本发明公开了一种岩石声波、声发射同步测量的方法及装置，其步骤：A、在岩石样本的两端放置用于发射、接收声波信号的密封压头，并保持内部的纵波、横波探头竖直方向上一致；B、在岩石试样的外部布置、固定声发射接收探头；C、启动声波与声发射测试系统、启动岩石压力机进行加载试验，直到岩样破坏；D、通过对采集数据的后处理，得到岩石的声发射事件数量、位置，以及超声波波速变化信息。E、声波测试装置和声发射测试装置分别与试验压力机底座转接口相连，并通过相应的转接口连接到数据采集和处理系统，方法易行，操作简便，实现岩石力学试验过程中声波、声发射信息的同步采集，并可以获得岩石声发射位置的定位。
1.一种岩石声波、声发射同步测量的方法，其步骤是：
A、在岩石试样的两端放置第一空腔密封压头和第二空腔密封压头，第一空腔密封压头用来发射高压声波信号脉冲，第二空腔密封压头用来接收信号脉冲；两个压头的导线转出口垂直方向上一致，信号发射端的横波探头与信号接收端的横波探头纵向相对，信号发射端的纵波探头与信号接收端的纵波探头纵向相对，第一空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中高压信号发射卡端口相连；第二空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中声波信号接收卡端口相连；
B、固定声发射接收探头的位置：在岩石试样的外部布置声发射接收探头，利用箍紧弹簧固定好声发射探头的位置，实现声发射接收探头的三维空间分布，在声发射接收探头与岩石试样的接触位置涂抹耦合剂，将声发射接收探头连接压力机三轴室底盘内端口，相应通道的端口外部与PC机中声发射接收卡端口相连；
C、启动高压信号发射卡控制软件，设置高压脉冲信号的发射时间间隔和发射周期，启动声波与声发射信号接收软件，启动岩石压力机对岩石试样进行压力加载，加载过程中，实时采集存储岩石的声波和声发射信号，直到岩石试样破坏；
D、对采集信号的后处理：通过采集与处理软件对所采集的声波、声发射信号进行筛分识别，通过对波形数据的判读，得到加载过程中岩石横波波速、纵波波速的变化信息；过滤声波信号对声发射接收信号的干扰，得到岩石的声发射事件的位置、数量。
2.根据权利要求1所述的一种岩石声波、声发射同步测量的方法，其特征在于：所述的步骤C，其步骤是：
a、在试验过程中，启动高压信号发射卡控制软件，设置每组发射的高压信号数量，激发时间间隔ΔT1，激发时间周期T：上一组最后一个信号与下一组第一个信号的事件间隔；然后启动岩石压力机和声波与声发射接收软件，采集整个试验过程中的声波和声发射信号；
b、记录信号发射端发射的第一个高压声波脉冲信号时间t1，信号发射端的声波探头将会发射高压超声波，经过时间ΔT2后，信号接收端中与之对应的接收探头将会接收到超声波信号，利用两个探头之间的距离除以ΔT2，得到岩石试样的纵波波速V1；
c、第一个激发探头（1-1a）发射信号后，经过ΔT1时间，信号发射端中的第二个探头（1-2a）自动发射超声波信号，经过ΔT3时间后，与之对应的接收探头（1-2b）收到信号,记录下时间ΔT3，利用探头的距离和传播时间ΔT3，求得岩石试样的横波波速V2；
d、第二个激发探头（1-2a）发射信号后，经过ΔT1时间，信号发射端中的第三个探头（1-3a）自动发射超声波信号，经过时间ΔT4后，与之对应的接收探头（1-3b）收到信号，记录下时间ΔT4，利用探头的距离和传播时间ΔT4，求得岩石试样的横波波速V3；
e、以时间周期T重复步骤b、步骤d直到试验结束，通过对采集到的声波数据进行处理，得到加载过程中的岩石试样的纵波波速变化特征、横波波速变化特征；
f、过滤声波信号对声发射信息的影响，处理得到岩石的声发射数量变化与声发射点定位图。
3.根据权利要求2所述的一种岩石声波、声发射同步测量的方法，其特征在于：所述的步骤f，其步骤是：
（1）确定声波信号的发生时间：第一组声波信号的起始时间为t1，每组发射三个声波信号，每个信号之间的间隔时间为ΔT1，发射一组声波信号所用的时间为2ΔT1，第一组声波信号的发生时间区间为：t1，t1+2ΔT1，每组声波信号的发射周期为T,第二组声波信号的发生时间为：t1+2ΔT1+T，t1+4ΔT1+T，第三组声波信号的发生时间为：t1+4ΔT1+2T，t1+6ΔT1+2T；
（2）过滤声波信号对声发射信号的影响：在所有声发射通道采集的数据中，过滤掉时间区间在：t1+2(n-1)ΔT1+(n-1)T，t1+2nΔT1+(n-1)T的数据信息，得到的数据信息全部来自岩石的声发射。
4.实现权利要求1所述的一种岩石声波、声发射同步测量方法的实验装置，它由声波测试装置（UWS）、声发射测试装置（AES）、数据的同步采集和处理系统（CPS机）三部分组成；
其特征在于：声波测试装置和声发射测试装置分别与试验压力机底座转接口相连，通过试验压力机底座的转接口连接到数据采集和处理系统，声波测试装置中的第一空腔密封压头（UW-1）与压力机三轴室底盘内端口相连，通道的端口外部与数据采集和处理系统中的高压信号发射卡（3-2）端口相连，第二空腔密封压头（UW-2）与压力机三轴室底盘内端口相连，通道的端口外部与数据采集和处理系统中的声波与声发射信号接收卡（3-3）端口相连，数据采集和处理系统中的高压信号发射卡（3-2）、声波与声发射信号接收卡（3-3）内置于电脑机箱中；所述的数据同步采集和处理系统它由PC机（3-1）、高压信号发射卡（3-2）、声波与声发射信号接收卡（3-3）、高压信号发射卡控制软件（3-4）、声波与声发射信号接收卡控制软件（3-5）、导线（3-6）组成，高压信号发射卡（3-2）和声波与声发射信号接收卡（3-3）内置于PC机（3-1）中，通过导线（3-6）与压力机底座相连，高压信号发射卡控制软件（3-4）和声波与声发射信号接收卡控制软件（3-5）安装在PC机（3-1）中。
5.根据权利要4所述的一种岩石声波、声发射同步测量的实验装置，其特征在于：所述的声波测试装置包括两个内置声波探头的第一空腔密封压头（UW-1）、第二空腔密封压头（UW-2），第一空腔密封压头（UW-1）内部含有第一纵波探头（1-1a）、第一横波探头（1-2a）、第三横波探头（1-3a）；第二空腔密封压头（UW-2）内部含有第二纵波探头（1-1b）、第二横波探头（1-2b）、第四横波探头（1-3b）；声波测试装置还包括压头腔体（1-4）、压头上盖（1-5），压紧垫片（1-6）和压紧销钉（1-7）、导线转出口（1-8）、插头（1-9）、密封销钉（1-10）、密封圈（1-11）和导线（1-12），压头腔体（1-4）内部设计了三个探头凹槽，分别布置三个超声波探头，第一纵波探头（1-1a）、第一横波探头（1-2a）、第三横波探头（1-3a）或第二纵波探头（1-1b）、第二横波探头（1-2b）、第四横波探头（1-3b），第一空腔密封压头（UW-1）、第二空腔密封压头（UW-2）中的两个横波探头的尾部方向垂直布置，在第一纵波探头（1-1a）、第一横波探头（1-2a）、第三横波探头（1-3a）或第二纵波探头（1-1b）、第二横波探头（1-2b）、第四横波探头（1-3b）前端涂抹耦合剂，压紧垫片（1-6）稳固第一纵波探头（1-1a）、第一横波探头（1-2a）、第三横波探头（1-3a）或第二纵波探头（1-1b）、第二横波探头（1-2b）、第四横波探头（1-3b）的位置，用导线（1-12）将分别将第一纵波探头（1-1a）、第一横波探头（1-2a）、第三横波探头（1-3a）或第二纵波探头（1-1b）、第二横波探头（1-2b）、第四横波探头（1-3b）与压头腔体（1-4）上的导线转出口（1-8）内侧相连，压头上盖（1-5）的边缘留有密封槽沟，在槽沟位置布置密封圈（1-11），用密封销钉（1-10）将压头上盖（1-5）与压头腔体（1-4）密封，用导线（1-12）连接插头（1-9）和导线转出口（1-8）的外侧接口，将插头插入压力机底座，第一空腔密封压头（UW-1）的插头插入高压信号发射通道端口，通过三轴室底座接口与高压超声波发射卡（3-2）端口相连，第二空腔密封压头（UW-2)的插头插入声波信号接收通道端口，通过三轴室底座接口与声波与声发射信号接收卡（3-3）相连。
6.根据权利要4所述的一种岩石声波、声发射同步测量的实验装置，其特征在于：所述的声发射测试装置它由声发射探头（2-1）、探头保护壳（2-2）、密封底盖（2-3）、密封圈（2-4）、密封销钉（2-5）、导线转接口（2-6）、箍紧弹簧（2-7）、导线（2-8）、插头（2-9）组成，声发射探头（2-1）内置于探头保护壳（2-2）中，在声发射探头（2-1）端部和探头保护壳（2-2）内部涂抹耦合剂，用导线（2-8）连接声发射探头（2-1）和导线转接口（2-6）内端；导线转接口（2-6）与密封底盖（2-3）相连，密封圈（2-4）放置在探头保护壳（2-2）和密封底盖（2-3）中，用密封销钉（2-5）将探头保护壳（2-2）与密封底盖（2-3）密封，用导线（2-8）连接导线转接口（2-6）外端和插头（2-9），将插头插入压力机底座接口，连接到声发射信号接收通道。
一种岩石声波、声发射同步测量的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于岩石力学室内试验领域，更具体涉及一种力学实验中一体化动态监测岩石的超声波波速、声发射变化的测量方法，同时还涉及一种力学实验中一体化动态监测岩石的超声波波速、声发射变化测量的装置，它适用于岩石力学单轴压缩实验、三轴压缩实验过程中对岩石声波、声发射状态的同步监测。
背景技术
[0002] 工程安全是关系人民生命、财产安全的重大问题，矿山、隧道、以及水利工程等岩体失稳都会造成重大人员伤亡、经济损失和环境破环，因此了解岩石的损伤破环机理，判别岩体的损伤程度对减轻岩石工程灾害具有重要的现实意义。许多方法可以用于岩石的损伤检测，如电阻率、电磁、X 射线、CT等方法，其中基于弹性波的主动方法(超声波)和被动方法(声发射)具有简便、易于推广的优点。超声波方法是通过主动发射弹性波，使其穿过岩石传播，利用穿过岩石介质的波速及其衰减程度检测材料损伤，再根据超声波波速与弹性模量和强度的经验关系式来评价损伤。声发射是伴随着材料内部微裂隙的产生而激发的弹性波，它直接与岩石内部微破裂动态有关。迄今为止，弹性波是研究地球岩体内部规律的最有效工具之一。
[0003] 准确地测定岩石的波速、声发射规律是揭示岩体破坏机制的重要手段，对岩体失稳预警及控制有着重要的作用。早在20世纪80年代，国内外学者就开始了对岩石声波、声发射规律展开了研究，但是受到试验装置的制约，岩石的波速试验和声发射试验都是分开进行的。这一方面造成了经济和时间的浪费，另一方面割裂了岩石破裂过程中的波速、声发射规律研究，因此，研制一套同步监测岩石声波、声发射规律的装置具有重要意义。
发明内容
[0004] 针对上述现有的技术缺陷，本发明的目的是在于提供了一种岩石声波、声发射同步测量的方法，该方法易行，操作简便，可以实现岩石力学试验过程中声波、声发射信息的同步采集，并实现二类波形数据的筛分，进而可以分别得到岩石波速的变化发展规律和声发射状态的具体信息，并得到岩石声发射位置的定位。
[0005] 本发明的另一个目的是在于提供了一种岩石声波、声发射同步测量的实验装置，该装置结构简单，轻巧灵便，耐油耐温耐压，它可以监测岩石单轴加载试验、岩石三轴力学试验、岩石蠕变力学试验，高温岩石加载试验等试验中的波速和声发射信息。
[0006] 为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
[0007] 一种岩石声波、声发射同步测量的方法，其步骤是：
[0008] 步骤1，在岩石样本的两端放置声波压头，第一空腔密封压头用来发射高压声波信号脉冲，第二空腔密封压头用来接收信号脉冲；两个压头的导线转出口垂直方向上一致，这样保证了信号发射端的横波探头与信号接收端的横波探头纵向相对，信号发射端的纵波探头与信号接收端的纵波探头纵向相对，第一空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中高压信号发射卡端口相连；第二空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中声波信号接收卡端口相连；
[0009] 步骤2，固定声发射接收探头的位置。在岩石试样的外部布置声发射接收探头，利用箍紧弹簧固定声发射探头的位置，实现声发射接收探头的三维空间分布，在声发射接收探头与岩石样本的接触位置涂抹耦合剂（VC101）保证接触良好。
[0010] 步骤3，启动高压信号发射卡控制软件（美国物理声学公司），设置好高压脉冲信号的发射数量、时间间隔、激发周期，启动声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司），启动岩石压力机对岩样进行压力加载，加载过程中，实时采集存储岩石的声波和声发射信号，直到岩样破坏。
[0011] 步骤4，对采集信号的后处理。通过声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司）对所采集的声波、声发射信号进行筛分识别，通过对波形数据的判读得到加载过程中岩石横波波速、纵波波速变化信息；过滤声波信号对声发射接收信号的干扰，可以得到岩石的声发射数量、位置等信息。
[0012] 本发明所采用的技术方案是利用声波测试装置、声发射测试装置实现岩石声波、声发射的一体化动态监测。在上述的步骤3中，具体的操作步骤如下：
[0013] 步骤3.1，在试验过程中，启动高压信号发射卡控制软件（美国物理声学公司），设置好每组发射的高压信号数量，时间间隔ΔT1，激发周期T（上一组最后一个信号与下一组第一个信号的事件间隔）；然后启动岩石压力机（XTR01-01）和声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司），采集、存储整个试验过程中的声波和声发射信号。
[0014] 步骤3.2，记录信号发射端压头发射的第一个高压声波脉冲信号时间t1，此时，信号发射端的声波探头（MICRO-80）（纵波探头）将会发射高压超声波，经过时间ΔT2后，信号接收端压头中与之对应的声波探头（MICRO-80）（纵波探头）将会第一个接收到超声波信号，利用两个探头之间的距离除以ΔT2，就可以得到岩样的纵波波速V1。
[0015] 步骤3.3，第一个激发探头（纵波探头）发射信号后，经过ΔT1时间，信号发射端压头中的第二个探头（横波探头）自动发射超声波信号，经过ΔT3时间后，与之对应的接收探头（横波探头）收到信号,记录下时间ΔT3，利用探头的距离和传播时间，求得岩样的横波波速V2。
[0016] 步骤3.4，第二个激发探头（横波探头）发射信号后，经过ΔT1时间，信号发射端中的第三个探头（横波探头）自动发射超声波信号，经过时间ΔT4后，与之对应的接收探头（横波探头）收到信号。记录下时间ΔT4，利用探头的距离和传播时间，求得岩样的横波波速V3。
[0017] 步骤3.5，以信号激发周期T重复步骤3.2～3.4，直到试验结束，声波探头和声发射探头将会采集到整个试验过程相应的数据信息。处理不同应力时刻的声波数据信息，得到加载过程中的岩样的纵波波速变化特征、横波波速变化特征。
[0018] 步骤3.6，过滤声波信号对声发射信息的影响，处理得到岩石的声发射数量变化与声发射点定位图。
[0019] 在整个加载过程中，声波信号是以时间激发周期T间隔激发的，而声发射接收探头却是在实时采集信号，这就会将声波探头发射的信号误认为岩石的声发射信号。为了消除声波信号对声发射结果的干扰，需要对采集到的声发射信号进行处理，过滤掉声波信号（步骤3.2～3.4）的影响，步骤3.6的操作具体如下。
[0020] （1）确定声波信号的发生时间。第一组声波信号的起始时间为t1，每组发射三个声波信号，每个信号之间的间隔时间为ΔT1，则发射一组声波信号所用的时间为2ΔT1，第一组声波信号的发生时间区间为（t1，t1+2ΔT1）。每组声波信号的发射周期为T,则第二组声波信号的发生时间为（t1+2ΔT1+T，t1+4ΔT1+T），第三组声波信号的发生时间为（t1+4ΔT1+2T，t1+6ΔT1+2T），…，第n组声波信号的发生时间为（t1+2(n-1)ΔT1+(n-1)T，t1+2nΔT1+(n-1)T）。
[0021] （2）过滤声波信号对声发射信号的影响。应用声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司）的数据文件滤波功能，在所有声发射通道采集的数据中，过滤掉时间区间在（t1+2(n-1)ΔT1+(n-1)T，t1+2nΔT1+(n-1)T）的数据信息，这样得到的数据信息全部来自岩石的声发射。
[0022] 本发明填补了岩石力学试验中声波、声发射测试装置的空白，具有重要的价值。
[0023] 一种岩石声波、声发射同步测量的实验装置，它由声波测试装置、声发射测试装置、数据的同步采集和处理系统（PC机）三部分组成；声波测试装置和声发射测试装置分别与试验压力机底座（普通岩石力学试验机三轴室底座，不属于本发明中的内容）转接口相连，通过试验压力机底座的转接口连接到数据采集和处理系统。声波测试装置中的第一空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与数据采集和处理系统中的高压信号发射卡端口相连，第二空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与数据采集和处理系统中的声波信号接收卡端口相连。数据采集和处理系统中的高压信号发射卡、声波与声发射信号接收卡内置于电脑机箱中，并实现计算机控制。
[0024] 第一部分是声波测试装置，它包括两个内置声波探头的第一空腔密封压头、第二空腔密封压头，连接声波脉冲发射通道的压头作为第一空腔密封压头，连接声波信号采集通道的压头作为第二空腔密封压头，第一空腔密封压头含有第一纵波探头，第一横波探头、第三横波探头，第二空腔密封压头含有第二纵波探头，第二横波探头、第四横波探头。除了探头之外，声波测试装置还包括压头腔体、压头上盖，压紧垫片和压紧销钉、导线转出口、插头、密封销钉、密封圈和导线。其特征在于：压头腔体内部设计了三个探头凹槽，分别布置第一纵波探头、第一横波探头、第三横波探头或第二纵波探头、第二横波探头、第四横波探头，第一空腔密封压头、第二空腔密封压头中的两个横波探头的尾部方向垂直布置，为保证探头与压头腔体良好接触，在第一纵波探头、第一横波探头、第三横波探头或第二纵波探头、第二横波探头、第四横波探头前端涂抹耦合剂。压紧垫片的作用是稳固第一纵波探头、第一横波探头、第三横波探头或第二纵波探头、第二横波探头、第四横波探头的位置，用导线将分别将第一纵波探头、第一横波探头、第三横波探头或第二纵波探头、第二横波探头、第四横波探头与压头腔体上的导线转出口内侧相连，压紧销钉用来固紧压紧垫片和压头腔体；压头上盖的边缘部位留有密封槽沟，在槽沟位置布置密封圈，在用密封销钉将压头上盖与压头腔体密封。导线连接插头和导线转出口外侧，插头插入压力试验机底座。第一空腔密封压头的插头插入高压信号发射通道端口，通过三轴室底座接口与高压超声波发射卡端口相连；第二空腔密封压头的插头插入声波信号接收通道端口，通过三轴室底座接口与声波与声发射接收卡端口相连。在试验过程中，岩样两端放置的密封压头在竖直方向上保证一致，第一空腔密封压头中的纵波探头与第二空腔密封压头中的纵波探头纵向保持一致，第一空腔密封压头中的横波探头与第二空腔密封压头中的横波探头纵向保持一致。为保证岩石试样与声波压头良好接触，在岩石两端涂抹耦合剂，压头的刚度要保证岩石力学试验要求，同时要证密封质量以保护内置探头免受三轴压力室的油压压力。
[0025] 第二部分是声发射测试装置（AES），它是由声发射探头、探头保护壳、密封底盖、密封圈、密封销钉、导线转接口、箍紧弹簧、导线、插头组成。声发射探头内置、固定于探头密封保护壳中，保护壳内涂抹耦合剂使探头和保护壳接触良好，保护壳其作用是防止声发射探头承受液压油的压力而损坏，用导线连接探头和保护套一端的导线转接口（内部），将销钉固定好转接口和探头保护壳，使保护壳处于密封状态。试验过程中，将内置声发射探头的保护壳紧贴于岩石试样的侧面，并用紧箍弹簧将其固定。用导线连接导线转接口（外部）和试验机轴室底盘，三轴压力室的底盘接口与采集卡终端相连。
[0026] 第三部分是数据的同步采集和处理系统，包括高压信号发射卡，声波、声发射信号接收卡以及数据采集及后处理软件、PC机。高压信号发射卡、声波、声发射接收卡内置于计算机主机中，并实现计算机控制。高压信号发射卡通过试验机底座通道连通声波测试装置中的第一空腔密封压头，其作用是激发探头发射超声波脉冲，这种高压的信号可以缓解岩石传播过程中的能量衰减。声波、声发射信号接收卡通过试验机底座通道分别于第二空腔密封压头和声发射采集探头相连，实现声波、声发射信号的实时采集和存储。后处理软件可以实现不同类别信号的过滤、筛选识别和处理，分析计算得出加载过程中岩石纵波、横波波速变化趋势以及岩石破裂损伤位置的三维定位。
[0027] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0028] 该方法易行，操作简便，可以实现岩石力学试验过程中声波、声发射信息的同步采集，并实现二类波形数据的筛分，进而可以分别得到试验过程中岩石的波速变化规律和声发射信息，并得到岩石声发射位置的定位。本装置可以同时测试岩石力学试验中的岩石超声波波速和声发射活动，所研制的声波压头和声发射探头耐温、耐压，不仅适用于单轴压缩变形试验，而且可以应用于岩石三轴压缩变形试验及蠕变试验中；所采集到的声波和声发射信号可以筛分、识别，通过后期处理得出声波、声发射变化规律，效果良好，图6为单轴加载试验过程中某岩石的波速变化规律，图7为声发射事件数量变化柱状图，图8为声发射事件的位置定位图。
附图说明
[0029] 图1为一种声波和声发射测试装置示意图。
[0030] 图2为一种声波测试装置内部示意图。
[0031] 图3为一种声波测试装置腔体俯视图。
[0032] 图4为一种声波测试装置剖面图。
[0033] 图5为一种声发射测试装置剖面图。
[0034] 图6为某岩石的波速变化规律。
[0035] 图7为某岩石声发射事件数量变化柱状图。
[0036] 图8为某岩石声发射事件的位置定位图。
[0037] 图中标号对应的名称为：
[0038] UWS-声波测试装置；UW-1－第一空腔密封压头、UW-2-第二空腔密封压头；1-1a-第一纵波探头（MICRO-80）；1-1b-第二纵波探头（MICRO-80）； 1-2a-第一横波探头（SWC37-0.5）；1-2b-第二横波探头（SWC37-0.5）；1-3a-第三横波探头（SWC37-0.5）；
1-3b-第四横波探头（SWC37-0.5）；1-4-压头腔体；1-5-压头上盖；1-6-压紧垫片；1-7-压紧销钉；1-8-导线转出口；1-9-插头、1-10-密封销钉、1-11-密封圈；1-12-导线；AES-声发射测试装置；2-1-声发射探头（NANO-30）；2-2-探头保护壳；2-3-密封底盖；2-4-密封圈；2-5-密封销钉；2-6导线转接口；2-7-箍紧弹簧；2-8-导线；2-9-插头；X1、X2-试样与压头接触面。
具体实施方式
[0039] 实施例1：
[0040] 一种岩石声波、声发射同步测量的方法，其步骤是
[0041] 步骤1，在岩石样本的两端涂抹耦合剂之后，放置第一空腔密封压头UW-1和第二空腔密封压头UW-2，其中第一空腔密封压头UW-1作为信号发射端，用来发射高压声波脉冲信号，它里面含有纵波探头1-1a、横波探头1-2a、横波探头1-3a；第二空腔密封压头UW-2用来接收高压信号脉冲，它里面含有纵波探头1-1b、横波探头1-2b、横波探头1-3b；两个压头的导线转出口垂直方向上一致，这样保证了信号发射端的横波探头与信号接收端的横波探头纵向相对，信号发射端的纵波探头与信号接收端的纵波探头纵向相对，第一空腔密封压头UW-1与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中高压信号发射卡端口相连；第二空腔密封压头UW-2与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中声波信号接收卡端口相连；
[0042] 步骤2，固定声发射接收探头的位置。在声发射接收探头的端部涂抹耦合剂，并在设计位置将其固定，用箍紧弹簧箍紧。为了实现岩石声发射位置的三维定位，声发射探头不能设置在同一平面内，要呈现三维空间分布状，将声发射接收探头连接到试验机底座。
[0043] 步骤3，打开高压脉冲信号激发软件，设置脉冲信号的发射数量、时间间隔、发射周期等参数；同时启动声波声发射接收卡控制软件，启动岩石压力机对岩样进行加载，启动高压脉冲信号激发软件开始发射高压脉冲；实时监测岩石的声发射信号；以时间激发周期T通分别地、连续地测试岩样的纵波速度和横波速度，直到岩样破坏。
[0044] 步骤4，对所采集存储的数据进行处理。应用采集与处理软件对所采集的数据进行后期处理，判读声波信号的激发时间和接收时间，计算得到超声波在岩石样本的传播时间，用岩样的长度除以传播时间，得到不同应力状态下岩石的超声波波速，整理得到岩石横波波速、纵波波速的变化关系曲线；过滤声波对声发射的干扰信号，确定岩石的声发射位置、数量与应力的关系曲线。
[0045] 在上述的步骤3中，具体的操作步骤如下：
[0046] 步骤3.1，在试验过程中，启动高压信号发射卡控制软件（美国物理声学公司），设置好每组发射的高压信号数量，时间间隔ΔT1，激发周期T（上一组最后一个信号与下一组第一个信号的事件间隔）；然后启动岩石压力机（XTR01-01）和声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司），采集、存储整个试验过程中的声波和声发射信号。
[0047] 步骤3.2，记录信号发射端压头发射的第一个高压声波脉冲信号时间t1，此时，信号发射端的声波探头（MICRO-80）1-1a（纵波探头）将会发射高压超声波，经过时间ΔT2后，信号接收端压头中与之对应的声波探头（MICRO-80）1-1b（纵波探头）将会第一个接收到超声波信号，利用两个探头之间的距离除以ΔT2，就可以得到岩样的纵波波速V1。
[0048] 步骤3.3，第一个激发探头1-1a（纵波探头）发射信号后，经过ΔT1时间，信号发射端压头中的第二个探头1-2a（横波探头）自动发射超声波信号，经过ΔT3时间后，与之对应的接收探头1-2b（横波探头）收到信号,记录下时间ΔT3，利用探头的距离和传播时间，求得岩样的横波波速V2。
[0049] 步骤3.4，第二个激发探头1-2a（横波探头）发射信号后，经过ΔT1时间，信号发射端中的第三个探头1-3a（横波探头）自动发射超声波信号，经过时间ΔT4后，与之对应的接收探头1-3b（横波探头）收到信号。记录下时间ΔT4，利用探头的距离和传播时间，求得岩样的横波波速V3。
[0050] 步骤3.5，以信号激发周期T重复步骤3.2～3.4，直到试验结束, 声波探头和声发射探头将会采集到整个试验过程相应的数据信息。处理不同应力时刻的声波数据信息，得到加载过程中的岩样的纵波波速变化特征、横波波速变化特征。
[0051] 步骤3.6，过滤声波信号对声发射信息的影响，处理得到岩石的声发射数量变化与声发射点定位图。
[0052] 在整个加载过程中，声波信号是以时间激发周期T间隔激发的，而声发射接收探头却是在实时采集信号，这就会将声波探头发射的信号误认为岩石的声发射信号。为了消除声波信号对声发射结果的干扰，需要对采集到的声发射信号进行处理，过滤掉声波信号（步骤3.2～3.4）的影响，步骤3.6的操作具体如下。
[0053] （1）确定声波信号的发生时间。第一组声波信号的起始时间为t1，每组发射三个声波信号，每个信号之间的间隔时间为ΔT1，则发射一组声波信号所用的时间为2ΔT1，第一组声波信号的发生时间区间为（t1，t1+2ΔT1）。每组声波信号的发射周期为T,则第二组声波信号的发生时间为（t1+2ΔT1+T，t1+4ΔT1+T），第三组声波信号的发生时间为（t1+4ΔT1+2T，t1+6ΔT1+2T），…，第n组声波信号的发生时间为（t1+2(n-1)ΔT1+(n-1)T，t1+2nΔT1+(n-1)T）。
[0054] （2）过滤声波信号对声发射信号的影响。应用声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司）的数据文件滤波功能，在所有声发射通道采集的数据中，过滤掉时间区间在（t1+2(n-1)ΔT1+(n-1)T，t1+2nΔT1+(n-1)T）的数据信息，这样得到的数据信息全部来自岩石的声发射。
[0055] 实施例2：
[0056] 一种岩石声波、声发射同步测量的实验装置，它由声波测试装置UWS、声发射测试装置AES、数据的同步采集和处理系统CPS机三部分组成；声波测试装置和声发射测试装置分别与试验压力机底座（普通岩石力学试验机三轴室底座，不属于本发明中的内容）转接口相连，通过试验压力机底座的转接口连接到数据采集和处理系统。声波测试装置中的第一空腔密封压头UW-1与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与数据采集和处理系统中的高压信号发射卡3-2端口相连，第二空腔密封压头UW-2与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与数据采集和处理系统中的声波信号接收卡3-3端口相连。数据采集和处理系统中的高压信号发射卡3-2、声波与声发射信号接收卡3-3内置于电脑机箱中，并实现计算机控制。
[0057] 第一部分是声波测试装置UWS，它包括两个内置声波探头的第一空腔密封压头UW-1、第二空腔密封压头(UW-2)，第一空腔密封压头UW-1连接声波脉冲发射通道，用来发射高压信号脉冲，第二空腔密封压头UW-2连接声波信号采集通道，用来接收高压信号脉冲。第一空腔密封压头UW-1含有第一纵波探头1-1a，第一横波探头1-2a、第三横波探头1-3a，第二空腔密封压头UW-2含有第二纵波探头1b，第二横波探头2b、第四横波探头3b。
除了探头之外，声波测试装置还包括压头腔体1-4、压头上盖1-5，压紧垫片1-6和压紧销钉
1-7、导线转出口1-8、插头1-9、密封销钉1-10、密封圈1-11和导线1-12。其特征在于：压头腔体1-4内部设计了三个探头凹槽，分别布置第一纵波探头1-1a、第一横波探头1-2a、第三横波探头1-3a或第二纵波探头1-1b、第二横波探头1-2b、第四横波探头1-3b，第一空腔密封压头UW-1、第二空腔密封压头UW-2中的两个横波探头的尾部方向垂直布置，为保证探头与压头腔体良好接触，在第一纵波探头1-1a、第一横波探头1-2a、第三横波探头1-3a或第二纵波探头1-1b、第二横波探头1-2b、第四横波探头1-3b，前端涂抹耦合剂。压紧垫片
1-6的作用是稳固第一纵波探头1-1a、第一横波探头1-2a、第三横波探头1-3a或第二纵波探头1-1b、第二横波探头1-2b、第四横波探头1-3b的位置，用导线1-12将分别将第一纵波探头1-1a、第一横波探头1-2a、第三横波探头1-3a或第二纵波探头1-1b、第二横波探头
1-2b、第四横波探头1-3b与压头腔体1-4上的导线转出口1-8内侧相连，压紧销钉1-7用来固紧压紧垫片1-6和压头腔体1-4；压头上盖1-5的边缘部位留有密封槽沟，在槽沟位置布置密封圈1-11，在用密封销钉1-10将压头上盖1-5与压头腔体1-4密封。导线1-12连接插头1-9和导线转出口1-8外侧，插头1-9插入压力试验机底座。第一空腔密封压头UW-1的插头插入高压信号发射通道端口，通过三轴室底座接口与高压超声波发射卡3-2端口相连；第二空腔密封压头UW-2的插头插入声波信号接收通道端口，通过三轴室底座接口与声波与声发射接收卡3-3端口相连。在试验过程中，岩样两端放置的密封压头在竖直方向上保证一致，第一空腔密封压头UW-1中的纵波探头与第二空腔密封压头UW-2中的纵波探头纵向保持一致，第一空腔密封压头UW-1中的横波探头与第二空腔密封压头UW-2中的横波探头纵向保持一致。为保证岩石试样与声波压头良好接触，在岩石两端涂抹耦合剂，压头的刚度要保证岩石力学试验要求，同时要证密封质量以保护内置探头免受三轴压力室的油压压力。
[0058] 第二部分是声发射测试装置AES，它是由声发射探头2-1、探头保护壳2-2、密封底盖2-3、密封圈2-4、密封销钉2-5、导线转接口2-6、箍紧弹簧2-7、导线2-8、插头2-9组成。声发射探头2-1内置于一定刚度的探头保护壳2-2之中，为保证声发射探头2-1与探头保护壳2-2接触良好，分别在声发射探头2-1端部和探头保护壳2-2内部涂抹耦合剂，用导线
2-8连接声发射探头2-1和导线转接口2-6内端；导线转接口2-6与密封底盖2-3相连，并密封；密封圈2-4放置在探头保护壳2-2和密封底盖2-3之中，利用密封销钉2-5将探头保护壳2-2与密封底盖2-3密封，这样声发射探头2-1被保护在一个密封的保护体之中，其作用是防止声发射探头承受液压油的压力而损坏。导线2-8连接导线转接口2-6外端和插头
2-9，将插头2-9插入试验机底座，连接到声发射信号接收通道。箍紧弹簧2-7的作用是对探头保护壳2-2的位置进行固定，这样便可以准确地固定声发射探头2-1的位置，以实现对岩石声发射活动准确监测和定位。
[0059] 第三部分是数据的同步采集和处理系统CPS，它包括PC机3-1、高压信号发射卡ARB-1410 3-2、声波与声发射信号接收卡PCI-2 3-3、高压信号发射卡控制软件Wavegen1410 E1.41 3-4、声波与声发射信号接收卡控制软件AEwinRockTest for PCI2 E2.20 3-5、导线3-6组成。高压信号发射卡ARB-1410 3-2和声波与声发射信号接收卡PCI-2 3-3内置于PC机3-1主机中，并通过导线3-6与试验机底座相连，其中高压信号发射卡ARB-1410
3-2连通试验机底座的声波发射通道，声波与声发射信号接收卡PCI-2 3-3连通试验机底座的声波接收通道和声发射信号接收通道。高压信号发射卡ARB-1410 3-2的作用是激发声波探头发射高压的超声波信号，这种高压的信号可以缓解岩石传播过程中的能量衰减。高压信号发射卡控制软件Wavegen 1410 E1.41 3-4和声波与声发射信号接收卡控制软件AEwinRockTest for PCI2 E2.20 3-5安装在PC机3-1中，高压信号发射卡控制软件Wavegen 1410 E1.41 3-4可以控制发射高压脉冲的时间间隔、数量、周期；声波与声发射信号接收卡控制软件AEwinRockTest for PCI2 E2.20 3-5可以对声波与声发射信号进行采集，存储和后期处理，在后处理过程中可以实现声波、声发射信号的过滤、筛选识别，得到加载过程中岩石纵波、横波波速变化情况，及岩石破裂损伤位置的三维定位。
