一种自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统及检测方法

1.本发明属于桥梁应力检测技术领域，尤其涉及一种自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统及检测方法。


背景技术：

2.目前，桥梁安全是关系到国家安全，人民生命，财产安全的重点问题。随着经济的发展，桥梁建设变得频繁，建设的规模也变得越来越大型化，而由于种种原因，近些年，桥梁事故发生的频率也变得越来越高，造成桥梁事故的因素也比较复杂，有部分是因为桥梁设计问题和施工问题，还有部分原因是桥梁的使用年限长，桥梁需要长时间承受荷载，桥梁材料不可避免的发生老化和损伤。
3.桥梁检测的常规定期检测包括桥面系检测、上部结构检测和下部结构检测。通常使用的方式是人工巡检。但是人工巡检人力成本过高，并且检测结果受限于人工的个人水平，难以得到稳定的检测结果。而人工无法实时对桥梁进行检测，无法预测桥梁的裂隙风险，由于桥梁结构的特殊性，直接采用有线电源进行供电会比较困难。因此，亟需一种新的、成本低、检测精度高的桥梁应力检测系统及检测方法。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.(1)现有人工巡检方法人力成本过高，并且检测结果受限于人工的个人水平，难以得到稳定的检测结果。
6.(2)现有人工巡检方法无法实时对桥梁进行检测，无法预测桥梁的裂隙风险，由于桥梁结构的特殊性，直接采用有线电源进行供电会比较困难。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统及检测方法，尤其涉及一种基于综合环境能量采集的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统及检测方法。
8.本发明是这样实现的，一种自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统，所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统包括：
9.综合环境能量采集模块，与中央控制和管理模块连接，用于通过综合环境能量采集设备采集环境中存在的太阳能、桥梁振动能以及风能；
10.能量收集存储模块，与中央控制和处理模块连接，用于通过能量收集存储设备将采集到的太阳能、桥梁振动能以及风能进行存储；
11.能量转换模块，与中央控制和处理模块连接，用于通过能量转换装置将收集存储到的太阳能、桥梁振动能以及风能转换得到电能，包括：
12.获取所述桥梁应力检测系统中多种类型的能量转换装置的剩余能量e(t)：
[0013][0014]
其中，e
j
(t)为设备j在时刻t的剩余能量，m为分布式发电区域待统一管理的总设备数；将m台设备的使用时长，即下次更换时间t
change
记为：
[0015][0016]
其中，t
change
为设备j下次更换时间；
[0017]
预先设置m台设备的最大更换时间间隔t
interval
，则m台设备的最早更换时间t
f
为：
[0018][0019]
其中，t
ter
为m台设备的最晚更换时间，m台设备均需要在[t
f
,t
ter
]时间段内进行更换；
[0020]
获取所述桥梁应力检测系统多个负荷的需求供电量l(t)：
[0021]
l(t)＝[l1(t)，l2(t)，...，l
n
(t)]；
[0022]
其中，l
i
(t)为负荷i在时刻t所需电量，n为负荷端的负荷总数；
[0023]
信号处理及发送模块，与中央控制和管理模块连接，用于通过信号处理程序将传感器矩阵采集的应力数据和应力预估模块的数据发送至中央处理器；
[0024]
中央控制和处理模块，与综合环境能量采集模块、能量收集存储模块、能量转换模块、信号处理及发送模块、应力预估模块、应力检测模块、应力数据获取模块、数据传输模块、移动终端模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统各个模块的正常运行，保证桥梁应力的检测精度，包括：
[0025]
根据输入应力数据计算误差值，根据误差值计算误差变化率；
[0026]
接收误差值和误差变化率，并利用模糊规则对pid控制器的pid参数进行自适应整定，输出pid参数的变化量；其中，所述pid参数包括比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数；
[0027]
接收所述误差值和误差变化率，并利用专家知识库得到pid参数的初始值；在每次pid计算时根据pid参数的初始值和变化量得到pid参数值，并根据该pid参数值计算控制输出量给被控对象；
[0028]
其中，通过以下公式计算pid参数值：
[0029]
kp＝kp0+δkp
[0030]
ki＝ki0+δki
[0031]
kd＝kd0+δkd；
[0032]
其中，kp、ki和kd分别为比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数的pid参数值；δkp、δki和δkd分别为比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数的变化量；
[0033]
通过以下公式计算控制输出量：
[0034][0035]
其中，u(k)为第k次的控制输出量，e(k)为第k次计算的误差值，e(j)为第j次计算的误差值；e(k
‑
1)为第k
‑
1次计算的误差值；
[0036]
应力预估模块，与中央控制和管理模块连接，用于通过应力预估程序对桥梁的应力进行预测和估计；
[0037]
应力检测模块，与中央控制和处理模块连接，用于通过应力检测装置对桥梁的应力进行实时的检测，包括：
[0038]
对初始电信号进行放大处理，获得所述激励电信号；向所述超声波发射探头发送所述激励电信号；
[0039]
控制所述超声波发射探头向所述桥梁发射超声波信号，并确定所述超声波信号的发射时间；其中，所述超声波信号为所述超声波发射探头接收到所述激励电信号之后，将所述激励电信号进行转换所获得的超声波信号；
[0040]
控制所述至少一个超声波接收探头接收超声波临界纵波信号，并确定所述至少一个超声波接收探头中的每个超声波接收探头接收到所述超声波临界纵波信号的接收时间；其中，所述超声波临界纵波信号为所述超声波信号接触到所述桥梁所获得的；
[0041]
根据所述超声波信号的发射时间以及所述至少一个超声波接收探头中的每个超声波接收探头接收到所述超声波临界纵波信号的接收时间，确定所述超声波发射探头与所述至少一个超声波接收探头中的每个超声波接收探头之间的桥梁所承受的应力变化：
[0042][0043]
其中，δσ1为所述超声波发射探头与所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头之间的桥梁所承受的应力变化，e为杨氏弹性模量，l为超声波临界纵波信号在外加应力方向上传播的声弹常数，t*为超声波临界纵波信号在均匀、各向同性且应力自由的桥梁上，并在标准温度下由所述超声波发射探头传输至所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头的第一基准传输时间，δt1为所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头对应的第一传输时间与该超声波接收探头对应的第一基准传输时间的差值，δt
t1
为温度对超声波临界纵波信号从所述超声波发射探头传输至所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头的传输时间的影响量；
[0044]
其中，δt
t1
通过以下公式表示：
[0045][0046]
其中，d1为所述超声波发射探头与所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头之间的桥梁的长度，k
t
为与桥梁材料相关的常数，δt为温度变化量；
[0047]
应力数据获取模块，与中央控制和处理模块连接，用于通过应力数据获取设备获
取传感器矩阵采集的应力数据；
[0048]
数据传输模块，与中央控制和处理模块连接，用于通过数据传输程序将处理后的数据及信号发送到电脑或手机；
[0049]
移动终端模块，与中央控制和处理模块连接，用于通过移动终端接收数据传输模块传送的数据，并通过显示器进行数据的实时显示。
[0050]
进一步，所述综合环境能量采集模块包括：
[0051]
太阳能收集器将太阳能转化为电能，所述振动能量收集器将桥梁振动导致的压电悬臂上下振动转化为电能，所述风能收集器将风能转化为电能；
[0052]
所述综合环境能量采集模块通过综合环境能量采集器获得综合环境能量，所述综合环境能量采集器通过膨胀螺栓固定在桥墩上。
[0053]
进一步，所述能量转换装置包括电力变压器、微型燃气轮机、光伏发电装置。
[0054]
进一步，所述应力预估模块中包括多个预估模型，每个预估模型与其对应的网格存在双射关系，所述预估模型网格对应的范围内的应力传感器采集的数据，并输出预估结果。
[0055]
进一步，所述应力检测装置包括一个超声波发射探头和至少一个超声波接收探头，所述超声波发射探头和所述至少一个超声波接收探头依次设置于同一根轨道上，所述超声波发射探头和所述至少一个超声波接收探头可在所述轨道上移动。
[0056]
进一步，所述应力传感器通过丙烯酸酯胶黏剂固定在桥墩表面，同时所述应力传感器模块采用石墨烯作为敏感栅极；
[0057]
所述应力传感器模块还包括应力传感器信号调理电路，并通过所述应力传感器信号调理电路向信号处理及发送模块发送传感器信号。
[0058]
进一步，所述应力传感器模块中设有应力传感器网格，应力传感器布设在应力传感器网格中，传感器网格布设在桥梁的不同区域，用以感应桥梁应力，实现高灵敏度的检测；其中，所述应力传感器网格的形状为正方形，大小可以不一致。
[0059]
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统。
[0060]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统。
[0061]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统。
[0062]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于综合环境能量采集的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统，通过应力检测系统将太阳能、桥梁振动能、风能转换为电能，并通过能量收集存储模块对电能进行存储，实现了系统的自供电，解决了桥梁上通过有线电对桥梁应力检测系统进行供电的问题，本发明的应力传感器采用石墨烯为敏感栅极材料，可以增加对桥梁振动变化的感知能力，具有较高的测量灵敏度，且与移动终端模块相连接可以方便维护人员远程监测桥梁的安全状况。
附图说明
[0063]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0064]
图1是本发明实施例提供的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统结构图；
[0065]
图中：1、综合环境能量采集模块；2、能量收集存储模块；3、能量转换模块；4、信号处理及发送模块；5、中央控制和处理模块；6、应力预估模块；7、应力检测模块；8、应力数据获取模块；9、数据传输模块；10、移动终端模块。
[0066]
图2是本发明实施例提供的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测方法流程图。
[0067]
图3是本发明实施例提供的通过能量转换模块利用能量转换装置将收集存储到的太阳能、桥梁振动能以及风能转换得到电能的方法流程图。
[0068]
图4是本发明实施例提供的通过中央控制和处理模块利用中央处理器协调控制所述所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统各个模块的正常运行，保证桥梁应力的检测精度的方法流程图。
[0069]
图5是本发明实施例提供的通过应力检测模块利用应力检测装置对桥梁的应力进行实时的检测的方法流程图。
具体实施方式
[0070]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0071]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统及检测方法，下面结合附图对本发明技术方案作详细的描述。
[0072]
如图1所示，本发明实施例提供的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统包括：
[0073]
综合环境能量采集模块1，与中央控制和管理模块5连接，用于通过综合环境能量采集设备采集环境中存在的太阳能、桥梁振动能以及风能；
[0074]
能量收集存储模块2，与中央控制和处理模块5连接，用于通过能量收集存储设备将采集到的太阳能、桥梁振动能以及风能进行存储；
[0075]
能量转换模块3，与中央控制和处理模块5连接，用于通过能量转换装置将收集存储到的太阳能、桥梁振动能以及风能转换得到电能；
[0076]
信号处理及发送模块4，与中央控制和管理模块5连接，用于通过信号处理程序将传感器矩阵采集的应力数据和应力预估模块的数据发送至中央处理器；
[0077]
中央控制和处理模块5，与综合环境能量采集模块1、能量收集存储模块2、能量转换模块3、信号处理及发送模块4、应力预估模块6、应力检测模块7、应力数据获取模块8、数据传输模块9、移动终端模块10连接，用于通过中央处理器协调控制所述所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统各个模块的正常运行，保证桥梁应力的检测精度；
[0078]
应力预估模块6，与中央控制和管理模块5连接，用于通过应力预估程序对桥梁的应力进行预测和估计；
[0079]
应力检测模块7，与中央控制和处理模块5连接，用于通过应力检测装置对桥梁的应力进行实时的检测；
[0080]
应力数据获取模块8，与中央控制和处理模块5连接，用于通过应力数据获取设备获取传感器矩阵采集的应力数据；
[0081]
数据传输模块9，与中央控制和处理模块5连接，用于通过数据传输程序将处理后的数据及信号发送到电脑或手机；
[0082]
移动终端模块10，与中央控制和处理模块5连接，用于通过移动终端接收数据传输模块传送的数据，并通过显示器进行数据的实时显示。
[0083]
本发明实施例提供的综合环境能量采集模块包括：
[0084]
太阳能收集器将太阳能转化为电能，所述振动能量收集器将桥梁振动导致的压电悬臂上下振动转化为电能，所述风能收集器将风能转化为电能；所述综合环境能量采集模块通过综合环境能量采集器获得综合环境能量，所述综合环境能量采集器通过膨胀螺栓固定在桥墩上。
[0085]
本发明实施例提供的能量转换装置包括电力变压器、微型燃气轮机、光伏发电装置。
[0086]
本发明实施例提供的应力预估模块中包括多个预估模型，每个预估模型与其对应的网格存在双射关系，所述预估模型网格对应的范围内的应力传感器采集的数据，并输出预估结果。
[0087]
本发明实施例提供的应力传感器通过丙烯酸酯胶黏剂固定在桥墩表面，同时所述应力传感器模块采用石墨烯作为敏感栅极；所述应力传感器模块还包括应力传感器信号调理电路，并通过所述应力传感器信号调理电路向信号处理及发送模块发送传感器信号。
[0088]
本发明实施例提供的应力传感器模块中设有应力传感器网格，应力传感器布设在应力传感器网格中，传感器网格布设在桥梁的不同区域，用以感应桥梁应力，实现高灵敏度的检测；其中，所述应力传感器网格的形状为正方形，大小可以不一致。
[0089]
如图2所示，本发明实施例提供的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测方法包括以下步骤：
[0090]
s101，通过综合环境能量采集模块利用综合环境能量采集设备采集环境中存在的太阳能、桥梁振动能以及风能；
[0091]
s102，通过能量收集存储模块利用能量收集存储设备将采集到的太阳能、桥梁振动能以及风能进行存储；
[0092]
s103，通过能量转换模块利用能量转换装置将收集存储到的太阳能、桥梁振动能以及风能转换得到电能；
[0093]
s104，通过信号处理及发送模块利用信号处理程序将传感器矩阵采集的应力数据和应力预估模块的数据发送至中央处理器；
[0094]
s105，通过中央控制和处理模块利用中央处理器协调控制所述所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统各模块的正常运行，保证桥梁应力的检测精度；
[0095]
s106，通过应力预估模块利用应力预估程序对桥梁的应力进行预测和估计；通过应力检测模块利用应力检测装置对桥梁的应力进行实时的检测；
[0096]
s107，通过应力数据获取模块利用应力数据获取设备获取传感器矩阵采集的应力
数据；通过数据传输模块利用数据传输程序将处理后的数据及信号发送到电脑或手机；
[0097]
s108，通过移动终端模块利用移动终端接收数据传输模块传送的数据，并通过显示器进行数据的实时显示。
[0098]
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
[0099]
实施例1
[0100]
本发明实施例提供的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测方法如图2所示，作为优选实施例，如图3所示，本发明实施例提供的通过能量转换模块利用能量转换装置将收集存储到的太阳能、桥梁振动能以及风能转换得到电能的方法包括：
[0101]
s201，获取所述桥梁应力检测系统中多种类型的能量转换装置的剩余能量；
[0102]
s202，预先设置设备的最大更换时间间隔，并确定设备的最早更换时间；
[0103]
s203，获取所述桥梁应力检测系统多个负荷的需求供电量。
[0104]
本发明实施例提供的获取所述桥梁应力检测系统中多种类型的能量转换装置的剩余能量e(t)：
[0105][0106]
其中，e
j
(t)为设备j在时刻t的剩余能量，m为分布式发电区域待统一管理的总设备数；将m台设备的使用时长，即下次更换时间t
change
记为：
[0107][0108]
其中，t
change
为设备j下次更换时间。
[0109]
本发明实施例提供的预先设置m台设备的最大更换时间间隔t
interval
，则m台设备的最早更换时间t
f
为：
[0110][0111]
其中，t
ter
为m台设备的最晚更换时间，m台设备均需要在[t
f
,t
ter
]时间段内进行更换。
[0112]
本发明实施例提供的获取所述桥梁应力检测系统多个负荷的需求供电量l(t)为：
[0113]
l(t)＝[l1(t)，l2(t)，...，l
n
(t)]；
[0114]
其中，l
i
(t)为负荷i在时刻t所需电量，n为负荷端的负荷总数。
[0115]
实施例2
[0116]
本发明实施例提供的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测方法如图2所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的通过中央控制和处理模块利用中央处理器协调
控制所述所述自供电的高灵敏度的桥梁应力检测系统各个模块的正常运行，保证桥梁应力的检测精度的方法包括：
[0117]
s301，根据输入应力数据计算误差值，根据误差值计算误差变化率；
[0118]
s302，接收误差值和误差变化率，并利用模糊规则对pid控制器的pid参数进行自适应整定，输出pid参数的变化量；
[0119]
s303，接收所述误差值和误差变化率，并利用专家知识库得到pid参数的初始值；在每次pid计算时根据pid参数的初始值和变化量得到pid参数值，并根据该pid参数值计算控制输出量给被控对象。
[0120]
本发明实施例提供的pid参数包括比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数。
[0121]
本发明实施例提供的步骤s303中，通过以下公式计算pid参数值：
[0122]
kp＝kp0+δkp
[0123]
ki＝ki0+δki
[0124]
kd＝kd0+δkd；
[0125]
其中，kp、ki和kd分别为比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数的pid参数值；δkp、δki和δkd分别为比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数的变化量。
[0126]
本发明实施例提供的步骤s303中，通过以下公式计算控制输出量：
[0127][0128]
其中，u(k)为第k次的控制输出量，e(k)为第k次计算的误差值，e(j)为第j次计算的误差值；e(k
‑
1)为第k
‑
1次计算的误差值。
[0129]
实施例3
[0130]
本发明实施例提供的自供电的高灵敏度的桥梁应力检测方法如图2所示，作为优选实施例，如图5所示，本发明实施例提供的通过应力检测模块利用应力检测装置对桥梁的应力进行实时的检测的方法包括：
[0131]
s401，对初始电信号进行放大处理，获得所述激励电信号；向所述超声波发射探头发送所述激励电信号；
[0132]
s402，控制所述超声波发射探头向所述桥梁发射超声波信号，并确定所述超声波信号的发射时间；
[0133]
s403，控制所述至少一个超声波接收探头接收超声波临界纵波信号，并确定所述至少一个超声波接收探头中的每个超声波接收探头接收到所述超声波临界纵波信号的接收时间；
[0134]
s404，根据所述超声波信号的发射时间以及所述至少一个超声波接收探头中的每个超声波接收探头接收到所述超声波临界纵波信号的接收时间，确定所述超声波发射探头与所述至少一个超声波接收探头中的每个超声波接收探头之间的桥梁所承受的应力变化。
[0135]
本发明实施例提供的应力检测装置包括一个超声波发射探头和至少一个超声波接收探头，所述超声波发射探头和所述至少一个超声波接收探头依次设置于同一根轨道上，所述超声波发射探头和所述至少一个超声波接收探头可在所述轨道上移动。
[0136]
本发明实施例提供的超声波信号为所述超声波发射探头接收到所述激励电信号
之后，将所述激励电信号进行转换所获得的超声波信号；所述超声波临界纵波信号为所述超声波信号接触到所述桥梁所获得的。
[0137]
本发明实施例提供的确定所述超声波发射探头与所述至少一个超声波接收探头中的每个超声波接收探头之间的桥梁所承受的应力变化，包括：
[0138][0139]
其中，δσ1为所述超声波发射探头与所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头之间的桥梁所承受的应力变化，e为杨氏弹性模量，l为超声波临界纵波信号在外加应力方向上传播的声弹常数，t*为超声波临界纵波信号在均匀、各向同性且应力自由的桥梁上，并在标准温度下由所述超声波发射探头传输至所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头的第一基准传输时间，δt1为所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头对应的第一传输时间与该超声波接收探头对应的第一基准传输时间的差值，δt
t1
为温度对超声波临界纵波信号从所述超声波发射探头传输至所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头的传输时间的影响量；
[0140]
其中，δt
t1
通过以下公式表示：
[0141][0142]
其中，d1为所述超声波发射探头与所述至少一个超声波接收探头中任意一个超声波接收探头之间的桥梁的长度，k
t
为与桥梁材料相关的常数，δt为温度变化量。
[0143]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0144]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0145]
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原
则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。