Metal dedektörünün üç boyutlu kartezyen koordinatlarda kuvazi-statik zaman uzayı sonlu farklar yöntemi ile modellenmesi

Abstract

Bu tezde, Maxwell denklemi tabanlı Kuvazi-Statik Zaman Uzayı Sonlu Farklar, KS-ZUSF yöntemi ile üç boyutlu Kartezyen koordinatlarda ve 1 kHz frekansında çalışan dairesel antenli bir metal dedektörünün gömülü alüminyum küp, küre ve üçgen prizma cisimlerin tespit başarımı konuma göre saçılan alan dağılımı kapsamında incelenmiştir. Sayısal problem uzayını sonlandırmak için Mur Soğurucu Sınır Koşulu uygulanmıştır. Ticari bir yazılım olan XFDTD kullanılarak çözümün doğruluğu iki aşamada gösterilmiştir.Analizlerde, problem uzayına tek tek yerleştirilen eşit hacimli gömülü alüminyum küp, küre ve üçgen prizma cisimler için tespitte önemli olan üç parametrenin (anten çapı, anten yüksekliği ve cisim derinliği) etkisi farklı senaryolar oluşturularak incelenmiştir. Bunun için antenin yatay eksen boyunca ilerletilerek her konumda anten üzerindeki bir noktada gözlenen zaman uzayı tüm alan bileşenlerie Hızlı Fourier Dönüşümü, HFD (Fast Fourier Transform, FFT) uygulanıp genliğinin maksimumu alınarak toplam alandan gelen alanın çıkarılması ile konuma göre saçılan alan elde edilmiştir.Elde edilen sonuçlara göre, tek frekanslı metal dedektörleri ile farklı geometriye sahip gömülü iletken cisimlerin tespiti başarılı bir şekilde yapılabilir olsa da, teşhisinin konuma göre saçılan alan dağılımlarının benzer olması nedeniyle zor olduğu görülmüştür.

In this thesis, the detection performance of 1 kHz metal dedector with loop antenna for three buried aluminum objects is investigated by the horizontal spatial distribution of the scattered field is examined with Maxwell equation based Quasi-Static Finite-Difference Time-Domain, QS-FDTD method in three-dimensional Cartesian coordinates. The numerical problem space is terminated with Mur Absorbing Boundary Condition. The accuracy of the solution in two stages has been shown by using commercial software of XFDTD.In the analysis, the effect of three parameters (antenna radius, antenna heigh and object depth) on the detection performance of equal volume aluminum cube, sphere and triangular prism objects is investigated separately in the problem space. Fast Fourier Transform, FFT applied to all the field components? time domain data that is observed at the points where the antenna?s position is changed along horizontal axis. Then, the horizontal spatial distribution of the scattered field is obtained by extracting the incident field from the total field.The results show that although the detection of the different buried conducting objects is rather successful with single frequency metal detectors, the discrimination of them is rather difficult by using the horizontal spatial distributions of the scattered electromagnetic field.