. Ketika tegangan dialirkan di seluruh
keramik melalui elektroda, material keramik piezoelektrik akan mengalami perubahan
bentuk memanjang atau memendek (tergantung pada polaritas) karena perubahan kisi
strukturnya. Dengan ini perubahan bentuk material keramik piezoelektrik
menyebabkan gelombang suara untuk menyebarkan ke tool holder/ horn.
Transduser piezoelektrik mengkonversi energi listrik bolak-balik secara
langsung menjadi energi mekanik melalui penggunaan efek piezoelektrik di mana
material tertentu berubah dimensi ketika energi listrik pada frekuensi ultrasonik
dipasok ke transduser oleh ultrasonik generator. Energi listrik diaplikasikan pada
transduser elemen piezoelektrik yang bergetar. Getaran ini diperkuat oleh massa
resonansi transduser dan diarahkan ke tool holder/ horn melalui lempengan material
piezoelektrik.
Gambar 4. Tranduser piezoelektrik
(Al-Budairi, 2012)

8. 7
DAFTAR PUSTAKA
Sukarno., 2010, Ultrasonik Generator Dengan Frekuensi Maksimum 100 kHz Dan
Daya 100 Watt Berbasis Mikrokontroler AVR ATTINY2313, Tesis, Fakultas
Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Magister Fisika, Universitas
Indonesia.
Sutrisno, T., 2011, Studi Karakteristik Tranduser Ultrasonik Berbahan Piezoelektrik
dan Rangkaian Amplifier Switching Terhadap Perubahan Amplitudo dan
Frekuensi 1 kHz-20 kHz, Skripsi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Program Studi Fisika, Universitas Indonesia.