CN117928477A - 基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪及沉降测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，包括多个结构相同且串联的光纤光栅静力水准结构，其中每个光纤光栅静力水准结构的上腔中包括两个呈星状交叉、且等强度的水平梁；每个水平梁的两侧对称设置两个光纤光栅，其中一个光纤光栅置于水平梁的上表面，另一个光纤光栅置于水平梁的下表面；四个光纤光栅距离星状交叉点的距离相同。本发明采用星交形架构的光纤光栅，两对光栅分布在四个方向，即使在发生倾斜的时候也能实现温度补偿功能，而且能够根据计算的温度补偿系数的值确定倾斜方向，进一步地可以计算出各个测点的沉降情况。

Description

基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪及沉降测定方法

技术领域

本发明涉及，尤其涉及一种基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪及沉降测定方法。

背景技术

光纤光栅传感技术是利用光栅在外界因素影响下发生波长漂移，实现准分布传感和测量的技术。作为一种新型的无源传感元件，光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、高可靠性高测量精度以及很强的串联组网能力等优点。因此光纤光栅传感器在电力系统、自然资源开采以及水利工程中发挥着重要作用。

桥梁、隧道、堤坝等工程结构在受到外界因素或自然条件影响时，可能会发生变形现象。其中，竖直方向上的挠度变化是一个重要的指标，它反映了结构在竖直方向上受力分布的不均衡情况。这种变化可能对工程结构的安全性和可靠性造成不利影响。

为了监测结构在竖直方向上的位移，目前主要采用静力水准仪。静力水准仪由液缸、浮筒、敏感器等组成，可以用来测量参考点与测试点之间在竖直方向上的相对位移。传统的静力水准仪采用了称重式、电容式和压力式等电子传感器，但在某些情况下，由于抗电磁干扰能力差、长期稳定性差、信号传输距离受限等问题，使用受到限制。

为了克服这些问题，光纤光栅静力水准仪应运而生。这种技术利用了光纤光栅传感器，通过浮筒式的设计，使浮筒通过定滑轮传递力并改变方向。当浮筒上的金属片被拉伸时，附着在其上的光栅的波长会发生变化，从而可以检测液面的变化。虽然这种方法在一定程度上解决了问题，但定滑轮机构的摩擦会影响测量的精度和重复性。同时，由于未进行温度补偿，温度变化可能会对测量结果造成较大影响。

另一种光纤光栅静力水准仪采用了浮筒式双光栅结构。在这种设计中，浮筒通过浮力作用于等强度梁，而梁上粘贴的光栅会在应变变化时发生变化，进而引起波长的漂移。这种双光栅结构具有温度补偿功能，可以一定程度上减少温度变化对测量结果的影响。然而，由于等强度梁材料的局限性，其应变变化受到限制，因此波长变化幅度有限，导致了测量灵敏度的不高，同时若上腔在测定的过程中发生倾斜，温度补偿就会受到相当大的影响。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种结构简单、灵敏度高，且可以进行温度补偿，并能够确定倾斜的方向的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪及沉降测定方法。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，包括多个结构相同且串联的光纤光栅静力水准结构，其中每个光纤光栅静力水准结构的上腔中包括两个呈星状交叉、且等强度的水平梁；每个水平梁的两侧对称设置两个光纤光栅，其中一个光纤光栅置于水平梁的上表面，另一个光纤光栅置于水平梁的下表面；四个光纤光栅距离星状交叉点的距离相同。

接上述技术方案，置于水平梁的上表面的光纤光栅为应变光栅，置于水平梁的下表面的光纤光栅为温度光栅，两者中心波长不同；或者反之。

接上述技术方案，每个光纤光栅静力水准结构的下腔中均设有浮筒，浮筒下表面呈凸起状，浮筒上表面通过固定件与上腔的两个水平梁的星状交叉点连接，且下腔外表面沿竖直方向固定液位指示线。

接上述技术方案，多个光纤光栅静力水准结构的上腔通过通气阀连通，下腔通过通液阀连通。

接上述技术方案，光纤光栅静力水准结构的通液阀通过输液管与相邻光纤光栅静力水准结构的下腔连通；通气阀通过导气管与相邻光纤光栅静力水准结构的上腔连通。

接上述技术方案，两个呈星状交叉、且等强度的水平梁为一体化结构。

接上述技术方案，每根水平梁的两侧宽度大于中间宽度。

本发明还提供一种基于上述技术方案所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪的沉降测定方法，包括以下步骤：

根据获取的四个光纤光栅的波长计算波长变化量，分别计算同一等强度水平梁上两个光纤光栅波长变化量的比值，作为该等强度水平梁方向上的温度补偿系数k，并根据该温度补偿系数的值确定倾斜方向；

选取倾斜方向上的一对光纤光栅，根据该对光纤光栅的波长变化量及预先计算的沉降系数计算在竖直方向上的沉降。

接上述技术方案，在竖直方向上的沉降计算公式如下所示：

上式中，L为沉降值，λ₁为第一光纤光栅的波长，λ₁₀为第一光纤光栅的初始波长，λ₂为第二光纤光栅的波长，λ₂₀为第二光纤光栅的初始波长，k为温度补偿系数，k_ε1为第一沉降系数，k_ε2为第二沉降系数，k_ε1和k_ε2的大小在实际使用前进行实验标定。

接上述技术方案，置于其上的西侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₁，东侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₂；另一根为南北方向，北侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₃，东侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₄，则：

若k₁＝k₂＝1，则未发生倾斜；

若k₁＝1，k₂≠1，则南北方向发生倾斜，选取南北方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₁≠1，k₂＝1，则东西方向发生倾斜，选取东西方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₁＞k₂＞1，则西北偏西方向发生倾斜，选取东西方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₂＞k₁＞1，则西北偏北方向发生倾斜，选取南北方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；其余方向同理。

本发明产生的有益效果是：本发明采用星交形架构的光纤光栅，两对光栅分布在四个方向，即使在发生倾斜的时候也能实现温度补偿功能，而且能够根据计算的温度补偿系数的值确定倾斜方向，进一步地可以计算出各个测点的沉降情况；此外，本发明的光纤光栅静力水准仪的星状交叉创新结构使其具有测量精度高、安全可靠、耐腐蚀等优点，并可方便的与其他类型光纤光栅传感器组网使用。

进一步地，水平梁上设置了温度和应变两种光纤光栅，实现了应变测量和温度测量的一体化；且可以同时获取结构物体的变形信息和温度分布信息，从而更全面地了解结构的状态；测量准确性提高，通过测量温度可以更准确地校正应变数据，提高整体测量的准确性；节省成本和空间，使用一体化的传感系统可以节省安装和维护的成本，同时减少对结构的影响，而且只需安装一个设备而不是分别安装应变和温度传感器，可以节省空间。

进一步地，每根水平梁的两侧宽度大于中间宽度，这种结构有助于在整个梁的长度上均匀分布载荷，防止局部强度不足的情况，确保梁在整个结构中具有均匀的强度，可以提高整体结构的稳定性和安全性，同时也可以使结构设计和分析更加简化，减少了复杂性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪的结构示意图；

图2是本发明实施例基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪的一个剖面图；

图3是本发明实施例上腔中星交架形等强度梁和光纤光栅的结构示意图；

图4中左图是上腔水平放置的示意图，右图是上腔发生倾斜的示意图；

附图中：1-出纤管，2-上腔，3-通气阀，4-下腔，5-液位指示线，6-底座，7-通液阀，8-等强度梁一，9-光纤光栅一，10-光纤光栅二，11-螺栓，12-螺孔，13-浮筒，14-等强度梁二，15-光纤光栅三，16-光纤光栅四。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，因此图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在本发明中，还需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”仅用于描述和区分目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明利用光纤光栅作为传感器来测定沉降的装置，其结构简单、灵敏度高，星交架构架能够保证即使上腔在倾斜的情况下也可以进行温度补偿，而且能够确定倾斜的方向。

如图1所示，本发明实施例基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪利用多个方向的光纤光栅作为传感器，其包括若干个结构相同并且串联连接的光纤光栅静力水准结构，相邻光纤光栅静力水准结构的下腔4之间通过通液阀7(如通液三通阀)进行连通。上腔2之间通过通气阀3(如通气三通阀)进行连通，通气阀3通过导气管将各个光纤光栅静力水准结构连通。每个光纤光栅静力水准结构可为圆柱腔状，分为上腔2和下腔4，在上腔2中，沿直径方向固定等强度梁一8和等强度梁二14，等强度梁一8和等强度梁二14的材料、结构、尺寸相同且对称设置，等强度梁一8和梁二的中部固定连接。其中等强度梁一8左侧和等强度梁二14上侧的上表面粘贴光纤光栅一9(应变光栅)和光纤光栅三15(温度光栅)，等强度梁一8右侧和等强度梁二14下侧的下表面粘贴光纤光栅二10(应变光栅)和光纤光栅四16(温度光栅)，两个梁呈星形状交叉；下腔4中设有浮筒13，位于星形交叉点的正下方。浮筒13下表面呈凸起状，浮筒13底部通过凸起状和液体充分接触，保证了浮筒13能够充分受到浮力作用，浮筒13是由密度较小且具有一定强度的材料制作而成，上腔2与浮筒13通过螺栓11进行连接。如图4所示，星交形架构的等强度梁与表面粘贴的光纤光栅，保证了即使上腔2在倾斜的情况下也能够进行温度补偿，而且能够确定倾斜的方向。上表面具有连接孔(如螺孔12)，可通过连接件(如螺栓11)与上腔2连接，下腔4外表面沿竖直方向固定液位指示线5。通过连接件连接对浮筒13可进行水平限位，使浮筒13位于下腔4的中部。

该水准仪底部还设有底座6，主要用于增加仪器的稳定性和抗震性方面。底部设计采用较重的材料，有助于降低仪器的重心，使其更加稳定，防止仪器在测量过程中因为外部干扰而发生晃动或倾斜；还可以降低振动传递，重型底部具有较大的惯性，当仪器收到外部震动时，底部的质量可以减缓振动传递到上部的速度，有助于保持仪器的相对稳定；此外，重型底部的设计可以使仪器更好地适应不平坦或不稳定的地面，减少因为地面不平而引起的测量误差。

进一步地，上腔2还包括两个出纤管1，光纤光栅一9、光纤光栅二10、光纤光栅三15和光纤光栅四16在其中串接通过位于上腔2侧方的两个出纤管1与外部检测仪器连接。

液体通过通液阀7从一个光纤光栅静力水准结构流入另一个。当液体在下腔4内上升至特定高度时，浮筒13的部分会逐渐浸入液体中，受到向上的浮力作用。一旦浮力超过浮筒13自身重力，浮筒13开始上升，对两个等强度梁施加力。在此作用下，等强度梁一8和等强度梁二14会向上产生挠度变化。光纤光栅一9由于粘附在等强度梁一8左侧的上表面，因而被压缩，产生负应变，反射的波长会变短。光纤光栅二10则粘附在等强度梁一8右侧的下表面，被拉伸，产生正应变，光纤光栅二10的反射波长会变长。同时，两个光纤光栅的波长也会受周围环境温度影响，但当两个光纤光栅的波长变化量相减时，可以消除温度变化的影响，实现光纤光栅静力水准结构的自动温度补偿作用。这一相减的结果同时增大了光纤光栅静力水准结构的灵敏度，提高了测量的精度。

进一步地，如图2所示，浮筒13下表面为凸起状，增大了与液体接触面积，从而保证能够更好的受到浮力作用。

多个光纤光栅静力水准结构通过通液阀7以及通气阀3串联并形成连通器，所有光纤光栅静力水准结构内的液面保持平行。当其中任意一个光纤光栅静力水准结构所在的检测点发生竖直方向上的位移变化时，各个光纤光栅静力水准结构内的液面仍保持同一水平。但该检测点的光纤光栅静力水准结构内的液体深度发生变化，导致光纤光栅静力水准结构内浮筒13所受的浮力发生改变。这会影响作用在等强度梁一8和等强度梁二14上的力，从而导致等强度梁发生相应的变形，其表面的应变也相应变化。在上腔2水平放置时，如图4左图，粘贴在表面的光纤光栅一9和光纤光栅二10也会同步发生应变变化，根据光纤光栅传感的原理，光纤光栅一9和光纤光栅二10的波长会发生漂移。由于光纤光栅一9粘贴在等强度梁一8的上表面，而光纤光栅二10粘贴在等强度梁一8的下表面，因此在等强度梁一8和等强度梁二14发生变形时，一个光纤光栅会受到拉伸，波长变长；另一个光纤光栅会受到压缩，波长变短。由于它们处于同一温度环境中，因此温度对它们的影响相同。将光纤光栅一9和光纤光栅二10的波长变化量相减，既可以消除温度变化的影响，实现温度补偿，又可以放大应变大小，提高灵敏度。而上腔2在测量过程中发生倾斜时，如图4右图，此时等强度梁一8两侧的光纤光栅波长变化量此时不会同步，较低的一端此时受到的应变会更大，即光纤光栅一9的波长变化量大于光纤光栅二10波长的变化量，此时若将两个光纤光栅的波长变化量直接相减，则会导致计算结果发生偏差，或者在没有发生实际的沉降情况下，由于光纤光栅的受力不均，也会导致计算错误而误以为发生沉降，且因为光纤光栅的高灵敏度，当上腔2稍微发生倾斜时，就可能造成光纤光栅一9和光纤光栅二10的波长变化量不同，等强度的星交形架构可以很好的解决这个问题。

如图3所示，星交形架构(也即十字形架构)，解决上腔2倾斜时仍能进行温度补偿的简单原理如下：

当上腔2发生水平倾斜时，假设发生如图4右图的倾斜情况，此时光纤光栅一9的波长变化量大于光纤光栅二10的波长变化量，而光纤光栅三15和光纤光栅四16的波长变化量仍然相等，此时选取光纤光栅一9和光纤光栅二10的波长变换量进行计算则仍然可以进行温度补偿，同理若上腔2竖直方向倾斜，则可以选取光纤光栅三15和光纤光栅四16的波长变化量进行计算。

更复杂的情况，若发生了其余方向的倾斜，则可以引入补偿系数k进行计算。假设发生了西北方向的倾斜(这里假设以上为北)，则光纤光栅一9和光纤光栅三15的波长变化量要大于光纤光栅二10、光纤光栅四16的波长变化量，假设光纤光栅一9的波长变化量为Δλ₁，光纤光栅二10的波长变化量为Δλ₂，光纤光栅三15的波长变化量为Δλ₃，光纤光栅四16的波长变化量为Δλ₄，则Δλ₁≥Δλ₂，Δλ₃≥Δλ₄。由于所有的光纤光栅同处于一个温度环境下，因此温度对其的影响相同，则Δλ₁与Δλ₂，Δλ₃与Δλ₄成正比关系，定义补偿系数k：

显然，当上腔2水平放置时，k₁＝k₂＝1；当上腔2发生水平或者竖直方向倾斜时，k₂＝1或k₁＝1；若发生其余方向的倾斜，则k₁与k₂都不为1，补偿系数需要根据实际中的悬梁材料、光纤光栅材料以及其它因素考虑，需要根据实际的数据进行计算。由于沉降监测是一个长期的过程，中心波长也会随着环境的温度呈现出周期性变化，为了提高补偿系数计算的精确性，可以选取每个光纤光栅在一个周期内的波峰值与波谷值作差得到一个波长变化量，然后多个周期取平均值。引入补偿系数还可以提高结果的精确性，假设上腔2水平放置，但是由于某些其它因素导致波长变化量不相同，也可以通过温度补偿系数进行修正处理，除此之外，根据计算温度补偿系数k的大小，也能确定上腔2的倾斜方向，有助于及时发现问题并解决。

本发明一实施例基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪的沉降测定方法包括以下步骤：

S1、根据获取的四个光纤光栅的波长计算波长变化量，分别计算同一等强度水平梁上两个光纤光栅波长变化量的比值，作为该等强度水平梁方向上的温度补偿系数k，并根据该温度补偿系数的值确定倾斜方向；

S2、选取倾斜方向上的一对光纤光栅，根据该对光纤光栅的波长变化量及预先计算的沉降系数计算在竖直方向上的沉降。

其中，在竖直方向上的沉降计算公式如下所示：

上式中，L为沉降值，λ₁为第一光纤光栅的波长，λ₁₀为第一光纤光栅的初始波长，λ₂为第二光纤光栅的波长，λ₂₀为第二光纤光栅的初始波长，k为温度补偿系数，k_ε1为第一沉降系数，k_ε2为第二沉降系数，k_ε1和k_ε2的大小在实际使用前进行实验标定。

若等强度梁一8的方向为东西方向，置于其上的西侧光纤光栅一9的波长变化量为Δλ₁，东侧光纤光栅二10的波长变化量为Δλ₂；等强度梁二14为南北方向，北侧光纤光栅三15的波长变化量为Δλ₃，南侧光纤光栅四16的波长变化量为Δλ₄，则：

若k₁＝k₂＝1，则未发生倾斜；

若k₁＝1，k₂≠1，则南北方向发生倾斜，选取等强度梁二14上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₁≠1，k₂＝1，则东西方向发生倾斜，选取等强度梁一8上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₁＞k₂＞1，则西北偏西方向发生倾斜，选取等强度梁一8上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₂＞k₁＞1，则西北偏北方向发生倾斜，选取等强度梁二14上的一对光纤光栅参与沉降计算；

其余方向同理。

可见，本发明的光纤光栅静力水准仪具有测量精度高、安全可靠、耐腐蚀等优点，并可方便的与其他类型光纤光栅传感器组网使用；采用星交形架构的光纤光栅，即使在发生倾斜的时候也能实现温度补偿功能，而且能够确定倾斜方向；获取数据量大，经过数据后处理能直观的反应各个测点的沉降情况；差动式和星交架结构相结合，保证了测量准确性的同时大大提高了测量的灵敏度。

同样地，光纤光栅三15和光纤光栅四16也会经历类似的变化，结合之前星交形架构温度补偿的原理，引入补偿系数k，该系数不但能够在上腔倾斜时进行正确的温补提高准确度，而且它的大小也能够确定上腔倾斜的方向，从而便于后续的处理。因此，当多个光纤光栅静力水准结构串联时，各自内部的液面都保持在同一水平线上。若其中某个光纤光栅静力水准结构所在的测量点发生沉降，该装置内的液体深度增加，浮筒浮力增大，光纤光栅的波长发生变化。而其他光纤光栅静力水准结构的液体深度不变，保持在同一水平线上，成功测量了待测点的竖直位移变化。

本发明使用光纤光栅作为静力水准仪的关键传感元件，发挥了其抗干扰能力强、传感测量精度高、耐腐蚀等优点，并可方便与其他类型光栅传感器组网使用；浮筒的下表面呈凸起状，而非大平面接触，有利于浮筒接受浮力的作用；采用星交形等强度梁架构，即使在上腔倾斜时也能够实现温度补偿作用，而且还能反应倾斜的方向；采用星交架与差动式结构的组合，保证了测量准确性的同时大大提高了测量的灵敏度。本发明实施例差动式光纤静力水准仪能够测量待测点在竖直方向的位移，在桥梁、高层建筑、隧道以及地铁等监测中有着巨大的应用潜力。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，其特征在于，包括多个结构相同且串联的光纤光栅静力水准结构，其中每个光纤光栅静力水准结构的上腔中包括两个呈星状交叉、且等强度的水平梁；每个水平梁的两侧对称设置两个光纤光栅，其中一个光纤光栅置于水平梁的上表面，另一个光纤光栅置于水平梁的下表面；四个光纤光栅距离星状交叉点的距离相同。

2.根据权利要求1所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，其特征在于，置于水平梁的上表面的光纤光栅为应变光栅，置于水平梁的下表面的光纤光栅为温度光栅，两者中心波长不同；或者反之。

3.根据权利要求1所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，其特征在于，每个光纤光栅静力水准结构的下腔中均设有浮筒，浮筒下表面呈凸起状，浮筒上表面通过固定件与上腔的两个水平梁的星状交叉点连接，且下腔外表面沿竖直方向固定液位指示线。

4.根据权利要求1所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，其特征在于，多个光纤光栅静力水准结构的上腔通过通气阀连通，下腔通过通液阀连通。

5.根据权利要求3所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，其特征在于，光纤光栅静力水准结构的通液阀通过输液管与相邻光纤光栅静力水准结构的下腔连通；通气阀通过导气管与相邻光纤光栅静力水准结构的上腔连通。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，其特征在于，两个呈星状交叉、且等强度的水平梁为一体化结构。

7.根据权利要求6所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪，其特征在于，每根水平梁的两侧宽度大于中间宽度。

8.一种基于权利要求1所述的基于星交架结构的光纤光栅静力水准仪的沉降测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据获取的四个光纤光栅的波长计算波长变化量，分别计算同一等强度水平梁上两个光纤光栅波长变化量的比值，作为该等强度水平梁方向上的温度补偿系数k，并根据该温度补偿系数的值确定倾斜方向；

选取倾斜方向上的一对光纤光栅，根据该对光纤光栅的波长变化量及预先计算的沉降系数计算在竖直方向上的沉降。

9.根据权利要求8所述的沉降测定方法，其特征在于，在竖直方向上的沉降计算公式如下所示：

上式中，L为沉降值，λ₁为第一光纤光栅的波长，λ₁₀为第一光纤光栅的初始波长，λ₂为第二光纤光栅的波长，λ₂₀为第二光纤光栅的初始波长，k为温度补偿系数，k_ε1为第一沉降系数，k_ε2为第二沉降系数，k_ε1和k_ε2的大小在实际使用前进行实验标定。

10.根据权利要求8所述的沉降测定方法，其特征在于，若一根水平梁的方向为东西方向，置于其上的西侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₁，东侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₂；另一根为南北方向，北侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₃，东侧光纤光栅的波长变化量为Δλ₄，则：

若k₁＝k₂＝1，则未发生倾斜；

若k₁＝1，k₂≠1，则南北方向发生倾斜，选取南北方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₁≠1，k₂＝1，则东西方向发生倾斜，选取东西方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₁＞k₂＞1，则西北偏西方向发生倾斜，选取东西方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；

若k₂＞k₁＞1，则西北偏北方向发生倾斜，选取南北方向水平梁上的一对光纤光栅参与沉降计算；

其余方向同理。