片上温度传感器、温度检测方法及片上系统

1.本发明实施例涉及传感技术领域，尤其涉及一种片上温度传感器、温度检测方法及片上系统。


背景技术：

2.在当前超大规模集成电路系统中，对集成电路进行温度监测是保证电路系统正常稳定工作的重要步骤。近年以来，基于硅光子学的温度传感器受到了广泛的关注，相比传统的片上温度传感器，硅光子学温度传感器具有更好的抗电磁干扰能力、更高的兼容性以及更低的能耗，在许多应用场景中具有优秀表现。人们开发了各种基于不同结构和机理的集成光学温度传感器，如微环谐振器、布拉格光栅以及马赫-曾德干涉仪等，但是受硅材料的热光系数制约，大多数温度传感器的灵敏度被限制在83pm/℃左右。
3.为了获得更好的传感器性能，相关技术中通过不同的方式或结构对基于soi平台的温度传感器进行了研究，取得了不错的效果，例如采用马赫-曾德干涉仪进行温度传感器研究，将两个臂的波导裁剪成具有不同灵敏度的宽度但折射率几乎相同的结构，获得了438pm/℃的灵敏度，虽然相比于传统温度传感器的灵敏度有所提升，但是这样的波导结构占用了较大的芯片空间，造成芯片设计成本增加，不符合当前集成电路设计的发展方向。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.本发明实施例提供了一种片上温度传感器、温度检测方法及片上系统，能够在降低波导结构尺寸的同时提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种片上温度传感器，包括：波导结构；
7.所述波导结构包括输入波导、输出波导、级联微环谐振器以及级联输出波导；
8.所述级联微环谐振器，包括第一微环和第二微环，所述第一微环靠近于所述输入波导的输入端，所述第二微环靠近于所述输出波导的输出端，所述第一微环、所述第二微环排列设置于所述级联输出波导一侧，所述第一微环的温度灵敏度与所述第二微环的温度灵敏度不相同。
9.根据本发明提供的实施例的片上温度传感器，至少具有如下有益效果：
10.通过设置级联的两个微环，基于游标效应获取第二微环的最终光谱输出进而实现温度监测，基于第一微环的温度灵敏度与第二微环的温度灵敏度不相同的特性，在不同温度环境下的总输出光谱将产生偏移，从而能够基于该偏移更加准确地察觉温度变化，实现传感器灵敏度提升，并且通过将第一微环靠近于输入波导的输入端，第二微环靠近于输出波导的输出端，以及第一微环、第二微环排列设置于级联输出波导一侧，以优化第一微环和第二微环的结构设计，得到尺寸更小的波导结构，从而能够在降低波导结构尺寸以节省芯片设计成本的同时提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。
11.根据本发明的一些实施例，片上温度传感器还包括开有传感窗口的上包层，所述上包层覆盖于所述波导结构上，所述传感窗口与所述第二微环相对设置，通过设置传感窗口以使第二微环能够感知外界温度变化的情况。
12.根据本发明的一些实施例，所述第一微环的环心与所述第二微环的环心的连线平行于所述级联输出波导，便于第一微环、第二微环与级联输出波导实现各自耦合。
13.根据本发明的一些实施例，所述第一微环垂直于所述输入波导，所述第二微环垂直于所述输出波导，便于第一微环与输入波导进行耦合，以及第二微环与输出波导进行耦合。
14.根据本发明的一些实施例，所述第一微环上覆盖负热光系数的外包层，以降低外界温度对于第一微环造成的影响。
15.根据本发明的一些实施例，所述输入波导、所述输出波导和所述级联输出波导配合形成“凹”型结构，所述第一微环和所述第二微环均设置于所述“凹”型结构内，能够降低第一微环和第二微环的芯片占用空间。
16.根据本发明的一些实施例，所述第一微环和所述第二微环的半径均不大于40μm，相比于相关技术中的温度传感器，整体尺寸更小。
17.第二方面，本发明实施例还提供了一种温度检测方法，应用于如上第一方面所述的片上温度传感器，包括：
18.在第一时刻向所述输入波导的输入端通入光源；
19.获取由所述第二微环输出的与光源对应的输出光谱；
20.根据所述输出光谱确定所述第一时刻下的温度。
21.根据本发明提供的实施例的温度检测方法，至少具有如下有益效果：
22.由于各个微环在不同温度环境下的输出光谱将产生偏移，因此通过获取由第二微环输出的输出光谱，即相当于获取到了同时受到第一时刻下的第一微环和第二微环的影响的最终输出光谱，进而能够基于所得到的输出光谱的偏移更加精确地察觉温度变化程度，提升温度灵敏度，从而准确检测得到该时刻下的温度。
23.根据本发明的一些实施例，所述根据所述输出光谱确定所述第一时刻下的温度，包括：
24.对所述输出光谱进行包络拟合处理，得到与所述输出光谱关联的优化输出光谱；
25.根据所述优化输出光谱确定所述第一时刻下的温度。
26.第三方面，本发明实施例还提供了一种片上系统，包括：如上第一方面所述的片上温度传感器。
27.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
28.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
29.图1是本发明一个实施例提供的片上温度传感器中的波导结构的示意图；
30.图2是本发明另一个实施例提供的片上温度传感器的示意图；
31.图3是本发明一个实施例提供的第一微环和第二微环的输出光谱的示意图；
32.图4是本发明一个实施例提供的片上温度传感器的输出光谱的示意图；
33.图5是本发明一个实施例提供的温度检测方法的流程图；
34.图6是本发明一个实施例提供的温度检测方法中，确定第一时刻下的温度的流程图；
35.图7是本发明另一个实施例提供的片上温度传感器的输出光谱的示意图；
36.图8是图7中的片上温度传感器的输出光谱经过包络拟合处理后的示意图；
37.图9是本发明一个实施例提供的经过包络拟合处理后的片上温度传感器的输出光谱的示意图。
具体实施方式
38.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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.需要注意的是，虽然在装置示意图中进行了结构划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的结构划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
40.本发明提供了一种片上温度传感器、温度检测方法及片上系统，通过设置级联的两个微环，基于游标效应获取第二微环的最终光谱输出进而实现温度监测，基于第一微环的温度灵敏度与第二微环的温度灵敏度不相同的特性，在不同温度环境下的总输出光谱将产生偏移，从而能够基于该偏移更加准确地察觉温度变化，实现传感器灵敏度提升，并且通过将第一微环靠近于输入波导的输入端，第二微环靠近于输出波导的输出端，以及第一微环、第二微环排列设置于级联输出波导一侧，以优化第一微环和第二微环的结构设计，得到尺寸更小的波导结构，从而能够在降低波导结构尺寸以节省芯片设计成本的同时提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。
41.下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
42.如图1所示，图1是本发明一个实施例提供的片上温度传感器中的波导结构110的示意图。
43.在图1的示例中，该片上温度传感器包括：波导结构110；
44.波导结构110包括输入波导111、输出波导112、级联微环谐振器以及级联输出波导113；
45.级联微环谐振器，包括第一微环114和第二微环115，第一微环114靠近于输入波导111的输入端，第二微环115靠近于输出波导112的输出端，第一微环114、第二微环115排列设置于级联输出波导113一侧，第一微环114的温度灵敏度与第二微环115的温度灵敏度不相同。
46.在一实施例中，通过设置级联的两个微环，基于游标效应获取第二微环115的最终光谱输出进而实现温度监测，基于第一微环114的温度灵敏度与第二微环115的温度灵敏度
不相同的特性，在不同温度环境下的总输出光谱将产生偏移，从而能够基于该偏移更加准确地察觉温度变化，实现传感器灵敏度提升，并且将第一微环114靠近于输入波导111的输入端以便两者进行输入光耦合，进而基于级联输出波导113配合上下排列设置的第一微环114和第二微环115实现光的二次耦合，以及将第二微环115靠近于输出波导112的输出端以便进行输出光耦合，即通过优化第一微环114和第二微环115的结构设计来实现上述的耦合过程，有利于更加准确地感应温度变化，因此不仅可以得到尺寸更小的波导结构110以节省芯片设计成本，同时还能够提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。
47.在一实施例中，输入波导111、输出波导112和级联输出波导113的形状不限定，本领域技术人员可以根据具体应用场景对其进行相应设置，例如设置为直波导，或者，设置为一定角度的弯曲波导等，这在本实施例中并未限制。
48.在一实施例中，第一微环114和第二微环115的排列方式不限定，例如可以以上下排列、左右排列等方式进行设置，相应地，当第一微环114和第二微环115上下排列，则可以将其设置于级联输出波导113的左侧或右侧，或者，当第一微环114和第二微环115左右排列，则可以将其设置于级联输出波导113的上侧或下侧等，这在本实施例中并未限制。
49.在一实施例中，体现第一微环114的温度灵敏度与第二微环115的温度灵敏度不相同的方式可以为多种，涉及到的相关因素可以为材料差异、温度感知范围以及位置差异等，这在本实施例中并未限制，以下实施例中主要以温度感知范围的不同来区分两个微环的温度灵敏度。
50.可以理解地是，微环谐振器传感器的传感探测可以分为光强度探测和光谱探测两种，光强度探测是指在相同波长范围内探测功率大小，光谱探测是指探测输出的透射光谱谐振峰的偏移大小。本发明实施例采用光谱检测的方式测量外界环境温度的变化，即通过检测输出光谱在固定波长下由于温度变化而引起的共振波长漂移量来进一步获取环境中的温度。
51.具体地，微环谐振器温度传感器的工作原理是由于波导表面存在倏逝场，当外界环境温度发生改变时，由于聚合物的热光效应使波导有效折射率发生变化，从而导致环形谐振腔内模式的传播相位发生变化，影响了传感器的谐振条件，改变微环谐振器的输出光谱，将环境中温度的变化量转化为谐振波长的漂移量，在输出端通过检测输出谱线的变化量可实现对环境温度的探测。微环谐振器温度传感器的温度检测主要受热光效应和热膨胀效应的影响，当温度变化时，波导的折射率受热光效应的影响，微环波导的周长受热膨胀效应改变。因此，受温度影响而引起的微环谐振波长的整体偏移为：
52.δλ＝δλ
l
+δλ
t
；
53.δλ
t
为热光效应引起的波长偏移，δλ
l
为热膨胀效应引起的波长偏移，具体为：
[0054][0055][0056]
其中，λ为光的波长，δt为温度的变化量，即当前温度与初始温度之间的变化量，αw为热膨胀系数，本发明实施例中的αw为硅材料下的2.5
×
10-6
/℃，n
eff
为微环谐振器波导的有效折射率，ng为微环谐振器波导的群折射率。受热光效应的影响，微环谐振器波导的有效折射率会发生变化，这是微环谐振器温度传感器实现温度传感的主要影响因素，波导有
效折射率变化为：
[0057]neff
＝n(λ，t)[1+c
ε
ε+c
t
(t-t0)]；
[0058]
此处的n(λ，t)为波导材料的折射率，本发明实施例中的级联微环谐振器采用硅材料，则n(λ，t)＝3.48，为微环谐振器波导的热光系数，本发明实施例中的c
t
为1.86
×
10-4
/k；是微环谐振器波导的应变系数，ε为应变状态，t为当前温度，t0为常温温度。在理想状态下，基于微环谐振器的温度传感器不受外力作用，因此可以忽略应变变化而只考虑温度变化的影响，由微环谐振器波导的有效折射率可以得到波导的群折射率为：
[0059][0060]
在一实施例中，如图2所示，片上温度传感器100还包括开有传感窗口121的上包层120，上包层120覆盖于波导结构110上，传感窗口121与第二微环115相对设置，通过设置传感窗口121以使第二微环115能够感知外界温度变化的情况，即以裸露出来的第二微环115作为传感窗口121，传感窗口121温度的变化通过倏逝场影响到波导模式特性，进而影响整个温度传感器的特性，因此通过设置传感窗口121以体现这一影响特性。
[0061]
可以理解地是，传感窗口121只需面对第二微环115设置即可，不用限制其具体方位，可以由本领域技术人员根据应用场景进行设置，例如图2中将该传感窗口121设置于第二微环115的上方，以实现第二微环115的温度感知。
[0062]
在一实施例中，如图1所示，第一微环114的环心与第二微环115的环心的连线平行于级联输出波导113，便于第一微环114、第二微环115与级联输出波导113实现各自耦合，从而稳定地将光从第一微环114传输到级联输出波导113中，以及将光从级联输出波导113传输到第二微环115中。
[0063]
在一实施例中，如图1所示，第一微环114垂直于输入波导111，第二微环115垂直于输出波导112，便于第一微环114与输入波导111进行耦合，以及第二微环115与输出波导112进行耦合，便于稳定得到各个微环的输出光谱。
[0064]
在一实施例中，第一微环114上覆盖负热光系数的外包层，以降低外界温度对于第一微环114造成的影响，即以第一微环114作为第一微环114，可以更好地突出温度变化对于第二微环115造成的影响，所得到的光谱结果的误差将会更小，可以理解地是，外包层可以采用二氧化钛等构成，且在不同应用场景中可以替换为类似构成成分，这在本实施例中并未限制。
[0065]
在一实施例中，如图2所示，输入波导111、输出波导112和级联输出波导113配合形成“凹”型结构，第一微环114和第二微环115均设置于“凹”型结构内，使得波导结构110整体更加紧凑，能够降低第一微环114和第二微环115的芯片占用空间，达到节省成本的目的。
[0066]
在一实施例中，第一微环114和第二微环115的半径均不大于40μm，相比于相关技术中的温度传感器，整体尺寸更小，例如在本实施例中的第一微环114和第二微环115半径分别仅为38.17μm和39.52μm，并且根据测试结果显示，本发明实施例提供的片上温度传感器100的温度灵敏度达到了303.6pm/k，很好地突破了相关技术中的单微环对应温度灵敏度83pm/k的限制。
[0067]
以下给出本发明实施例的工作原理的详细说明。
[0068]
首先，如图1所示，光源从波导结构110的输入端口射入波导结构110中，并在输入波导111中部与第一微环114发生耦合，即基于第一耦合区200进行耦合，耦合进入第一微环114后在第一微环114中传输；当光束在第一微环114中传播时满足绕环一周的光程等于波长的整数倍时，即满足：
[0069]
2πrn
eff
＝mλ：
[0070]
则会与新耦合进第一微环114的光发生干涉增强，在与级联传输波导耦合时，即基于第二耦合区400进行耦合时，光束会在级联传输波导中输出一个尖峰，上式中r为第一微环114的半径，m为谐振级次。
[0071]
光束从第一微环114中耦合到级联传输波导后，在级联传输波导中继续向前传播，并在与第二微环115距离最近的地方再次发生耦合，即基于第三耦合区500进行耦合，使得光束进入到第二微环115中。与第一微环114的传输原理相类似，当光束进入第二微环115时，在满足上述相应条件时也会产生干涉增强，并在耦合到输出波导112中时输出相应的光谱，即基于第四耦合区300进行耦合输出，而本发明实施例中的波导结构110在不同温度环境下的由输出端口输出的光谱会发生不同程度上的偏移，以此展现温度的变化，实现温度传感检测。
[0072]
根据微环谐振器理论可以推导出单个微环谐振器在输出端的输出光谱为：
[0073][0074]
其中，k1和k2为微环谐振器的两个耦合区的振幅耦合系数，t1和t2为振幅透射系数，在耦合模方程中分别表示为和k(z)为沿着光传播方向变化的耦合系数，并根据能量守恒定律有k2+t2＝1，αr是微环的传输损耗，β是微环的传播常数，r是微环的半径。
[0075]
而在本实施例中，由于采用两个微环谐振器级联的方式实现温度传感，并且微环谐振器的透射光谱形式相同，根据上述给出的单个微环谐振器的输出光谱，可以得到本实施例中的波导结构110的输出光谱为：
[0076]
t＝t
ref
×
t
sen
；
[0077]
其中，t为片上温度传感器100的总输出光谱，t
ref
为第一微环114的输出光谱，t
sen
为第二微环115的输出光谱，具体的两个微环的输出光谱的示例如图3所示，与图3示例相对应的片上温度传感器100的总输出光谱如图4所示，从图3和图4中可以看出，当第一微环114谐振峰与第二微环115谐振峰重合时，总输出光谱中的谐振峰得到增强，而当第一微环114谐振峰和第二微环115的谐振峰错开时，总输出光谱的谐振峰会被削弱，并在总输出光谱中出现了包络光谱峰。
[0078]
需要说明的是，此处关于波导结构110的输出光谱的计算公式仅是为了说明其原理，实质上，在图1和图2中所示的第二微环115所输出的输出光谱，即为已经经过第一微环114的光谱输出之后的最终光谱，即第二微环115的输出光谱即为波导结构110的输出光谱，为免产生歧义，特此说明。
[0079]
由于第一微环114上覆盖有负热光系数的二氧化钛包层，因此第一微环114几乎不受外界温度的影响，相比之下，第二微环115上设计了一个裸露的窗口，让第二微环115充分
感受温度的变化，以此作为波导结构110的温度感知窗口，当窗口中的温度变化时，波导折射率发生变化，由自由光谱范围公式可知，第二微环115的自由光谱范围随着传感窗口121中温度的变化而发生变化；由于片上温度传感器100采用两个环形谐振腔级联组成，并且传感器的输出光谱为第一微环114和第二微环115各自的输出光谱的乘积，因此当第二微环115的自由光谱范围发生变化时，第二微环115输出光谱的谐振峰也会产生变化，并在传感器的总输出光谱上分离，形成两个光谱峰，即级联双环传感器的自由光谱范围。当传感窗口121温度发生变化，使得第二微环115的透射谱发生一个微小变化|fsr
sen-fsr
ref
|，第一微环114和第二微环115原来在输出光谱上重合的谐振峰发生了分离，并在第二微环115输出光谱漂移后在下一个相邻的谐振峰上发生重合，使得传感器的总输出光谱发生了距离为fsr
ref
的偏移，相当于第二微环115的输出光谱偏移量在传感器的总输出光谱上被放大了，相应的放大系数为：
[0080][0081]
如图5所示，图5是本发明一个实施例提供的温度检测方法的流程图，该温度检测方法应用于上述任一实施例所示的片上温度传感器，包括但不限于步骤s100至s300。
[0082]
步骤s100，在第一时刻向输入波导的输入端通入光源；
[0083]
步骤s200，获取由第二微环输出的与光源对应的输出光谱；
[0084]
步骤s300，根据输出光谱确定第一时刻下的温度。
[0085]
在一实施例中，由于各个微环在不同温度环境下的输出光谱将产生偏移，因此通过获取由第二微环输出的输出光谱，即相当于获取到了同时受到第一时刻下的第一微环和第二微环的影响的最终输出光谱，进而能够基于所得到的输出光谱的偏移更加精确地察觉温度变化程度，提升温度灵敏度，从而准确检测得到该时刻下的温度。
[0086]
可以理解地是，此处的第一时刻可以为任一时刻，即针对不同的时刻下的温度均可以依照本实施例进行检测，这在本实施例中并未限制。
[0087]
在图6的示例中，步骤s300包括但不限于步骤s310至s320。
[0088]
步骤s310，对输出光谱进行包络拟合处理，得到与输出光谱关联的优化输出光谱；
[0089]
步骤s320，根据优化输出光谱确定第一时刻下的温度。
[0090]
在一实施例中，为了解决相关技术中的级联双环传感器在检测较小折射率变化时会出现光谱峰偏移较大但实际没有放大传感器测量范围的情况，通过对输出光谱进行包络拟合处理，可以进一步地提高温度传感器应用的传感灵敏度和传感测量范围，经过包络拟合之后，采用拟合后的优化输出光谱测量传感器的感知变化量，能够明显放大传感器的测量范围，优化了温度传感器的传感性能。
[0091]
可以理解地是，得到优化输出光谱的方式还可以有其他种，在具体应用场景中可以由本领域技术人员自行设定，不应理解为本实施例对得到优化输出光谱的一种限制。
[0092]
以下给出本发明实施例的相关检测内容的详细说明。
[0093]
在基本参数方面，本发明实施例设计的片上温度传感器基于soi上的硅材料实现，在埋藏氧化物层上设计高度为0.22μm，宽为0.5μm的波导结构，其中第一微环的半径为38.17μm，第二微环的半径为39.52μm，第一微环与第二微环之间的间隔为12μm，硅材料折射率取3.48，二氧化硅材料的折射率取1.44。
[0094]
在温度为300k时，从输入端射入波长为1.5-1.6μm的光源，经过传输、耦合后在输出端探测到的输出光谱如图7所示。第一微环输出的光谱在经过第二微环之后形成了新的传感光谱，光谱上出现了新的光谱峰，在不同温度下由于第二微环的波导有效折射率的改变，输出光谱的峰值会随着温度的变化漂移。
[0095]
为了解决传统级联双环传感器在检测较小折射率变化时会出现光谱峰偏移较大但实际没有放大传感器测量范围的情况，即自由光谱范围没有放大的现象。本实施例采用了包络拟合的方法提高温度传感器的传感灵敏度和传感测量范围，温度在300k环境中的传感器输出光谱经过包络拟合后的光谱波形图如图8所示；经过包络拟合之后，采用拟合后的光谱测量传感器的感知变化量能够明显放大传感器的测量范围，优化了温度传感器的传感性能。
[0096]
为了验证此级联微环谐振器温度传感器的传感性能，包括灵敏度、测量范围等性能参数，对此温度传感器进行了不同温度情况下的模拟仿真实验。实验结果表明，所设计的级联微环谐振器温度传感器具有良好的性能参数，能够较好地测量温度参数，如图9所示图形为截取了波长范围在1.515μm到1.555μm内，温度为300k到400k环境下的传感器输出光谱拟合后的曲线，从图中可以看出，此温度传感器具有良好的传感灵敏度和测量范围，相比于单微环的温度传感器的性能有很大的提升，通过分析实验结果可以得到在360k到390k温度下的传感器具有较高的灵敏度，最高达到了437pm/k，在测量范围300k到400k内，传感器的平均灵敏度达到了303.6pm/k，为单个微环温度传感器83pm/k限制的3.65倍，且该温度传感器也获得了100k的温度测量范围，能够满足一般的片上环境温度监测工作的需要；此外，相比于相关技术中的马赫-曾德干涉仪结构，传感器结构的尺寸很大，在当前超大规模集成电路设计追求高速度、低功耗、小尺寸的背景下显然不适合在集成电路上使用。因此，本发明实施例提供的温度传感器不仅拥有较高的传感灵敏度，还大大降低了传感器结构的尺寸，符合当前集成电路设计的发展方向。
[0097]
此外，本发明的一个实施例还提供了一种片上系统，包括：上述任一实施例所示的片上温度传感器。
[0098]
在一实施例中，片上系统包括有片上温度传感器，片上温度传感器通过设置级联的两个微环，基于游标效应获取第二微环的最终光谱输出进而实现温度监测，基于第一微环的温度灵敏度与第二微环的温度灵敏度不相同的特性，在不同温度环境下的总输出光谱将产生偏移，从而能够基于该偏移更加准确地察觉温度变化，实现传感器灵敏度提升，并且通过将第一微环靠近于输入波导的输入端，第二微环靠近于输出波导的输出端，以及第一微环、第二微环排列设置于级联输出波导一侧，以优化第一微环和第二微环的结构设计，得到尺寸更小的波导结构，从而能够在降低波导结构尺寸以节省芯片设计成本的同时提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。
[0099]
以上是对本发明的较佳实施方式进行的具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本发明权利要求所限定的范围内。