[0031] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0032] 参照图1～图3，一种可测量表面应变横向偏导的横向偏差全桥全叉指型金属应变片，包括基底，所述金属应变片还包括四个敏感栅，每个敏感栅的两端分别连接一根引出线，所述基底上固定所述四个敏感栅；
[0033] 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；
[0034] 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，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，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；
[0035] 四个敏感栅的敏感段总电阻一致，所述四个敏感栅在相同的应变下敏感段的总电阻变化值一致，四个敏感栅之中心位于一条直线上，该一条直线垂直于四个敏感栅任何一条敏感段轴线，四个敏感栅沿此直线方向从上至下分别称为上敏感栅，中上敏感栅，中下敏感栅和下敏感栅；各敏感段轴线所确定平面上，任意两个敏感栅之间均呈叉指布置；
[0036] 四个敏感栅中心在轴向上无偏差，在横向上有偏差，上敏感栅中心与中上敏感栅中心的距离为Δy1；中上敏感栅中心与中下敏感栅中心的距离为Δy2，中下敏感栅中心与下敏感栅中心距离为Δy3，上敏感栅中心与中下敏感栅中心的距离为Δy4＝Δy1+Δy2，中上敏感栅中心与下敏感栅中心距离为Δy5＝Δy2+Δy3，上敏感栅中心与下敏感栅中心距离为Δy6＝Δy1+Δy2+Δy3。
[0037] 本实施例的可测量表面应变横向偏导的横向偏差全桥全叉指型金属应变片的一个实例，包括一个基底1，按图2的左右次序有上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4，下敏感栅5，八个引出线6，还可以有盖片(各附图中未予表示)。
[0038] 基底1之上可固定上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5，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敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5。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。
[0039] 盖片用纸或者胶等材料制成，覆盖于上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4、下敏感栅5和基底1上，起防潮、防蚀、防损等作用的保护层。
[0040] 引线6用于连接敏感栅和测量电路，上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5各有两个引线6，对与箔式和膜式应变片，引线6与其所连接的上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4或下敏感栅5联为一体。上敏感栅2的引脚为6-1和6-2，中上敏感栅3的引脚为6-3和6-4，中下敏感栅4的引脚为6-5和6-6，下敏感栅5的引脚为6-7和6-8。
[0041] 上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5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。无论何种上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5的厚度均很小，使得上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5的轴向长度随其所依附工件的形变而变化。本发明基本的创新之处在于上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5之间的配合，有如下要点：
[0042] 第一，在基底上布置四个敏感栅，分别称为上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5。
[0043] 第二，上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5均可分为多个过渡段7和多个敏感段8，各过渡段7将各敏感段8连接形成敏感栅。比较而言，敏感段8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7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8和过渡段7。
[0044] 第三，上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5的敏感段8的横截面均相同，并且上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5各自敏感段8长度的总和相同。忽略过渡段7的电阻，上敏感栅2、中上敏感栅3、中下敏感栅4和下敏感栅5的总电阻都相等，并且四个敏感栅在相同的应变下敏感段总电阻变化量应一致。
[0045] 第四，每个敏感栅的敏感段8呈细长条状，每个敏感段8的所有横截面形心构成敏感段轴线，该敏感段8轴线为一条直线段，各敏感段8的轴线平行并且位于同一平面中。每个敏感段8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。
[0046] 第五，俯视上敏感栅2、中上敏感栅3、中下敏感栅4和下敏感栅5，它们的每一条敏感段均具有对称轴且对称轴重合(图2中的y轴)，上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5各自的敏感段8全都与该对称轴垂直。上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5内各敏感段8沿图2中x轴方向开始和结束位置相同。因此，可以说上敏感栅2、中上敏感栅3、中下敏感栅4和下敏感栅5无轴向偏差只有横向偏差，即上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5的中心位置均在y轴上。根据图2中应变片的俯视图，上敏感栅2的中心在y轴与xU轴的交点，中上敏感栅3的中心在y轴与xMU轴的交点，中下敏感栅4的中心在y轴与xML轴的交点，下敏感栅5的中心在y轴与xL轴的交点。
[0047] 第六，上敏感栅2、中上敏感栅3、中下敏感栅4与下敏感栅5互为叉指布置，这些敏感栅的中心位置均在同一对称轴y轴上。可以注意到，叉指布置造成的直接结果是上敏感栅2中心与中上敏感栅3中心较为接近，距离为Δy1；中上敏感栅3中心与中下敏感栅4中心的距离为Δy2，中下敏感栅4中心与下敏感栅5中心较为接近，距离为Δy3，上敏感栅2中心与中下敏感栅4中心的距离为Δy4＝Δy1+Δy2，中上敏感栅3中心与下敏感栅5中心距离为Δy5＝Δy2+Δy3，上敏感栅2中心与下敏感栅5中心距离为Δy6＝Δy1+Δy2+Δy3，如图2所示，这六个距离均为横向距离。由于上敏感栅2，中上敏感栅3，中下敏感栅4和下敏感栅5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的关键之一。
[0048] 综上所述，本发明上敏感栅2、中上敏感栅3、中下敏感栅4和下敏感栅5大小相等，各敏感栅之间无轴向偏差仅有横向偏差，各敏感栅中心形成六种不同的横向偏差。
[0049] 上敏感栅的电阻记为RU，中上敏感栅的电阻记为RMU，中下敏感栅的电阻记为RML，下敏感栅的电阻记为RL。在自由状态下四敏感栅的电阻相等为R0。将本发明的应变片安置于某有应变表面时，在其中取两个敏感栅，此二者必有一上，必有一下。上边的敏感栅记为电阻为R0+ΔRu，下边的敏感栅电阻记为R0+ΔRl，两敏感栅中心距离为Δyi，i为1到6之一。两敏感栅中心处应变的不同造成了二者电阻变化量的不同。利用敏感栅电阻与表面应变的关系有：
[0050]
[0051] 其中i＝1,2,…,6，εu为上边的敏感栅中心处的应变，εl为下边的敏感栅处的应变，为两敏感栅中心连线中点位置。这即是本发明测量表面应变轴向偏导的原理。上式实际为对偏导的数值计算，根据数值微分的理论，这是以Δyi/2为步长计算微分，该偏导计算的误差不超过 级别，即为 的高阶无穷小量，精度比较高。利用本发明应变片的四个应变片，限定将应变片的Δy1＝Δy3，利用敏感栅电阻与表面应变的关系以及二阶偏导的数值计算方法有：
[0052]
[0053] 其中y0为应变片四个敏感栅中心的中点位置即图2中x轴和y轴的交点，εU为上敏感栅中心处的应变，εMU为中上敏感栅中心处的应变，εML为中下敏感栅中心处的应变，εL为下敏感栅中心处的应变。
[0054] 将本实施例配合电桥可用于测量应变、应变横向偏导，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
[0055]
[0056] 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
[0057] R1＝R2＝R3＝R4， (6)
[0058] 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
[0059]
[0060] 由于ΔRi＜＜Ri(i＝1,2,3,4故)第一个≈，第二个≈忽略的部分ΔR1ΔR3-ΔR2ΔR4也很小，并在工程上可以使其远小于较保留部分。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(3)、式(4)和式(7)，合理地设计安排各桥臂敏感栅和电阻可获得与应变横向一阶偏导或者二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。
