【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度测量，尤其涉及一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法。
技术介绍
1、当光在光纤中传播时，会发生散射现象，若散射光强度发生变化而频率未变化时，该种散射称为弹性散射即瑞利散射，若散射光和频率都发生变化，这种散射称为非弹性散射，包括拉曼散射和布里渊散射。由于散射参数与温度变化存在关系，因此根据得到的散射参数变化便可以计算出温度变化，同时也可以得到相关散射点的位置。研究者基于以上原理，开发出分布式光纤测温技术：瑞利散射的分布式光纤测温技术、布里渊散射的分布式光纤测温技术以及拉曼散射的分布式光纤测温技术。光纤测温技术弥补了传统点式电测温传感器的缺点，具有抗电磁干扰强、监测距离远、成本低、寿命长等优点，广泛应用于不同场合的火警预警、油气管道泄露监测、高压输送电缆安全监测、地铁隧道温度监测等。
2、在深埋硬岩地下工程开挖过程中，经常遇到集聚在岩体中的弹性能突然释放，造成大片岩体爆裂、弹射、抛郑等动力现象，即岩爆，对施工设备及工作人员造成极大危害。在掌子面及洞壁施作应力释放孔，形成一个应力降低区域，可提前释放硐室围岩的弹性能，有效降低围岩的应力集中程度，降低岩爆发生的烈度及频率。采用微波预裂技术，可以提高超前钻孔的应力释放效果，能够很好地适应以往应力释放方法无法处理的工况。与传统加热技术相比，微波加热是一种体积加热，即是在岩石一定深度范围内有差异性地同时加热，该范围内温度变化快、温差大，使热破裂更加有效。在室内进行岩石孔内微波加热应力释放试验时，需要研究微波加热应力释放影响因素(应力、温度等)及规律，用于指导
3、由于微波是电磁波，进行微波加热试验时会产生较强的电磁场，对电传感器有较大的干扰，采用电传感器难以准确地测量温度且所测温度均为某点温度变化；在岩石表面加热时，可采用红外线测温方法实时监测岩石表面温度，但难以监测到岩石孔内及内部温度。进行岩石孔内微波加热时，目前的测温方法难以监测到岩石内部温度。因此，急需一种用于微波孔内加热试验时的岩石内部温度实时监测方法，准确地捕捉岩石孔内微波加热过程中的温度变化，并保证试验安全。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，实现微波致裂硬岩时的孔内温度实时监测。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，涉及同轴辐射器、微波设备、解调仪、光纤和带加热孔的岩石试样，具体监测方法为：
3、基于红外相机标定光纤温度系数；
4、准备带加热孔的岩石试样，在岩石试样中设置测量孔，并将光纤放置于测温孔；
5、浇筑封堵测量孔；
6、将同轴辐射器放至加热孔内；
7、启动微波设备，加热岩石至预设时间；当微波设备开始显示微波功率示数时，采用解调仪扫描光纤，微波加热期间不间断扫描及保存数据，实现岩石孔内温度的实时监测。
8、优选地，所述基于红外相机标定光纤温度系数的具体方法为：
9、步骤s1：准备标定试验所需的完整岩样、电磁屏蔽材料、电脑、解调仪、红外相机、光纤、屏蔽框、屏蔽盒、矩形波导和表面辐射器，确定微波功率、加热时间；
10、步骤s2：屏蔽盒与屏蔽框连接，红外相机放在屏蔽盒内，防止微波干扰红外相机；通过改变屏蔽盒位置来调整红外相机的视界，保证微波辐射面在红外相机视界内；根据岩样尺寸标记好光纤测温段，在岩样表面选择恰当的位置，用于固定光纤，该位置应当保证在红外相机视界内；光纤伸出屏蔽框外，并固定在地面上；光纤安装完毕后，矩形波导一端与微波装备连接，一端与表面辐射器连接，表面辐射器靠近岩石表面，保证红外相机能够通过屏蔽盒监测到岩石表面温度；
11、步骤s3：固定光纤，保持光纤处于微拉紧状态，同时，保证光纤紧紧与岩样表面接触；测温区域的光纤无外物遮挡，使红外相机与光纤能够同时监测相同区域的岩石表面温度；
12、步骤s4：校正解调仪，将光纤连接至解调仪上，检查并记录此时的光纤温度系数；将红外相机连接至电脑上，用红外相机记录岩石表面的初始温度；进行微波加热，红外相机与光纤同时监测相同位置的温度变化；
13、步骤s5：数据处理，对比红外相机监测温度与光纤在相同时间及位置的温度变化，修正温度系数；
14、步骤s6：将步骤s4得到的新温度系数输入解调仪中，并重复步骤s2-s4的微波加热实验n次，比较n次实验获取的新温度系数，当新温度系数波动小于设定阈值时，将该新温度系数作为最终光纤温度系数输入解调仪中。
15、优选地，所述步骤s5的具体方法为：
16、采用绘图软件绘出红外相机和光纤两者相同时刻的温度变化，将不同位置的红外监测温度除以光纤监测温度，所得结果求平均值，得到光纤温度修正系数，将光纤温度修正系数与光纤监测温度相乘，得到修正后的光纤监测温度；对比修正后光纤监测温度与红外监测温度，当两种方法在相同位置的温度相差不超过设定阈值范围时，认为该位置温度重合度好；当重合度好的温度点所占比例超过设定阈值时，则认定该温度修正系数是准确的，将该温度修正系数与光纤原温度系数相乘得到新温度系数。
17、优选地，所述测量孔设置在加热孔附近，测量孔直径位于1-1.5cm间，同时保持测量孔壁光滑。
18、优选地，所述方法还包括安装在靠近加热孔的一侧的光纤固定管，固定管为空心，光纤安装在固定管下，避免光纤在测温过程中受到岩石热变形的挤压。
19、优选地，所述固定管由弧面管和软塑料片构成，弧面管与软塑料片胶结连接；在固定管上设置电磁屏蔽材料，防止微波从另一个方向穿过固定管加热岩石；软塑料片与测量孔壁连接，防止固定管移动。
20、优选地，所述方法采用砂浆浇筑测量孔，采用电磁屏蔽材料正面封堵测量孔。
21、优选地，所述方法在监测温度前还检测光纤是否发生故障；将光纤安装至解调仪上，在无热源状态下，采用解调仪反复扫描光纤，温度变化曲线接近于0，即是没有温度变化；否则，光纤发生故障；记录光纤末端的横坐标，在光纤安装过程中，始终扫描光纤，当光纤末端的横坐标发生变化时，则说明光纤发生了断裂。
22、优选地，所述岩石试样尺寸要大于2倍微波在其内部的穿透深度。
23、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，完全不受微波场干扰，解决了以往传感器受微波场干扰而温度测不准的问题，实现了强微波场下岩石内部温度实时监测。
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1.一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，涉及同轴辐射器、微波设备、解调仪、光纤和带加热孔的岩石试样，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述基于红外相机标定光纤温度系数的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述步骤S5的具体方法为：
4.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述测量孔设置在加热孔附近，测量孔直径位于1-1.5cm间，同时保持测量孔壁光滑。
5.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述方法还包括安装在靠近加热孔的一侧的光纤固定管，固定管为空心，光纤安装在固定管下，避免光纤在测温过程中受到岩石热变形的挤压。
6.根据权利要求5所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述固定管由弧面管和软塑料片构成，弧面管与软塑料片胶结连接；在固定管上设置电磁屏蔽材料，防止微波从另一个方向穿过固定管加热岩
7.根据权利要求6所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述方法采用砂浆浇筑测量孔，采用电磁屏蔽材料正面封堵测量孔。
8.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述方法在监测温度前还检测光纤是否发生故障；将光纤安装至解调仪上，在无热源状态下，采用解调仪反复扫描光纤，温度变化曲线接近于0，即是没有温度变化；否则，光纤发生故障；记录光纤末端的横坐标，在光纤安装过程中，始终扫描光纤，当光纤末端的横坐标发生变化时，则说明光纤发生了断裂。
9.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述岩石试样尺寸要大于2倍微波在其内部的穿透深度。
...【技术特征摘要】
1.一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，涉及同轴辐射器、微波设备、解调仪、光纤和带加热孔的岩石试样，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述基于红外相机标定光纤温度系数的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述步骤s5的具体方法为：
4.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述测量孔设置在加热孔附近，测量孔直径位于1-1.5cm间，同时保持测量孔壁光滑。
5.根据权利要求1所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测方法，其特征在于：所述方法还包括安装在靠近加热孔的一侧的光纤固定管，固定管为空心，光纤安装在固定管下，避免光纤在测温过程中受到岩石热变形的挤压。
6.根据权利要求5所述的一种用于微波致裂时岩石内部温度实时监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯夏庭，张九雨，敖匀镡，林峰，童天扬，答治华，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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