用于铁鞋的状态检测装置及铁鞋的制作方法

1.本发明涉及铁鞋技术领域，具体是涉及到一种用于铁鞋的状态检测装置及铁鞋。


背景技术：

2.轨道交通系统中，停止运行的机车如果发生溜车会导致严重的后果，所以，机车运营过程中必须采取有效技术措施防止此类事故的发生，特别是随着近年来轨道交通的高速发展，对机车的驻车安全提出了更高要求。铁鞋作为机车停靠时防溜的主要工具，在机车停靠时，将其放置在机车两侧的车轮处，通过铁鞋的特殊结构能够有效阻止车轮滑动防止机车溜车，在列车停止运行时起着极其重要的作用。
3.及时上报以避免危险发生，由此检测车轮和铁鞋的相对位置关系尤为重要，现有技术中均采用超声波进行探距(即车轮和铁鞋的距离)，参阅图1，超声波探测装置一般使得声波水平发射(竖直方向上无法放置超声波探测装置)；其包括发射端a和接收端b，通常发射端a所发射的声波能保证维持直线，但是由于车轮的表面呈现曲面，声波到了车轮后发生漫射，车轮和铁鞋的距离又太近，导致接收端b在接收后所计算的距离存在无法忽略的误差，从而导致距离测量不准，会影响铁鞋该产品在使用过程中的安全性；
4.由此，有现有技术提出通过在铁鞋的鞋尖201上设置压力传感器的方式，通过检测压力的方式来进行距离判断，但是在实际实验过程中，申请人发现根据qrc555国标，鞋尖201的厚度在2cm正负公差1cm，压力传感器要设置在尺寸如此小的鞋尖201内首先工艺很难实现，其次压力传感器响应较慢，且轨道机车重量庞大，很容易对压力传感器造成损坏，压力传感器可能已经失效形成断路，但是后台人员确无法获知损坏信信息，维护人员也不可能每次使用前都自行测试，因此存在安全隐患且抬高使用成本减少使用寿命。
5.综上，现有技术仍需改进。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于铁鞋的状态检测装置及铁鞋。
7.为了实现上述目的，在本发明第一方面，本发明实施例提供一种用于铁鞋的状态检测装置，述状态检测装置包括：触摸结构，包括多个接触片，接触片沿着铁鞋的鞋尖依次设置，其中，接触片为电阻式或者电容式的任一种；转换模块，电连接触摸结构，用于接收触摸结构所反馈的模拟电信号，并将模拟电信号转换为数字信号；控制器，被配置为：接收数字信号；根据预设的映射关系对数字信号的编码组合进行解析以确定铁鞋的状态。
8.在本技术实施例中，模拟电信号包括电压信号或者电流信号，转换模块分别电连接多个接触片，以接收每一接触片的模拟电信号；将模拟电信号转换为数字信号包括：在模拟电信号位于预设的电信号阈值范围的情况下，输出第一电平；在模拟电信号位于电信号阈值范围之外的情况下，输出第二电平。
9.在本技术实施例中，触摸结构装置还包括：第一接口，设置在接触片上；第二接口，
设置在接触片上且和第一接口导通形成第一回路；超级电容，并联在第一回路上形成第二回路；在第二回路发生断电的情况下，超级电容放电以释放模拟电信号。
10.在本技术实施例中，多个接触片包括：第一接触片，设置在鞋尖的端部；第二接触片，设置在鞋尖的中位处；第三接触片，设置在鞋尖的末位处；控制器被配置成根据预设的映射关系对数字信号的编码组合进行解析以确定铁鞋的状态还包括控制器被配置成：接收到第一接触片输出第二电平，第二接触片和第三接触片均输出第一电平，确定铁鞋处于正常防溜状态；接收到第一接触片、第二接触片输出第二电平，第三接触片输出第一电平，确定铁鞋处于防溜过近状态；接收到第一接触片、第二接触片以及第三接触片均输出第二电平，或者所述第三接触片单独输出第二电平，确定所述铁鞋处于危险状态。
11.在本技术实施例中，控制器被配置成根据预设的映射关系对数字信号的编码组合进行解析以确定铁鞋的状态还包括控制器被配置成：
12.在接收到第一接触片、第二接触片以及第三接触片的至少一者，在输出第二电平后在预设的时间内输出反向的第二电平，确定对应的第一接触片、第二接触片或者第三接触片被损坏。
13.在本技术实施例中，状态检测装置还包括：无线收发模块，用于铁鞋的状态和上位机进行通信；控制器还被配置成：将铁鞋的状态发送至上位机以进行记录。
14.在本技术实施例中，触摸结构还包括：密封层，设置在接触片的上侧，密封层的最高面低于接触片；安装板，设置在接触片的下侧，用于连接接触片。
15.在本技术实施例中，状态检测装置还包括：姿态传感器，用于检测铁鞋的姿态参数；控制器还被配置成：根据铁鞋的姿态参数，判断铁鞋是否处于静止状态；在铁鞋处于静止状态的情况下，给接触片予以检测。
16.在本发申请施例中，状态检测装置还包括：语音播报模块；控制器还被配置成：根据铁鞋的状态在预设的语料信息库选择对应的语音信息；控制语音播报模块输出语音信息。
17.在本技术的第二方面，本发明实施例还提供一种铁鞋，包括根据上述任意一项的用于铁鞋的状态检测装置。
18.另一方面，提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于在被控制器执行时使得控制器能够执行根据上述的用于铁鞋的状态检测装置。
19.通过上述技术方案，在本发明实施例中首先通过将接触片按照距离排布在铁鞋的鞋尖上，接触片采用电阻式或者电容式，那么根据车轮接触到接触片后所引起接触片的电阻或者电容的变化的特性，以此作为车轮接触到铁鞋的判定条件；并通过数模转换，根据数字信号的编码组合从而确定铁鞋和车轮最终的位置状态。通过以上的方式，可以克服现有技术下超声波发生器所带来的测量不精准的问题，并可在当前工艺水平可实现的范围内予以生产，兼顾成本低和实现简易等特点。
20.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
21.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附
图中：
22.图1是本发明实施例演示现有技术下铁鞋利用超声波进行测距的结构示意图；
23.图2是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的连接拓扑图；
24.图3是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的模块结构示意图；
25.图4是是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的部分电路示意图；
26.图5是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的另一模块示意图；以及
27.图6是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置中触摸结构的部分剖视图。
28.附图标记说明
29.a、发射端；
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b、接收端；
30.200、铁鞋；
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201、鞋尖；
31.100、状态检测装置；
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101、接触结构；
32.101a、接触片；
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102、转换模块；
33.103、控制器；
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1011、第一接触片；
34.1012、第二接触片；
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1013、第三接触片；
35.104、姿态传感器；
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105、语音播报模块；
36.106、无线收发模块；
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101b、密封层；
37.101c、安装板；
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1014、第一接口；
38.1015、第二接口；
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1016、超级电容。
具体实施方式
39.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定装置结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、装置、电路及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
40.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
41.现有技术中由于压力传感器应用在距离探测的诸多不便，本发明实施例提供一种总的发明构思为：采用车轮接触所引起的电阻或者电容的变化，从而作为车轮接触到铁鞋的判定条件，那么基于以上的特性，可以摒弃以往超声波测距所带来的的不精准，通过判定车轮是否接触到铁鞋相对压力传感器可以获得更快更积极的响应，并且成本和工艺条件均可满足。
42.针对于以上的总发明构思，本发明实施例首先提供一种状态检测装置，请参阅图2，图2是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的连接拓扑图；
43.该状态检测装置100包括：
44.触摸结构101，包括多个接触片101a，接触片101a沿着铁鞋200的鞋尖201依次设置，其中，接触片101a为电阻式或者电容式的任一种；
45.转换模块102，电连接触摸结构101，用于接收触摸结构101所反馈的模拟电信号，并将模拟电信号转换为数字信号；
46.控制器103，被配置为：
47.接收数字信号；
48.根据预设的映射关系对数字信号的编码组合进行解析以确定铁鞋200的状态。
49.其中，触摸结构101中所包含的接触片101a可以理解为触摸按钮，其可以是电阻式或者电容式，根据基础常识可知，任何两个导电的物体之间都存在着感应电容或者接触电阻；当轨道交通的车轮碾压到铁鞋200的鞋尖201后，由于车轮是金属件导体且本身相对为超大电容/电阻，在接触片101a和车轮触碰(接触)时，其感应电容或者接触电阻会急剧变化，根据接触片101a所设置的位置不同，从而以不同位置的接触片101a所输出的响应作为判断车轮碾压位置的基准条件。
50.以接触片101a采用电容式为例，接触片101a通过焊盘的形式和铁鞋200的鞋尖201连接，接触片101a可以通过接地或者其他形势。与大地也可构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下，由于大地相对为超大电容。因此此时接触片101a和铁鞋200相对的感应电容值是固定不变的微小值。当有车轮靠近接触到接触片101a时，轨道交通的车轮与大地构成的感应电容并联接触片101a与大地构成的感应电容，会使总感应电容值瞬值增加。此时相对通过接触片101a的模拟电信号会发生改变。
51.电容式的接触片101a开始响应后，转换模块的ic在检测到某个接触片101a的感应电容值发生改变后，通过接触片101a的模拟电信号将发生改变。接触片101a因为没有机械构造，所有的检测都是模拟电信号的微小变化，所以对各种干扰会更加敏感，所以具备更高的精确性。
52.转换模块102通过电连接触摸结构101，接收来自触摸片101a所反馈的模拟电信号，模拟电信号包括电压信号或者电流信号，通过转换模块102分别电连接多个接触片101a，以接收每一接触片101a的模拟电信号，并模拟电信号所转换的数字信号。
53.控制器103可以是plc控制器或者可编码的微机，通过整合所有的数字信号，根据所实时反馈数字信号的编码，根据在数据库中预设的状态和对应数字信号编码的关系，从而确定铁鞋200的状态。
54.在一个示例中，转换模块102为解码器，通过触摸片101a所反馈的模拟电信号，将其转换为数字信号从而被上位机(控制器103)所接收，并在控制器103中予以解析确定铁鞋的状态。
55.可以理解，由于触摸片101a分别设置在铁鞋200不同的位置，那么只要触摸片101a对应响应，即证明车轮已经碾压到铁鞋上所对应的位置，那么通过触摸片101a所反映出的情况，可以确定铁鞋和车轮的相对位置关系，及铁鞋此时所位于的“状态”。
56.综上，在本发明实施例中首先通过将接触片按照距离排布在铁鞋的鞋尖上，接触片采用电阻式或者电容式，那么根据车轮接触到接触片后所引起接触片的电阻或者电容的变化的特性，以此作为车轮接触到铁鞋的判定条件；并通过数模转换，根据数字信号的编码组合从而确定铁鞋和车轮最终的位置状态。通过以上的方式，可以克服现有技术下超声波发生器所带来的测量不精准的问题，并可在当前工艺水平可实现的范围内予以生产，兼顾成本低和实现简易等特点。
57.根据上述，为了解决现有技术压力传感器所存在的技术缺陷，以下提供一个具体的实施例：
58.请参阅图3，图3是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的模块结构示意图；
59.该状态检测装置100包括：
60.触摸结构101，包括是三个接触片101a，接触片101a沿着铁鞋200的鞋尖201依次设置，其中，接触片101a为电容式接触按钮；
61.转换模块102，电连接触摸结构101，用于接收触摸结构101所反馈的模拟电信号，并将模拟电信号转换为数字信号；
62.控制器103，被配置为：
63.接收数字信号；
64.根据预设的映射关系对数字信号的编码组合进行解析以确定铁鞋200的状态。
65.以下对上述硬件分别进行阐述：
66.转换模块102：用于检测三个触摸片101a状态，并将状态通过三个gpio(一种接口，为可选地特征)输出给控制器103做计算。当触摸片101a没被接触时，三个gpio常为“1”，即第一电平，当有对应的按钮被接触时，相应的gpio输出为“0”，即第二电平。
67.控制器103：根据转换模块102输出的第一电平和第二电平的组合，来判断当前铁鞋是否正常防溜、防溜过近和铁鞋被压舌。
68.触摸片101a：三个触摸片101a在鞋尖上不同位置，根据以往的经验分别对应这不同的铁鞋状态。
69.具体地，多个接触片101a可选地包括：
70.第一接触片1011，设置在鞋尖201的端部；
71.第二接触片1012，设置在鞋尖201的中位处；
72.第三接触片1013，设置在鞋尖201的末位处；
73.可以理解，可以在接触片101a的数量上予以增多，以提高判断的精准性，在以上数量上所作出的改进，均属于本发明实施例所涵盖的保护范围内。
74.当第一接触片1011被接触时，控制器103确定正常防溜；当第二接触片1012和第一接触片1011一起被接触时，确定防溜过近；只要当触摸片101a被接触，则确定铁鞋200的鞋尖201已经被压舌，需立即报警。
75.进一步地，该状态检测装置100包括还包括：
76.姿态传感器104：用于检测铁鞋200是运动还是静止状态。控制器103通过读取姿态传感器104的参数，只有当铁鞋200在静止状态下，才启动触摸片101a检测，运动过程不检测。
77.密封层101b：由于铁鞋鞋尖长时间被火车车轮压着，所以触摸片101a很容易损坏，为此在安装触摸片101a的位置，将铁鞋200的鞋尖201处开个内槽，触摸片101a放置在槽内，并在其表面灌入密封层101b，以对触摸片101a起到一个保护作用。
78.以上对该状态检测装置100的硬件组成进行了阐述，以下对各硬件的连接关系和其所执行的功能进行进一步描述：
79.转换模块102分别独立电连接接触片101a(即第一接触片1011、第二接触片1012以及第三接触片1013)，以独立接收每一接触片101a的模拟电信号；此时转换模块102将模拟电信号转换为数字信号包括：
80.步骤s101、在模拟电信号位于预设的电信号阈值范围的情况下，输出第一电平(即1)；
81.步骤s102、在模拟电信号位于电信号阈值范围之外的情况下，输出第二电平(即0)。
82.可以理解，以上的步骤可以通过预先配置予以实现，如向接触片101a输出电流，由于在车轮未碾压到接触片101a电容较为微小，此时转换模块102和接触片101a连接的i/0口输入和输出均为高电平，那么其输出的模拟电信号就是近似为5v电压，通过1来表示(通常芯片的高平电压为5v)。在车轮碾压到接触片101a后，电容瞬值增大，当转换模块102的i/0口输入和输出为低电平时，就是近似为0v电压，那么就表示为0。
83.更进一步地，控制器103被配置成根据预设的映射关系对数字信号的编码组合进行解析以确定铁鞋的状态还包括控制器被配置成：
84.步骤s201、接收到第一接触片1011输出第二电平，第二接触片1012和第三接触片1013均输出第一电平，确定铁鞋200处于正常防溜状态；
85.步骤s202、接收到第一接触片1011、第二接触片1012输出第二电平，第三接触片1013输出第一电平，确定铁鞋200处于防溜过近状态；
86.步骤s203、接收到第一接触片1011、第二接触片1012以及第三接触片1013均输出第二电平，或者第三接触片1013单独输出第二电平，确定铁鞋200处于危险状态。
87.综上，在本发明实施例中通过在铁鞋的鞋尖设置多个接触片，根据车轮和接触片接触后所引起的电容的变化，从而使得模拟电信号开始改变并作为车轮接触到铁鞋的判定条件，通过将第一接触片、第二接触片以及第三接触片分别对应着正常防溜状态、防溜过近状态以及危险状态。通过以上的方式，可以更精准的判定铁鞋的状态。
88.为了克服压力传感器损坏后上位机无法获知损坏信息的问题，请参阅图3以及图4，图4是是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的部分电路示意图，在触摸结构装置100还包括：
89.第一接口1014，设置在接触片上；
90.第二接口1015，设置在接触片上且和转换模块以及第一接口导通形成第一回路；第一回路指代从转换模块102的引脚2输出测试电流至接触片101a的第二接口1015，然后通过接触片101a后经由第一接口1014返回引脚1，从而形成第一回路。
91.在本发明实施例可选地方案中，在第一回路中可以增加容阻元件，如电容、电感、电阻等，以增加回路的稳定性。
92.更进一步地，触摸结构装置100还包括：
93.超级电容1016，并联在第一回路上形成第二回路；第二回路指代超级电容连接引脚1和引脚2以及并联第一回路，在接收到第一回路断电后，超级电容1016进行放电，从而释放相反的模拟电信号。
94.进一步地，在第二回路和第一回路中均设置有二极管，使得第二回路和第一回路具备单向导电性，以防止在转换模块102刚输出测试电流时，超级电容1016开始释放相反电压影响转换模块102。保证仅在第二回路发生断电的情况下，超级电容1016放电以释放模拟电信号可以传输至转换模块102。
95.控制器103被配置成根据预设的映射关系对数字信号的编码组合进行解析以确定
铁鞋的状态还包括控制器被配置成：
96.在接收到第一接触片1011、第二接触片1012以及第三接触片1013的至少一者所输出的第二电平后，在预设的时间内接收到反向的第二电平，确定对应的第一接触片1011、第二接触片1012或者第三接触片1013被损坏；
97.在第一接触片1011、第二接触片1012或者第三接触片1013发生损坏的情况下，停止发送测试电流，并进行报警。
98.可以理解的是，将控制器103所能接收到的数字信号分为：111(无接触状态)、011(正常防溜状态)、001(防溜过近状态)以及000(危险状态)以及第二电平后接收到反向的第二电平(触摸片损坏)，通过以上控制器103所判定的各种状态，可以进行相应的措施以保证轨道交通在停止之后的安全性。且根据超级电容1016的放电特性配合触摸片101a的连接关系，在触摸片101a发生损坏时可第一时间获知，提高状态检测装置100的使用可靠性。
99.请参阅图5，图5是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置的另一模块示意图。状态检测装置100还包括：
100.语音播报模块105，用于播报语音，控制器103可以根据铁鞋的状态输出对应的语音信息；
101.无线收发模块106，将铁鞋的状态和上位机进行通信。
102.可以理解，控制器103通过电连接语音播报模块105以及无线收发模块106，语音播报模块105可以包括喇叭(未细化示出)和转换器，控制器103通过根据铁鞋的状态在预设的语料数据库中选取对应内容的语料，继而通过转换器生成对应的语音条在喇叭中播出，维护人员可以根据所播报的语音内容获知铁鞋状态的相关信息，同时，控制器103还会将铁鞋的状态通过无线收发模块106发送至上位机予以记录，以便对状态检测装置的使用历史进行查看、监控和维护。
103.在一些实施例中，还可增加蜂鸣器、指示灯等具备提示功能的器件，均属于本发明实施例所涵盖的保护范围内。
104.请参阅图6，图6是本发明实施例所提供的用于铁鞋的状态检测装置中触摸结构的部分剖视图；更进一步，触摸结构101还包括：
105.密封层101b，设置在接触片101a的上侧，密封层101b的最高面低于接触片101a；
106.安装板101c，设置在接触片101a的下侧，用于连接接触片101a。
107.其中安装板101c采用弹性材质，以防止接触片101a受到应力崩裂，如橡胶等，密封层101b可以采用胶进行灌胶的形式，且可以对密封层101b进行限位，其中密封层101b的最高面需要低于接触片101a，以将接触片101a暴露在外，以方便接触轨道交通的车轮。
108.综上，本发明实施例通过提供一种用于铁鞋的状态检测装置，在本发明实施例中首先通过将接触片按照距离排布在铁鞋的鞋尖上，接触片采用电阻式或者电容式，那么根据车轮接触到接触片后所引起接触片的电阻或者电容的变化的特性，以此作为车轮接触到铁鞋的判定条件；并通过数模转换，根据数字信号的编码组合从而确定铁鞋和车轮最终的位置状态。且根据语音播报模块进行播报，通过无线收发模块将数据发送至上位机进行记录，从而完成完整且具备高可靠性的铁鞋状态测量和播报一体的系统。
109.本领域技术人员也应当理解，如果将本发明方法或者状态检测装置、经过简单变化、在其上述方法增添功能进行组合、或者在其装置上进行替换，如各组件进行型号材料上
的替换、使用环境进行替换、各组件几何关系进行简单替换等；或者将其所构成的产品一体设置；或者可拆卸设计；凡组合后的组件可以组成具有特定功能的方法/设备/装置，用这样的方法/设备/装置替代本发明的方法和装置均同样落在本发明的保护范围内。
110.装置还包括存储器，上述用于铁鞋的状态检测装置可作为程序单元存储在存储器中，由控制器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
111.控制器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调节内核参数来针对接触片的变化判断铁鞋的状态。
112.存储器可以包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)，存储器包括至少一个存储芯片。
113.本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，其上存储有程序，该程序被控制器执行时实现控制器所需要执行的步骤。
114.本发明实施例还提供了一种铁鞋，包括上述实施例中描述的用于铁鞋的状态检测装置。
115.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
116.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
117.需要说明，本发明实施例中所有流向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对几何关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该流向性指示也相应地随之改变。
118.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
119.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。