一种分布式温度与压强一体化光学测量系统

摘要

一种分布式温度与压强一体化的光学测量系统，包括光学压强检测模块和温度检测模块，传感探头可分布式连续测量同一轴线上的温度梯度变化，并可实现压强的一体化测量。如使用单晶晶体作为传感器材料，则探头可在超高温，强腐蚀性等极端恶劣环境中使用。在探头处于超高温区域的情形下，由普通光学元件组成的光学准直系统可布置在远程低温安全区域。

权利要求

1.一种分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，包括一个光学压强检测模块与多个温度检测模块以直线形式前后连接，所述光学压强检测模块的构成包括双面抛光柱体结构的光学透明晶体，光学透明晶体的其中一个抛光面上制备有若干纳米至几十纳米的凹槽，在所述抛光面上键合或焊接压强感应膜片形成气密封装，通过凹槽下表面与膜片下表面之间形成的光学法布里玻罗空气干涉腔实现压强测量，所述温度检测模块的构成包括为双面抛光柱体的光学透明晶体，温度检测模块的光学透明晶体其中的一个抛光面上具有几十微米至几百微米凹槽，并通过凹槽下表面与温度检测模块中光学透明晶体的另一抛光面之间形成的光学法布里玻罗固体干涉腔实现温度测量，并且，通过使其各自的所述光学透明晶体以直线形式前后连接，形成光学压强检测模块和温度检测模块的各自的光学透明晶体连接处均加工了反射面，并使各自的光学透明晶体的反射面间形成光学法布里玻罗干涉腔，从而形成所述分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，还包括光线收发系统，该光线收发系统是基于空间光的系统或基于光纤波导的光学系统，其中，每个光学透明晶体作为一个探测点，以直线形式构建分布式探测点，通过光准直系统引入光源，使得光源发出的光波经由准直系统沿所述光学透明晶体的光轴传播，所述光学压强检测模块、所述温度检测模块以及所述准直系统都安装在同一个准直套管内以确保它们的轴线平行度，将所述光学压强检测模块、所述温度检测模块安装在超高温、强腐蚀性、或强电磁干扰的极端环境中，而将所述准直系统沿所述准直套管安装在条件温和环境中，以构建远程光学测量系统。

2.如权利要求1所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，在所述光学压强检测模块和温度检测模块的各自的所述光学透明晶体连接处均加工了反射面，并使各自的所述光学透明晶体的反射面间形成光学法布里玻罗干涉腔，以实现其分别作为温度检测模块和压强检测模块的功能。

3.如权利要求2所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，通过干涉腔反射的光波可经由光准直系统逆向导入光谱仪进行光信号的采集和解调。

4.如权利要求1所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，在该光线收发系统是基于空间光的系统时，通过分光镜与所述准直系统交换光波。

5.如权利要求1所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，在该光线收发系统是基于光纤波导的光学系统时，设置一个光环行器，经由与所述光环行器连接的光纤与所述准直系统交换光波。

说明书

一种分布式温度与压强一体化光学测量系统

技术领域

[0001] 本发明属于光传感，空间光，材料科学和材料加工技术的交叉领域，涉及一种光电检测技术，具体为一种采用级联光干涉腔的方式实现分布式温度和压强一体化测量的传感器系统。

背景技术

[0002] 温度与压强是工业生产中最重要的两种物理特征参数，尤其在重工业及军工领域，经常需要在极端环境下测量这两个参数。所谓的极端环境通常指超高温，强腐蚀性，超高压、强电磁干扰等环境。例如，在石油化工合成，航空、航天发动机的运行，冶炼，石油钻井等作业中经常会遇到极端环境的情况。

[0003] 现阶段，超高温环境（如超过1200摄氏度）的温度测量主要有三种技术，它们是高温热电偶、热辐射计和示温材料。高温热电偶是一种测量单点温度的器材，主要成分为铂、铑、钯等贵金属。如需要进行多点测量，例如温度梯度，这是高温反应炉中一个重要参数，需要使用多个贵金属热电偶，成本极高。除此以外，热电偶存在长期处于高温环境下测量结果漂移的问题。采用热辐射光谱原理的热辐射温度计，精确的温度测量对测试环境要求相当高，从高温区至安装光电探头的整个空间区域，不能有干扰热辐射光谱的其它物质存在，例如荧光材料等，否则会导致结果产生偏差。示温材料是一种非即时的温度探测手段，在降温后，该材料将通过颜色显示热循环过程中材料经历的最高温度。因此，示温材料仅仅是一种非实时的，检测最高温度的辅助手段。

[0004] 以上介绍三种超高温的测量方法，都仅限于单点测温。对于分布式温度测量，例如航空发动机从内核至外壳的温度梯度测量，现有技术中普遍采用的方法是使用多个单点的热电偶。这种解决方案，除了贵金属热电偶的高成本，还存在需要大量布线的缺点。

[0005] 超高温区域原位压强测量，是一个世界级难题。常用的电学压强计，例如MEMS压强计，压电陶瓷，应变类压强计等，都面临材料耐高温特性差，尤其是导电线和导电膜无法耐高温的缺点。高温下原位压强测量可选择光学方法，例如基于光弹效应，光学应变薄膜，或光学双折射效应等原理工作的光学压力传感器。光学高温原位测压的优势在于，可使用耐高温光学晶体，特别是单晶光学晶体，具备耐受高温及强腐蚀的特性，能够在极端环境下使用。

[0006] 现有技术中，存在大量相关专利文献。诸如专利文献1（CN103644988 A）公开了一种传感器探头的技术方案，包括探头本体，探头本体底部固定在光纤的末端，探头本体包括F-P真空腔2，膜片1采用单晶硅晶圆，位于传感头的最前端，用来感受外界压力的变化，温度测量层实现压力测量过程中的温度补偿。硅层沉积厚度可通过改变反应气体流量和反应时间进行控制。由光源发出的光经由光纤耦合器注入光纤，之后进入传感器 端部，然后分别经过温度测量层和膜片后反射回来，形成干涉条纹。

[0007] 再诸如专利文献2（US2011190640 A1），公开了一种基于干涉晶体温度补偿的光纤压力传感器的技术方案，包括探头本体，探头本体底部固定在光纤的末端，探头本体包括法珀微腔，玻璃薄膜，位于传感头的最前端，用来感受外界压力的变化，光纤布拉格光栅对温度敏感，位于微腔底部，在玻璃薄膜内表面13发生反射。

[0008] 还诸如专利文献3（CN103234672 A），公开了一种基于双折射晶体温度补偿的光纤压力传感器的技术方案，包括探头本体，探头本体底部固定在光纤的末端，探头本体包括法珀微腔，单晶硅片，位于传感头的最前端，用来感受外界压力的变化，双折射晶体对温度敏感，位于微腔底部，双折射晶体透射光到达法珀压力传感头芯片中的法珀微腔，在浅坑底部和单晶硅片内表面两次发生反射。

[0009] 该专利文献1-3即是属于上述的一种光学高温原位测压技术。然而这些技术方案的测量装置复杂，成本高，耐高温性能不稳定，不能实现远程测量。

[0010] 专利文献4（CN201210036755A）公开了一种分布式测量技术，利用光纤拉曼散射原理进行测温，测温介质为光纤本身，实现分布式温度测量的方案是通过时分的方式，即通过脉冲光造成的散射光到达光电探头的时间不同区分测量区域。光源引入方式为光纤耦合，光信号沿光纤传播。然而，该方案中并没有接入测压结构。这样的技术方案还诸如专利文献5（CN201410649544）。

[0011] 专利文献6（CN201210154746A）也公开了一种分布式测量技术，其测温及测压均采用了光纤布里渊散射原理，其制作并排温度、压力腔以消除光纤布里渊散射原理中的温度与压力的交叉传感影响，通过温度对压力测试进行补偿。该并排腔体提供测温及测压的环境，并非测温及测压的介质，测温及测压介质都为光纤本身。实现分布式温度和压力测量的方案是通过时分的方式，即通过脉冲光造成的散射光到达光电探头的时间不同区分测量区域。光源引入方式为光纤耦合，光信号沿光纤传播。

[0012] 专利文献7（GB2207236A）也公开了一种分布式测量技术，其测温及测压原理是使用光纤构建了Mach-Zehnder干涉光路，通过解调干涉光谱相位（Phase）的变化计算温度或者压力。测温及测压介质都为光纤本身。实现分布式温度和压力测量的方案是通过时分的方式，即文中提到的“Optical Time Domain Interferometry”（光时域反射）。其原理是在Mach-Zehnder的光通路上，反向加入一个脉冲光，脉冲光将在不同时间节点经过光纤的不同位置，由此区分测量区域。光源引入方式为光纤耦合，光信号沿光纤传播。

发明内容

[0013] 本发明目的在于提供一种能够在极端环境下使用的分布式温度和压强测量系统，该系统能够对沿直线分布的温度梯度和超高温状态下的压强进行监测，并可使光源和光学元件等敏感器件处于远程温和的环境中，极大了提高传感器系统的寿命和稳定性。

[0014] 具体的，本发明解决该技术问题采用以下的技术方案：

[0015] 1. 一种分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，包括光学压强检测模块和温度检测模块，其中，所述光学压强检测模块和温度检测模块均由透明光学晶体形成，并且，通过使其各自的所述透明光学晶体以直线形式前后连接从而形成所述分布式光学温度与压强一体化光学测量系统。

[0016] 2. 如本发明上述第1点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，在所述光学压强检测模块和温度检测模块的各自的所述光学晶体连接处均加工了反射面，并使各自的所述光学晶体的反射面间形成光学法布里玻罗干涉腔，以实现其分别作为温度检测模块和压强检测模块的功能。

[0017] 3. 如本发明上述第1点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，每个光学晶体作为一个探测点，以直线形式构建分布式探测点，通过光准直系统引入光源，使得光源发出的光波经由准直系统沿所述光学晶体的光轴传播。

[0018] 4. 如本发明上述第2点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，通过干涉腔反射的光波可经由光准直系统逆向导入光谱仪进行光信号的采集和解调。

[0019] 5. 如本发明上述第1-4点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，所述光学压强检测模块、所述温度检测模块以及所述准直系统都安装在同一个准直套管内以确保它们的轴线平行度。

[0020] 6. 如本发明上述第5点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，将所述光学压强检测模块、所述温度检测模块安装在超高温、强腐蚀性、强电磁干扰等极端环境中，而将所述准直系统沿所述准直套管安装在条件温和环境中，以构建远程光学测量系统。

[0021] 7. 如本发明上述第4点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，还包括光线收发系统，该光线收发系统可以是基于空间光的系统，也可以是基于光纤波导的光学系统。

[0022] 8. 如本发明上述第7点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，在该光线收发系统是基于空间光的系统时，通过分光镜与所述准直系统交换光波。

[0023] 9. 如本发明上述第7点所述的分布式光学温度与压强一体化光学测量系统，其特征在于，在该光线收发系统是基于光纤波导的光学系统时，设置一个光环行器，经由与所述光环行器连接的光纤与所述准直系统交换光波。

[0024] 根据本发明，使用光学透明的柱状晶体以直线形式前后连接形成分布式的温度和压强传感探测点。晶体的连接面上加工出非常浅的反射面，使得每个光学晶体都形成一个光学法布里玻罗干涉腔探测点。

[0025] 根据本发明上述的光干涉腔级联结构，其最顶端干涉腔将被构建成为压强测量模块，晶体表面被加工出凹槽，凹槽加工深度大，其顶端覆盖单晶应变薄膜。凹槽底反射面与应变薄膜表面之间形成空气光干涉腔，作为压强传感模块。由于该分布式传感系统长度有限，根据压强的连通特性，压强传感模块仅设置一个即可满足使用。

[0026] 根据本发明上述的光干涉腔级联结构，除最顶端模块构建成为压强传感模块外，其余构建为温度传感模块，光学晶体连接处的反射面加工深度极浅，为10纳米量级，故可视为一个反射面，因此每个光学晶体视为一个光学固体干涉腔测温。

[0027] 根据本发明上述的光干涉腔级联结构，使用光准直系统引入光源，形成发散角极小的平行光，沿光学晶体主光轴引入。

[0028] 根据本发明上述的光干涉腔级联结构，各反射面的形成的光干涉信号被光学晶体各反射面反射并沿主光轴逆向导回光准直系统，并被分光器件导入光谱检测仪器对各反射腔进行解调。

[0029] 根据本发明上述的光干涉腔级联结构和光准直结构，级联干涉腔与光准直结构外部使用单晶或耐高温材料准直外套管保证光路的稳定性，并使得级联干涉腔探头处于极端环境时，光源可从远程端引入，保护光学元件。

[0030] 根据本发明，还包括分光模块，其功能为分开光源与光谱仪的光学路径，使传感器探头的逆向反射光进入光谱仪。如光学系统是空间光学系统，则使用1:1分光镜作为分光模块。如光学系统使用光纤波导，则使用光纤耦合器或光纤环形器作为分光模块。

[0031] 需要指出的是，作为本领域技术人员应当懂得，在选择光学方法进行压强测量时，采用准直光是光学系统对焦的常用方法，其做法是使用光学透镜组，例如两凸透镜，或凹/凸透镜组将激光芯片的出射光扩束，形成发散角可小于0.05度的平行光。该平行光可长距离传播，用于对准光学系统各元件的主光轴。在不存在吸光介质的情况下，准直光的传输损耗非常小。在本发明中，使用光学扩束系统形成准直光束，沿主光轴照射各传感器，并经由可逆光路和分光系统将反射光信号引入光谱仪进行分析和解调。由此可见，根据本发明，通过使用准直套管及准直透镜组组成的准直系统对光源射出的光波进行准直，可构建远程传感系统。因此，当本发明的作为传感器的分布式温度与压强一体化光学测量系统用于极端环境时，例如超高温，高压，强腐蚀环境时，可将作为传感器的核心探测部件的传感探头置于该恶劣环境中，而将其它光学准直透镜等元件通过准直套管置于远程环境下的温和区域中，构建成为远程传感系统，从而实现对恶劣环境下的远程测量。

[0032] 换言之，根据本发明，结合了光学晶体耐高温的特性，以及光学准直系统可低损耗远程引入光的特点，将块体的单晶光学晶体级联形成分布式的温度、压强传感探头。其中，每个光学晶体表面都进行加工并形成反射面，因此各光学晶体都可作为基于光干涉原理的传感探头。在极端环境下，探头被安装于高温高压区域，光学准直系统将光源远程引入传感探头中，如此可将光源和准直透镜组（或其它光准直结构）安装在条件温和的区域，保证在系统整体在极端环境下的长期稳定性。简言之，本发明涉及的分布式温度与压强一体化传感器系统，相对于一般同类型传感器，其优势的使用环境为极端高温，高压，强腐蚀性和强电磁场环境，可广泛用于军工，航空航天及重工业等领域。

附图说明

[0033] 图1为本发明具体实施方式的光学压强与温度一体化检测模块的立体透视图（图1（a））及截面示意图（图1（b））。

[0034] 图2为本发明具体实施方式的温度检测模块的截面示意图。

[0035] 图3为本发明具体实施方式的分布式温度与压强一体化光学测量系统中使用的光学压强检测模块与温度检测模块级联方式的示意图。

[0036] 图4为本发明具体实施方式的分布式温度与压强一体化光学测量系统中加入了准直系统进行的准直光引入与导出的示意图。

[0037] 图5（a）和图5（b）为本发明具体实施方式的分布式温度与压强一体化光学测量系统中加入了光线收发系统进行光线发出和接收的示意图。图5（a）为基于空间光的系统；图（5b）为基于光纤波导的光学系统。

具体实施方式

[0038] 下面将参照附图结合具体实施例对本发明作出详细的说明，本领域技术人员懂得，该说明是示例性的，本领域技术人员能够对本发明作出各种修饰和变更，本发明并不仅限于该具体实施方式。

[0039] 图1为本发明具体实施方式的光学压强与温度一体化检测模块100的立体透视图（图1（a））及截面示意图（图1（b））。如图1（a）和1（b）所示，所述光学压强与温度一体化检测模块100主要包括光学透明晶体1、凹槽2、压强感应膜片3。其中，光学透明晶体1为双面抛光柱体，抛光面由图中附图标记1R和1R’标明，优选采用圆柱体。在该光学透明晶体1的其中一个抛光面（1R面）上使用物理或化学方法制备凹槽2，并且在该抛光面上再键合（或焊接）压强感应膜片3，形成气密封装。在所述凹槽2的下表面与膜片3的下表面之间形成光学法布里玻罗空气干涉腔。当该形成的空气干涉腔环境压强变化时将引起所述膜片3形变，从而改变空气腔长度，由此，通过计算空气腔长度从而测量出压强的大小。

[0040] 其中，作为计算方法，首先，由以下公式描述光学干涉条纹强度I：

[0041] （1）

[0042] 上述公式中，E1与E2分别表示两束光波的电场强度，L代表空气腔物理长度，λ为光波长。在某待测条件下，空气腔物理长度L是一个固定数值的未知参数。公式1的余弦项中，当

[0043] （2）

[0044] 该余弦项取最大值，称为光学干涉相长现象。其中，N为正整数，称为干涉序数。当[0045]    （3）

[0046] 该余弦项取最小值，称为光学干涉相消现象。

[0047] 实际操作时，入射光为宽光谱范围的光波，光谱仪（用于测量对应波长下的光强度）接收并分析从该模块100反射的带有光干涉条纹的光谱。从光谱仪中，可以显示在若干已知波长上检测到干涉相长的现象，并在若干其它波长检测到干涉相消的现象。将光谱仪确定的波长，代入公式2与公式3，即可计算出空气腔物理长度L。在公式2与公式3中，未知参数仅为空气腔长度L与干涉序数N。因此，需选择如下光源，要求其光谱达到一定宽度，在光谱仪中可以看到两个相邻的干涉相长波峰，或两个相邻的干涉相消波谷，或相邻的干涉相长波峰和干涉相消波谷各一个。

[0048] 需要注意的是，由于所述空气干涉腔侧壁材料具有热胀冷缩效应，对压强测量产生串感，须对温度因素进行修正。该光学压强与温度一体化检测模块100中，凹槽底面与柱体1的另一抛光面（1R’面）之间形成光学固体干涉腔。由于光学晶体直径为毫米至厘米量级，机械强度极大，外界压力对其形状的影响可忽略不计，因此其光学腔长仅随温度变化而变化。通过测量该固体干涉腔的光学腔长，可以得出温度数据。

[0049] 具体计算方法参见以下公式4，

[0050] （4）

[0051] 其中，与分别为凹槽底面与柱体1另一抛光面（1R’面）的反射光的电场强度。L’为光学晶体1的物理长度，n为该光学晶体的折射率。与公式1的区别为，余弦项中包含光学晶体折射率n，而公式1中空气折射率为1。由于光热效应，晶体折射率n随温度变化。晶体物理长度L’也因热胀冷缩效应随温度变化。因此，公式4中余弦项可改写为，

[0052]   （5）

[0053] 其中，OPD又称为干涉光程差，是一个仅随温度变化的物理量。因此，公式4又可改写为，

[0054] （6）

[0055] 公式6的解算方法同公式1，参见上文。对传感器进行标定时，需在一确定压强下，将该光学压强和温度一体化探头放入温度循环系统，实测量温度对空气腔的影响数值。实际应用时，需在对应的温度下，使用这一差值对压强测量进行校正。

[0056] 由此可见，图1中示出的光学检测模块100实际上为一种压强与温度一体化测量模块。

[0057] 根据本发明，图1中所述光学透明晶体1的长度，可以从毫米至厘米量级，依实际情况设计。所述凹槽2的深度约几十至几百微米。

[0058] 图2为本发明具体实施方式的温度检测模块200的截面示意图。该温度检测模块200主要包括光学透明晶体1`和空气凹槽4。其中，光学透明晶体1`也为双面抛光的光学透明柱体状晶体，其抛光面由图2中2R与2R’标识，优选为圆柱体。在其中的一个抛光面上采用物理或化学方法制备出一个极浅空气凹槽4。该温度检测模块200整体结构上类似于图1中位于压强感应膜片3下方的光学透明晶体1与凹槽2组成的部分，只不过两者的主要区别在于，图2中所述空气凹槽4深度仅约若干纳米至几十纳米，而所述凹槽2的深度则约几十至几百微米，比所述凹槽4深得多（在后将详述）。同样的，如图2所示，该空气凹槽4的底面与所述光学透明晶体1`的另一抛光面2R’形成光学固体干涉腔，同理，由于光学晶体直径为毫米至厘米量级，机械强度极大，外界压力对其形状的影响可忽略不计，其光学腔长仅随温度变化。通过测算该固体干涉腔的光学腔长，可以得出温度数据（计算方法参考上述公式4 6）。
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[0059] 由此可见，和图1中示出的光学压强检测模块100不同，图2中示出的温度检测模块200仅具有作为测温模块功能。

[0060] 图3为本发明具体实施方式的分布式温度与压强一体化光学测量系统中使用的压强与温度检测模块级联方式示意图，在该具体实施方式中，示出的是诸如使用1块如图1所示的光学压强检测模块100和若干块如图2所示的温度检测模块200沿光轴方向级联而成的例子，图3中示出的是1块光学压强检测模块100和两块温度检测模块200级联方式的情形，本领域技术人员懂得，该具体实施方式仅仅是例示性的，就各模块的块数而言可以根据需要而可以任意设定。如图3所示，所采用的如图1所示的光学压强检测模块100具有压强测量功能，在级联时必须放置于顶端（图3中为最右侧）。各如图2所示的温度检测模块可使用材料键合（或激光焊接）的方式，依次连接。由于所述温度检测模块200的空气凹槽4很浅，仅若干纳米深度，远小于常用光源的波长，因此，该浅槽的上下两表面均可视为反射面，于其上产生的光学干涉效应几乎可忽略不计。由此，通过上述的级联方式，组成本发明的分布式温度与压强一体化光学测量系统，其实质上是由若干块带微加工结构（凹槽2、空气凹槽4）的光学晶体1、1`（柱体、优选圆柱体）依次级联而成，其中，光学晶体1、1`均充当了温度与压强传感器探头的作用。于其中，除最顶端光学压强检测模块100（图3中的最右侧）具备同时测量温度、压强的功能之外，其余各温度检测模块200仅作为测量温度的模块使用。

[0061] 在本发明的具体实施方式中，由于压强的联通特性，所以，在本发明传感器适用的工作场景中，无需额外的安排多个分布式压强探测点，只需一个压强探测点即可，所以，能够极大的降低测量成本和简化测量工序。

[0062] 根据本发明，所述光学晶体1和光学晶体1`可以采用相同的光学晶体，也可以采用不同的光学晶体，优选采用相同的光学晶体，这样大大简化级联时对光线的处理。作为光学晶体的材料，可以选择使用单晶晶体，也可以使用多晶晶体，优选均使用单晶晶体，作为两种光学晶体的尺寸，优选采用相同大小和形状的光学晶体，这样大大降低级联的难度，更优选均采用圆柱体形状，这样使得机械安装更加便捷，光学性能更加优秀。

[0063] 图4为本发明具体实施方式的分布式温度与压强一体化光学测量系统中加入了准直系统进行的准直光引入与导出的示意图。

[0064] 如图3、4所示，各功能模块（即光学压强检测模块100和温度检测模块200）级联后，传感器探头长度(主要为光学晶体1、1`级联的长度)可为几厘米至数十厘米，如此量级的长度会导致光波的损耗增加，为此，在本发明中，引入了准直系统对光源发出的光波进行导入，以确保光波低损耗。如图4所示，所述光源准直系统主要由准直套管5、光学透镜组（准直透镜组）6、和固定环7构成，所述光学透镜组6可以为两凸透镜，或凹/凸透镜组。该准直透镜组6将光束扩束准直后以小于0.05度的发散角沿传感器探头（光学晶体1、1`）主光轴导入级联结构中。光束经过准直后，由于发散角极小并且沿着光轴传播，因此，在所述分布式温度与压强一体化光学测量系统的光学晶体1、1`的垂直于光轴的各界面的反射光可沿原光路返回，从而进入如图5所示的分光镜9中，以进行后续处理。图4中箭头显示了光传播及反射方向，在该图4中，从左侧经过光源准直系统的光沿着光学晶体光轴向右传播，被光学晶体的垂直于光轴的各界面反射后沿光路返回。

[0065] 在本发明中，为实现光学准直系统与传感器主体探头（光学晶体1、1`）的主光轴的重合，使用准直套管5固定它们的相对位置。如需在超高温下使用，该准直套管5可使用高温陶瓷，超高温金属或晶体材料等等耐高温材质制成。另外，所述光学准直透镜组6的外径与该准直套管5内径的尺寸差异通过固定环7进行补偿，以将光学准直透镜组6牢固的沿着光轴进行固定。

[0066] 根据本发明，通过使用准直套管5及准直透镜组6组成的准直系统对光源射出的光波进行准直，可构建远程传感系统。因此，当本发明的作为传感器的分布式温度与压强一体化光学测量系统用于极端环境时，例如超高温，高压，强腐蚀环境时，可将作为传感器的核心探测部件的传感探头（光学晶体1、1`）置于该恶劣环境中，而将其它光学准直透镜等元件通过准直套管置于远程环境下的温和区域中，构建成为远程传感系统，从而实现对恶劣环境下的远程测量。

[0067] 图5（a）和图5（b）为本发明具体实施方式的分布式温度与压强一体化光学测量系统中加入了光线收发系统进行光线发出和接收的示意图。图5（a）为基于空间光的系统；图（5b）为基于光纤波导的光学系统。

[0068] 如图5（a）所示，在图5a中示出的为基于空间光的系统，作为光线收发系统的光线发出装置的光源8产生的光束，经过半透半反分光镜9进入准直系统的准直透镜组6，然后和图4中的光路一样，沿着光学晶体光轴向右传播，被光学晶体的垂直于光轴的各界面反射后沿光路返回。接着，从准直系统返回的反射光，经过该分光镜9被作为光线收发系统的光线接收装置的光谱仪10接收并进行分析。

[0069] 作为光谱仪对光线所做的所述分析，可以具体如下进行，对于空气腔形成的光学干涉，其空气腔的腔长根据上述公式1 3解算，对于光学晶体本身形成的光学干涉腔，其干~涉腔光学长度（OPD），根据公式4 6解算。完成各干涉腔光学长度的解调后，根据各腔长与压~
强或温度物理量的对应关系，计算得出相应的数值。因为该内容不属于本发明的重点，所以不对其进行展开说明。

[0070] 如图5（b）所示，在图（5b）中示出的为基于光纤波导的光学系统。其中，13表示光纤耦合的光源，14表示光环形器，15表示光纤耦合的光谱仪。在如图4所示的准直套管5中安装并固定一个光纤接头11，由该光纤接头11接入光纤12（图5b中示出的为光纤的尾纤），并使经由该光纤12射出的出射光与准直透镜组6（图4中示出、图5中的最右侧）的光轴以及传感器探头主光轴（如图3或4中的光学晶体的光轴）重合。光纤尾纤12链接至光环形器14中间端。光纤耦合的光源13发出的光波经过光环形器14之后，经由光纤12引入至本发明具体实施形态中的分布式温度与压强一体化光学测量系统的准直系统以及光学晶体探头，然后和图4中的光路一样，沿着光学晶体光轴向右传播，被光学晶体的垂直于光轴的各界面反射后沿光路返回。接着，从准直系统返回的反射光，逆向经过光纤12，再经过光环形器14，进入被作为光线收发系统的光线接收装置的光纤耦合的光谱仪15，完成接收并进行分析。

[0071] 对于光纤耦合的系统，各光学模块对压强或温度的解算，与前文空间光学系统所描述的计算方法相同。换言之，作为光谱仪对光线所做的所述分析，可以具体如下进行，对于空气腔形成的光学干涉，其空气腔的腔长根据上述公式1 3解算，对于光学晶体本身形成~的光学干涉腔，其干涉腔光学长度（OPD），根据公式4 6解算。完成各干涉腔光学长度的解调~
后，根据各腔长与压强或温度物理量的对应关系，计算得出相应的数值。因为该内容不属于本发明的重点，所以也不对其进行展开说明。

[0072] 根据本发明，结合了光学晶体耐高温的特性，以及光学准直系统可低损耗远程引入光的特点，将块体的单晶光学晶体级联形成分布式的温度、压强传感探头。其中，每个光学晶体表面都进行加工并形成反射面，因此各光学晶体都可作为基于光干涉原理的传感探头。在极端环境下，探头被安装于高温高压区域，光学准直系统将光源远程引入传感探头中，如此可将光源和准直透镜组（或其它光准直结构）安装在条件温和的区域，保证在系统整体在极端环境下的长期稳定性。

[0073] 综上所述，通过具体实施方式对本发明作出了详细的描述，然而，本领域技术人员懂得，可以在本发明内容的基础上作出各种修饰和变更，只要不脱离本发明宗旨和精神，所作出的这些修饰和变更均应当落入本发明的保护范围之内，本发明的保护范围由所附权利要求限定。