[发明专利]可测量双侧偏置敏感栅中心横向偏导的横向分布五敏感栅边叉指金属应变片

说明书

一种可测量双侧偏置敏感栅中心横向偏导的横向分布五敏感栅边叉指金属应变片，包括基底和其上固定的五个敏感栅，各敏感栅包括敏感段和过渡段，所有敏感段呈同一平面内的平行直线；该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；五个敏感栅中心轴向上无偏差，横向上部分存在有偏差；五个敏感栅按敏感栅中心位置的顺序，沿横向从上至下先是上三敏感栅和上一敏感栅，次为中敏感栅，末为下一敏感栅和下三敏感栅；上面两个敏感栅、下面两个敏感栅分别呈叉指布置；五个敏感栅的敏感段在相同的应变下总电阻变化值呈3：1：4：1：3。对中敏感栅分时复用，本发明可几乎同时测量上三敏感栅和下三敏感栅中心的横向一阶偏导。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其是一种金属应变片。

背景技术

金属电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应变作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。电阻应变效应的理论公式如下:

其中R是其电阻值，ρ是金属材料电阻率，L是金属材料长度，S为金属材料截面积。金属丝在承受应变而发生机械变形的过程中，ρ、L、S五者都要发生变化，从而必然会引起金属材料电阻值的变化。当金属材料被拉伸时，长度增加，截面积减小，电阻值增加；当受压缩时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。因此，只要能测出电阻值的变化，便可知金属丝的应变情况。由式(1)和材料力学等相关知识可导出金属材料电阻变化率公式

其中ΔR为电阻变动量，ΔL为金属材料在拉力或者压力作用方向上长度的变化量，ε为同一方向上的应变常常称为轴向应变，K为金属材料应变灵敏度系数。

在实际应用中，将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元件或被测机械零件的表面。当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时，粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形，引起应变片电阻发生相应的变化。这时，电阻应变片便将力学量转换为电阻的变化量输出。

但是有时我们也需要了解工件应变的偏导数，比如下面有五种场合，但不限于此五，需要用到工件表面应变偏导数：

第一，由于工件形状突变处附近会出现应变集中，往往成为工件首先出现损坏之处，监测形状突变处附近的应变偏导数，可直观的获取该处应变集中程度。

第二，建筑、桥梁、机械设备中受弯件大量存在，材料力学有关知识告诉我们，弯曲梁表面轴向应变与截面弯矩成正比，截面弯矩的轴向一阶偏导数与截面剪应变成正比，也就是可以通过表面轴向应变的轴向一阶偏导数获知截面剪应变，而该剪应变无法用应变片在工件表面直接测量到；

第三，应用弹性力学研究工件应变时，内部应变决定于偏微分方程，方程求解需要边界条件，而工件表面应变偏导数就是边界条件之一，这是一般应变片无法提供的。

此外，对工件的某些部位，比如轴肩、零件边缘处等位置，由于形状尺寸的突变，其应变往往相应存在比较大的变化。然而，正由于形状尺寸的突变，使得该处较难安置一般的应变片，需要一种能测量应变片偏边缘位置而不是正中位置应变偏导的产品。

发明内容

为了克服已有的金属应变片无法检测应变偏导的不足，本发明提供一种既能测量应变更能有效检测表面应变横向偏导的可测量双侧偏置敏感栅中心横向偏导的横向分布五敏感栅边叉指金属应变片，特别是测量工件角落、边缘等对应变片有尺寸限制部位的横向一阶偏导。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可测量双侧偏置敏感栅中心横向偏导的横向分布五敏感栅边叉指金属应变片，包括基底，所述金属应变片还包括五个敏感栅，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五个敏感栅；