[0036] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0037] 参照图1～图3，一种可测量双侧偏置敏感栅中心横向偏导的横向分布六敏感栅全桥金属应变片，包括基底，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；
[0038] 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；
[0039] 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；
[0040] 六个敏感栅中心在轴向上无偏差，在横向上有偏差；六个敏感栅按敏感栅中心位置的顺序，沿横向从上至下依次为上三敏感栅、上一敏感栅、中上敏感栅、中下敏感栅、下一敏感栅和下三敏感栅；上三敏感栅中心与中上敏感栅中心之间距离为Δy1，中上敏感栅中心与下一敏感栅中心之间距离也为Δy1；上一敏感栅中心与中下敏感栅中心之间距离为Δy1，中下敏感栅中心与下三敏感栅中心之间距离也为Δy1；上三敏感栅中心与上一敏感栅中心的距离为Δy2，中上敏感栅中心与中下敏感栅中心的距离为Δy2，下一敏感栅中心与下三敏感栅中心之间距离为Δy2；
[0041] 上三敏感栅、上一敏感栅、中上敏感栅、中下敏感栅、下一敏感栅和下三敏感栅的敏感段总电阻呈3：1：4：4：1：3的比例关系，上三敏感栅、上一敏感栅、中上敏感栅、中下敏感栅、下一敏感栅和下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。
[0042] 据此，串联上三敏感栅和下一敏感栅、中上敏感栅、串联上一敏感栅和下三敏感栅、中下敏感栅正好构成测量电桥的四个桥臂。
[0043] 进一步，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，所述上五敏感栅、上三敏感栅、中上敏感栅、中下敏感栅、下三敏感栅和下五敏感栅的敏感段总长度呈5：3：8：8：3：5的比例关系。该方案为一种可以选择的方案，名义质点的位置只要符合其两侧电阻值相等的横截面形心位置即可，也可以是其他位置。
[0044] 更进一步，各敏感段轴线所确定平面上，上三敏感栅与上一敏感栅呈叉指布置，中上敏感栅和中下敏感栅呈叉指布置，下一敏感栅与下三敏感栅呈叉指布置，而无其他叉指布置情况；当然，上三敏感栅与上一敏感栅也可以呈非叉指布置，中上敏感栅和中下敏感栅也可以呈非叉指布置，下一敏感栅与下三敏感栅也可以呈非叉指布置，所述叉指布置是指：两敏感栅的各敏感段轴线所在平面上，在与敏感段轴线垂直方向上两敏感栅的敏感段错落分布，对在该方向上两敏感栅之敏感段分别出现的次序和次数不做限制。
[0045] 再进一步，上三敏感栅的引脚的上缘与上三敏感栅最上方敏感段的横向距离很小或者甚至引脚上缘位于上三敏感栅最上方敏感段的下方，而下三敏感栅的两个引脚的下缘与下三敏感栅最下方敏感段的横向距离很小或者甚至引脚下缘位于下三敏感栅最下方敏感段的上方，目的是减小上三敏感栅中心到应变片上侧边缘的距离以及下三敏感栅中心到应变片下侧边缘的距离。
[0046] 本实施例的可测量双侧偏置敏感栅中心横向偏导的横向分布六敏感栅全桥金属应变片，包括基底1，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1上固定所述六个敏感栅。
[0047] 基底1之上可固定上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7，用于保持各敏感栅固定的形状、位置和尺寸；基底1很薄，从而将试件表面的应变准确地传递到上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7。基底1可以是胶膜基底、玻璃纤维基底、石棉基底、金属基底和临时基底。通常用黏结、焊接、陶瓷喷涂等方式将基底固定于测试件的被测部位。基底1上还可印有一些用于应变片定位的线条。
[0048] 盖片用纸或者胶等材料制成，覆盖于上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6、下三敏感栅7和基底1上，起防潮、防蚀、防损等作用的保护层。
[0049] 引脚8用于连接敏感栅和测量电路，上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7各有两个引脚8，对与箔式和膜式应变片，引脚8与其所连接的上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7联为一体。上三敏感栅2的两个引脚为8-1和8-2，上一敏感栅3的两个引脚为8-3和8-4，中上敏感栅4的两个引脚为8-5和8-6，中下敏感栅5的两个引脚为8-7和8-8，下一敏感栅6的两个引脚为8-9和8-10，下三敏感栅7的两个引脚为8-11和8-12。引脚8-1和8-2的上缘与上三敏感栅2最上方敏感段的横向距离很小或者甚至引脚上缘位于上三敏感栅2最上方敏感段的下方；引脚8-11和8-12的下缘与下三敏感栅7最下方敏感段的横向距离很小或者甚至引脚下缘位于下敏感栅7最下方敏感段的上方，目的是减小上三敏感栅2中心到应变片上侧边缘的距离和下三敏感栅7中心到应变片下侧边缘的距离。
[0050] 上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7按照其金属敏感材料和加工工艺的不同，可以为丝式、箔式、薄膜式、厚膜式。无论何种上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7的厚度均很小，使得上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7的轴向长度随其所依附工件的形变而变化。本发明基本的关键之处在于上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7之间的配合，有如下要点：
[0051] 第一，在基底上布置六个敏感栅，分别称为上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7。
[0052] 第二，上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7均可分为敏感段9和过渡段10，各过渡段10将各敏感段9连接形成敏感栅。比较而言，敏感段9呈细长形，电阻较大并且其阻值对应变较为敏感；所述过渡段10基本呈粗短形，使得所述过渡段的电阻很小并且对应变不敏感，工作状态下电阻变化接近于0，因此敏感段电阻的总和基本为单个敏感栅的总电阻。图2从更清晰的角度更详细地标出了敏感段9和过渡段10。
[0053] 第三，每个敏感栅的敏感段9呈细长条状，每个敏感段9的所有横截面形心构成敏感段轴线，该敏感段9轴线为一条直线段，各敏感段9的轴线平行并且位于同一平面中。每个敏感段9的所有横截面沿敏感段轴线方向的投影形状一致。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，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。
[0054] 第四，上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7的敏感段9总长度呈3：1：4：4：1：3的比例关系，上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7的敏感段9总电阻呈3：1：4：4：1：3的比例关系，上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7的敏感段9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。据此，串联上三敏感栅2和下一敏感栅6、中上敏感栅4、串联上一敏感栅3和下三敏感栅7、中下敏感栅5正好构成测量电桥的四个桥臂。
[0055] 第五，俯视上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7，它们均具有对称轴且对称轴重合(图2中的y轴)，上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7各自的敏感段9全都与该对称轴垂直，并且各敏感栅的敏感段9均关于此轴对称分布。因此，可以说上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7中心位置均在y轴上，它们的中心在轴向上无偏差，在横向上存在偏差。根据图2中应变片的俯视图，上三敏感栅2的敏感段9有轴向对称轴xU3，上三敏感栅2的中心在y轴与xU3轴的交点，上一敏感栅3的敏感段9有轴向对称轴xU1，上一敏感栅3的中心在y轴与xU1轴的交点，中上敏感栅4的敏感段9有轴向对称轴xMU，中上敏感栅4的中心在y轴与xMU轴的交点，中下敏感栅5的敏感段9有轴向对称轴xML，中下敏感栅5的中心在y轴与xML轴的交点，下一敏感栅6的敏感段9有轴向对称轴xL1，下一敏感栅6的中心在y轴与xL1轴的交点，下三敏感栅7的敏感段9有轴向对称轴xL3，下三敏感栅7的中心在y轴与xL3轴的交点。
[0056] 第六，上三敏感栅2的中心与中上敏感栅4的中心之间距离为Δy1，中上敏感栅4的中心与下一敏感栅6的中心之间距离也为Δy1；上一敏感栅中心3的与中下敏感栅5的中心之间距离为Δy1，中下敏感栅5的中心与下三敏感栅7的中心之间距离也为Δy1；上三敏感栅2的中心与上一敏感栅3的中心的距离为Δy2，中上敏感栅4的中心与中下敏感栅5的中心的距离为Δy2，下一敏感栅6的中心与下三敏感栅7的中心之间距离为Δy2，如图2所示。上边上三敏感栅2与上一敏感栅3可以呈叉指布置或者非叉指布置，中间中上敏感栅4和中下敏感栅5可以呈叉指布置或者非叉指布置，下边下一敏感栅6与下三敏感栅7可以呈叉指布置或者非叉指布置，而无其他叉指布置情况；所述叉指布置是指：两敏感栅的各敏感段轴线所在平面上，在与敏感段轴线垂直方向上两敏感栅的敏感段错落分布，对在该方向上两敏感栅之敏感段分别出现的次序和次数不做限制。由于上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7的相对位置由应变片生产工艺保证被相当精确地固定了，这也是本发明能检测工件应变横向偏导数的关键之一。
[0057] 综上所述，本发明上三敏感栅2、上一敏感栅3、中上敏感栅4、中下敏感栅5、下一敏感栅6和下三敏感栅7在相同应变下电阻变化值呈3：1：4：4：1：3的比例关系；各敏感栅中心在轴向上无偏差，在横向上存在部分偏差；上三敏感栅2的中心与中上敏感栅4的中心之间距离为Δy1，中上敏感栅4的中心与下一敏感栅6的中心之间距离也为Δy1；上一敏感栅中心3的与中下敏感栅5的中心之间距离为Δy1，中下敏感栅5的中心与下三敏感栅7的中心之间距离也为Δy1；上三敏感栅2的中心与上一敏感栅3的中心的距离为Δy2，中上敏感栅4的中心与中下敏感栅5的中心的距离为Δy2，下一敏感栅6的中心与下三敏感栅7的中心之间距离为Δy2。
[0058] 令自由状态下上一敏感栅3电阻为RU0，中下敏感栅5电阻为RM0，下三敏感栅7电阻为RL0，应有RU0+RL0＝RM0＝R0。将本发明的应变片安置于某有表面应变时，上一敏感栅3电阻为R0+ΔRU，中下敏感栅5电阻为R0+ΔRM，下三敏感栅7电阻为R0+ΔRL；另一方面，上一敏感栅3以及下三敏感栅7的中心在横向上相距2Δy1。利用敏感栅电阻与表面应变的关系以及数值微分的公式(3)有：
[0059]
[0060] 其中 为下三敏感栅7的中心位置，εU为上一敏感栅3中心处的应变，εM为中下敏感栅5中心处的应变，εL为下三敏感栅6中心处的应变。这即是本实施例测量表面应变横向偏导的原理。特别注意，上式所计算的数值微分为下三敏感栅7的中心位置的应变横向一阶偏导，该位置为应变片的下侧，因此具有便于测量工件角落处、边缘处等对应变片有尺寸限制部位的横向一阶偏导的优势。同样利用上三敏感栅2、中上敏感栅4和下一敏感栅6，也可以测量上三敏感栅2的中心位置的应变横向一阶偏导。上三敏感栅2的引脚8-1和8-2的上缘与上三敏感栅2最上方敏感段的横向距离很小或者甚至引脚上缘位于上三敏感栅2最上方敏感段的下方；下三敏感栅7的引脚8-11和8-12的下缘与下三敏感栅7最下方敏感段的横向距离很小或者甚至引脚下缘位于下敏感栅7最下方敏感段的上方，目的是减小上三敏感栅2中心到应变片上侧边缘的距离和下三敏感栅7中心到应变片下侧边缘的距离。上述下三敏感栅7的中心位置的应变横向一阶偏导和上三敏感栅2中心位置的应变横向一阶偏导数可以同时测量。
[0061] 将本实施例配合电桥可用于测量应变、应变横向一阶偏导，假设电桥输入电压为ui、输出电压为uo，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R1、R2、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
[0062]
[0063] 此时，要求电桥平衡也就是uo＝0，于是必须满足所谓电桥平衡条件R1R3-R2R4＝0，采用的电桥进一步满足
[0064] R1＝R2＝R3＝R4， (6)
[0065] 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，测量应变或者应变横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
[0066]
[0067] 由于ΔRi＜＜Ri(i＝1,2,3,4)故第一个≈成立，第二个≈当ΔR1-ΔR2与ΔR3-ΔR4同号或者异号但|ΔR1-ΔR2|与|ΔR3-ΔR4|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；对应变横向偏导可结合式(4)和式(7)，合理地设计安排各桥臂敏感栅和电阻，例如桥臂R1布置中下敏感栅5，桥臂R2串联布置上一敏感栅3和下三敏感栅7，其余桥臂配置等值电阻，可获得与下三敏感栅7中心处应变横向一阶偏导呈线性关系的电压值uo，该电压为微弱信号需进行放大。
