[发明专利]一种惠斯通电桥及多维力传感器

权利要求书

1.一种惠斯通电桥，包括四个桥臂，其特征在于，每个桥臂均包括多个电阻，所述每个桥臂中所述多个电阻的数量相同，所述多个电阻的基准阻值相同，所述每个桥臂中所述多个电阻采用预设串并联结构，在所述预设串并联结构中，所述多个电阻的等效电阻与单个电阻的阻值相等，所述多个电阻用于均衡单个电阻的温度差异，所述多个电阻为温度差异系数服从1的正态分布的电阻，所述每个桥臂的所述多个电阻的数量为n²个，其中，n为大于或等于2的自然数，所述多个电阻采用的所述预设串并联结构包括：n组并联的单元，其中每组单元由n个电阻串联。

2.根据权利要求1所述的惠斯通电桥，其特征在于，在n²为4的指数倍的情况下，所述多个电阻采用的所述预设串并联结构替换为：嵌套的多级单元，父单元由4个子单元两两串联后并联组成；在所述子单元存在下一级子单元的情况下，所述子单元的结构与所述父单元的结构相同，其中，叶子单元由4个电阻两两串联后并联组成，所述叶子单元为所述多级单元的最小单元。

3.根据权利要求1所述的惠斯通电桥，其特征在于，每个桥臂的等效电阻与温度的依赖关系为：

其中，j＝1、2、3、4，Rj′_T为各桥臂在温度T时的等效电阻的阻值，为各桥臂中所述多个电阻中第m行第i个电阻的阻值，a_t是各电阻的温度系数，K_m*i是m行第i个电阻的温度差异系数。

4.根据权利要求3所述的惠斯通电桥，其特征在于，所述惠斯通电桥的差分输出信号为：

其中，Rt′为基于基准温度的电阻阻值随温度变化的差异值，E为所述惠斯通电桥的供电电压。

5.一种多维力传感器，其特征在于，包括上述权利要求1至4任一所述的惠斯通电桥。

6.根据权利要求5所述的多维力传感器，其特征在于，构成所述惠斯通电桥的桥臂的电阻为应变特性一致的应变片电阻。

7.根据权利要求5所述的多维力传感器，其特征在于，同一个桥臂上的所有应变片均贴合在待测形变结构的同一形变位置。