CN101210896A - 一种射线源与探测器的对准机构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物品检测技术领域。具体地一种射线源与探测器的对准机构及其方法。对准方法：通过连杆上的滑槽与平行导轨杆上的圆柱的配合，使导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，当导轨杆沿导轨直线平移时，通过跨接在导轨直线的连杆的联动或驱动作用，使另一导轨杆沿另一导轨直线的平移，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。有4条固定的平行导轨直线。一个连杆通过滑槽和圆柱跨接在两个导轨杆上，另一个连杆通过滑槽和圆柱跨接在另外两个导轨杆上，一个连杆通过滑槽和圆柱跨接在四个导轨直线上，与固定有射线探通过跨接在导轨直线的连杆的联动作用，使固定有射线源的一个连杆测器的另一个连杆的中心对准。

Description

一种射线源与探测器的对准机构及其方法

技术领域

本发明涉及物品检测技术领域，特别是一种射线源与探测器的对准机构及其方法。

背景技术

X(γ)射线透射成像，是将被检测物放置在X(γ)射线源与探测器之间，通过测量被检测物对X(γ)射线在不同空间位置的衰减程度来了解被检测物内部的信息。该技术在无损检测、医疗等领域已广泛使用。为了保证上述检测过程的良好进行，一般要求X(γ)射线源与探测器之间要相互对准。当X(γ)射线源与探测器相互静止时，对准问题很好解决；但是，当X(γ)射线源与探测器相互运动时，对准问题就会变得比较复杂。例如，X(γ)射线CT技术是基于X(γ)射线透射成像的，其运行中某个过程可以是如下描述的：

在初始位置采集一个X(γ)射线透射数据(也称投影)，平移一段距离后再采集下一个X(γ)射线透射数据，直至各个探测器与X(γ)射线源点的连线覆盖被检测物的全部。当平移到被检测物的边缘时，必然导致只有少数探测器与X(γ)射线源点的连线通过被检测物体，而其他(占多数)探测器实际没有有用信息(见附图1)。这些无用信息的采集，导致了采集时间长、运动距离远、设备尺寸大。上述缺点是由于X(γ)射线源与探测器相互静止所造成。如果在移动X(γ)射线源时，保持探测器不动，在不损失数据的前提下可减小设备尺寸(见附图2)。简单地用移动X(γ)射线源并保持探测器静止，不能消除上述缺点，因为通常为降低X(γ)射线散射对成像的影响，在探测器入口处加装了准直器，而且准直器是要对准X(γ)射线源方向的，因此，简单移动X(γ)射线源会导致装有准直器的探测器接收不到信号。当探测器对来自不同方向的射线响应不同时，仅移动X(γ)射线源会造成数据损失。本发明通过探测器相对X(γ)射线源点的运动，在保证X(γ)射线源与探测器相互对准的情况下，减少了无用信息的采集，使得采集时间短、运动距离近、设备尺寸小。

设备尺寸的减小，在大型物体检测时会有很大好处，例如，减少了占地面积，降低了设备造价等。

发明内容

为克服现有技术中，射线源与探测器相互运动时，射线源与探测器难于对准的缺点。本发明的目的提供一种射线源与探测器的对准机构及其方法。

本发明通过探测器相对x(γ)射线源点的运动，在保证x(γ)射线源与探测器相互对准的情况下，减少了无用信息的采集，使得采集时间短、运动距离近、设备尺寸小。

一般首先会想到使整个探测器部件围绕X(γ)射线源旋转的方法解决对准问题，但是，在实现大型货物检测过程中，一般不允许建造一个大直径的旋转机构，这使得旋转对准办法不易实现。

机械上最容易实现的运动是旋转和直线运动，所以，在大直径旋转难于实现的时候，本专利考虑用直线运动来实现对准。

参考附图3，X(γ)射线源与探测器在平行线上相对运动，当源的位置由S移到S’时，依据相似三角形原理得到：

$\frac{H}{X}=\frac{H1}{X1}=\frac{H2}{X2}$

上述比例关系不受运动的起始位置的影响，就是说：当H、H2一定时，L3上任意位置的探测器要保持对准在L2上移动了距离X的X(γ)射线源，都仅需要使X(γ)射线源-探测器连线保持在L4上相同的截距X2。

同样，当H、H1一定时，在L2上移动了距离X的X(γ)射线源要对准L3上原来已对准的那个探测器，仅需要使X(γ)射线源-探测器连线保持在L1上的截距为X1。

一种射线源与探测器的对准方法，通过连杆上的滑槽与平行导轨杆上的圆柱的配合，导轨杆上的圆柱沿连杆上滑槽运动；连杆通过轴连接导轨杆做绕轴的转动，当导轨杆沿导轨直线平移时，另一导轨杆沿另一导轨直线的平移运动，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。

有4条固定的平行导轨直线L1、L2、L3、L4，导轨杆与平行导轨直线一致，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，使导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上，第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

通过连杆上的滑槽与平行导轨杆上的圆柱的配合，导轨杆上的圆柱沿连杆上滑槽运动；连杆通过轴连接导轨杆做绕轴的转动，导轨杆沿导轨直线平移，

第一连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2上，导轨杆沿导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第三连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L3、L4上，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动，通过驱动装置分别按比例驱动导轨杆，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。

有4条固定的平行导轨直线L1、L2、L3、L4，导轨杆与平行导轨直线一致，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，使导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上，第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第二连杆B4跨接在导轨线L1、L2、L3、L4上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

通过连杆上的滑槽与平行导轨杆上的圆柱的配合，导轨杆上的圆柱沿连杆上滑槽运动；连杆通过轴连接导轨杆做绕轴的转动，导轨杆沿导轨直线平移，

第一连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2上，导轨杆沿导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第二连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2、L3、L4上，导轨杆沿另一个导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第三连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L3、L4上，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动，通过跨接在导轨直线的连杆和导轨杆的联动作用，利用相似三角形的比例关系，使射线源的中心与探测器的中心始终对准。

所述导轨杆沿导轨直线平移时，另一导轨杆沿另一导轨直线的平移，利用相似三角形的比例关系是：

$\frac{H}{X}=\frac{H1}{X1}=\frac{H2}{X2}$

其中，H表示射线源与探测器导轨直线之间的距离，H1表示导轨线L1、L2之间的距离，H2表示另导轨线L3、L4之间的距离，X表示射线源在导轨线L2上移动距离，X1表示射线源的中心在导轨线L1上移动的距离，X2表示探测器的中心在导轨线L4上移动的距离。

一种射线源与探测器的对准机构，由平行导轨杆和连杆组成，所述导轨杆固定在导轨直线上，连杆跨接在导轨直线和导轨杆上，在连杆和平行导轨杆上分别有滑槽和圆柱，平行导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，使平行导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。

本发明的有益效果：1，不用角度测量装置，仅控制直线运动距离，这在角度测量困难时(如X(γ)射线源与探测器之间无机械连接时)非常方便；2，对准功能的实现与探测器在直线L3上的左右位置无关，因此，直线位移X2对所有位置相等，这对实现在直线上的多个探测器同时对准X(γ)射线源点位置非常方便。

在大型物体检测时，由于设备尺寸减小。减少了占地面积，降低了设备造价等。

另外，如需要改变的射线源或探测器的角度是上述设计的确定倍数，可以通过机械放大/缩小功能(例如，杠连杆/滑轮)实现，或数字控制方法实现。

附图说明

图1是射线源与探测器相互静止时，检测物体的示意图。

图2是射线源与探测器相互移动时，检测物体的示意图。

图3是本发明射线源与探测器的对准机构的对准原理图。

图4是本发明射线源与探测器的对准机构的原理图。

图5是本发明射线源与探测器的对准机构的运动对准示意图。

图6是本发明射线源与探测器的对准机构运动过程对准示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1表示当射线源与探测器相互静止时，被检测物体(图中圆形阴影部分)位于X(γ)射线源和探测器之间。X(γ)射线透射数据的采集。

图2表示当射线源与探测器相互移动时，被检测物体(图中圆形阴影部分)位于X(γ)射线源和探测器之间。X(γ)射线透射数据的采集。

图3的射线源与探测器的对准机构的射线源与探测器运动示意图。L1、L2、L3、L4是4条固定的平行导轨线；H表示平行导轨线L2、L 3之间的距离，H1表示平行导轨线L1、L2之间的距离，H2表示平行导轨线L3、L4之间的距离。L0表示射线源S与探测器D的中心线。射线源S沿平行导轨线L2移动X距离用S’表示射线源。探测器D随射线源S的移动而偏转，此时用D’表示探测器。L0’表示此时的射线源S’与探测器D’的中心线。射线源S’的中心在平行导轨线L1上的距离为X1。探测器D’的中心在平行导轨线L4上的距离为X2。利用相似三角形的比例关系，使得下式一直成立。

$\frac{H}{X}=\frac{H1}{X1}=\frac{H2}{X2}$

因此，在射线源S沿平行导轨线L2移动时，能够保证射线源S与探测器D的中心相互对准。

图4说明射线源与探测器的对准机构的原理。DD表示探测器D在导轨线L3上的位置，此时探测器DD的中心在导轨线L4上的距离为X22。由于H/X＝H2/X2＝H2/X22关系式成立，所以证明X2＝X22。说明在直线导轨线L4的位移X2对所有位置相等。这样就实现在直线导轨线L3上的多个探测器同时对准射线源点位置。

图5是本发明射线源与探测器的对准机构的运动对准的实施一：

L1、L2、L3、L4是4条固定的平行导轨线；导轨杆与平行导轨直线一致，一条平行导轨线L3，有三个导轨杆，分别为第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上。有两个连杆，分别为第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

下面说明各个部件之间的配合和运动过程：

第一连杆B1通过轴A1连接第二导轨杆B3且仅做绕轴A1的转动，第一连杆B1上的滑槽S1与第一导轨杆B2上的圆柱A2配合，使A2仅能沿滑槽S1运动；第一连杆B1通过轴A1和圆柱A2跨接在第一导轨杆B2和第二导轨杆B3上；

第一导轨杆B2仅沿直线L1做平移运动，第一导轨杆B2上的圆柱A2仅沿第一连杆B1上滑槽S1运动；

第二导轨杆B3仅沿直线L2做平移运动，第二导轨杆B3上的轴A1使第一连杆B1仅沿轴A1转动；

第三导轨杆B5仅沿直线L4做平移运动，第三导轨杆B5上的圆柱A7仅沿第三连杆B6上滑槽S4运动；

第三连杆B6通过轴A8固定在直线L 3上的一点，且仅做绕轴A8的转动，第三连杆B6上的滑槽S4与第三导轨杆B5上的圆柱A7配合，使A7仅能沿滑槽S4运动，第三连杆B6通过轴A8和圆柱A7跨接在直线L3和第三导轨杆B5上。

驱动装置D1，D2，D3的比例：设D1、D2、D3的初始值为0，则其移动比例为：D1/(H+H1)＝D2/H＝D3/H2，分别按比例驱动第一导轨杆B2、第二导轨杆B3、第三导轨杆B5，利用相似三角形的比例关系，并且保证

$\frac{H}{X}=\frac{H1}{X1}=\frac{H2}{X2}$

则能完成X(γ)射线源与探测器的对准功能。上述驱动装置D1、D2、D3的按比例驱动可以由伺服系统实现，伺服系统可以是机械的、液压的、电子的、数字的等等。利用其他控制方式如滑轮组、数控也可实现这种基于相似三角形原理的对准功能。另外，如需要改变的射线源或探测器的角度是上述设计的确定倍数，可以通过机械放大/缩小功能(例如，杠连杆/滑轮)实现，或数字控制方法实现。

图6是本发明射线源与探测器的对准机构运动过程对准的实施二：

L1、L2、L3、L4是4条固定的平行导轨直线；导轨杆与平行导轨直线一致，一条平行导轨线L3，有三个导轨杆，分别为第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上。有三个连杆，分别为第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第二连杆B4跨接在导轨线L1、L2、L3、L4上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

下面说明各个部件之间的配合和运动过程：

第一连杆B1通过轴A1连接第二导轨杆B3且仅做绕轴A1的转动，第一连杆B1上的滑槽S1与第一导轨杆B2上的圆柱A2配合，使圆柱A2仅能沿滑槽S1运动，第一连杆B1通过轴A1和圆柱A2跨接在第一导轨杆B2和第二导轨杆B3上；

第一导轨杆B2仅沿直线L1做平移运动，第一导轨杆B2上的圆柱A2仅沿第一连杆B1上滑槽S1运动，第一导轨杆B2上的圆柱A3仅沿第二连杆B4上滑槽S2运动；

第二导轨杆B3仅沿直线L2做平移运动，第二导轨杆B3上的轴A1使第一连杆B1仅沿轴A1转动，第二导轨杆B3上的圆柱A4仅沿第二连杆B4上滑槽S2运动；

第二连杆B4通过轴A5固定在直线L3上的一点，且仅做绕轴A5的转动，第二连杆B4上的滑槽S2与第一导轨杆B2上的圆柱A3配合，使圆柱A3仅能沿滑槽S2运动，与第二导轨杆B3上的圆柱A4配合，使圆柱A4仅能沿滑槽S2运动，与第三导轨杆B5上的圆柱A6配合，使圆柱A6仅能沿滑槽S3运动，第二连杆B4通过轴A5和圆柱A3、A4、A6跨接在第一导轨杆B2、B3和第三导轨杆B5上；

第三导轨杆B5仅沿直线L4做平移运动，第三导轨杆B5上的圆柱A6仅沿第二连杆B4上滑槽S3运动，第三导轨杆B5上的圆柱A7仅沿第三连杆B6上滑槽S4运动；

第三连杆B6通过轴A8固定在直线L3上的另一点，且仅做绕轴A8的转动，第三连杆B6上的滑槽S4与第三导轨杆B5上的圆柱A7配合，使A7仅能沿滑槽S4运动，第三连杆B6通过轴A8和圆柱A7跨接在直线L3和第三导轨杆B5上。

上述机构保证在点A1沿直线L2运动了距离X后，通过第一连杆B1、第二连杆B4、第三连杆B6分别跨接在L1、L2、L3、L4的4条固定的平行导轨直线上与分别固定在L1导轨线上的第一导轨杆B2，固定在L2导轨线上的第二导轨杆B3，固定在L4导轨线上的第三导轨杆B5的相互联动作用，使第一连杆B1中心线始终对准点(轴)A8，第三连杆B6中心线始终对准点(轴)A1，射线源固定在第一连杆B1上，探测器固定在第三连杆B6上。即完成射线源与探测器的对准功能。其原理是利用相似三角形的比例关系，使得下式一直成立。

$\frac{H}{X}=\frac{H1}{X1}=\frac{H2}{X2},$ 参见图3。

Claims (12)

1.一种射线源与探测器的对准方法，其特征在于，通过连杆上的滑槽与平行导轨杆上的圆柱的配合，导轨杆上的圆柱沿连杆上滑槽运动；连杆通过轴连接导轨杆做绕轴的转动，当导轨杆沿导轨直线平移时，另一导轨杆沿另一导轨直线的平移运动，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。

2.根据权利要求1所述的射线源与探测器的对准方法，其特征在于，有4条固定的平行导轨直线L1、L2、L3、L4，导轨杆与平行导轨直线一致，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，使导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上，第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

3.根据权利要求1或2所述的射线源与探测器的对准方法，其特征在于，通过连杆上的滑槽与平行导轨杆上的圆柱的配合，导轨杆上的圆柱沿连杆上滑槽运动；连杆通过轴连接导轨杆做绕轴的转动，导轨杆沿导轨直线平移，

第一连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2上，导轨杆沿导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第三连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L3、L4上，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动，通过驱动装置分别按比例驱动导轨杆，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。

4.根据权利要求1所述的射线源与探测器的对准方法，其特征在于，有4条固定的平行导轨直线L1、L2、L3、L4，导轨杆与平行导轨直线一致，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，使导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上，第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第二连杆B4跨接在导轨线L1、L2、L3、L4上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

5.根据权利要求4所述的射线源与探测器的对准方法，其特征在于，通过连杆上的滑槽与平行导轨杆上的圆柱的配合，导轨杆上的圆柱沿连杆上滑槽运动；连杆通过轴连接导轨杆做绕轴的转动，导轨杆沿导轨直线平移，

第一连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2上，导轨杆沿导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第二连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2、L3、L4上，导轨杆沿另一个导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第三连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L3、L4上，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动，通过跨接在导轨直线的连杆和导轨杆的联动作用，利用相似三角形的比例关系，使射线源的中心与探测器的中心始终对准。

6.根据权利要求1或3或5所述的射线源与探测器的对准方法，其特征在于，所述导轨杆沿导轨直线平移时，另一导轨杆沿另一导轨直线的平移，利用相似三角形的比例关系是：

$\frac{H}{X}=\frac{H1}{X1}=\frac{H2}{X2}$

其中，H表示射线源与探测器导轨直线之间的距离，H1表示导轨线L1、L2之间的距离，H2表示另导轨线L3、L4之间的距离，X表示射线源在导轨线L2上移动距离，X1表示射线源的中心在导轨线L1上移动的距离，X2表示探测器的中心在导轨线L4上移动的距离。

7.一种射线源与探测器的对准机构，由平行导轨杆和连杆组成，其特征在于，所述导轨杆固定在导轨直线上，连杆跨接在导轨直线和导轨杆上，在连杆和平行导轨杆上分别有滑槽和圆柱，平行导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，使平行导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。

8.根据权利要求7所述的射线源与探测器的对准机构，其特征在于，有4条固定的平行导轨直线，导轨杆与平行导轨直线一致，第一第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上，第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

9.根据权利要求7或8所述的射线源与探测器的对准机构，其特征在于，第一连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2上，导轨杆沿导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第三连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L3、L4上，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动，通过驱动装置分别按比例驱动导轨杆，利用相似三角形的比例关系，使射线源与探测器的中心始终对准。

10.根据权利要求7所述的射线源与探测器的对准机构，其特征在于，有4条固定的平行导轨直线，导轨杆与平行导轨直线一致，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，使导轨杆上的圆柱沿连杆上的滑槽运动，第一导轨杆B2固定在L1导轨线上，第二导轨杆B3固定在L2导轨线上，第三导轨杆B5固定在L4导轨线上，第一连杆B1跨接在导轨线L1、L2上，第二连杆B4跨接在导轨线L1、L2、L3、L4上，第三连杆B6跨接在导轨线L3、L4上。

11.根据权利要求7或10所述的射线源与探测器的对准机构，其特征在于，第一连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2上，导轨杆沿导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第二连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L1、L2、L3、L4上，导轨杆沿另一个导轨直线平移运动，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动；

第三连杆通过滑槽和圆柱跨接在导轨线L3、L4上，导轨杆上的圆柱与连杆上的滑槽配合，圆柱沿连杆上的滑槽运动，通过跨接在导轨直线的连杆和导轨杆的联动作用，利用相似三角形的比例关系，使射线源的中心与探测器的中心始终对准。

12.根据权利要求7或9或11所述的射线源与探测器的对准机构，其特征在于，所述导轨杆沿导轨直线平移时，另一导轨杆沿另一导轨直线的平移，利用相似三角形的比例关系是：

$\frac{H}{X}=\frac{H1}{X1}=\frac{H2}{X2}$

其中，H表示射线源与探测器导轨直线之间的距离，H1表示导轨线L1、L2之间的距离，H2表示另导轨线L3、L4之间的距离，X表示射线源在导轨线L2上移动距离，X1表示射线源的中心在导轨线L1上移动的距离，X2表示探测器的中心在导轨线L4上移动的距离。

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