02处检测到的应变取决于所施加的力的大小以及该力沿梁的位置两者以及施加到梁的任何附加力矩。因为所施加的力F的位置会变化，如图1A-1C中所示，标准弯梁应变传感器102具有对负载或力的位置114的非均匀响应。在下文更具体地描述凝胶的进一步操作和功能。
[0048]图2示出了根据一个实施例的包括一个应变仪的标准弯梁应变传感器102的电路图。应变仪Si和一个恒定电阻器如下所示被连接；该配置通常被称为半桥。电阻器札被选择为几乎等于标准弯梁应变传感器102的电阻，使得输出电压ν-通常位于V+和V_两者的中间。当如图1B所示将力施加到梁时，梁弯曲并且在标准弯梁应变传感器102处产生应变，这继而改变标准弯梁应变传感器102的电阻并且因此改变输出电压Vwt。
[0049]图1D示出了一个实施例中的包括一个应变仪的标准弯梁应变传感器102的电路图。应变仪SI和三个恒定电阻器R连接成完整的惠斯通电桥。当施加电压供给Vin时，产生输出电压Vwt。当梁弯曲时，产生了改变标准弯梁应变传感器102的电阻并且改变输出电压Vtjut的应变。
[0050]图1E示出了另一个实施例中的包括四个应变仪的标准弯梁应变传感器的电路图。标准弯梁应变传感器可包括以完整的惠斯通电桥来电连接的四个应变仪S1A、S1B、S2A和S2B。应变仪如图1E中所示进行布置。应变传感器协同定位，使得SlA和SlB检测平行于X轴的应变而S2A和S2B检测由平行于X轴的应变所生成的泊松应变。另外，当施加电压供给Vin时，生成输出电压V wt。
[0051]图3A示出了一个实施例中的包括用于负载测量的梁的一侧上的至少两个应变仪的力矩补偿弯梁传感器的侧视图。力矩补偿弯梁传感器使用该至少两个应变仪差分地减去任何所施加的力矩。图3B示出了一个实施例中的包括两个应变仪的力矩补偿弯梁传感器的顶视图。图3C示出了另一个实施例中的包括两对应变仪或四个应变仪的力矩补偿弯梁传感器的顶视图。
[0052]如图3A-3C所示，第一应变仪302或一对应变仪302A-B被置于沿其被标记为X轴的轴向轴取向的梁基座304或梁306的根部处或附近，第二应变仪316或一对应变仪316A-B被置于也沿梁的轴取向的梁306的自由端312附近。对应变仪302和316或302A-B和316A-B进行取向，使得它们沿X轴对应变作出响应。第二应变仪或第二对应变仪可比梁306和平板308之间的支撑件或连接件310更靠近梁基座304或梁的根部。更具体地，第二应变仪316的中心可比梁306和平板308之间的支撑件或连接件310的中心更靠近梁的基座。注意，梁在其自由端312附近弯曲，使得自由端312在所施加的力F的作用下在梁基座304处与梁的端部成角度。
[0053]在某些实施例中，支撑件或连接件310可为粘弹性聚合物诸如凝胶。术语“凝胶”可指连接梁和平板的任何适合可变形物质。在一些实施例中，粘合剂可用于替代凝胶或者除了凝胶之外还可使用粘合剂。在其他实施例中，可遗漏该凝胶。在另外的实施例中，机械紧固件可将梁和平板附连。
[0054]在图3A中，梁306被示出为被附接到刚性支撑件320。在另选的实施例中，刚性支撑件320可由柔性支撑件332替代，诸如图3D和3E中所示。梁可通过紧固件332被加紧至或焊接至柔性支撑件332。柔性支撑件332可基本上比梁306更坚硬。
[0055]在另一个实施例中，如图3D中所示，梁基座304附近的梁端部可通过对梁进行加厚来形成。例如，梁的厚度可显著地变化(1.5x到5x的厚度)以产生硬度变化。如图3E所示，朝端部方向，梁可不进行任何加厚处理。
[0056]在又一个实施例中，可改变梁宽度从而产生硬度变化。在再一实施例中，梁厚度变化、梁硬度变化、梁宽度变化的任何组合也可以产生比梁显著更硬的端部。在另一个实施例中，梁可具有被连接到柔性支撑件或刚性支撑件的两个端部。在又一个实施例中，梁的两个端部可具有梁厚度变化、梁硬度变化、梁宽度变化的组合，这可产生比梁明显更硬的两个端部。
[0057]梁可在两个应变仪302和316之间具有均匀厚度。作为另外一种选择，梁的厚度或宽度可在两个应变仪之间变化。从数学上讲，两个应变仪302和316之间的曲率在所施加的负载或力下具有零的二阶导数。一般来讲，在操作期间，在两个应变仪之间未施加外部负载或力。
[0058]在一个实施例中，两个应变仪302和316被电连接为惠斯通电桥中的一个臂(参见图4)。施加到弯梁的自由端的力将引起沿梁的长度变化的力矩。这将引起两个应变仪处的电阻的不同量值的变化并且使得半个惠斯通电桥的输出发生变化。该输出为来自两个应变仪302和316的差分输出。在另选的实施例中，应变仪可被连接到独立的半桥。可使用模拟或数字电路来去除来自这些独立电桥的信号。在一些情况下，可能有必要在去除之前对每个信号施加独立的缩放。
[0059]用于力矩补偿弯梁传感器的输出电压为来自两个应变仪302(S1)和316(S2)的输出的差分信号。在应变仪302处，
[0060]M1=F(L-Xfa)等式(I)
[0061]S1=M1V^EI等式(2)
[0062]ClR1=RGe1等式(3)
[0063]在应变仪316处，
[0064]M2= F (L-χ 2-a)等式(4)
[0065]ε2=Μ2t/2EI等式(5)
[0066]dR2= RG ε 2等式(6)
[0067]其中MjPM2为力矩并且ε ι和ε 2为应变，E为杨式模量，I为梁的惯性矩，dR:和dR2为相应应变仪302和316的电阻变化，R为应变仪302和316中的每个应变仪的电阻，G为应变仪的量规因数、t为梁的厚度、w为梁的宽度以及L为梁的长度。a为力的位置，或负载距梁306的自由端312的距离。在一些实施例中，两个应变仪的电阻可能不相等。
[0068]注意，dRjP (11?2均取决于梁长度L和力的位置a。然而，差分信号Δ独立于梁长度L和力的位置a。差分信号为(11?1与(11?2之间的差，其被表示如下:
[0069]Δ = dRrdR2= RGtF (X ^X1)/2EI等式(7)
[0070]在另选的实施例中，四个应变仪302A-B和316A-B被电连接为完整的惠斯通电桥。图5是根据另一实施例的包括四个应变仪的力矩补偿弯梁传感器的惠斯通电桥的电连接的电路图。输出电压Vrat不取决于力的位置或梁的长度。惠斯通电桥为用于通过平衡电桥电路的两个腿来测量未知电阻的电路。一条腿包括未知部件，并且三条腿由具有已知电阻的电阻器形成。在该配置中，四个应变仪替换三个已知电阻器和一个未知电阻器。代替平衡该电阻以获取接近零的输出，利用应变仪302A (SlA)、302B (SlB)、316A (S2A)和316B (S2B)的阻抗来产生电压输出Vtjut。施加到梁306的自由端312的力矩引起每个应变仪的电阻变化。输出节点为在图6B和6C中也被示出为电触点512的512a、512b、512c和512d。
[0071]图6A是根据实施例的力矩补偿弯梁传感器设备的顶视图。传感器设备600包括弯梁306和在公共载体602A上并且与弯梁306对准的两个应变仪。梁传感器600A被置于梁上，使得应变仪SI位于电触点614附近(靠近梁基座304)并且使得应变仪S2靠近施加力的自由端312。可能有用的是将传感器600A的电触点614远离负载位置定位，以避免对触点的损害或者不必要沿梁的长度延伸电触点，但应当理解，另选的实施例可以不同方式对传感器进行取向。载体602A或传感器600A与梁的中心X轴对准。在该实施例中，Vexc+被连接到梁传感器302并且Vexc-被连接到梁传感器316。输出Vtjutput连接在传感器302和316之间。
[0072]图6B是另一个实施例中的包括公共载体602B上的与弯梁306对准的四个应变仪的力矩补偿弯梁传感器的顶视图。另外，传感器600B被置于梁306上，使得电触点512靠近梁基座304并且进一步远离梁的自由端312。电触点512包括来自惠斯通电桥的四个输出节点。电触点512还可包括用于温度补偿的引线键合焊盘。另外，具有应变仪S1A、S1B、S2A和S2B的载体与梁的中心X轴对准。
[0073]图6B还示出了一个实施例中的力矩补偿弯梁传感器中的被连接在惠斯通电桥中的四个应变仪的布线布局。在这种方案中，电触点焊盘604B被连