考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法及系统与流程

1.本发明属于雷达天线仿真技术领域，尤其涉及一种考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法及系统。


背景技术：

2.目前，静电成形薄膜反射面天线一般由索膜电极面和薄膜反射面组成，两者之间形成具有一定距离的电容。当电极面和薄膜反射面上施加不同的电压时，两者之间会产生静电吸附力。由于索膜电极面和薄膜反射面均属于柔性结构，在静电力作用下电极面和薄膜反射面会发生变形，而电极面和薄膜反射面的变形会改变薄膜反射面与电极面之间的距离，进而改变静电力的大小，这就需要解决电极面和薄膜反射面变形后静电力如何计算的问题。
3.然而业内大多没有考虑电极面变形对静电力大小的影响，surya p.chodimella,james d.moore等人是假设薄膜反射面与电极面之间的距离不变，利用平板电容公式求解出静电力施加到薄膜反射面上，该方法既没有考虑薄膜反射面与电极面形状不同带来的不同位置距离不同的问题，也没有考虑电极面变形对静电力大小的影响；刘超，谷永振等人利用有限元分析软件ansys建立了静电场-薄膜结构变形场耦合模型，该方法虽然可以解决薄膜变形和静电场之间的耦合问题，但是建模比较复杂，不适用于边界复杂的情况，并且没有考虑电极面变形对耦合模型的影响。因此，亟需一种新的、考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.(1)业内大多没有考虑电极面变形对静电力大小的影响。
6.(2)现有方法既没有考虑薄膜反射面与电极面形状不同带来的不同位置距离不同的问题，也没有考虑电极面变形对静电力大小的影响。
7.(3)现有通过建模解决薄膜变形和静电场间耦合问题的方法中，建模比较复杂，不适用于边界复杂的情况，且没有考虑电极面变形对耦合模型的影响。
8.解决以上问题及缺陷的难度为：一方面，考虑薄膜电极面变形对静电力大小的影响需要建立起静电成形薄膜反射面天线整体模型，这涉及到复杂的有限元建模过程；另一方面，薄膜电极面是铺设在支撑索网上，薄膜电极面是通过边界拉索张拉在支撑桁架上，两者边界情况较复杂，难以建立耦合模型。本发明通过薄膜反射面单元与电极面单元之间的相对位置计算静电力，实现同时考虑薄膜反射面和电极面变形对静电力的影响，难点在于如何准确的计算静电力以及静电力如何进行更新的问题。
9.解决以上问题及缺陷的意义为：本发明在考虑了薄膜反射面和电极面变形与静电场静电力之间耦合问题的同时，也解决了现有的耦合模型建模无法处理边界复杂问题的情况，使得静电成形薄膜反射面天线整体变形分析的实现成为了可能。另外，静电成形薄膜反射面天线在轨运行期间会受到高低温载荷，导致薄膜反射面和电极面发生大变形，因此本发明也可以应用到大温差温度载荷下静电成形薄膜反射面天线的变形分析中。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法及系统，尤其涉及一种考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加和静电成形薄膜反射面天线高精度变形分析方法，旨在解决电极面和薄膜反射面同时变形时静电力的计算问题。
11.本发明是这样实现的，一种考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法，所述考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法包括：
12.建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束；依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力；将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析，根据变形后的电极面和薄膜反射面的节点位置利用上述步骤重新计算静电力继续进行静电成形薄膜反射面天线有限元结构变形分析，直至满足变形分析精度要求。
13.进一步，所述考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法包括以下步骤：
14.步骤一，建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束，该步骤实现了静电成形薄膜反射面天线整体有限元建模，为考虑薄膜反射面和电极面变形提供了模型基础；
15.步骤二，依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力，该步骤实现了根据薄膜反射面与电极面相对位置计算静电力，为静电力的高精度计算提供了理论基础；
16.步骤三，将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析，该步骤实现了在静电力作用下薄膜反射面和电极面的变形分析，为接下来的有限元模型更新和静电力的更新提供了基础；
17.步骤四，提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求，若否，则更新有限元模型，返回步骤二；若是，则完成静电成形薄膜反射面天线变形分析，该步骤提供了静电成形薄膜反射面有限元模型更新和静电力更新的准则，保证电极面和薄膜反射面变形分析以及静电力计算能够满足精度要求。
18.进一步，步骤一中，所述建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束，包括：
19.(1)建立电极面支撑结构，包括根据前、后索网和竖向索网的拓扑连接关系建立索网结构，利用索单元对索网结构进行网格划分；
20.(2)建立电极面，包括在前索网三角形网格上建立电极面，利用三角形薄膜单元对电极面进行网格划分，建立n个电极面三角形薄膜单元；
21.(3)建立薄膜反射面，包括建立边界拉索以及抛物面，利用三角形薄膜单元对抛物面进行网格划分，建立m个薄膜反射面三角形薄膜单元，利用索单元对边界拉索进行网格划分；
22.(4)给索单元和薄膜单元赋予材料属性；其中，索单元材料属性设置为：质量密度1685kg/m3，弹性模量5.01gpa，泊松比0.30，索横截面直径1.1mm，热膨胀系数-2
×
10-6
/℃；薄膜单元材料属性设置为：质量密度1432kg/m3，弹性模量1.67gpa，泊松比0.34，厚度26.5μm，热膨胀系数29
×
10-6
/℃；
23.(5)施加边界约束，包括将前、后索网最外环节点以及薄膜反射面边界拉索端点在x、t、z三个方向上的位移进行约束。
24.进一步，步骤二中，所述依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力，包括：
25.(1)计算第i(i＝1，2，3...m)个薄膜反射面单元的中点p
i0
的坐标；三角形薄膜单元三个节点坐标分别为x
i1
＝{x
i1 y
i1 z
i1
]
t
、x
i2
＝[x
i2 y
i2 z
i2
]
t
、x
i3
＝[x
i3 y
i3 z
i3
]
t
e则中点坐标为
[0026]
(2)判断薄膜单元中点是否投影在第j∈[1，n]个电极面单元上，计算中点投影到电极面上的投影点p
ij
的坐标；第j个电极面单元的三个节点坐标分别为x
j1
＝[x
j1 y
j1 z
j1
]
t
、x
j2
＝[x
j2 y
j2 z
j2
]
t
、x
j3
＝[x
j3 y
j3 z
j3
]
t
，则薄膜单元中点x
i0
在电极面上的投影点坐标为其中，a＝(y
j3-y
j1
)*(z
j3-z
j1
)-(z
j2-z
j1
)*(y
j3-y
j1
)、b＝(x
j3-x
j1
)*(z
j2-z
j1
)-(x
j2-x
j1
)*(z
j3-z
j1
)、c＝(x
j2-x
j1
)*(y
j3-y
j1
)-(x
j3-x
j1
)*(y
j2-y
j1
)、d＝-(a*x
j1
b*y
j1
c*z
j1
)；
[0027]
(3)计算薄膜单元中点与投影点的距离为d
ij
＝||x
ij-x
i0
||；
[0028]
(4)利用平板电容公式计算薄膜反射面单元和电极面单元所受静电力为其中，εr为相对介电常数，uj为电极电压。
[0029]
进一步，步骤三中，所述将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析，包括：
[0030]
(1)依次将第i(i＝1，2，3...m)个薄膜反射面单元和第j(j＝1，2，3...n)个电极面单元上以面载荷的形式施加静电力p
ij
；
[0031]
(2)给定索单元和薄膜单元初始预张力，建立非线性平衡方程(k
l
k
nl
)δ＝p；其中k
l
为线性刚度矩阵，k
nl
为非线性刚度矩阵，δ为节点位移矩阵，p为节点载荷矩阵；
[0032]
(3)利用newton-raphson迭代方法进行非线性平衡方程的求解。
[0033]
进一步，步骤四中，所述提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求，包括：
[0034]
(1)依次提取第k(k＝1，2，3...num)个节点的空间坐标xk＝[x
k y
k zk]
t
和位移δk＝[u
k v
k wk]
t
；其中，num为节点总数，uk、vk、wk分别为节点k在x、y、z三个方向上的位移；
[0035]
(2)计算节点位移的均方根误差
[0036]
(3)如果δ≤δ，其中δ＝0.01为节点位移误差上限值，则完成静电成形薄膜反射面天线的有限元变形分析；否则，令xk＝xk δk，返回步骤二，重新进行静电力的计算和静电成形薄膜反射面天线有限元模型变形分析。
[0037]
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加系统，所述考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加系统包括：
[0038]
有限元模型构建模块，用于建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束；
[0039]
计算模块，用于依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力；
[0040]
有限元结构变形分析模块，用于将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析；
[0041]
变形精度要求分析模块，用于提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求，若否，则更新有限元模型，返回计算模块；若是，则完成静电成形薄膜反射面天线变形分析。
[0042]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
[0043]
(1)建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束；
[0044]
(2)依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力；
[0045]
(3)将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析；
[0046]
(4)提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求，若否，则更新有限元模型，返回步骤(2)；若是，则完成静电成形薄膜反射面天线变形分析。
[0047]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
[0048]
(1)建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束；
[0049]
(2)依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力；
[0050]
(3)将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析；
[0051]
(4)提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求，若否，则更新有限元模型，返回步骤(2)；若是，则完成静电成形薄膜反射面天线变形分析。
[0052]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加系统。
[0053]
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：本发明提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法，通过薄膜反射面单元与电极面单元之间的距离计算静电力的大小，将静电力分别施加到薄膜反射面和电极面上进行有限元结构变形分析，在保证静电力计算精度的同时考虑了电极面变形对静电力大小的影响。对于涉及到电极面和薄膜面变形的其他类型的静电成形产品，如静电成形薄膜反射镜和静电成形遮光罩等，本发明仍然适用。在星载静电成形薄膜反射面天线技术领域，目前没有同时考虑电极面和薄膜反射面变形的静电场计算和施加方法，大部分是假设电极面变形量相对于薄膜反射面变形量较小，影响可以忽略。事实上，星载天线在轨运行过程中面临着高低温不断变化的复杂载荷环境，大温差作用下电极面和薄膜反射面均会发生较大的变形，本发明提供的方法也为星载静电成形薄膜反射面天线在轨运行时的高精度变形分析提供了基础。
[0054]
本发明提供的一种考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法，能够准确的
计算电极面和薄膜反射面变形时静电力的大小，并且考虑了电极面变形对静电力的影响，对于高精度的静电成形薄膜反射面天线变形分析和成形控制提供了理论基础。本发明应用于雷达天线仿真领域，可针对静电成形薄膜反射面天线进行高精度的有限元结构变形分析。
附图说明
[0055]
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做简单的介绍，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。
[0056]
图1是本发明实施例提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法流程图。
[0057]
图2是本发明实施例提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法原理图。
[0058]
图3是本发明实施例提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加系统结构框图；
[0059]
图中：1、有限元模型构建模块；2、计算模块；3、有限元结构变形分析模块；4、变形精度要求分析模块。
[0060]
图4是本发明实施例提供的建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型施加边界约束流程图。
[0061]
图5是本发明实施例提供的计算薄膜单元中点和投影点之间的距离和静电力流程图。
[0062]
图6是本发明实施例提供的薄膜中点和投影点空间关系示意图。
[0063]
图7是本发明实施例提供的静电力施加和非线性平衡方程求解流程图。
[0064]
图8是本发明实施例提供的提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求流程图。
[0065]
图9是本发明实施例提供的静电成形薄膜天线整体有限元模型图。
[0066]
图10是本发明实施例提供的不考虑电极面变形时电极面和薄膜反射面变形示意图。
[0067]
图11是本发明实施例提供的考虑电极面变形时电极面和薄膜反射面变形示意图。
具体实施方式
[0068]
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。
[0069]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0070]
如图1所示，本发明实施例提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法包括以下步骤：
[0071]
s101，建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束；
[0072]
s102，依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力；
[0073]
s103，将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析；
[0074]
s104，提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求，若否，则更新有限元模型，返回s102；若是，则完成静电成形薄膜反射面天线变形分析。
[0075]
本发明实施例提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法原理图如图2所示。
[0076]
如图3所示，本发明实施例提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加系统包括：
[0077]
有限元模型构建模块1，用于建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束；
[0078]
计算模块2，用于依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力；
[0079]
有限元结构变形分析模块3，用于将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析；
[0080]
变形精度要求分析模块4，用于提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求，若否，则更新有限元模型，返回计算模块；若是，则完成静电成形薄膜反射面天线变形分析。
[0081]
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
[0082]
本发明实施例提供的考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法包括以下步骤：
[0083]
1)建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，施加边界约束；
[0084]
2)依次计算薄膜反射面单元的中点投影到电极面上的投影点坐标，计算薄膜单元中点和投影点之间的距离，利用平板电容公式计算静电力；
[0085]
3)将静电力施加到电极面和薄膜反射面上进行有限元结构变形分析；
[0086]
4)提取电极面和薄膜反射面的节点位移，分析是否满足变形精度要求：否，则更新有限元模型，返回步骤2)；是，则完成静电成形薄膜反射面天线变形分析。
[0087]
其中图2是本发明实施例提供的一种考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法总体流程图。
[0088]
如图4所示，上述的步骤1)，具体涉及如下步骤：
[0089]
(1)建立电极面支撑结构，包括根据前、后索网和竖向索网的拓扑连接关系建立索网结构，利用索单元对索网结构进行网格划分；
[0090]
(2)建立电极面，包括在前索网三角形网格上建立电极面，利用三角形薄膜单元对电极面进行网格划分，建立n个电极面三角形薄膜单元；
[0091]
(3)建立薄膜反射面，包括建立边界拉索以及抛物面，利用三角形薄膜单元对抛物面进行网格划分，建立m个薄膜反射面三角形薄膜单元，利用索单元对边界拉索进行网格划分；
[0092]
(4)给索单元和薄膜单元赋予材料属性，其中，索单元材料属性设置为：质量密度
1685kg/m3，弹性模量5.01gpa，泊松比0.30，索横截面直径1.1mm，热膨胀系数-2
×
10-6
/℃，薄膜单元材料属性设置为：质量密度1432kg/m3，弹性模量1.67gpa，泊松比0.34，厚度26.5μm，热膨胀系数29
×
10-6
/℃；
[0093]
(5)施加边界约束，包括将前、后索网最外环节点以及薄膜反射面边界拉索端点在x、y、z三个方向上的位移进行约束。
[0094]
如图5所示，上述的步骤2)，具体涉及如下步骤：
[0095]
(1)计算第i(i＝1，2，3...m)个薄膜反射面单元的中点p
i0
的坐标，具体的，三角形薄膜单元三个节点坐标分别为x
i1
＝[x
i1 y
i1 z
i1
]
t
、x
i2
＝[x
i2 y
i2 z
i2
]
t
、x
i3
＝[x
i3 y
i3 z
i3
]
t
，则中点坐标为
[0096]
(2)判断薄膜单元中点是否投影在第j∈[1，n]个电极面单元上，然后计算中点投影到电极面上的投影点p
ij
的坐标，具体的，第j个电极面单元的三个节点坐标分别为x
j1
＝[x
j1 y
j1 z
j1
]
t
、x
j2
＝[x
j2 y
j2 z
j2
]
t
、x
j3
＝[x
j3 y
j3 z
j3
]
t
，则薄膜单元中点x
i0
在电极面上的投影点坐标为其中，a＝(y
j3-y
j1
)(z
j3-z
j1
)-(z
j2-z
j1
)*(y
j3-y
j1
)、b＝(x
j3-x
jj
)*(z
j2-z
j1
)-(x
j2-x
j1
)*(z
j3-z
j1
)、c＝(x
j2-x
j1
)*(y
j3-y
j1
)-(x
j3-x
j1
)*(y
j2-y
j1
)、d＝-(a*x
j1
b*y
j1
c*z
j1
)；
[0097]
(3)计算薄膜单元中点与投影点的距离为d
ij
＝||x
ij-x
i0
||，薄膜反射面中点和投影点坐标之间的空间位置关系见图6；
[0098]
(4)利用平板电容公式计算薄膜反射面单元和电极面单元所受静电力为其中，εr为相对介电常数，uj为电极电压。
[0099]
如图7所示，上述的步骤3)，具体涉及如下步骤：
[0100]
(1)依次将第i(i＝1，2，3...m)个薄膜反射面单元和第j(j＝1，2，3...n)个电极面单元上以面载荷的形式施加静电力p
ij
；
[0101]
(2)给定索单元和薄膜单元初始预张力，建立非线性平衡方程(k
l
k
nl
)δ＝p，其中k
l
为线性刚度矩阵，k
nl
为非线性刚度矩阵，δ为节点位移矩阵，p为节点载荷矩阵；
[0102]
(3)利用newton-raphson迭代方法进行非线性平衡方程的求解。
[0103]
如图8所示，上述的步骤4)，具体涉及如下步骤：
[0104]
(1)依次提取第k(k＝1，2，3...num)个节点的空间坐标xk＝[x
k y
k zk]
t
和位移δk＝[u
k v
k wk]
t
，其中，num为节点总数，uk、vk、wk分别为节点k在x、y、z三个方向上的位移；
[0105]
(2)计算节点位移的均方根误差
[0106]
(3)如果δ≤δ，其中δ＝0.01为节点位移误差上限值，则完成静电成形薄膜反射面天线的有限元变形分析；否则，令xk＝xk δk，返回步骤2)重新进行静电力的计算和静电成形薄膜反射面天线有限元模型变形分析。
[0107]
下面结合仿真实验对本发明的应用效果作详细的描述。
[0108]
仿真条件：
[0109]
以口径5m的静电成形薄膜反射面天线为例，建立的整体有限元模型见图9，有限元模型中有n＝204个电极面三角形薄膜单元和m＝864个薄膜反射面三角形薄膜单元，利用本发明静电力施加方法进行薄膜反射面和电极面的载荷施加和有限元变形分析，最终所得考虑电极面变形前后，薄膜反射面和薄膜电极面的变形情况，如图10和图11所示，可知在静电力的作用下薄膜反射面和薄膜电极面均发生了明显的变形，该变形对于高精度的静电成形薄膜反射面天线变形分析不能忽略。该仿真实验仅仅是针对特性口径的静电成形薄膜反射面天线进行的，对于涉及到由静电力控制的其他系统，如静电成形薄膜反射镜、微机电系统中静电力的更新计算等，本发明仍然适用。
[0110]
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solidstatedisk(ssd))等。
[0111]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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。