本发明属于岩土工程灾害监测，尤其涉及一种岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置及方法，实现多频段微震波-声发射-振动波型特征及温度的一体化同步监测。
背景技术：
1、随着我国基础建设的持续深化，交通隧道、矿山开采及地下厂房等工程项目日益增多，伴随而来的是施工过程中工程灾害的频发态势。特别是在深部工程领域，由于岩体处于高地应力状态且地质构造错综复杂，极易引发岩爆、片帮、塌方等严重地质灾害，这些灾害直接威胁到工程的安全性。因此，岩体稳定性成为确保深部工程安全施工的核心要素。为了有效应对这一挑战，实施对岩体的实时监测与预警机制，及时获取并分析岩体地质信息已成为保障深部工程顺利推进与安全运营不可或缺的关键环节。
2、中国专利（公开号：cn116575854a，公开日：2023年08月11日）公开了一种工程岩体钻孔破裂-变形-波速综合智能感知装置及方法，中国专利（公开号：cn116626045a，公开日：2023年08月22日）公开了一种岩体孔壁破裂及变形长时无人连续监测装置及方法，二者均旨在预警工程地质灾害，实现岩体变形、破裂及波速的长时无人连续智能监测。然而，在监测过程中，由于缺乏针对岩体破裂时产生的微震波、声发射波及岩体受外力作用产生的振动波形特定监测手段，且岩体温度发生变化，导致设备无法精准识别并区分这些波型的特征，易受繁杂的多频段波形干扰，无法获取全面、精准的有效监测数据。因此，为全面捕捉岩体内部的动态及温度变化信息，亟需采用多频段波形特征及温度耦合监测技术覆盖从低频到高频的广泛频段范围。
3、在岩体监测领域，微震波、声发射波及振动波因其独特的产生机制、传播特性及监测目标，各自占据不同的频率范围，共同构建了岩体动态信息的多维图谱。此外，温度作为影响岩体物理力学性质的重要因素，其变化同样不容忽视。因此，温度监测可与微震波、声发射、振动波监测相结合，形成更加全面、立体的岩体监测体系。振动波，倾向于在中低频段展现岩体内部质点围绕平衡位置的周期性运动，是评估岩体整体稳定性及其动态响应特性的关键指标；微震波在岩体监测中展现出极为宽广的频率跨度，从隧道掘进或矿山开采中高频可达数百赫兹的应力释放，到山体滑坡、断层活动或大型地下工程扰动引发的低频几赫兹至十几赫兹的振动，宛如岩体内部的微观探秘者，精准捕捉由应力变化触发的微小破裂信号，为深入洞察岩体内部应力状态及监测细微破裂事件提供观测窗口；声发射波，聚焦于高频区域，专门监测岩体内部或表面因外力作用而释放的微小损伤与裂纹形成，其数十khz的测量范围直接映射了岩体的破坏进程与程度，是评估岩体健康状况的重要声学指纹。它们共同揭示了岩体内部的应力分布、破裂演化及动态变化。同时，温度监测的加入，实现了实时掌握岩体温度的变化情况，进一步分析温度变化对岩体强度、变形特性及稳定性的影响，为评估岩体稳定性提供更加全面的数据支持。通过实时监测岩体温度的变化趋势，结合微震波、声发射波及振动波的监测数据，可以更早地发现岩体内部的异常现象，如应力集中、损伤累积等，从而提前预警潜在的岩体灾害。这种多参数、多频段的综合监测方法，不仅提高了监测数据的全面性和精准性，还增强了灾害预警的时效性和准确性。因此，在岩体灾害监测实践中，采用多频段波形特征及温度耦合监测技术，实现微震波、声发射波、振动波及温度的综合监测，是确保监测数据全面性、精准性的关键。这不仅能够有效预警工程地质灾害，保障人员与财产安全，还能深化对灾害过程机理的认知，推动工程地质灾害预警体系与方法的持续完善与发展。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置及方法，旨在实现对工程岩体中多频段微震波、声发射及振动波型特征与温度变化的一体化、长期、同步、连续、智能化的综合监测。此外，该装置除独立运行使用外，还能够与一种岩体孔壁破裂及变形长时无人连续监测装置、工程岩体钻孔破裂-变形-波速综合智能感知装置协同使用，不仅保留了原有长期同步无人连续化监测岩体变形、破裂及波速的功能，还增添了岩体多频段微震波、声发射、振动波型特征及实时温度的监测技术。
2、一种岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，包括：
3、采集模组，监测采集孔内岩壁实时温度及其破裂时产生的多频段波形信息；
4、移动模组，移动监测采集模组；
5、控制模组，远程接收并处理信息后下发命令指示。
6、所述移动模组作为整个装置的行动基础，包括提供连接及承载作用的装置主体框架（1），全自动升降柱（2）内置于装置主体框架（1）中，安装在装置主体框架（1）的底板上，伸缩方向为竖直上下移动；全自动升降柱（2）的伸缩末端连接有内嵌活动板（3），以实现内嵌活动板（3）的举升；装置主体框架（1）下方四角通过精密轴承安装有滚轮（4），用于移动整个装置；装置主体框架（1）的下方装有防滑式履带（5）。
7、所述内嵌活动板（3）的两侧设置有导向块，与装置主体框架（1）两侧开设的导向孔相配合，全自动升降柱（2）带动内嵌活动板（3）上下移动时，导向块沿导向孔滑动。
8、所述导向孔为腰形孔，确保内嵌活动板（3）的安装及稳固运行。
9、所述采集模组包括设置在内嵌活动板（3）上的温度振动传感器（6）、微震传感器（7）、声发射传感器（8）及激光雷达探头（9），温度振动传感器（6）、微震传感器（7）、声发射传感器（8）及激光雷达探头（9）与控制模组电连接；
10、温度振动传感器（6）实时捕捉岩体内部温度变化，实时捕捉并测量三轴加速度、三轴速度、三轴位移，三轴重力矢量或倾斜角度以及设备转速，能够支持加速度时间波形与加速度频谱分析，同时监测温度、倾斜角度以及设备转速；
11、微震传感器（7）捕捉岩体破坏或者岩石破裂所发射出的微震波信号；
12、声发射传感器（8）捕捉岩体破坏过程中释放的声发射信号；
13、激光雷达探头（9）精准测量装置在孔内的行进深度即装置与孔底的距离，为监测作业提供空间定位信息。
14、所述温度振动传感器（6）设置在内嵌活动板（3）的顶部，微震传感器和声发射传感器分别设置在内嵌活动板（3）的两侧，激光雷达探头（9）的数量为2个，通过磁吸、螺纹或胶结的方式安装在内嵌活动板（3）顶部，紧邻温度振动传感器（6）两侧布置。
15、采集模组的温度振动传感器（6）、微震传感器（7）、声发射传感器（8）通过磁吸、螺纹紧固或胶结的方式与内嵌活动板（3）连接。
16、所述控制模组包括控制器及终端显示器，温度振动传感器、微震传感器、声发射传感器通过rs485通道与控制器通信连接；控制器内置有控制程序，针对温度变化影响下多频段微震波、声发射及振动波形数据，能够精准处理温度、微震波、声发射及振动波形数据以及激光测距信息，高效执行温度变化影响下这些波形特征的分析、处理及可视化成像任务，同时发出精确指令。
17、所述装置还包括连接模组（10），连接模组（10）包括内置在移动模组的装置主体框架（1）内的连接器，所述连接器包括固定座，固定座上连接有连接盘，连接盘前端连接有螺纹连接头，用于与被连接装置的螺纹连接；所述连接盘上周向均布有螺栓连接孔，实现与被连接装置的螺栓连接，从而实现用于与多种工程岩体监测装置的连接；固定座（12）上开设有卡接槽（16），装置主体框架（1）内部设置有固定杆（15），固定杆（15）卡接在卡接槽（16）内固定连接器。
18、一种岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测方法，采用上述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，实现岩体破坏过程多频段微震波-声发射及温度振动波型特征的一体化监测，具体包括以下步骤：
19、步骤1：系统准备与调试；
20、接通电源，对控制模组以及采集模组、移动模组的各功能部件进行全面调试，并验证控制模组的控制程序与装置间信号连接的稳定性与准确性；
21、步骤2：装置部署模式选择；
22、独立作业：直接将岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置放置于待监测的钻孔中；
23、联合协同作业：通过连接模组（10）将待联合的设备与岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置相连接，组合形成增强型监测装置，再整体置于钻孔内；
24、步骤3：初始启动与全自动升降柱部署；
25、初始状态下，装置在孔口处静置，由控制模组发出“开始监测”指令后，内置的全自动升降柱（2）响应指令，驱动电机实现柱体的举升，顶起内嵌活动板（3）直至其上端及两侧的传感器的刚性外壳紧密贴合孔壁；
26、步骤4：监测启动与钻孔扫描；
27、当控制模组的终端显示器观察到微震传感器、声发射传感器、温度振动传感器均成功捕捉到波信号时，即发出“前进”命令指示；装置沿钻孔轴向匀速推进，各传感器持续监测并记录钻孔内实时温度及多频段波形数据，实时传输至控制模组的终端显示器进行图像显示与分析，以定位岩体破裂位置；
28、步骤5：精准监测与停止；
29、当装置接近步骤四定位的岩体破裂位置时，控制模组发出“停止前进”命令，使装置进行精细化的监测；待监测数据显示破裂活动减弱至传感器监测的数据稳定、不出现破裂信号后，宣告监测采集结束，随后发出“倒退”指令，控制装置安全返回孔口；
30、步骤6：监测结束与装置回收；
31、控制模组发出“结束监测”命令，全自动升降柱（2）执行降下操作，使内嵌活动板（3）上的传感器脱离孔壁；随后将装置从钻孔中取出，并由控制模组的控制程序对采集的数据进行详尽的分析处理；如步骤2中选择了联合协同作业模式，执行步骤7；
32、步骤7：联合使用模式的后续操作；
33、在联合协同作业模式下，完成上述步骤后，将岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置拆下，使组合装置拆分为独立部件，以便后续维护或重新配置。
34、本发明的有益效果是：
35、（1）本发明集一体化、长期性、同步性、连续性与智能化于一身，实现了对工程岩体实时温度及微震波、声发射、振动波形特征的多频段、多参数综合监测，具有全面覆盖、高精度测量、实时性和综合分析等特点。这一突破性技术显著提升了工程建设及运营期间的安全稳定性，同时推动了监测流程的自动化、智能化与绿色化转型，大幅降低了人力与时间成本。
36、（2）本发明的装置不仅具备强大的智能数据处理分析能力，确保了监测数据的即时性、高效性与精准度，为决策提供了强有力的数据支持。
37、（3）该发明不仅独立运行高效，更展现出卓越的协同作业能力，可与多种工程岩体监测装置无缝对接，如轮载激光雷达-电视摄像一体化综合智能监测装置、钻孔破裂-变形-波速综合智能感知装置及岩体孔壁破裂及变形长时无人监测装置。这一联合作业不仅保留了原有装置在岩体变形、破裂及波速监测上的长期同步无人化优势，更创新性地加入了微震波、声发射、振动波形特征及实时温度的监测功能，极大地丰富了工程地质灾害监测的维度与深度。该装置不仅满足了多元化信息综合智能监测的更高要求，还为工程现场的地质灾害预警提供了更为精准、全面的预测手段，加深了对灾害孕育机制的理解，推动了工程地质灾害预警体系及方法的完善与发展。
38、本发明完善了工程地质灾害监测体系，满足了多元信息一体化综合智能监测的更高需求，从而更有效地预警工程地质灾害，加深对灾害孕育过程机理的认知，推动工程地质灾害预警体系与方法的持续完善与发展。
1.岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：所述移动模组作为整个装置的行动基础，包括提供连接及承载作用的装置主体框架（1），全自动升降柱（2）内置于装置主体框架（1）中，安装在装置主体框架（1）的底板上，伸缩方向为竖直上下移动；全自动升降柱（2）的伸缩末端连接有内嵌活动板（3），以实现内嵌活动板（3）的举升；装置主体框架（1）下方四角通过精密轴承安装有滚轮（4），用于移动整个装置；装置主体框架（1）的下方装有防滑式履带（5）。
3.根据权利要求2所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：所述内嵌活动板（3）的两侧设置有导向块，与装置主体框架（1）两侧开设的导向孔相配合，全自动升降柱（2）带动内嵌活动板（3）上下移动时，导向块沿导向孔滑动。
4.根据权利要求3所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：所述导向孔为腰形孔，确保内嵌活动板（3）的安装及稳固运行。
5.根据权利要求1所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：所述采集模组包括设置在内嵌活动板（3）上的温度振动传感器（6）、微震传感器（7）、声发射传感器（8）及激光雷达探头（9），温度振动传感器（6）、微震传感器（7）、声发射传感器（8）及激光雷达探头（9）与控制模组电连接；
6.根据权利要求5所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：所述温度振动传感器（6）设置在内嵌活动板（3）的顶部，微震传感器和声发射传感器分别设置在内嵌活动板（3）的两侧，激光雷达探头（9）的数量为2个，通过磁吸、螺纹或胶结的方式安装在内嵌活动板（3）顶部，紧邻温度振动传感器（6）两侧布置。
7.根据权利要求5所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：采集模组的温度振动传感器（6）、微震传感器（7）、声发射传感器（8）通过磁吸、螺纹紧固或胶结的方式与内嵌活动板（3）连接。
8.根据权利要求5所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：所述控制模组包括控制器及终端显示器，温度振动传感器、微震传感器、声发射传感器通过rs485通道与控制器通信连接；控制器内置有控制程序，针对温度变化影响下多频段微震波、声发射及振动波形数据，能够精准处理温度、微震波、声发射及振动波形数据以及激光测距信息，高效执行温度变化影响下这些波形特征的分析、处理及可视化成像任务，同时发出精确指令。
9.根据权利要求1所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，其特征在于：所述装置还包括连接模组（10），连接模组（10）包括内置在移动模组的装置主体框架（1）内的连接器，所述连接器包括固定座，固定座上连接有连接盘，连接盘前端连接有螺纹连接头，用于与被连接装置的螺纹连接；所述连接盘上周向均布有螺栓连接孔，实现与被连接装置的螺栓连接，从而实现用于与多种工程岩体监测装置的连接；固定座（12）上开设有卡接槽（16），装置主体框架（1）内部设置有固定杆（15），固定杆（15）卡接在卡接槽（16）内固定连接器。
10.一种岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测方法，采用权利要求1-9任一项所述的岩体多频段波形特征及温度一体化同步监测装置，实现岩体破坏过程多频段微震波-声发射及温度振动波型特征的一体化监测，其特征在于，具体包括以下步骤：
