一种光纤长度的检测方法以及相应的检测系统与流程

本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种光纤长度的检测方法以及相应的检测系统。

背景技术：

大数据时代，高密度、高带宽应用与日俱增，此时无源光缆或基于铜线的电缆系统难以满足市场需求。为保证传输的稳定性及使用的灵活性，用户迫切需求一种新型产品来作为高性能计算中心及数据中心的主要传输媒介，有源光缆AOC(Active Optical Cables，简写为AOC)应运而生。

有源光缆AOC通常由两个光电模块及光纤。由于成品AOC的光电模块与光纤已封装为一体，不可自由插拔。为了方便AOC的制作、转运和储存，光纤一般捆扎成匝。若在不破坏AOC结构完整性的前提下测量光纤长度，主要有如下两种测量方式：(1)根据光纤的缠绕直径及匝数来大致测算光纤长度；(2)将捆扎后的光纤解开，利用测量工具对光纤长度进行直接测量。前述两种测量方式效率较低，精度也不高，而且测量效率与光纤长度成反比。

目前，还存在一种测量光缆长度的方法：采用光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，简写为OTDR)进行探测，但是光时域反射仪是采用发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行探测的。即，OTDR探测技术是基于脉冲测距法进行测量的，不过，脉冲测距法受限于探测光脉冲的宽度，测量精度较低(精度数十厘米甚至数米)且难以提升，不适用于AOC光纤长度测量。另外，OTDR探测技术还存在事件盲区以及衰减盲区等测量干扰因素，导致测量精度较低。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤长度的检测方法以及相应的检测系统，其目的在于将本端光模块所发射的激光信号分为两部分激光信号后，分别通过本端光模块和对端光模块发送给检测模块，检测模块依据信号之间的相关性，确定激光信号在光纤中传输所耗费的时间，从而确定光纤的长度，不仅可以提高检测效率，而且检测精度较高；由此解决目前短距离的光纤长度测量效率不高以及精度较低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤长度的检测方法，待测光纤的一端连接本端光模块，所述待测光纤的另一端连接对端光模块；

所述光纤长度的检测方法包括：

所述本端光模块发射预设规则的激光信号，并将所述激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号；

所述本端光模块将所述第一部分激光信号发送至检测模块；

所述对端光模块通过所述待测光纤接收所述第二部分激光信号，并将所述第二部分激光信号发送至所述检测模块；

所述检测模块依据所述第一部分激光信号与所述第二部分激光信号之间的相关性，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度。

优选地，所述检测模块依据所述第一部分激光信号与所述第二部分激光信号之间的相关性，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度包括：

所述检测模块按照预设的采样间隔，对所述第一部分激光信号对应的参考电信号进行采样，得到参考电信号时间序列；

所述检测模块按照所述预设的采样间隔，对所述第二部分激光信号对应的探测电信号进行采样，得到探测电信号时间序列；

对所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列进行互相关运算，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度。

优选地，所述对所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列进行互相关运算，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度包括：

对所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列进行互相关运算；

依据互相关运算结果，确定所述探测电信号时间序列相对于所述参考电信号时间序列的相对位移；

将所述相对位移与所述预设的采样间隔进行相乘运算，得到所述探测电信号时间序列相对于所述参考电信号时间序列的相对时延；

将所述相对时延与所述第二部分激光信号在所述待测光纤中的传播速度进行相乘处理，得到所述待测光纤的长度。

优选地，所述本端光模块发射预设规则的激光信号，并将所述激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号包括：

配置所述本端光模块工作在直流模式下，以触发所述本端光模块发射噪声激光信号；

所述本端光模块通过透镜将所述噪声激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号。

优选地，所述本端光模块将所述第一部分激光信号发送至检测模块包括：

所述本端光模块通过本端MPD芯片将所述第一部分激光信号转换为本端参考电信号；

所述本端光模块将所述本端参考电信号发送至检测模块。

优选地，所述对端光模块通过所述待测光纤接收所述第二部分激光信号，并将所述第二部分激光信号发送至所述检测模块包括：

所述对端光模块通过所述待测光纤接收所述第二部分激光信号；

所述对端光模块通过对端PD芯片将所述第二部分激光信号转换为探测电信号；

所述对端光模块将所述探测电信号发送至所述检测模块。

优选地，所述待测光纤的长度为3米、5米、7米、10米、15米、20米、25米、30米、35米、40米或者50米。

优选地，所述预设规则的激光信号为非周期性激光信号。

按照本发明的另一方面，提供了一种光纤长度的检测系统，所述光纤长度的检测系统包括：本端光模块、对端光模块以及检测模块，所述检测模块的一端连接所述本端光模块，所述检测模块的另一端连接所述对端光模块；

待测光纤的一端连接所述本端光模块，所述待测光纤的另一端连接所述对端光模块；

所述本端光模块用于发射预设规则的激光信号，并将所述激光信号分为第一部分激光信号以及第二部分激光信号，所述第一部分激光信号通过所述本端光模块耦合进所述检测模块，所述第二部分激光信号通过所述待测光纤以及所述对端光模块耦合进所述检测模块；

所述检测模块用于依据所述第一部分激光信号与所述第二部分激光信号之间的相关性，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度。

优选地，所述检测模块具体用于按照预设的采样间隔，对所述第一部分激光信号对应的参考电信号进行采样，得到参考电信号时间序列；并按照所述预设的采样间隔，对所述第二部分激光信号对应的探测电信号进行采样，得到探测电信号时间序列；

所述检测模块还用于对所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列进行互相关运算，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明的检测方法将本端光模块所发射的激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号后，分别通过本端光模块和对端光模块发送给检测模块，检测模块依据第一部分激光信号和第二部分激光信号之间的相关性，确定第二部分激光信号在光纤中传输所耗费的时间，从而确定光纤的长度。本发明的检测方法利用本端光模块自身发射的光信号来实现光纤长度的检测，实现方式简单，提高了检测效率，而且检测精度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1a是本发明实施例提供的一种光纤长度的检测系统的结构示意图；

图1b是本发明实施例提供的另一种光纤长度的检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光纤长度的检测方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的图2中的步骤204的具体流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

目前，主要有如下两种测量方式对短距离的光纤长度进行测量：(1)根据光纤的缠绕直径及匝数来大致测算光纤长度；(2)将捆扎后的光纤解开，利用测量工具对光纤长度进行直接测量。前述两种测量方式效率较低，精度也不高，而且测量效率与光纤长度成反比。另外，由于OTDR探测技术是基于脉冲测距法对光纤长度进行测量的，脉冲测距法受限于探测光脉冲的宽度，测量精度较低(精度数十厘米甚至数米)且难以提升，不适用于测量长度较短的光纤。另外，OTDR探测技术还存在事件盲区以及衰减盲区等测量干扰因素，导致测量精度较低。

为解决前述问题，本发明实施例提供一种光纤长度的检测系统，采用该检测系统对光纤长度进行检测，检测方法简单，可以提高检测的效率，而且，检测精度高，可以准确得到光纤的长度，尤其适用于光纤长度较短的AOC模块。

在实际使用过程中，本实施例的光纤长度的检测系统至少存在两种不同的结构。在其中一个应用场景下，如图1a所示，本端光模块11、对端光模块12以及检测模块2集成于检测系统内，在实际测量过程中，待测光纤13的一端与本端光模块11连接，待测光纤13的另一端与对端光模块12连接，从而对待测光纤13进行长度测量。

在另一个应用场景下，如图1b所示，本实施例的光纤长度的检测系统适用于各类AOC产品，检测系统包括AOC模块1和检测模块2，AOC模块1包括本端光模块11、对端光模块12以及待测光纤13，其中，检测模块2是独立于AOC模块1之外的，在实际测量过程中，检测模块2分别与本端光模块11以及对端光模块12连接，以待测光纤13的长度。

在此，以采用检测系统对AOC模块1进行光纤长度测量，为例解释说明本发明实施例。

如图1b所示，在本实施例中，该光纤长度的检测系统包括AOC模块1以及检测模块2，检测模块2与AOC模块1连接，以对AOC模块1的光纤长度进行测量。

其中，所述AOC模块1包括本端光模块11、对端光模块12以及待测光纤13，所述待测光纤13的一端连接所述本端光模块11，所述待测光纤13的另一端连接所述对端光模块12。所述检测模块2的一端连接所述本端光模块11，所述检测模块2的另一端连接所述对端光模块12。本实施例的检测系统尤其适用于短距离的光纤长度测量，可以有效提高测量效率以及测量精度，解决现有技术中，光纤长度测量效率低，长度测量不准确的问题。当然，本实施例的检测系统同样适用于检测长距离的光纤长度，对于光纤的长度没有限制。

在实际应用场景下，AOC模块1通常工作在3m～300m的长度范围内，AOC模块1的待测光纤13长度通常有以下规格：3米、5米、7米、10米、15米、20米、25米、30米、35米、40米或者50米等。采用本实施例的检测系统可以有效提高AOC模块的光纤长度测量的精度以及效率。在实际应用场景下，所述本端光模块11用于发射预设规则的激光信号，并将所述激光信号分为第一部分激光信号以及第二部分激光信号，所述第一部分激光信号通过所述本端光模块11耦合进所述检测模块2，所述第二部分激光信号通过所述待测光纤13以及所述对端光模块12耦合进所述检测模块2。其中，预设规则的激光信号一般为非周期性激光信号，例如，噪声激光信号。在本实施例中，预设规则的激光信号的类型不做具体限定，在一定范围内该预设规则的激光信号只存在一个极值即可(例如，在一定范围内该预设规则的激光信号只存在一个峰值或者只存在一个谷值)。

进一步地，所述检测模块2用于依据所述第一部分激光信号与所述第二部分激光信号之间的相关性，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤13耦合进所述对端光模块12所耗费的时间，从而确定所述待测光纤13的长度。在一具体实施例中，所述检测模块2用于按照预设的采样间隔，对所述第一部分激光信号对应的参考电信号进行采样，得到参考电信号时间序列；并按照所述预设的采样间隔，对所述第二部分激光信号对应的探测电信号进行采样，得到探测电信号时间序列；对所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列进行互相关运算，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤13耦合进所述对端光模块12所耗费的时间，从而确定所述待测光纤13的长度。其中，采样间隔依据实际情况而定，在具体应用场景下，采样间隔可以依据本端MPD芯片114以及对端PD芯片123的响应带宽而定，例如，本端MPD芯片114以及对端PD芯片123的响应带宽为f，可以设定采样间隔不大于1/2f，采用前述方式设定采样间隔，不仅检测效率高，而且检测精度较高，可以达到1cm。

在本实施例中，本端光模块11包括本端控制芯片111、本端激光器芯片112、本端PD(Photodiode，简写为PD)芯片113、本端MPD(Monitor Photodiode，简写为MPD)芯片114以及本端透镜115。本端控制芯片111与检测模块2连接，本端控制芯片111还与本端激光器芯片112连接。其中，本端控制芯片111用于控制本端光模块11实现相应的功能，本端MPD芯片114作为监控器监控本端光模块11发出的光信号，本端PD芯片113作为接收器接收对端光模块12发出的光信号，本端透镜115用于完成本端激光器芯片112与待测光纤13之间的光路耦合。本端激光器芯片112用于发射预设规则的激光器信号，其中，本端激光器芯片112可以为VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简写为VCSEL)，或者其他类型的激光器，在此不做具体限定。

检测模块2对本端光模块11进行供电，并使其工作在直流模式下。本端控制芯片111在检测模块2的控制下，触发本端激光器芯片112发射预设规则的激光信号。本端透镜115用于将预设规则的激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号，其中，第一部分激光信号被本端MPD芯片114接收并产生参考电信号，第二部分激光信号通过待测光纤13耦合进对端光模块12。

在本实施例中，对端光模块12包括对端控制芯片121、对端激光器芯片122、对端PD芯片123、对端MPD芯片124以及对端透镜125。对端控制芯片121与检测模块2连接，对端控制芯片121还与对端激光器连接。

对端透镜125接收第二部分激光信号，并将第二部分激光信号耦合进对端PD芯片123，对端PD芯片123接收第二部分激光信号，并将第二部分激光信号转换为探测电信号。

在此，需要说明的是，本端与对端的概念是依据激光信号的流向而定的，只是为了区分不同的光模块，激光信号的发射端为本端，激光信号的接收端为对端。在本实施例中，也可以由对端光模块12的对端激光器芯片122发射激光器信号，并将激光器信号发送至本端光模块11。

在本实施例中，参考电信号以及探测电信号对应的激光信号源相同，但是由于检测模块2接收到探测电信号的接收时间，晚于接收到参考电信号的接收时间，二者存在相对时延。因此，可以根据探测电信号与参考电信号之间的相对时延，确定第二部分激光信号通过待测光纤耦合进对端光模块所耗费的时间，从而确定待测光纤的长度。关于检测模块的检测以及计算过程，请详见下文描述。

采用本实施例的检测系统对AOC模块的光纤长度进行检测时，不破坏AOC模块的结构完整性，利用AOC模块自身发射的光信号来实现光纤长度的检测，实现方式简单，提高了检测效率，而且检测精度较高。在实际测量过程中，直接将AOC模块接入检测系统，即可迅速从检测系统获得AOC模块的光纤长度，节省人力及时间。

实施例2：

本实施例还提供一种光纤长度的检测方法，上述实施例1的检测系统适用于本实施例的检测方法。

参阅图2，本实施例的光纤长度的检测方法包括如下步骤：

步骤201：所述本端光模块发射预设规则的激光信号，并将所述激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号。

在本实施例中，待测光纤的一端连接本端光模块，所述待测光纤的另一端连接对端光模块。本实施例的检测方法尤其适用于短距离的光纤长度测量，可以有效提高测量效率以及测量精度，解决现有技术中，光纤长度测量效率低，长度测量不准确的问题。当然，本实施例的检测方法同样适用于检测长距离的光纤长度，对于光纤的长度没有限制。

在实际应用场景下，AOC模块通常工作在3m～300m的长度范围内，AOC模块的光纤长度通常有以下规格：3米、5米、7米、10米、15米、20米、25米、30米、35米、40米或者50米等。采用本实施例的检测方法可以有效提高AOC模块的光纤长度测量的精度以及效率。

所述本端光模块发射预设规则的激光信号，并将所述激光信号分为第一部分激光信号以及第二部分激光信号，所述第一部分激光信号通过所述本端光模块耦合进所述检测模块，所述第二部分激光信号通过所述待测光纤以及所述对端光模块耦合进所述检测模块。其中，预设规则的激光信号一般为非周期性激光信号，例如，噪声激光信号。预设规则的激光信号的具体类型不做具体限定，在一定范围内该预设规则的激光信号只存在一个极值即可(例如，在一定范围内该预设规则的激光信号只存在一个峰值或者只存在一个谷值)。

在具体应用场景下，配置所述本端光模块工作在直流模式下，以触发所述本端光模块发射噪声激光信号。例如，可以通过检测模块对本端光模块进行供电，触发激光器芯片工作在直流模式下，激光器芯片发射噪声激光信号。其中，该噪声激光信号可以为不规则的随机信号，在一定的范围内，该噪声激光信号具有一个最大值。

然后，所述本端光模块通过本端透镜将所述噪声激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号。其中，第一部分激光信号的波形以及第二部分激光信号的波形相同，第一部分激光信号与第二部分激光信号对应的幅度有所差异，具体依据本端透镜的分光比而定。

步骤202：所述本端光模块将所述第一部分激光信号发送至检测模块。

在本实施例中，本端光模块通过本端MPD芯片进行光电转换，以将所述第一部分激光信号转换为相应的参考电信号，本端光模块将所述参考电信号发送至检测模块。

步骤203：所述对端光模块通过所述待测光纤接收所述第二部分激光信号，并将所述第二部分激光信号发送至所述检测模块。

在本实施例中，本端光模块将第二部分激光信号通过光纤发送至对端光模块，对端光模块接收第二部分激光信号。并通过对端PD芯片进行光电转换，以将所述第二部分激光信号转换为相应的探测电信号，对端光模块将所述探测电信号发送至检测模块。

步骤204：所述检测模块依据所述第一部分激光信号与所述第二部分激光信号之间的相关性，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度。

在本实施例中，所述检测模块依据所述第一部分激光信号与所述第二部分激光信号之间的相关性，确定所述第二部分激光信号通过所述待测光纤耦合进所述对端光模块所耗费的时间，从而确定所述待测光纤的长度。

参阅图3，步骤204具体包括如下步骤：

步骤2041：对所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列进行互相关运算。

在本实施例中，检测模块接收参考电信号以及探测电信号，并分别对参考电信号以及探测电信号进行采样处理，对应生成参考电信号时间序列以及探测电信号时间序列。

具体地，所述检测模块按照预设的采样间隔，对所述第一部分激光信号对应的参考电信号进行采样，得到参考电信号时间序列。所述检测模块按照所述预设的采样间隔，对所述第二部分激光信号对应的探测电信号进行采样，得到探测电信号时间序列。其中，采样间隔依据实际情况而定，在具体应用场景下，采样间隔可以依据本端MPD芯片以及对端PD芯片的响应带宽而定，例如，本端MPD芯片以及对端PD芯片的响应带宽为f，可以设定采样间隔不大于1/2f，采用前述方式设定采样间隔，不仅检测效率高，而且检测精度较高，可以达到1cm。

然后，对所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列进行互相关运算。

步骤2042：依据互相关运算结果，确定所述探测电信号时间序列相对于所述参考电信号时间序列的相对位移。

在本实施例中，由于所述参考电信号时间序列和所述探测电信号时间序列只存在一个峰值，在进行互相关运算时，当所述参考电信号时间序列对应的峰值与所述探测电信号时间序列对应的峰值进行相乘处理时，互相关运算的结果达到最大值，由此可以确定所述探测电信号时间序列相对于所述参考电信号时间序列的相对位移。

步骤2043：将所述相对位移与所述预设的采样间隔进行相乘运算，得到所述探测电信号时间序列相对于所述参考电信号时间序列的相对时延。

在本实施例中，第二部分激光信号的传输距离减去第一部分激光信号的传输距离所得到的长度即可认作待测光纤的长度。在已知激光信号在待测光纤中的传播速度的前提下，对待测光纤长度的测量可以转化为对时间的测量。具体地，采用互相关函数确定参考电信号时间序列与探测电信号时间序列之间的相关性，确定参考电信号时间序列与探测电信号时间序列之间的相对时延，从而第二部分激光信号在待测光纤中传输所耗费的时间。

步骤2044：将所述相对时延与所述第二部分激光信号在所述待测光纤中的传播速度进行相乘处理，得到所述待测光纤的长度。

在本实施例中，将所述相对时延与所述第二部分激光信号在所述待测光纤中的传播速度进行相乘处理，得到所述待测光纤的长度。

为清楚说明参考电信号时间序列与探测电信号时间序列之间的相对时延的计算过程，首先简要说明相关函数的特性。

由于参考电信号时间序列与探测电信号时间序列均为离散序列，在此，仅考虑离散序列的相关运算。

对于长度为N平稳且遍历的实序列{X(n)}，其自相关函数为R(m)为

当m＝0时，该序列的自相关函数R(m)在m＝0时，得到最大值R(0)。

对于长度为N平稳且遍历的实序列{X(n)}以及{X(n)}向右平移s(s＞0)之后的序列{X(n-s)}，二者的互相关函数为：

当m＝s时，Rc(m)取得最大值Rc(s)，即

因此，在进行互相关运算后，可以根据互相关运算的最大值来确定位移s的具体值，在本实施例中，利用互相关函数的前述特性，计算参考电信号时间序列与探测电信号时间序列之间的相对时延。

假设参考电信号时间序列为{F(n)}，长度为N；探测电信号时间序列与参考电信号时间序列源于同一信号源，但由于探测电信号时间序列对应的第二部分激光信号的接收时间，晚于参考光电信号时间序列对应的第一部分激光信号的接收时间，因此，经过采样处理后，探测电信号时间序列与参考电信号时间序列之间存在相对时延，可将探测电信号时间序列表示为{kF(n-s)}，长度为N，s为二者的相对位移，k为第一部分激光信号与第二部分激光信号之间的分光比例。则，参考电信号时间序列{F(n)}与探测电信号时间序列{kF(n-s)}的互相关函数如下：

当m＝s时，Rc(m)取得最大值Rc(s)，即，

通过查找互相关运算结果中最大值的位置，得到相对位移s。假设预设的采样间隔为t，则二者的相对时延T＝st，从而得到相对时延T。

设激光信号在光纤中的传播速度为cn，则待测光纤长度L＝cnT，从而得到待测光纤的长度。

在本实施例中，假设本端MPD芯片及对端PD芯片的响应带宽为f，检测模块的采样率为SR(SR≥2f)，则本实施例的空间分辨率RES＝cn/2f。例如，激光信号在光纤中的近似传播速率cn＝2×10⁸m/s，响应带宽f＝10GHz，则空间分辨率RES＝0.01m，即此种条件下可实现1cm的空间分辨率，具有较高的检测精度，可以满足应用需求，而且空间分辨率与光纤的长度无关。

因此，本端MPD芯片及对端PD芯片的带宽f决定了空间分辨率。在实际应用场景下，可以依据实际需求选择合适的本端MPD芯片及对端PD芯片，以使检测精度满足需求。

本发明的检测方法将本端光模块所发射的激光信号分为第一部分激光信号和第二部分激光信号后，分别通过本端光模块和对端光模块发送给检测模块，检测模块依据第一部分激光信号和第二部分激光信号之间的相关性，确定第二部分激光信号在光纤中传输所耗费的时间，从而确定光纤的长度。本发明的检测方法尤其适用于AOC模块的光纤长度测量，可以不破坏AOC模块的结构完整性，利用AOC模块自身发射的光信号来实现光纤长度的检测，实现方式简单，提高了检测效率，而且检测精度较高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。