感栅7的敏感段9长度为中右敏感栅5的敏感段 9的一半），横向上右三敏感栅7的敏感段9布置较密（实际上图2中右三敏感栅7的敏感 段9的段数为中右敏感栅5的敏感段9的段数的3/2倍），以及右三敏感栅7的引脚8-11 和8-12布置于右三敏感栅7左侧，其目的均在于尽量缩小右三敏感栅7中心到应变片右侧 边缘的距离，以便于进一步发挥上述优势。同样，左三敏感栅2、中左敏感栅4和右一敏感 栅6可配合计算左三敏感栅2中心位置的应变轴向一阶偏导数；通过缩短左三敏感栅2的 敏感段9的长度加大横向上布置的密度，并将左三敏感栅2的引脚布置与该敏感栅的右侧， 尽量缩小左三敏感栅2中心到应变片左侧边缘的距离。上述右三敏感栅7的中心位置的应 变轴向一阶偏导和左三敏感栅2中心位置的应变轴向一阶偏导数可以同时测量。
[0064] 将本实施例配合电桥可用于测量应变、应变轴向一阶偏导，假设电桥输入电压为 U1、输出电压为Uci，测量电桥的示意图见图3。在无工件应变作用时，电桥各桥臂电阻依顺时 针方向分别标记为&、R 2、R3、R4，在不会混淆的情况下也用这些符号标记电阻所在电桥。每 个电桥上可以安放应变片的敏感栅或者电阻。与一般的应变片布置相同，如果在多个桥臂 上安置敏感栅，对各安置位置的次序、应变有定性的要求。无工件应变作用时，电桥的输出 电压公式为
[0066] 此时，要求电桥平衡也就是u。= 0,于是必须满足所谓电桥平衡条件R W3-R2R4 = 〇,采用的电桥进一步满足
[0067] R1= R2= R3= R 4,（6)因为，第一，满足条件（6)时，根据有关理论应变片灵敏度 最高；第二，测量应变或者应变轴向偏导的方法均要求条件（6)成立。当应变片随外界应变 也发生应变时，上述电桥平衡条件一般不再成立，此时
[0069] 由于AR' < R1Q = 1，2,3,4)故第一个~成立，第二个~当AR1-ARg 八私-八心同号或者异号但I AR1-AR2I与I AR3-AR4I不十分接近时成立，在工程上合理选 择应变片安置位置完全可以实现。一般可用式（7)获取的电压测量应变；对应变轴向偏导 可结合式（4)和式（7)，合理地设计安排各桥臂敏感栅和电阻，例如桥臂&布置中右敏感栅 5,桥臂R 2串联布置右三敏感栅7和左一敏感栅3,其余桥臂配置等值电阻，可获得与右三敏 感栅7中心处应变轴向一阶偏导呈线性关系的电压值U ci，该电压为微弱信号需进行放大。
【主权项】
1. 一种可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅全桥三叉指金属应 变片，包括基底，其特征在于：所述金属应变片还包括六个敏感栅，每个敏感栅的两端分别 连接一根引脚，所述基底上固定所述六个敏感栅； 每一敏感栅包括敏感段和过渡段，所述敏感段的两端为过渡段，所述敏感段呈细长条 形，所述过渡段呈粗短形，所述敏感段的电阻远大于所述过渡段的电阻，相同应变状态下所 述敏感段的电阻变化值远大于所述过渡段的电阻变化值，所述过渡段的电阻变化值接近于 0 ； 每个敏感段的所有横截面形心构成敏感段轴线，该敏感段轴线为一条直线段，所述六 个敏感栅中各敏感段的轴线平行并且位于同一平面中，敏感段轴线所确定平面内，沿所述 敏感段轴线方向即轴向，与轴向垂直的方向为横向；每个敏感段上存在其两侧电阻值相等 的一个横截面，取该截面形心位置并以该敏感段电阻值为名义质量构成所在敏感段的名义 质点，各个敏感段的名义质点共同形成的质心位置为敏感栅的中心； 六个敏感栅中心之间在横向上无偏差，在轴向上有偏差；六个敏感栅按敏感栅中心位 置的顺序，沿轴向从左至右依次为左三敏感栅、左一敏感栅、中左敏感栅、中右敏感栅、右一 敏感栅和右三敏感栅；左三敏感栅中心与中左敏感栅中心之间距离为AXl，中左敏感栅中 心与右一敏感栅中心之间距离也为AXl;左一敏感栅中心与中右敏感栅中心之间距离为 Ax2，中右敏感栅中心与右三敏感栅中心之间距离也为Δχ2;左三敏感栅中心与左一敏感 栅中心的距离为Δχ3，中左敏感栅中心与中右敏感栅中心的距离为Δχ4，右一敏感栅中心 与右三敏感栅中心之间距离为Δχ5，并满足Δχ4-Δχ3=Δχ5-Δχ4=Δχ2-Δχ1; 各敏感段轴线所确定平面上，左边左三敏感栅与左一敏感栅之间呈叉指布置，中部中 左敏感栅与中右敏感栅之间呈叉指布置，右边右三敏感栅与右一敏感栅之间呈叉指布置， 无其他敏感栅之间的叉指布置； 左三敏感栅、左一敏感栅、中左敏感栅、中右敏感栅、右一敏感栅和右三敏感栅的敏感 段总电阻呈3 :1 :4 :4 :1 :3的比例关系，左三敏感栅、左一敏感栅、中左敏感栅、中右敏感 栅、右一敏感栅和右三敏感栅的敏感段在相同的应变下敏感段的总电阻变化值也呈3 :1 : 4 :4 :1 :3的比例关系。2. 如权利要求1所述的可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅全 桥三叉指金属应变片，其特征在于：每个敏感段的所有横截面形状尺寸一致，取每个敏感段 的轴线中点位置并以该敏感段电阻值为名义质量构成所在敏感段的名义质点，所述左三敏 感栅、左一敏感栅、中左敏感栅、中右敏感栅、右一敏感栅和右三敏感栅的敏感段总长度呈 3 :1 :4 :4 :1 :3的比例关系。3. 如权利要求1或2所述的可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅 全桥三叉指金属应变片，其特征在于：所述左三敏感栅的两个引脚均位于该敏感栅的右侧， 而右三敏感栅的两个引脚均位于该敏感栅的左侧。4. 如权利要求1或2所述的可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅 全桥三叉指金属应变片，其特征在于：相对中敏感栅，右三敏感栅和左三敏感栅的敏感段轴 向长度可较短而横向分布可较密。5. 如权利要求1或2所述的可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅 全桥三叉指金属应变片，其特征在于：所述金属应变片还包括盖片，所述盖片覆盖于所述敏 感栅和基底上。6. 如权利要求1或2所述的可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅 全桥三叉指金属应变片，其特征在于：所述敏感栅为丝式、箱式、薄膜式或厚膜式敏感栅。7. 如权利要求1或2所述的可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅 全桥三叉指金属应变片，其特征在于：所述基底为胶膜基底、玻璃纤维基底、石棉基底、金属 基底或临时基底。8. 如权利要求1或2所述的可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅 全桥三叉指金属应变片，其特征在于：所述六个敏感栅左、中、右布置在基底上。
【专利摘要】一种可测量双侧偏置敏感栅中心轴向偏导的轴向分布六敏感栅全桥三叉指金属应变片，包括基底和固定其上的六个敏感栅，每一敏感栅包括敏感段和过渡段，所有敏感段的轴线呈同一平面内的平行直线；该平面内，沿敏感段轴线方向即轴向，与轴向垂直的方向为横向；各敏感栅中心之间横向无偏差轴向有偏差，各敏感栅按其中心位置沿轴向从左至右为左三敏感栅、左一敏感栅、中左敏感栅、中右敏感栅、右一敏感栅和右三敏感栅；左边、中部和右边两个敏感栅之间分别呈叉指布置，各敏感栅在相同应变下总电阻变化值呈3：1：4：4：1：3。本发明可同时测量左三敏感栅和右三敏感栅中心位置的轴向一阶偏导。
【IPC分类】G01B7/16
【公开号】CN105318829
【申请号】CN201510883276
【发明人】张端
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年12月4日