1.一种岩体应力无线实时监测装置,包括内部空心的圆柱形的壳体,其特征在于:所述壳体采用不锈钢材料制成,壳体内设有一支撑框架,所述支撑框架由纵横交错的支撑柱构成正四棱柱,且为壳体的内接正四棱柱,与壳体内壁相接的四条支撑柱将壳体侧壁分为相等的四个区域;
壳体外壁设有两个与其横截面平行的环形设置带,一环形设置带内设有四片压阻薄膜,所述压阻薄膜一一对应分布在四个区域中,一环形设置带内设有四片压电薄膜,所述压电薄膜一一对应分布在四个区域中;壳体两端面还设有两片压阻薄膜;
所述支撑框架内设有模拟开关电路、测量及传输电子电路,壳体外壁设有3D磁感应天线;
所述测量及传输电子电路包括微控制器、信号调理和温度补偿模块、天线驱动电路、以及为各用电单元供电的供电电路;
所述压阻薄膜、压电薄膜经模拟开关电路连接信号调理和温度补偿模块的输出端,信号调理和温度补偿模块的输出端连接微控制器的A/D口,所述微控制器的输出端经天线驱动电路连接3D磁感应天线;
其中,压阻薄膜用于将静态的应力变化转变为模拟电压信号,压电薄膜用于将动态的应力响应转变为电压信号,所述信号调理和温度补偿模块用于获取压阻薄膜转变的模拟电压信号或压电薄膜转变的电压信号,经补偿和放大后形成补偿电压信号,送入微控制器中;
所述微控制器用于控制模拟开关电路的选通,以及将信号调理和温度补偿模块输入的补偿电压信号经A/D转换为数字信号后,再编码为基带信号,送入天线驱动电路中;
所述天线驱动电路用于将基带信号进行调制,并由3D磁感应天线发送。
2.根据权利要求1所述的岩体应力无线实时监测装置,其特征在于:所述压阻薄膜、压电薄膜采用PDMS柔性材料制成,壳体外壁设有供压阻薄膜、压电薄膜嵌入的凹槽,压阻薄膜、压电薄膜分别经环氧树脂粘附在对应的凹槽内,且表面涂刷有环氧树脂层。
3.根据权利要求1所述的岩体应力无线实时监测装置,其特征在于:所述支撑框架内设有支撑板,所述微控制器、供电电路安装在支撑板上。
4.根据权利要求1所述的岩体应力无线实时监测装置,其特征在于:所述供电电路为大容量电池,所述微控制器采用STM32L系列微控制器;信号调理和温度补偿模块采用PGA900。
5.根据权利要求1所述的岩体应力无线实时监测装置,其特征在于:所述模拟开关电路为10通道,与压阻薄膜、压电薄膜一一对应连接,形成十个独立通道。
6.根据权利要求1所述的岩体应力无线实时监测装置,其特征在于:所述3D磁感应天线为由线圈绕成的磁感应天线,位于壳体的一端,且3D磁感应天线外设有保护壳。
7.根据权利要求1所述的岩体应力无线实时监测装置的测量方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)建立一岩体应力无线实时监测装置;
(2)在监测现场打一钻孔,钻孔的直径大于壳体直径,将岩体应力无线实时监测装置放入钻孔内,3D磁感应天线所在的一端朝上,并在壳体与钻孔内壁的缝隙中灌入环氧树脂进行填充和固定,再灌浆混凝土填实钻孔;
(3)启动岩体应力无线实时监测装置;
(4)微控制器对模拟开关电路的通道地址进行控制,由模拟开关电路切换不同的通道,把每个通道的压阻薄膜转变的模拟电压信号或压电薄膜转变的电压信号依次送入信号调理和温度补偿模块,经信号调理和温度补偿模块补偿和放大后形成补偿电压信号,送入微控制器中;
(5)微控制器将信号调理和温度补偿模块输入的补偿电压信号经A/D转换为数字信号后,再编码为基带信号,送入天线驱动电路中;
(6)所述天线驱动电路用于将基带信号进行调制,并由3D磁感应天线发送。
8.根据权利要求7所述的岩体应力无线实时监测装置的测量方法,其特征在于:步骤(1)时,监测现场设有地面接收设备,还包括步骤(7)所述地面接收设备用于接收3D磁感应天线发送的信号。