【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種隧道工程，尤其涉及一種脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置及方法。
技術介紹
1、高應力集中區域在隧道開挖后，容易引發巖爆等安全隱患。現有的應力釋放方法，如機械鉆孔和爆破，存在效率低、控制精度差的問題。此外，依賴預埋傳感器的監測方案在隧道施工后期常面臨安裝困難、監測滯后等局限性。
2、近年來，隨著微波技術的發展，微波加熱逐漸成為一種可行的巖體應力釋放手段。微波加熱通過非接觸的方式作用于巖體，能夠使巖體局部溫度升高，從而誘導熱應力并促使巖體內部的原有應力得到釋放。然而，單純依靠微波加熱難以精準定位高應力區域，且微波的頻率、功率等參數對巖體加熱效果影響較大，需結合實時監測技術進行優化控制。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置及方法，通過精確的微波發射與動態的紅外熱成像監測，實現對隧道巖體應力的高效釋放和實時監控，提升隧道施工的安全性和效率。
2、為實現上述目的，本專利技術采用下述技術方案：
3、一種脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，包括移動平臺，所述移動平臺上設置有主體結構，主體結構的外頂部設置有控制及數據存儲模塊、顯示屏、警報器、控制按鈕和紅外熱成像模塊，紅外熱成像模塊設置于主體結構的外頂部的最前端，主體結構內設置有脈沖微波發射設備，顯示屏、警報器和控制按鈕均通過數據線與控制及數據存儲模塊相連，控制及數據存儲模塊通過有線或無線連接并
4、所述紅外熱成像模塊的接受面和脈沖微波發射設備的發射端朝向一致。
5、所述移動平臺為矩形結構，底部設置有輪子。
6、所述脈沖微波發射設備包括設置于外部的廣域微波發射模塊和內部的精確微波發射模塊；
7、所述廣域微波發射模塊為可伸縮的圓柱體，安裝于主體結構的前端，所述廣域微波發射模塊配備一個通過六個平衡條連接的環形發射盤，為了實現環形發射盤的多方位擺動，六個平衡條采用萬向節結構，該結構能夠在多個方向上提供自由度，使發射盤可以在上下和左右方向能夠靈活調整角度，確保微波能覆蓋隧道內的廣泛區域。該技術為現有技術。發射盤正前方一圈設計為小圓柱微波發射器，角度與發射盤的方向一致。
8、所述精確微波發射模塊為一些緊湊的小圓柱體，安裝在廣域微波發射模塊的中心位置，主要用于對局部高應力區域進行精準加熱和釋放應力。
9、所述主體結構的背面均勻分布了散熱片，可以確保設備的穩定運行。
10、基于脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置的監測方法，包括如下步驟：
11、步驟1：設備配置：在隧道開挖后，安裝脈沖微波發射設備和紅外熱成像設備；
12、步驟2：初步微波發射：使用廣域微波發射模式對隧道暴露的巖體進行初步加熱，選用較低頻率的微波，頻率范圍為?0.3?ghz?至?3?ghz，以確保微波能有效穿透巖體內部，釋放巖體表面的初步應力；
13、步驟3：紅外熱成像監測：在微波發射前，利用紅外熱成像設備記錄巖體表面的初始溫度分布，作為基準數據；在廣域微波發射過程中，實時監測巖體表面的溫度變化，重點關注溫度顯著升高的區域，這些區域通常是巖體的高應力集中區域；
14、步驟4：精確微波調控：根據紅外熱成像監測的數據，鎖定溫度顯著升高的高應力區域；針對這些區域，調整微波的頻率和脈沖參數，選擇較高頻率的微波，頻率范圍為?30ghz?至?300?ghz，并通過脈沖調制策略增加微波的局部能量輸入，以達到更深層次的應力釋放效果；隨后，微波設備聚焦于高應力區域，進行定向的精確微波發射，并持續監測這些區域的溫度變化，確保應力得到充分釋放；
15、步驟5：持續動態觀察：在微波發射過程中，持續使用紅外熱成像技術觀察巖體表面的溫度變化；如果發現新的高應力區域或現有區域的溫度仍在顯著上升，及時調整微波發射的頻率和功率，確保應力釋放效果最佳；
16、步驟6：結束與數據記錄：在應力釋放操作結束后，使用紅外熱成像設備再次全面掃描巖體表面，并記錄最終的溫度分布情況；通過對比初始與最終的溫度數據，可以評估整體應力釋放的效果；最終將溫度變化的監測數據進行存檔，以便在后續的隧道穩定性評估中使用。
17、基于微波與紅外熱成像的高應力區域識別與應力釋放過程：
18、步驟1：廣域微波發射與信號收集
19、初步使用廣域微波發射對隧道巖體進行加熱，釋放表面的初步應力。0.3?ghz?至3?ghz的低頻微波用于穿透較大深度巖體，覆蓋不同類型的應力集中區域。可擴展至10?ghz-?20?ghz中頻微波，針對巖體不同吸收特性進行更精確加熱。初始功率范圍為0.5?kw?-?10kw，根據巖體材料性質、濕度和深度動態調整功率，確保有效應力釋放。微波信號接收器集成在設備的控制及數據存儲模塊中，用于監測微波反射信號的強度與變化。
20、步驟2：巖體吸收與應力集中區域識別
21、實時監測微波反射信號強度，分析巖體表面和內部的吸收情況。高應力區域的微波吸收率通常高出正常區域20%-50%。通過微波吸收率數據，初步識別可能的應力集中區域。
22、步驟3：紅外熱成像初步檢測
23、使用紅外熱成像模塊監測巖體表面溫度，識別局部溫度異常區域（熱點區域）。典型溫度范圍為0°c?至?80°c，熱點區域溫度通常高于環境溫度3°c?至?10°c。紅外成像設備分辨率應達到640?x?480像素，識別0.1°c的溫度差異。紅外熱成像鏡頭與巖體表面的最佳距離為3米至5米，可根據隧道開挖深度調整。
24、步驟4：綜合判斷高應力區域
25、系統自動對比熱成像圖中的溫度分布，確定應力集中區域。持續監測巖體表面溫度，生成詳細的溫度分布圖，記錄應力釋放前后的熱點溫度變化趨勢。將微波反射與吸收特性分析結果與紅外熱成像數據整合，重點識別微波吸收率高且溫度升高的區域作為應力集中的處理重點。
26、步驟5：多次微波發射與調整
27、使用中低頻段（0.3ghz?-?20?ghz）進行初步掃描與加熱，釋放表層應力。逐步提升頻率至30?ghz?-?300?ghz，以深入作用于巖體深處的應力集中區域。根據紅外熱成像反饋的溫度變化和微波信號的反射情況，動態調整微波的發射功率、頻率和發射角度，確保高應力區域的全面覆蓋與精確處理。
28、步驟6：數據反饋與應力釋放判斷
29、通過紅外熱成像持續監測熱點區域的溫度變化，結合微波信號的反射與吸收率變化，判斷應力釋放效果。判斷標準：（1）圖像顯示溫度回落至周圍環境溫度范圍（±2°c）；（2）微波反射信號恢復至初始值的±5%。當熱點區域的溫度與微波反射信號同時滿足上述條件時，系統判斷該高應力區域的應力已完全釋放，設備可以停止加熱處理。
30、本專利技術的有益效果是：
31、通過本專利技術的裝置本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，包括移動平臺，所述移動平臺上設置有主體結構，主體結構的外頂部設置有控制及數據存儲模塊、顯示屏、警報器、控制按鈕和紅外熱成像模塊，紅外熱成像模塊設置于主體結構的外頂部的最前端，主體結構內設置有脈沖微波發射設備，顯示屏、警報器和控制按鈕均通過數據線與控制及數據存儲模塊相連，控制及數據存儲模塊通過有線或無線連接并控制紅外熱成像模塊和脈沖微波發射設備。
2.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述紅外熱成像模塊的接受面和脈沖微波發射設備的發射端朝向一致。
3.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述移動平臺為矩形結構，底部設置有輪子。
4.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述脈沖微波發射設備包括設置于外部的廣域微波發射模塊和內部的精確微波發射模塊；
5.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述主體結構的背面均勻分布有散熱片。
6.如權利要求1-4任一項所述脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置的監測方法，其特征是，包括如下步驟：
7.如權利要求5的監測方法，其特征是，所述步驟2中，廣域微波發射的初始功率范圍為0.5?kW?-?10?kW。
8.如權利要求5的監測方法，其特征是，所述步驟3中，高應力集中區域的微波吸收率通常高出正常區域20%-50%。
9.?如權利要求5的監測方法，其特征是，所述步驟3中，使用紅外熱成像模塊監測巖體表面溫度，識別局部溫度異常區域即熱點區域，典型溫度范圍為0°C?至?80°C，熱點區域溫度通常高于環境溫度3°C?至?10°C；紅外熱成像鏡頭與巖體表面的最佳距離為3米至5米。
10.如權利要求5的監測方法，其特征是，所述步驟5中，通過紅外熱成像持續監測熱點區域的溫度變化，結合微波信號的反射與吸收率變化，判斷應力釋放效果，判斷標準：（1）圖像顯示溫度回落至周圍環境溫度范圍的±2°C；（2）微波反射信號恢復至初始值的±5%；當熱點區域的溫度與微波反射信號同時滿足上述條件時，系統判斷該高應力區域的應力已完全釋放，設備停止加熱處理。
...【技術特征摘要】
1.一種脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，包括移動平臺，所述移動平臺上設置有主體結構，主體結構的外頂部設置有控制及數據存儲模塊、顯示屏、警報器、控制按鈕和紅外熱成像模塊，紅外熱成像模塊設置于主體結構的外頂部的最前端，主體結構內設置有脈沖微波發射設備，顯示屏、警報器和控制按鈕均通過數據線與控制及數據存儲模塊相連，控制及數據存儲模塊通過有線或無線連接并控制紅外熱成像模塊和脈沖微波發射設備。
2.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述紅外熱成像模塊的接受面和脈沖微波發射設備的發射端朝向一致。
3.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述移動平臺為矩形結構，底部設置有輪子。
4.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述脈沖微波發射設備包括設置于外部的廣域微波發射模塊和內部的精確微波發射模塊；
5.如權利要求1所述的脈沖微波與紅外探測結合的巖體應力定位釋放裝置，其特征是，所述主體結構的背面均勻分布有散熱片。
...【專利技術屬性】
技術研發人員：郝哲銷，王莉平，鄭陳磊，王靖，張蕾，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：
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