CN100473542C - 射出液体的书写工具 - Google Patents

Abstract

一种书写工具，其具有液体喷射头(41)和一个激活喷射头处理器单元(6)。该工具还包括测量喷射头和介质(8)之间的距离的测量装置(12)，，移动探测装置。首先测量装置确定了喷射头和介质之间的距离小于预设的最大值，于是该处理器单元能够激活液体喷射头，使这种激活成为移动探测装置探测出的位移的函数。

Description

射出液体的书写工具

技术领域

本发明涉及一种书写工具，其能喷射出液体，比如墨水。

更具体地，在上述书写工具中，本发明涉及的工具具有大致管状元件，该管状元件在第一端和第二端之间延伸，并能被使用者捏持，该管状元件包括：

-一个液体容器；

-一个液体喷射系统，包括连接液体容器的液体喷射头，该喷射头能在远离介质一定距离处将液体喷射到介质上；

一个处理器单元，其激活液体喷射系统，使喷射头在远离介质一定距离处将液体喷射到介质上。

背景技术

在公知的这类书写工具中，管状元件一般带有探针，探针一端在书写时接触介质，另一端连接探测装置，探测装置探测接触介质的探针的移动。探测装置连接处理器单元，从而激活液体喷射系统。因此，当使用者手持书写工具并使之靠近介质时，探针接触介质的表面，致使探测装置向处理器单元传送一个信号，激活液体的喷射。

因此，尽管书写头(即液体喷射头)不再需要接触介质，但是书写工具的探针必须接触介质，以使液体得以喷射。然而，将液体喷射到介质上仅和探针是否接触介质有关，只要探针接触介质，液体的喷射就是恒定的，并具有预定的流速。因此，如果书写工具在介质上高速移动，液体的喷射就不足以在介质上形成连续线。同样，如果使用者缓慢地移动书写工具，由于喷射出过多的液体，就不会形成合适的线。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种简单可靠的书写工具以解决上述技术问题，使用者用该装置书写会很舒服。

总的来讲，本发明提供的书写工具的特征是管状元件还包括：

-监测装置，用于监测喷射头和介质之间的距离，该监测装置连接处理器单元；

-移动探测装置，其探测喷射头的移动，该移动探测装置连接处理器单元；

当首先监测装置确定了喷射头和介质之间的距离合适时，该处理器单元能够激活液体喷射系统；

处理器单元能够使激活液体喷射系统的电信号的频率和/或振幅成为移动探测装置探测出的移动的函数，并随之变化。

借助上述设置，该装置的使用者只须将该装置置于离介质的合适距离，并使之移动，就能激活液体喷射，该移动被书写工具探测出来，从而改变电信号的频率和/或振幅，激活液体喷射系统。使用者只须使手以及书写工具静止，或将书写工具，或者更准确地说，将液体喷射头移开介质，就能停止液体的喷射。该书写工具使液体能在适当的条件下以可控的方式，作为工具移动速度的函数而被喷射，该适当的条件与常用的书写工具(比如圆珠笔或标签笔)接近。

在本发明的优选实施例中，还使用以下一种或多种设置：

-监测装置由测量装置形成，测量装置测量喷射头和介质之间的距离，首先测量装置确定了喷射头和介质之间的距离小于预设的最大值，然后移动探测装置探测到移动，于是处理器单元能够激活液体喷射系统；

-测量装置，其无需书写工具和介质之间的物理接触，就能测量喷射头和介质之间的距离；

-首先测量装置确定了喷射头和介质之间的距离在预设的最小值和最大值之间，然后移动探测装置探测到移动，于是该处理器单元能够激活液体喷射系统。

-测量装置带有测量喷射头和介质之间的距离的光学系统；

-移动探测装置由加速度计形成；

-移动探测装置由光学系统和确定喷射头相对介质的移动速度的处理器单元形成，该速度是光学系统测量结果的函数；

-测量装置带有测量喷射头和介质之间的距离的超声波声学探头；

-监测装置由光学系统构成，该系统能够测量喷射头和介质上的液体喷射落点之间的距离；

-移动探测装置由光学系统和处理器单元形成，当光学系统探测到介质上存在液体，即意味着书写系统相对介质的移动速度降低，此时该单元能降低激活喷射系统的电信号的频率和/或振幅；

-管状元件还带有电源和连接电源的开关装置，使用者可打开开关装置，从而启动液体喷射系统、处理器单元、监测装置和加速计；

-管状元件还带有发射装置，能向介质上发出一个可见光点，该点代表液体在介质上的喷射落点；

-液体喷射头具有至少一个喷射液滴的喷嘴，喷射系统还带有电信号发生器，其产生电信号激活该液体喷射头的至少一个喷嘴。

-处理器单元能激活通讯装置，当测量装置首先觉察喷射头和介质之间的距离小于预设的最大值时，然后移动探测装置并未探测到管状元件在预设的时间间隔内发生移动，则通讯装置向使用者发出报警信号；

-当液体喷射系统并未在第一时间间隔内被激活，在第二时间间隔内，当测量装置首先觉察喷射头和介质之间的距离仍小于预设的最大值时，然后移动探测装置仍未探测到管状元件发生移动，则处理器单元能激活通讯装置，通讯装置发出报警信号，然后激活液体喷射系统；

本发明的其他特征和优点体现在以下参照附图对于实施例的描述中，其范围不限于实施例。

附图说明

图1是本发明书写工具第一实施例的剖面图；

图2是本发明书写工具第一实施例的各个组件的方框图；

图3是探测本发明书写工具第二实施例的移动的探测装置的方框图；

图4是探测本发明书写工具第三实施例的移动的探测装置的方框图；

在不同的图中，相同的附图标记代表相同或相似的单元。

具体实施方式

图1中的书写工具1具有大致管状元件2，该管状元件在第一端2a和第二端2b之间延伸。该管状元件2具有形成内空腔的内壁21，以及使用者能捏持的外壁22。

管状元件2的内壁21形成的内空腔内具有一个液体容器3和一个喷射液体的液体喷射系统4，该液体喷射系统直接连接液体容器3。液体容器3可移动地安装在管状元件2的内空腔内，液体用完之后，其能被另一个容器替换。根据工具的用途，容器内的液体可以是墨水，或者当该工具是修正器时，是擦去或覆盖墨水的液体，甚至当该工具是胶水机或喷射器时，该液体可以是胶水。液体喷射系统4由液体喷射头41构成，喷射头通过管道31直接连接液体容器3，通过电信号发生器42来控制该喷射头41的激活和停止。

在本例中，喷射头41是压电的喷射头，其中的喷射喷嘴43设置在管状元件2的末端2a。该管状元件的末端2a由终端板构成，该板直接安装入管状元件2的中部，位于该中部的内壁22之上。该终端板2a上设有终孔，喷射头41的喷嘴43位于孔内。喷嘴43可以固定在终端板2a上，或用合适的装置可缩进地安装，这样该喷嘴就能缩进终端板内，防止喷嘴在不使用书写工具时被损坏。根据本发明，喷射头41内具有压电单元，当接收到来自电信号发生器42的电信号时，该单元能够发生形变，从而在喷嘴43处产生微滴7，并喷射到介质8上。

液体喷射系统4也可以由玻璃介质构成，其上安装至少一个电阻加热器单元，其位于至少一条小尺寸管道上，管道中含有少量的来自容器3的墨水。这样，当发生器42向电阻单元发送一个电信号时，该电阻单元温度马上升高，在墨水中形成蒸汽泡，该汽泡将一滴微小的液滴7排到介质8上。

书写工具还包括一个处理器单元6，其激活发生器42产生电信号(或电脉冲)，使液体喷射系统的喷嘴43在远离介质8一定距离处将液滴7喷射到介质8上。管状元件2的内空腔在其末端2b处带有电源，电源可以是一个电池，或者两个电池，可充电或其它种类，通过开关11可以启动构成书写工具的各个电子单元。开关11可以被任何可由工具使用者开启的开关装置代替，开关11特别可以被探测使用者手持管状元件2的用于探测探测装置替换，探测装置可以是位于管状元件2外壁22上的电容传感器，当使用者手持书写工具2时，该传感器能监测到压力。

管状元件2的末端2b可以是一个盖子，其可移动地安装在该管状元件2的中部，方便用新电池来替换两个耗尽的电池10。

管状元件2的末端2a还具有监测装置12，其监测喷射头41和介质8之间的距离，监测装置12由连接探测器的探头构成，而探测器本身连接处理器单元6。在本例中，监测装置由测量装置12形成，其无需书写工具和介质8之间的物理接触，就能测量喷射头41和介质8之间的距离，更确切地讲，测量装置12能测量喷嘴43和介质8之间的距离。

在本实施例中，测量装置12由光学系统13构成，该系统包括红外线发光二极管(LED)13a，其向介质8发出一束入射光线FI，在该介质8上形成光点，以及形成反射光线FR。然后用光电二极管13b来分析光线，计算入射光线FI和介质8的夹角。

由于光电二极管13b和红外LED13a之间的距离是已知的，而且因为入射光线FI的倾角已经计算出来，简单的三角关系就足以算出红外LED和介质8之间的距离。光电二极管可以是HAMAMATSU商标的S6560。

在另一个实施例中，光学系统13也包括发射锥形光束的发射装置，光束的对称轴与管状元件2的纵轴重合。光学系统带有传感器，其能计算锥形光束在介质8上形成光点的半径。由于光点半径与介质8和发射锥形光束的发射装置之间的距离成比例，因此可以用线性方法来确定发射装置和介质之间的距离。相似地，如果锥形光束的对称轴相对于介质倾斜，则介质上形成的光点不再是圆形，而是椭圆形，传感器能够测量椭圆形点的短轴长度，确定介质和发射锥形光束的发射装置之间的距离。在这里，无论书写工具倾斜角如何变化，椭圆形点的短轴长度只和发射装置和介质之间的距离成比例，只有椭圆形点的长轴长度才和锥形光束的倾斜角成比例。

在另一个实施例中，测量装置12也可由超声波声学探头构成。这里，喷嘴43和介质8之间的距离等于该喷嘴43和介质8之间的最小距离，而与书写工具相对介质8的夹角无关。

参见图1和2，形成测量装置12的光学系统13直接连接处理器单元6，该单元将光学系统13的测量结果存在储存器内。处理器单元可以使光学系统13以预定的时间间隔重复测量。比如，时间间隔可以在1毫秒(ms)和0.1秒(s)之间。

管状元件2上还带有移动探测装置。在图1和2所示的本发明第一实施例中，移动探测装置可以是直接连接处理器单元的加速计14，其可以位于该管状元件内的任何地方。举例来讲，加速计可以位于管状元件的末端2b，这样当使用者使用书写工具时，加速计测量到的位移的幅度最大。

现在参考图1和2来描述书写工具的操作方式。

若使用者希望用书写工具1在介质2上书写，使用者先打开开关11，从而启动该书写工具上的各个电子单元。

使用者而后将书写工具的末端向介质8移动，这样光学系统13形成的测量装置自动工作，不和介质8发生任何物理接触就能计算喷嘴43和介质8之间的距离。同样地，加速计14探测出书写工具向介质8移动，该加速计直接向处理器单元6发出一个探测信号。

处理器单元6能够激活液体喷射系统4，只有当加速计14探测到书写工具的移动，并且由光学系统构成的测量装置12测量的喷嘴43和介质8之间的距离小于预设的最大值时，才向介质8喷射液滴7。

例如，预设的最大值可以是约1厘米(cm)。

因此，当测量装置12测量的喷嘴43和介质8之间的距离大于预设的最大值，并且当加速计14探测到书写工具的移动时，处理器单元6不会激活液体喷射系统4，液滴不会喷射到介质8上。

同样地，当工具并未移动，即使喷嘴43和介质之间的距离合适，也就是小于预设的最大值，处理器单元6也不会使液滴喷射。

因此加速计在使用者移动书写工具的基础上，将所有的加速和减速测量结果实时发送到处理器单元6。处理器单元6基于加速计的测量结果，控制电信号发生器42，从而改变直接传到液体喷射头41的电信号的频率和/或振幅，进而改变液滴7的尺寸和/或液滴7喷射到介质8上的频率。

例如，如果使用者在使用中快速移动书写工具，加速计向处理器单元发送加速测量信号，这样该处理器单元6就加大了电信号的频率，进而加大了液滴7的喷射频率。这样就尽可能的在介质8上形成连贯的线，避免了液滴分隔开，造成不连贯的线。

反之，当加速计测量到减速，处理器单元6就成比例地降低电信号的频率，进而降低了液滴7的喷射频率。当书写工具低速移动时，液滴7的喷射频率的降低可能避免了过多的液体在介质上形成图案。

在图3所示的本发明的第二实施例中，移动探测装置由光学系统13和确定喷射头41相对介质8的移动速度或范围的处理器单元6形成，该速度或范围是光学系统13测量结果的函数

更具体地讲，在该第二实施例中，光学系统13具有红外LED13a，其由调节器50调节，降低了与其它光源干涉的可能性。这样，红外LED13a向介质8发出一束入射光线FI，在该介质上形成光点，以及形成反射光线FR。然后用光电二极管13b来分析光线。这里，由于使用光电二极管来测量反射光线FR即反射信号，所以可消除干涉的效应，使测量更加可靠。

因此在第二实施例中，建议将光学系统13和控制单元6配合使用，传送喷射头41和介质8之间的测量距离以及该喷射头41相对介质8的测量移动速度。在本例中，该光学系统13，更准确地说，红外LED13a以及相应的光电二极管13b设置在喷射头41处，其设置方式使光学系统能看见或观测到介质8的一个小区域，该区域靠近液滴将要落到的区域，但不是和液滴将要落到的区域重合。系统要求光学系统13观察到的介质上的区域相对较小，这样就可以优选使用透镜系统将不同的反射光线聚焦到一个尽可能小的区域，从而保护反射信号的成分，该信号涉及书写工具相对介质8的移动速度。

例如，调节红外LED13a以节约能源，并有效滤出背景噪声。典型的调节频率位于25千赫兹(kHz)到30kHz之间，或更高，但是要回避38kHz和40kHz之间的频带，该频带常常用于电视机的红外遥控系统。

如图3所示，光电二极管13b探测到从介质表面直接反射出来的信号，用连接交流电(AC)的预放大器23放大该信号。该预放大器23的通带频率响应围绕红外调节频率，这样可以去除不需要的信号。在实用中，需要数个连接AC的放大阶段。但这不同的连接AC的放大阶段可位于解调器24之后，解调器24直接位于预放大器23的下游。

用解调器24来解调预放大器23获得的AC信号。可以加入附加的电阻单元来使充电和放电时间常数作为测得信号的频率响应的函数而改变。

解调的AC信号接着进入低通滤波器25，在此确定解调信号的振幅，该振幅代表光学系统13和介质8之间的距离。低通滤波器通过略微平缓信号来减少不需要的信号。范围在50赫兹(Hz)到100Hz之间的上截止频率适用于该低通滤波器。

再次在AC模式中放大解调信号，从而提取出涉及书写工具相对介质8移动速度的数据。当书写工具相对介质8静止，解调信号的振幅保持恒定，不在解调信号之上覆盖附加的AC成分。然而，当书写工具相对介质8移动，解调信号的振幅根据书写工具和介质8之间距离变化而变化，还根据纸张某处反射性的变化而变化。作为光学系统的函数，该解调信号振幅的变化与介质8、介质8表面的材质、可分辨的标记、以及液滴喷射形成的线有关。通常，当书写工具相对介质8移动，附加的AC成分被加入解调信号的振幅内，该AC成分的数量级是几个kHz，并且是书写工具相对介质8移动速度的函数。

这样，解调信号中的频率成分就代表书写工具相对介质8的移动速度。该附加的频率成分可被比作埋藏在解调信号内的噪声，代表书写工具的速度，并可以用各种方法来分析。比如，用三个滤波器26，27，28，每个都有预设的通带，这样就可以提取出三段不同的速度范围，称为书写工具相对介质8的低速第一速度范围V1，平均速度第二速度范围V2以及高速第三速度范围V3。

也可以使用光点二极管13b来对感知的信号进行数字处理，监测出零相交。

这样，当书写工具相对介质8静止，在解调信号中就不会出现与书写工具的移动和速度有关的噪声。相反，当书写工具不发生接触地相对介质8移动，在解调信号中自动出现噪声，该噪声是介质8表面类型的函数，且当书写工具相对介质8加快移动时，该噪声的频率也随之增加。

在另一实施例中，光学系统13带有两个光电二极管13b，其设置方式可以使其观察到红外LED13a在介质8上形成的光点内的两个相邻区域。然后使用电子电路比较该两个光电二极管13b发出的信号，并当两个解调信号之间存在重大差异时，产生一个输出信号。然后分析由此产生的针对某一表面的各种输出信号，信号的频率就反映出书写工具相对介质8移动的速度。

另外，在另一实施例中，光学系统13也可能不带透镜，而代之以准直仪，例如，用光学黑管来安装，其两端的非常小的孔上设有相应的盘。

也可以用红外激光二极管来替代红外LED13a。

在另一实施例中，当喷嘴43离介质8太近，以至于液滴不能很好地喷射到介质8上时，处理器单元6可以停止激活液体喷射系统。此时，只有当移动探测装置14或13探测到书写工具相对介质8移动，并且光学系统13测量的喷嘴43和介质8之间的距离介于预设的最小值和最大值之间时，处理器单元6才激活液体喷射系统。

同样地，为了改善使用者的舒适度，处理器单元6能激活通讯装置16，当光学系统13首先觉察墨水喷射头41和介质8之间的距离小于预设的最大值时，然后加速计14或光学系统13连同处理器单元6并未探测到喷射头41相对介质8在预设的时间间隔内发生移动，则通讯装置向使用者发出报警信号。比如，该通讯装置16可以是发射可见光信号或声音信号的发射器，令使用者得知液体喷射头41(更确切地讲是喷嘴43)与介质之间的距离适合激活电子信号发生器42。书写工具的上述移动，即使是无意间的移动，也可以激活喷射系统4，将液滴喷射到介质8上。

同样地，为了改善使用者的舒适度，处理器单元6能激活通讯装置16，当液体喷射系统4未在某些时间间隔(例如30秒或1分钟)内被激活，测量装置12检测到喷射头41和介质8之间的距离合适时，且移动探测装置14或13，6探测到书写工具移动，则通讯装置16发出报警信号。此时，处理器单元能激活通讯装置长达两秒，警告使用者马上就要喷射液体了，在两秒的最大时间间隔之后，处理器单元6激活液体喷射系统4。

当测量装置12由超声波的声学探头形成时，管状元件2的末端2a可以安设发射装置，该装置向介质8发出可见光点，该光点代表液滴7接触介质的点。

图4显示了移动探测装置的第三实施例，其中，该装置由光学系统13和处理器单元6构成，当光学系统13探测到介质8上存在液体7，这代表着整个书写工具相对介质8的移动速度降低，该处理器单元能降低启动喷射头41的电信号的频率和/或振幅。更确切地说，如图4所示，光学系统13仍由红外LED13a和相应的光电二极管13b形成，光电二极管13b上配有透镜系统或准直仪，这样既可以确定喷射头41和介质8之间的距离，也可以检查将要喷上液滴7的介质8上的区域。光学系统，或更确切地说是LED13a和光电二极管13b必须相对喷射头41设置，这样入射光线FI和反射光线FR精确地汇聚在将要喷上液滴7的区域。然后用预放大器和监相器29来处理来自光电二极管13b的信号，从而向处理器单元6发送信息，该单元马上随之先控制控制电路或向喷射头41供电的电信号发生器42，然后控制红外LED13a的控制电路。

当喷射头41和介质8之间的距离处于合适的范围之内时，并且当光学系统13并未探测到在介质8上存在液体7时，处理器单元6就会以最大的频率将液滴7从喷射头41内射出。此时，处理器单元6使液滴7如同图4所示那样射到介质8上。

如果书写工具相对介质8保持静止，光学系统13会自动探测到介质8上存在液体，这样处理器单元6会大大减少喷射到介质上的液滴7，甚至停止喷射。一旦移动书写工具，光学系统13发现自身面对介质8的空白区域，这样处理器单元6会使液滴以最大频率喷射。相反，一旦书写工具相对介质8的速度降低，光学系统13就能探测到存在于喷射头41内的液滴，这样处理器单元6会自动降低电信号发生器42传向喷射头41的电信号的频率和/或振幅。

在图4所示的第三实施例中，所使用的液体或墨水可以具有适用于光学系统13的反射性，这样滴到介质8上的每滴液滴7都能被光学系统13自动探测到。

Claims (14)

1.一种书写工具，其包括大致管状元件(2)，该管状元件在第一端(2a)和第二端(2b)之间延伸，并能被使用者捏持，该管状元件(2)包括：

-液体容器(3)；

-液体喷射系统(4)，包括连接液体容器(3)的液体喷射头(41)，该喷射头能在远离介质(8)一定距离处将液体喷射到介质(8)上；

-处理器单元(6)，其激活液体喷射系统(4)，使喷射头(41)在远离介质(8)一定距离处将液体喷射到该介质(8)上，其特征在于管状元件还包括：

-监测装置(12)，用于监测喷射头(41)和介质(8)之间的距离，该监测装置(12)连接处理器单元(6)；

-移动探测装置(14；13，6)，其探测喷射头(41)的移动，该移动探测装置(14；13，6)连接处理器单元(6)；

当至少监测装置确定了喷射头和介质之间的距离合适时，该处理器单元激活液体喷射系统；

处理器单元(6)使激活液体喷射系统(4)的电信号的频率和/或振幅成为移动探测装置(14；13，6)探测出的移动的函数，并随之变化。

2.按照权利要求1所述的工具，其中监测装置(12)由测量装置(12)形成，测量装置测量喷射头(41)和介质(8)之间的距离，首先测量装置(12)确定了喷射头(41)和介质(8)之间的距离小于预设的最大值，然后移动探测装置(14；13，6)探测到移动，于是处理器单元(6)激活液体喷射系统(4)。

3.按照权利要求2所述的工具，其中测量装置(12)无需书写工具(1)和介质(8)之间的物理接触，就测量喷射头(41)和介质(8)之间的距离。

4.按照权利要求3所述的工具，其中首先测量装置(12)确定了喷射头(41)和介质(8)之间的距离在预设的最小值和最大值之间，然后移动探测装置探测到移动，于是该处理器单元(6)激活液体喷射系统(4)。

5.按照权利要求2到4中任一项所述的工具，其中测量装置(12)包括测量喷射头和介质之间的距离的光学系统(13)。

6.按照权利要求1到4中任一项所述的书写工具，其中移动探测装置由加速度计形成。

7.按照权利要求5所述的工具，其中移动探测装置由光学系统和确定喷射头(41)相对介质(8)的移动速度的处理器单元(6)形成，该速度是光学系统(13)测量结果的函数。

8.按照权利要求2到4中任一项所述的工具，其中测量装置(12)包括测量喷射头(41)和介质(8)之间的距离的超声波声学探头。

9.按照权利要求1到4中任一项所述的书写工具，其中：

-监测装置(12)由光学系统(13)构成，该系统测量喷射头(41)和介质(8)上的液体喷射落点之间的距离；

-移动探测装置由光学系统(13)和处理器单元(6)形成，当光学系统(13)探测到介质(8)上存在液体，即意味着书写系统相对介质(8)的移动速度降低，此时该单元降低激活液体喷射系统(4)的电信号的频率和/或振幅。

10.按照权利要求1到4中任一项所述的工具，其中管状元件(2)还包括电源(10)和连接电源(10)的开关装置(11)，使用者打开开关装置(11)，从而启动液体喷射系统(4)、处理器单元(6)、监测装置(12)和加速计(14)。

11.按照权利要求1到4中任一项所述的工具，其中管状元件(2)还包括发射装置，能向介质上发出一个可见光点，该点代表液体在介质(8)上的喷射落点。

12.按照权利要求1到4中任一项所述的工具，其中液体喷射头(41)包括至少一个喷射液滴(7)的喷嘴(43)，液体喷射系统(4)还包括电信号发生器(42)，其产生电信号激活该液体喷射头(41)的至少一个喷嘴(43)。

13.按照权利要求2到4中任一项所述的工具，其中处理器单元(6)激活通讯装置(16)，当测量装置(12)首先觉察喷射头(41)和介质(8)之间的距离小于预设的最大值时，然后移动探测装置并未探测到管状元件(2)在预设的时间间隔内发生移动，则通讯装置向使用者发出报警信号。

14.按照权利要求2到4中任一项所述的工具，其中当液体喷射系统(4)并未在第一时间间隔内被激活，在第二时间间隔内，当测量装置(12)首先觉察喷射头(41)和介质(8)之间的距离仍小于预设的最大值时，然后移动探测装置仍未探测到管状元件(2)发生移动，则处理器单元(6)激活通讯装置(16)，通讯装置发出报警信号，然后激活液体喷射系统(4)。

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