DE2625088A1 - Optoelectronic instrument to measure scattered light - has partly silvered ring rotatable in measuring cell directing scattered light - Google Patents

Optoelectronic instrument to measure scattered light - has partly silvered ring rotatable in measuring cell directing scattered light

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DE2625088A1 DE19762625088 DE2625088A DE2625088A1 DE 2625088 A1 DE2625088 A1 DE 2625088A1 DE 19762625088 DE19762625088 DE 19762625088 DE 2625088 A DE2625088 A DE 2625088A DE 2625088 A1 DE2625088 A1 DE 2625088A1
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Abstract

The instrument continuously measures intensity distribution of light scattered from particles contained in a liquid or gaseous medium, as a function of scattering angle. The device has a cuvette with the medium and with transparent windows for light from the source and for light passing directly through the cuvette and scattered by the medium at a certain angle from scattered light centre. A partly silvered cylindrical light guiding ring (2) is provided in the cuvette (1) concentrically and at an axial distance from the scattered light centre (5). It can be rotated by 360 deg. or by n. 360 deg., so that scattered light intensity can be collected over the range of n. 360 deg. and directed to a detector.

Description

Optoelektronische Vorrichtung Optoelectronic device

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur automatischen kontinuierlichen Bestimmung der Intensitätsverteilung der Streustrahlung von Licht an Teilchen, die in einem flüssigen oder gasförmigen Medium enthalten sind, in Abhängigkeit vom Streuwinkel, mit einer vom Medium beaufschlagten Meßküvette, die mit Licht-Durchlaßöffnungen für das von einer Lichtquelle ausgehende, für das durch die Küvette direkt durchgehende und für das vom Medium unter einem bestimmten Winkel vom Streulichtzentrum gestreute Licht versehen ist.The invention relates to an optoelectronic device for automatic continuous determination of the intensity distribution of the scattered radiation of light on particles that are contained in a liquid or gaseous medium, depending on from the scattering angle, with a measuring cuvette acted upon by the medium, the one with light passage openings for that emanating from a light source, for that passing directly through the cuvette and for that scattered by the medium at a certain angle from the center of the scattered light Light is provided.

Es sind Vorrichtungen bekannt, die zur kontinuierlichen Messung von Trübungen sowohl nach Zweistrahl-Streulichtverfahren als auch nach den Prinzipien der 90°- oder Vorwärts-Streulichtmessungen dienen. Hier sind neben dem Lichtweg für die eigentliche Messung noch jeweils ein weiterer Lichtweg zur Kompensation von Störeinflüssen, wie Färbung der Flüssigkeit, Fenster verschmutzung, Alterung der Lichtquelle etc., vorhanden. Bei einem dieser bekannten Trübungsmeßumformer ist die Lichtquelle und der Streulichtdetektor in einem Winkel von 900 zueinander fest angeordnet, und daher kann nur das 900-Streulicht für die Messung herangezogen werden. Bei einem anderen ist die Lichtquelle und ein Vorwärts-Streulichtdetektor in einem Winkel von ca. 150 zueinanCj fest angeordnet. Es gibt nun Fälle, bei denen es erforderlich ist, eine sogenannte Rundum-Streulichtmessung durchzuführen, d.h. die Intensitätsverteilung der Streustrahlung von Licht an Teilchen, in Abhängigkeit vom Streuwinkel zu messen (Streulichtverteilung).There are devices known for the continuous measurement of Opacities both according to the two-beam scattered light method and according to the principles serve for 90 ° or forward scattered light measurements. Here are next to the light path another light path for compensation for the actual measurement from interfering influences such as discoloration of the liquid, window pollution, aging the light source etc., available. In one of these known turbidity transducers is the light source and the scattered light detector at an angle of 900 to each other fixed, and therefore only the 900 scattered light can be used for the measurement will. Another is the light source and a forward scattered light detector at an angle of approx. 150 fixed to one another. There is now Cases in which it is necessary to carry out a so-called all-round scattered light measurement, i.e. the intensity distribution of the scattered radiation of light on particles as a function of to measure from the scattering angle (scattered light distribution).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung mit einfachen Mitteln zu schaffen, mit er eine Messung der Intensitätsverteilung des Streulichts in einem Umkreis von n.3600 durchführbar ist (n = ganze Zahlen).The invention is based on the object of providing a device of the initially described designated genus with simple means to create a measurement of the Intensity distribution of the scattered light is feasible within a radius of n.3600 (n = whole numbers).

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Innenraum einer Küvette konentrisch und in axialem Abstand zum Streulichtzentrum ein teilweise verspiegelter, zylindrischer Lichtleitring um 360° oder um n.360° drehbar angeordnet ist, mittels welchem die Streulichtintensität im Umkreis von n.360° erfaßbar und zu einem Streulichtdetektor leitbar ist.According to the invention this object is achieved in that in the interior a cuvette is partially conical and at an axial distance from the center of the scattered light Mirrored, cylindrical light guide ring arranged to be rotatable by 360 ° or 360 ° is, by means of which the scattered light intensity can be detected within a radius of n.360 ° and can be directed to a scattered light detector.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgcgenstandes kann vorgesehen sein, daß der Lichfleitring von dem stirnseitigen Längenbereich einer drehbaren Stellbuchse gebildet ist und/oder daß der Lichtleitring an seiner zylindrischen Innen- und Außenfläche verspiegelt ist, daß ferner seine Innenfläche mit einem unverspiegelten Singangsfenster und seine zylindrische Außenfläche mit einem unverspiegelten, V-förmigen, doppelten Ausgangsfenster für das Streulicht versehen ist und/oder daß der Licitleitring an seiner zylindrischen Innenflache verspiegelt und diese Fläche mit einem unverspiegelten Eingangsfenster fjir das ',treulicht versehen ist, wobei die zylindri sehe Außenfläche des Lichtleitringes unverspiegelt ist und wobei der Streuliciltdetektor in der an die unverspiegelte Lichtleitring-Außenfläche unmittelbar angrenzenden Küvettenwand angeordnet ist und/oder daß das vom Lichtleitring durch das Eingangsfenster empfangerle Streulicht mittels eines am Ausgangsfenster des Lichtleitringes angeschlossenen Lichtleiterkabels zum Streulichtdetektor leitbar ist und/oder daß der Streulichtdetektor unmittelbar am Ausgangsfenster des Lichtleitringes angeordnet ist.und daß aer Lichtleitring so angeordnet ist, daß der Abstand "R" zwischen dem Streulichtzentrum und dem Streulicht-Eingangsfenster ebenso groß ist wie der Abstand "r" zwischen dem Streulichtzentrum und der Lichtdurchlaßöffnung.In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention be provided that the Lichfleitring of the end length range of a rotatable adjusting sleeve is formed and / or that the light guide ring on its cylindrical Inside and outside surface is mirrored, that also its inside surface with a non-mirrored one Singing window and its cylindrical outer surface with a non-mirrored, V-shaped, double exit window for the scattered light is provided and / or that the Licitleitring mirrored on its cylindrical inner surface and this surface with a non-mirrored Entrance window for the 'faithful light is provided, the cylindrical see outer surface of the light guide ring is not mirrored and wherein the Streuliciltdetektor in the the unmirrored Directly adjoining the outer surface of the light guide ring Cuvette wall is arranged and / or that the light guide ring through the entrance window Receive scattered light by means of a connected to the exit window of the light guide ring Optical fiber cable can be guided to the scattered light detector and / or that the scattered light detector is arranged directly at the exit window of the light guide ring and that the light guide ring is arranged so that the distance "R" between the scattered light center and the scattered light entrance window is the same as the distance "r" between the center of the scattered light and the light transmission opening.

Damit ist auf einfache und vorteilhafte Weise eine Möglichkeit geschaffen, das gesamte im Umkreis von 3600 gestreute Licht zu erfassen.This creates a possibility in a simple and advantageous way to capture the entire light scattered within a radius of 3600.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstand ' anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben.Embodiments of the subject matter of the invention are based on the following described in more detail in the accompanying drawing.

Es zeigen: Fig. 1 das Wirkschaltbild eines Streulicht-Meßgerätes mit der erfindungsgemäßen Meßküvette in einer schematischen Ansicht, Fig. 2 die Meßküvette mit Lichtleitring und darin eingebautem Streulichtdetektor, Fig. 3 die Meßküvette mit Lichtleitring und in der Küvettenwand eingebautem Streulichtdetektor, Fig. 4 die Meßküvette mit Lichtleitring und daran angeschlossenem Lichtleiterkabel, Fig. 5 die über einem Bereich von 0 - 3600 erfaßte Streulicht-Intensitätsverteilung schaubildlich dargestellt.1 shows the circuit diagram of a scattered light measuring device the measuring cuvette according to the invention in a schematic view, FIG. 2 the measuring cuvette with light guide ring and built-in scattered light detector, Fig. 3 the measuring cuvette with light guide ring and scattered light detector built into the cuvette wall, Fig. 4 the measuring cuvette with light guide ring and connected light guide cable, Fig. 5 graphically shows the scattered light intensity distribution over a range from 0 to 3600 shown.

Die in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Meßküvette zeigt schematisch einen drehbaren Lichtleitring 2, der mit einem Eingangsfenster 3 und einem V-förmien Ausgangsfenster 4 für das vom Streuzentrum 5 kommende Streulicht versehen ist. Uber den am Ausgangsfenster 4 angeschlossenen Lichtleiter 6 kann das empfangene Streulicht zu einem Detektor 154 geleitet werden (155 = Signalverstärker). vas von einer Lichtquelle 152, z.B. einer Lumineszenz-Diode, kommende Durchlicht wird mittels des Lichtleiters 7 in die feststehende Buchse der Küvette 1 geleitet (vergl. Fig. 2) und über den Lichtleiter 8 zu den im Gerät befindlichen Durchlichtdetektor 156 weitergeleitet (157 = Signalverstärker). 158 ist ein tiegelverstärker, 159 die Meßbereichsumschaltung und 1/0 der Ausgangsvcrstärker. 150 ist eine Lumineszenz-Diodensteuerung. 173 ist der vom Strömungsmedium ausgefüllte Raum der Meßküvette.The measuring cuvette, generally designated 1 in FIG. 1, shows schematically a rotatable light guide ring 2, which is shaped with an entrance window 3 and a V-shape Output window 4 is provided for the scattered light coming from the scattering center 5. Above the light guide 6 connected to the exit window 4 can receive the scattered light to a detector 154 (155 = signal amplifier). vas from a light source 152, e.g. a luminescent diode, transmitted light is transmitted by means of the light guide 7 passed into the fixed socket of the cuvette 1 (see FIG. 2) and over the Light guide 8 forwarded to the transmitted light detector 156 located in the device (157 = signal amplifier). 158 is a crucible amplifier, 159 the measuring range switch and 1/0 of the output amplifier. 150 is a luminescent diode controller. 173 is the space of the measuring cell filled by the flow medium.

Die in Fig. 2 gezeigte Durchflul3-Meßküvette 10 der Vorrichtung weist eine zylindrische, feststehende Buchse 12 und eine zweite, sich daran unmittelbar anschließende zylindrische, jedoch drehbewegliche Buchse 14 auf. Das obere Ende der Buchse 14 ist als Lichtleitring 16 ausgebildet und besteht aus einem lichtleitenden Material, z.B. Plexiglas. D«r Lichtleitring ist an seiner zylindrischen Innen- und Außenfläche verspiegelt. An seiner zylindrischen Innenfläche ist der Lichtleitring 16 mit einem unverspiegelten Lichtfenster ib für den Eingang des Streulichts und an seiner zylindrischen Außenfläche mit einem V-förmig angeordneten, unverspiegelten, doppelten Lichtfenster 20 für den Ausgang des Streulichts versehen. Im Abstand "R" vom Streulictlt-Eingangsfenster 18 U befindet sich das Streulichtzentrum 22,1 das seinerseits auf der Verbindungslinie zwischen dem Eingangsfenster 24 und dem Ausgangsfenster 26 des von einer Lichtquelle 28 kommenden und über Lichtleiter 30, 32 geleiteten Durchlichts liegt. Der Abstand "r" zwischen Streulichtzentrum 22 und dem Durchlicht-Eingangsfenster 24 sollte (wegen gleicher Absorptionssirecken) dabei gleich dem Abstand R" sein.The flow-through 3 measuring cuvette 10 of the device shown in FIG a cylindrical, fixed socket 12 and a second, directly attached to it subsequent cylindrical but rotatable bushing 14. The top end the socket 14 is designed as a light guide ring 16 and consists of a light guide Material, e.g. plexiglass. The light guide ring is on its cylindrical inner and outer surface Mirrored outer surface. The light guide ring is on its cylindrical inner surface 16 with a non-mirrored light window ib for the entrance of the scattered light and on its cylindrical outer surface with a V-shaped, non-mirrored, double light window 20 provided for the output of the scattered light. At a distance "R" from the scattered light input window 18 U is the scattered light center 22.1 das in turn on the connecting line between the input window 24 and the output window 26 of the coming from a light source 28 and guided via light guides 30, 32 Transmitted light lies. The distance "r" between the center of scattered light 22 and the transmitted light input window 24 should (because of the same absorption corners) be equal to the distance R ″.

Zwischen dem V-förmigen Ausgangsfenster 20 befindet sich ein Detektor 34, der zum Empfang der durch das Eingangsfenster 18 eintretenden, durch den Lichtleitring 16 in beiden Kreisumfangsrichtungen hindurchgeleiteten und durch das doppelte Ausgangsfenster 20 wieder austretenden und auf den Detektor 34 auftreffenden Streulichtstrahlung dient. A detector is located between the V-shaped exit window 20 34, the one for receiving the incoming through the entrance window 18, through the light guide ring 16 passed through in both circumferential directions and through the double exit window 20 emerging again and incident on the detector 34 scattered light radiation serves.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von der vorbeschriebenen dadurch, daß cler I.i(htleitring 50 an seiner ganzen äußeren zylindrischen Fläche 52 unverspiegelt, d.h. The embodiment shown in Fig. 3 differs from that described above in that the I.i (htleitring 50 on its entire outer cylindrical surface 52 not mirrored, i.e.

lichtdurchlässig, ist. Das vom Streulichtzentrum 54 durch das Eintrittsfenster 5G in den Lichtleitring 50 eintretende Streulicht wird durch diesen hindurchgeleitet und trifft auf den in der Küvettenwand 56 ortsfest angeordneten Detektor 58 auf. translucent, is. That from the scattered light center 54 through the entrance window 5G, scattered light entering the light guide ring 50 is passed through it and strikes the detector 58, which is fixedly arranged in the cuvette wall 56.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Lichtleitring 70 selbst die gleiche Ausführungsform wie bei dem in Fig. 1 gezeigten. Hier ist jedoch vorgesehen, daß das durch das V-förmige Austrittsfenster 72 aus dem Lichtleitring 70 austretende Streulicht durch einen sich hier anschließenden Lichtgleiter 74 zu einem sich an anderer Stelle befindenden Detektor geleitet wird. In the embodiment shown in Fig. 4, the light guide ring 70 itself is the same embodiment as that shown in FIG. Here is however, provided that the through the V-shaped exit window 72 from the light guide ring 70 escaping scattered light through an adjoining light guide 74 here is directed to a detector located elsewhere.

Allen drei beschriebenen Ausfilhrungsiormen ist gemeinsam, daß bei Drehung der Buchse 14, 49, 69 bzw. des Lichtleitringes 16, 50, 70 im Streubereich von 0 - 360°, auch die gesamte Streulichtverteilung in diesem bereich erfaßt werden kann. Die Drehung kann von außerhalb der Kiivette von Hand oder mittels eines Motors erfolgen. What all three of the above-described implementation standards have in common is that at Rotation of the socket 14, 49, 69 or the light guide ring 16, 50, 70 in the scatter area from 0 - 360 °, the entire scattered light distribution in this area can also be recorded can. The rotation can be done from outside the toilet by hand or by means of a motor take place.

In den in Fig. 5 gezeigten Sciautildern sind solche Streuli.cht-Intensitätsverteilungen bei. versciliedenen Teilchengrößen und konstanter Lichtwellenlänge dargstellt. In the graphs shown in Fig. 5, such scattered light intensity distributions are at. different particle sizes and constant light wavelength.

Fig. 5 zeigt, wie die Intensität des Streulichtes von dem Winkel; abhängt, unter dem es gemessen wird. Gleichzeitg gibt sie die Abhängigkeit der Intensität des Streulichtes von Teilchendurchmesser und Lichtwellenlänge wieder, wie sie beispielsweise für bestimmte Randbedingungen von Rayleigh, Mie u.a. berechnet wurde. Mißt man nun zeitlich hintereinander diese sogenannte Streulichtverteilung, indem man nach jedem 3600-Durchlauf die Lichtwellenlänge ändert, so kann man unter bestimmten Randbedingungen und Annahmen Aussagen über die Teilchengrößenverteilung und damit auch über die mittlere Teilchengröße im Meßmedium machen.Fig. 5 shows how the intensity of the scattered light depends on the angle; depends under which it is measured. At the same time it gives the dependence of the intensity of the scattered light of particle diameter and light wavelength again, as they are for example for certain boundary conditions was calculated by Rayleigh, Mie et al. If you measure now chronologically this so-called scattered light distribution by looking after each 3600 pass changes the light wavelength, so you can under certain boundary conditions and assumptions statements about the particle size distribution and thus also about the make mean particle size in the measuring medium.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die 360° kontinuierlich immer und immer wieder durch Rotation bei konstanter Wellenlänge zu durchlaufen und dabei während eines Prozesses (z.B.Another option is to keep the 360 ° continuously and to go through again and again by rotation at a constant wavelength and thereby during a process (e.g.

Itahlprozeß) die Veränderung in der Streulichtverteilung zu messen, woraus man ebenfalls auf eine Änderung der Teilchengrößenverteilung schließen kann.Itahl process) to measure the change in the scattered light distribution, from which one can also deduce a change in the particle size distribution.

Claims (7)

Patentansprüche 9 Optoelektronische Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Intensitätsverteilung der Streustrahlung von Licht an Teilchen, die in einem flüssigen oder gasförmigen Medium enthalten sind, in Abhängigkeit vom Streuwinkel, mit einer vom Medium beaufschlagten Meßküvette, die mit Licht-Durchlaßöffnungen für das von einer Lichtquelle ausgehende Licht sowie für das durch die Küvet-te direkt durchgehende und für das vom Medium unter einem bestimmten Winkel vom Streulicht-' zentrum gestreute Licht versehen ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß im Innenraum der Küvette (1, 13, 51, 76) konzentrisch und in axialem Abstand zum Streulichtzentrum (5, 22, 54, 71) ein teilweise verspiegelter, zylindrischer Lichtleitring (2, 16, 50, 70) um 3600 oder um n.36a0 drehbar angeordnet ist, mittels welchem die Streulichtintensität im Umkreis von n.3b0 erfaßbar und zu einem Streulichtdetektor (ISiL, 34, 58) leitbar ist. Claims 9 Optoelectronic device for continuous Determination of the intensity distribution of the scattered radiation of light on particles that are contained in a liquid or gaseous medium, depending on the scattering angle, with a measuring cuvette acted upon by the medium, which has light passage openings for the light emanating from a light source and for that through the cuvette directly continuous and for the from the medium at a certain angle from the scattered light ' light scattered through the center is provided, that in the interior of the cuvette (1, 13, 51, 76) concentrically and at an axial distance to the scattered light center (5, 22, 54, 71) a partially mirrored, cylindrical Light guide ring (2, 16, 50, 70) is arranged to be rotatable by 3600 or by n.36a0, by means of which the scattered light intensity can be detected within a radius of n.3b0 and to a scattered light detector (ISiL, 34, 58) can be guided. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitring (2, 16, 50, 70) von dem stirnseitigen LEngenbereich einer drehbaren Stellbuchse (14, 49, G9> gebildet ist 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light guide ring (2, 16, 50, 70) from the front length range of a rotatable adjusting bush (14, 49, G9> is formed 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnets daß der Lichtleitring (2, 16> 70) an seiner zylindrischen Innen- und Außenfläche verspiegelt ist, daß ferner seine Innenfläche mit einem unverspiegelten Eingangsfenster (3, 18, 73) und seine zylindrische Außenfläche mit einem unverspiegelten, V-förmigen, doppelten Ausgangsfenster (4, 20, 72) für das Streulicht versehen ist (Fig. 1, 2, 4).3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized that the light guide ring (2, 16> 70) on its cylindrical inner and outer surface is mirrored that further its inner surface with a non-mirrored entrance window (3, 18, 73) and its cylindrical outer surface with a non-mirrored, V-shaped, double exit window (4, 20, 72) is provided for the scattered light (Fig. 1, 2, 4). 4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitring (5Q) an seiner zylindrischen Innenfläche verspiegelt und diese Flächemit einem unverspiegelten Eingangsfenster (56) für das Streulicht versehen ist, wobei die zylindrische Außenfläche (52) des Lichtleitringes unverspiegelt ist und wobei der Streulichtdetektor (58) in der an die unverspiegelte Lichtleitring-Außenfläche unmittelbar angrenzenden Küvettenwand (56) angeordnet ist (Fig. 3). 4. Device according to at least one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the light guide ring (5Q) is reflective on its cylindrical inner surface and this surface with a non-mirrored entrance window (56) for the scattered light is provided, wherein the cylindrical outer surface (52) of the light guide ring is not mirrored and wherein the scattered light detector (58) is in the non-mirrored outer surface of the light guide ring immediately adjacent cuvette wall (56) is arranged (Fig. 3). 5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Lichtleitring (2, 70) durch das Eingangsfenster (3, 18, 73) empfangene Streulicht mittels eines am Ausgangsfenster (4, 72) des Lichtleitringes angeschlossenen Lichtleitkabels (6, 74) zum Streulichtdetektor (154) leitbar ist (Fig. 1, 4). 5. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light guide ring (2, 70) through the entrance window (3, 18, 73) received scattered light by means of a at the exit window (4, 72) of the light guide ring connected light guide cable (6, 74) to the scattered light detector (154) can be guided (Figures 1, 4). 6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Streulichtdetektor (34) unmittelbar am Ausgangsfenster (20) des Lichtleitringes (16) angeordnet ist (Fig. 2). 6. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the scattered light detector (34) is located directly at the exit window (20) of the light guide ring (16) is arranged (Fig. 2). 7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitring (16, 50, 70, 94) so angeordnet ist, daß der Abstand I?R?I zwischen dem Streulichtzentium (5, 22, 54, 71) und dem Streulicht-Eingangsfenster (3, 18, 56, 73) ebenso groß ist wie der Abstand i II zwischen dem Streulichtzentrum und der Lichtdurchlaßöffnung (24, 55, 75). 7. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light guide ring (16, 50, 70, 94) is arranged so that the distance I? R? I between the scattered light centium (5, 22, 54, 71) and the scattered light input window (3, 18, 56, 73) is just as large as the distance i II between the center of the scattered light and the light transmission opening (24, 55, 75).
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