CN101680838A - 粒子浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粒子浓度检测装置，其具备具有发光部和受光部的检测机构。粒子浓度检测装置基于由检测机构检测出的光量来检测液体中的粒子浓度。检测机构包括第一导光体、第二导光体、液室以及第三导光体。第一导光体设于与发光部的发光面相对的部位。第二导光体设于与受光部的受光面相对的部位。液室形成于第一导光体及第二导光体之间，允许液体流入。第三导光体在所述液室内可摆动地设置成与第一导光体及第二导光体相对。

Description

粒子浓度检测装置

技术领域

本发明涉及检测混入到液体中的粒子的浓度的粒子浓度检测装置。

背景技术

已知有基于液体的光透过特性、具体而言即透过该液体的光量来检测例如混入到发动机的润滑油中的煤的浓度之类的液体中的粒子浓度的装置。该装置包括具备发光部及受光部等的检测机构。光从上述发光部向液体照射，同时由受光部检测透过该液体的光量。从发光部照射的光的一部分被混入到液体中的粒子吸收及散射，因此，由受光部检测出的透射光量与液中含有的粒子的量相对应。因此，可基于该透射光量来检测粒子浓度。

上述那样的检测机构中，当检测对象的液体接触的检测面上附着污渍时，检测出的光量减少，粒子浓度的检测精度降低。

因此，例如专利文献1所记载的装置中，在内燃机的油盘内设置上述检测机构，同时在该检测机构中设置在油的液面浮动的浮子，利用该浮子的上下动作来清洗检测机构的检测面。

在上述专利文献1所记载的装置中，利用在发动机启动前和发动机启动后油的液面的高度发生变化这一现象，使浮子上下动作。因此，在油盘内的油量减少的情况下，浮子的上下动作范围变窄，清洗的检测面的范围也变窄。这种油量减少时的不良情况，可通过例如考虑油量减少时的液面的高度而决定浮子的安装位置来消除。但是，进行这样的对策时，会发生新的不良情况。即，油量充分时，即使在发动机启动后，浮子仍浸在油中，总是处于在上方浮游的状态，因此，该浮子的上下动作变得困难。

这样，现有的装置中，有时不能适宜地减轻检测面的污渍。

专利文献1：(日本)特开平8-86751号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够更适宜地减轻检测面的污渍的粒子浓度检测装置。

为了实现上述目的，本发明的一种形式中，提供一种具备检测机构的粒子浓度检测装置，所述检测机构具有发光部和受光部。所述发光部从发光面朝向液体照射光。对于所述受光部，来自所述发光部的光通过液体而由受光面接受，从而检测出透过液体的光量。粒子浓度检测装置基于由所述检测机构检测出的所述光量来检测所述液体中的粒子浓度。所述检测机构包括第一透光部、第二透光部、液室以及第三透光部。所述第一透光部设于与所述发光部的所述发光面相对的部位。所述第二透光部设于与所述受光部的所述受光面相对的部位。所述液室形成于所述第一透光部及所述第二透光部之间，容许所述液体流入。所述第三透光部以与所述第一透光部及所述第二透光部相对的方式可摆动地设置在所述液室内。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的粒子浓度检测装置的构成的概略图；

图2是图1的检测机构的剖面图；

图3是对于粒子成分比不同的两种劣化油分别表示透光率和光的波长的关系的图；

图4(a)是表示图2中的检测机构中设置的第一导光体及第三导光体的两检测面的净化状态的剖面图，图4(b)是表示图2中的检测机构中设置的第二导光体及第三导光体的两检测面的净化状态的剖面图；

图5是本发明第二实施方式的检测机构的剖面图；

图6是表示图2的第三导光体倾斜时的光路的偏移的示意图；

图7是表示图5的第三导光体倾斜时的光路的偏移的示意图；

图8是表示第一实施方式的变形例的粒子浓度检测装置的构成的概略图。

具体实施方式

下面，参照图1～图4对将本发明的粒子浓度检测装置具体化后的第一实施方式进行说明。

图1的粒子浓度检测装置基于透过作为检测对象液的内燃机的润滑油的光量来检测混入到该润滑油中的粒子(煤等)的浓度。

如图1所示，粒子浓度检测装置包括检测机构10和运算部60等。

上述检测机构10安装于内燃机的油盘100的底面的内侧。本实施方式中，该油盘100构成积存液体的积存部。在油盘100的底面的外侧设有用于固定上述检测机构10的壳体14。从检测机构10输出的检测信号由上述运算部60进行运算处理。

如图2所示，构成检测机构10的主体的支架11具有大致棱柱形状的外形。

在该支架11的第一端部的内部设置发出光的发光部20。发光部20经由发光部用支架21固定于支架11上。在上述发光部20的发光面的相反侧设有发光部用帽22，其固定发光部20的输入端子并且防止该发光部20浸到润滑油中。设于该发光部用帽22上并与发光部20的输入端子连接的信号线24经由上述壳体14而与上述运算部60连接。

在支架11的第二端部的内部，接受来自发光部20的光的受光部30与该发光部20相对设置。该受光部30也经由受光部用支架31固定于支架11上。另外，在受光部30的受光面的相反侧设有受光部用帽32，其固定该受光部30的输出端子并且防止该受光部30浸到润滑油中。设于该受光部用帽32上并与受光部30的输出端子连接的信号线34也经由上述壳体14而与上述运算部60连接。

在上述发光部20上，设有发出波长为670nm的可视光的可视光元件和发出波长为890nm的红外光的红外光元件。此外，在本实施方式中，使用LED(发光二极管)作为这些元件。

在上述受光部30上设有输出信号的受光元件，该信号与从上述可视光元件发出的光的光量或从上述红外光元件发出的光的光量相对应。此外，在本实施方式中，作为该受光元件，使用输出电压根据受光量的增大而增高的光敏二极管。

在与上述发光部20的发光面相对的部位上设有固定于支架11上的第一导光体23，在与上述受光部30的受光面相对的部位上设有固定于支架11上的第二导光体33。这些第一导光体23及第二导光体33由光的衰减率小的材质、例如石英玻璃等透光部件形成。第一导光体23构成第一透光部，第二导光体33构成第二透光部。

在支架11内，在第一导光体23和第二导光体33之间区划出的四边形状的空间中，形成液室40，该液室40和支架11的外部经由形成于支架11上的孔12、13而连通。孔12、13容许润滑油从支架11的外部流入液室40内，或从液室40内流出到支架11的外部。液室40内由油盘100内的润滑油充满。

在液室40内设有与上述第一导光体23及上述第二导光体33相对的第三导光体50。该第三导光体50具有棱柱形状，由与上述第一导光体23相同的材质形成。另外，第三导光体50具有比液室40稍小的外形形状，以使第三导光体50能够在液室40内摆动。第三导光体50构成第三透光部。

在液室40内，第一导光体23和第三导光体50之间的间隙及第二导光体33和第三导光体50之间的间隙形成润滑油流入的流路41，透过在该流路41流动的润滑油的光量由受光部30检测。第一导光体23和第三导光体50的两相对面及第二导光体33和第三导光体50的两相对面分别形成作为检测相对的润滑油接触的检测面。即，在第一导光体23上与第三导光体50相对的面为第一检测面23a，在第三导光体50上与第一导光体23相对的面为第二检测面50a，在第三导光体50上与第二导光体33相对的面为第三检测面50b，在第二导光体33上与第三导光体50相对的面为第四检测面33a。

上述运算部60以微型计算机为中心而构成，该微型计算机具备中央处理控制装置(CPU)、预先存储有各种程序及映像等的只读存储器(ROM)、暂时存储CPU的运算结果等的随机存取存储器(RAM)、输入接口以及输出接口。该运算部60输入来自检测机构10的受光部30的输出信号，并对该信号进行运算处理，由此计算润滑油的粒子浓度。

其次，参照图3对通过运算部60进行的润滑油的粒子浓度C的计算进行说明。

通常，在内燃机的润滑油劣化的情况下，在润滑油中混入粒子。粒子的成分包含羰基、硝基、苯核、硫酸盐、煤、磨损粉等。粒子的成分比根据润滑油的种类、内燃机的种类、发动机的运转状态、或润滑油的劣化进行状态等而变化。羰基及硝基为茶褐色，苯核、硫酸盐、煤、磨损粉为黑色。因此，当粒子的成分比不同时，润滑油的颜色也不同。

入射到润滑油的光不接触淤渣前体等粒子，而直接透过液体，或与该粒子接触而多重散射并透过液体。可视光具有在多重散射时被粒子吸收的性质，另一方面，红外线具有在这种多重散射时不被吸收的性质。此外，可视光的吸收率根据粒子的颜色而不同。

图3中，对于粒子浓度大致相同而粒子的成分比不同的两种劣化油分别表示光透射率和光的波长的关系。此外，透射率是由发光部的发光量和受光部的受光量之比(受光部的受光量/发光部的发光量×100(％))来定义的值，粒子浓度越高，其值越小。如图3所示，在可视光域，有关劣化油A的透射率比有关劣化油B的透射率小，在红外光域，有关劣化油A的透射率比有关劣化油B的透射率大。因此，可知透射率的大小关系根据检查光的波长而变化。劣化油A与劣化油B相比，可视光域的透射率小，因此，可认为含有大量成为吸光成分的粒子，例如黑色的粒子。

如上所述，润滑油中的粒子的成分比对润滑油内的光的散射量及吸收量带来影响。因此，即使润滑油中包含的粒子的量相同，即粒子浓度相同，如果该粒子的成分比不同，则透射光量也不同。因此，基于透射光量的粒子浓度的检测与基于离心分离法等的粒子浓度的测定方法相比，虽然能够以更简易的方式检测粒子浓度，但容易受到粒子的成分比的影响，因此，在检测精度方面较差。在本实施方式中，使用从上述发光部20发出的不同波长的光来检测各波长下的润滑油的透射光量，利用基于这些透射光量计算出的在各波长下的光的透射率来检测粒子浓度。由此，抑制油中的粒子的成分比引起的粒子浓度的检测误差。

首先，使发光部20的可视光元件发光时的透射率即可视光透射率T1、及使发光部20的红外光元件发光时的透射率即红外光透射率T2分别基于下式(1)及(2)计算。

可视光透射率T1＝可视光透射量I1/可视光发光量I_O1×100(％)  …(1)

红外光透射率T2＝红外光透射量I2/红外光发光量I_O2×100(％)  …(2)

上述可视光透射量I1是透过润滑油的可视光的光量，由受光部30检测。可视光发光量I_O1是来自发光部20的可视光元件的发光量，是预先设定的值。同样，红外光透射量I2是透过润滑油的红外光的光量，由受光部30检测。红外光发光量I_O2是来自发光部20的红外光元件的发光量，是预先设定的值。

接着，使用朗伯-比尔定律，由光的吸收项和散射项表示有关液体的光的透射率时，成为下式(3)。

Ln(1/T)＝{ε(λ)×C×L}+{G(λ)×C×L}  …(3)

Ln：自然对数

T：有关液体的光的透射率

ε(λ)：光的波长λ下的粒子的吸光系数

G(λ)：光的波长λ下的粒子的减光系数

C：粒子浓度

L：光路长度

此外，式(3)中，{ε(λ)×C×L}的项是吸收项，{G(λ)×C×L}的项是散射项。

从可视光元件向润滑油照射的可视光被分类为散射成分、吸收成分及透过成分。因此，上述可视光透射率T1可基于上述式(3)表示成下式(4)。

Ln(1/T1)＝{ε(670)×C×L}+{G(670)×C×L} …(4)

T1：向润滑油照射波长670nm的光时的透射率

(＝可视光透射量I1/可视光发光量I_O1×100)

ε(670)：光的波长670nm下的粒子的吸光系数

G(670)：光的波长670nm下的粒子的减光系数

另一方面，从红外光元件向润滑油照射的红外光被分类为散射成分及透过成分。因此，上述红外光透射率T2可基于上述式(3)表示成下式(5)。

Ln(1/T2)＝G(890)×C×L  …(5)

T2：向润滑油照射波长890nm的光时的透射率

(＝红外光透射量I2/红外光发光量I_O2×100)

G(890)：光的波长890nm下的粒子的减光系数

接着，求上述式(4)和式(5)之差，对粒子浓度C整理后成为下式(6)。

公式1

$\mathrm{Ln}\left(\frac{1}{T1}\right)-\mathrm{Ln}\left(\frac{1}{T2}\right)=\{\mathrm{\ϵ}\left(670\right)\×C\×L+G\left(670\right)\×C\×L\}-\{G\left(890\right)\×C\×L\}$

$C=-1\frac{1}{L\×\{\mathrm{\ϵ}\left(670\right)+G\left(670\right)-G\left(890\right)\}}\×\mathrm{Ln}\left(\frac{T1}{T2}\right)$

在此，设 $\mathrm{\α}=\frac{1}{L\×\{\mathrm{\ϵ}\left(670\right)+G\left(670\right)-G\left(890\right)\}}$ 时，

$C=-\mathrm{\α}\×\mathrm{Ln}\left(\frac{T1}{T2}\right)\·\·\·\left(6\right)$

如该式(6)所示，粒子浓度C基于可视光透射率T1和红外光透射率T2之比的对数而计算，由此，润滑油中含有的粒子的成分比所引起的粒子浓度C的检测误差被抑制。

在检测机构10中，润滑油与第一导光体23、第二导光体33及第三导光体50接触。当第一导光体23的上述第一检测面23a、第二导光体33的上述第四检测面33a、或第三导光体50的上述第二检测面50a及第三检测面50b上附着污渍(润滑油中的粒子成分等)时，上述可视光透射量I1及红外光透射量I2减少，粒子浓度C的检测精度降低。在本实施方式的检测机构10中，上述第三导光体50以上述方式设置，由此，减少污渍对于各检测面的附着。

详细而言，将上述检测机构10浸到润滑油中，并且，上述第三导光体50在润滑油可流入流出的液室40内可摆动地设置。因此，通过润滑油出入于液室40，或内燃机的振动经由油盘100而传递到上述检测机构10，从而第三导光体50摆动。

如图4(a)所示，在第三导光体50和第一导光体23接触的状态下该第三导光体50摆动时，第一导光体23的第一检测面23a和第三导光体50的第二检测面50a滑动。由此，附着于第一检测面23a及第二检测面50a上的污渍被刮落。

同样，如图4(b)所示，在第三导光体50和第二导光体33接触的状态下第三导光体50摆动时，第三导光体50的第三检测面50b和第二导光体33的第四检测面33a滑动。由此，附着于第三检测面50b及第四检测面33a上的污渍被刮落。

利用第三导光体50的摆动带来的对各检测面的净化作用，减少了润滑油接触的第一～第四检测面23a、50a、50b、33a的污渍，抑制了这种污渍导致的粒子浓度C的检测精度的降低。

另外，在背景技术中所说明的现有装置中，需要考虑液面和浮子的位置关系来安装检测机构，但对于本实施方式的上述检测机构10，如果是在润滑油中，则可以安装在任何部位，其安装位置的自由度高。因此，如上所述，可在积存有润滑油的上述油盘100的底面上设置检测机构10。通过在油盘100的底面上设置检测机构10，即使油盘10内的润滑油量在某种程度上减少，第三导光体50也能够在液室40内维持可摆动的状态。因此，与现有装置相比，能够减轻润滑油接触的各检测面(第一～第四检测面23a、50a、50b、33a)的污渍。

另外，由于在油盘100的底面固定有检测机构10，故而即使在油盘100相对于油面倾斜的情况下，也能够将该检测机构10尽可能地浸在润滑油中。因此，即使在油盘100倾斜时，也能够得到第三导光体50带来的上述净化作用。

如以上所述，根据本实施方式，可得到如下优点。

(1)当第三导光体50因出入于液室40内的润滑油或发动机振动而摆动时，第一导光体23的第一检测面23a和第三导光体50的第二检测面50a滑动，这些检测面23a、50a上的污渍被刮落。同样，第二导光体33的第四检测面33a和第三导光体50的第三检测面50b滑动，这些检测面33a、50b上的污渍被刮落。通过这样的第三导光体50的摆动所带来的各检测面的净化作用，能够减轻润滑油接触的第一～第四检测面23a、50a、50b、33a的污渍，能够抑制这样的污渍带来的粒子浓度C的检测精度的降低。

本实施方式的检测机构10只要是在润滑油中，就可以安装在任何部位，其安装位置的自由度高。因此，能够在积存有润滑油的油盘100的底面附近设置检测装置。在油盘100的底面设置检测机构10的情况下，即使油盘100内的润滑油量在某种程度上减少，第三导光体50也能够维持在可摆动的状态。因此，能够更适宜地减少第一～第四检测面23a、50a、50b、33a上的污渍。

(2)将上述检测机构10固定在积存有润滑油的油盘100的底面。由此，即使在油盘100倾斜的情况下，也能够将上述检测机构10尽可能地浸在润滑油中。因此，即使在油盘100倾斜时，也能够得到上述第三导光体50带来的上述净化作用。

(3)将上述检测机构10安装在内燃机的油盘100上。因此，能够检测内燃机的润滑油中的粒子浓度。另外，也可以使第三导光体50通过发动机振动而摆动。

接着，参照图5～图7对将本发明的粒子浓度检测装置具体化了的第二实施方式进行说明。

在第一实施方式中，以单体构成第三导光体50。另一方面，如图5所示，本实施方式的第三导光体80包括沿从发光部20发出的光的光路方向并列设置的多个导光体81。导光体81也由与第一实施方式的第三导光体50相同的材质形成，具有棱柱形状的外形。另外，与上述第三导光体50相同，导光体81具有比液室40小的外形形状，以能够在液室40内摆动。

如上所述，通过由多个分割体构成上述第三导光体80，得到下述优点。

图6中用双点划线表示相对于从发光部20向受光部30发出的光的光路方向没有倾斜的第三导光体50，即第二检测面50a及第三检测面50b均相对于光的行进方向正交的第三导光体50。该情况下，从发光部20发出的光在透过第三导光体50时未被折射而到达受光部30。

另一方面，图6中用实线表示相对于从发光部20向受光部30发出的光的光路方向倾斜的第三导光体50。该情况下，从发光部20发出的光在润滑油和第三导光体50的边界面(第二检测面50a)折射后，透过第三导光体50内。然后，光在第三导光体50和润滑油的边界面(第三检测面50b)再次折射，从第三导光体50射出润滑油中，并且向受光部30行进。

这样，在第三导光体50倾斜的情况下，在该第三导光体50中，光路在光入射的点(图6所示的in点)和光射出的点(图6所示的out点)发生偏移。这样的偏移使受光部30的受光量(透射光量)发生变化。这样的光路的偏移量Z由下式(7)表示。

偏移量Z＝导光体内的光路长度L·sinα …(7)

导光体内的光路长度L为上述in点和out点的两点间距离，例如在第三导光体50中是透过第三导光体50的内部的光的透过距离。另外，“α”是表示以未在第二检测面50a折射而透过第三导光体50内的光的行进方向为基准，而在该第二检测面50a折射的光的折射角的值。另外，该折射角α与第三导光体50的倾斜角一致。

如上述式(7)所示，第三导光体50的倾斜角α越大，偏移量Z越大。另外，第三导光体50内的光路长度L越长，偏移量Z越大。在此，光行进方向的第三导光体50的厚度越大，则第三导光体50内的光路长度L越长。因此，这样的厚度越大，偏移量Z越大。

在本实施方式中，由多个导光体81构成第三导光体80，由此，与由单体构成的上述第三导光体50相比，可减小各导光体81的厚度。另外，各导光体81彼此独立可倾斜。因此，在由单体构成的上述第三导光体50和构成第三导光体80的两个导光体81中的一个例如以同一倾斜角倾斜的情况下，如下进行光路的偏移量Z的比较。

即，如图7及图5所示，构成第三导光体80的各导光体81的厚度比由单体构成的第三导光体50的厚度小。因此，导光体81内的上述光路长度L(in点和out点的两点间距离)也短。因此，从上述式(7)也表明，构成第三导光体80的各导光体81一方的光路偏移量Z小。

因此，根据本实施方式，能够将构成第三导光体80的导光体81倾斜时的光路的偏移量Z设为极小。由此，能够极力地抑制第三导光体80的倾斜对受光部30的受光量带来的影响。

本实施方式中，构成第三导光体80的各导光体81也可在液室40内摆动。由此，能够得到与上述第一实施方式相同的优点。

此外，上述各实施方式也可以如下变更。

将检测机构10固定于油盘100的底面，但检测机构10也可以经由撑条而被支承在油盘100中，以位于油盘100的润滑油中。例如图8所示，也可以设置具有固定于油盘100的侧面的第一端和位于该油盘100的底面附近并浸入润滑油的第二端的撑条200，且在该撑条200的第二端固定检测机构10。该变形例中，在油盘100倾斜的情况下，也可以使上述检测机构10尽可能地浸入润滑油中。因此，在这样的倾斜时，也可以得到上述第三导光体50带来的上述净化作用。该变形例中，由撑条200增大的发动机振动被传递给检测机构10。因此，第三导光体能够更容易地摆动，从而上述净化作用提高。

第一实施方式中使用了两个不同的波长的光，但也可以使用三个以上不同的波长的光。该情况下，也可以以例如如下的方式检测粒子浓度。首先，计测A、B及C这三个波长的光的各自的透射光量，根据该计测出的透射光量求每个波长的透射率。然后，以与第一实施方式相同的方式，根据与A及B的波长的光对应的透射率之比来求粒子浓度C1，并且，根据与A及C的波长的光对应的透射率之比来求粒子浓度C2。然后，以粒子浓度C1及粒子浓度C2的平均值作为最终的粒子浓度C。

上述第一实施方式中，从发光部20发出波长为670nm的可视光及波长为890nm的红外光。但是，在以第一实施方式中说明的检测方式检测粒子浓度时，只要能够抑制油中含有的粒子的成分比引起的检测误差，则也可以使用其他波长的光。

代替在一个发光部20内设置可视光元件和红外光元件的方式，也可以分别设置具备可视光元件的发光部和具备红外光元件的发光部，且由上述受光部30接受来自各发光部的光。另外，也可以分别设置具备可视光元件的可视光发光部及接受来自该可视光发光部的光的可视光受光部，以及具备红外光元件的红外光发光部及接受来自该红外光发光部的光的红外光受光部。

代替从发光部20发出不同波长的光而基于上述式(6)检测粒子浓度C的方式，也可以从发光部20发出一种光而基于该光的透射率检测粒子浓度C。该情况下，虽然不能抑制油中含有的粒子的成分比引起的粒子浓度C的检测误差，但能够以更简易的方式检测粒子浓度C。

第三导光体50及导光体81的形状不限于棱柱形状，可以适宜变更。

上述实施方式中，对内燃机的润滑油的粒子浓度进行了检测，但对于检测其他液体的粒子浓度的检测装置，也可以同样应用本发明。

代替在内燃机的油盘100中设置检测机构100的方式，也可以在检测油中的粒子浓度的试验装置中设置该检测机构10。该情况下，在积存于积存部的检测对象液中浸入检测机构10，同时使该检测对象液流动从而可以使第三导光体摆动，因此，可得到上述净化作用。

Claims (6)

1.一种粒子浓度检测装置，具备检测机构，该检测机构具有从发光面朝向液体照射光的发光部和来自该发光部的光通过液体而由受光面接受以检测出透过液体的光量的受光部，所述粒子浓度检测装置基于由该检测机构检测出的所述光量来检测所述液体中的粒子浓度，其中，

所述检测机构包括：

设于与所述发光部的所述发光面相对的部位的第一透光部；

设于与所述受光部的所述受光面相对的部位的第二透光部；

形成于所述第一透光部及所述第二透光部之间而容许所述液体流入的液室；以及

以与所述第一透光部及所述第二透光部相对的方式可摆动地设置在所述液室内的第三透光部。

2.如权利要求1所述的检测装置，其中，

所述第一透光部具有第一检测面，所述第二透光部具有第四检测面，所述第三透光部具有与所述第一检测面相对的第二检测面和与所述第四检测面相对的第三检测面，

伴随所述第三透光部的摆动，所述第一检测面在所述第二检测面上滑动，或所述第三检测面在所述第四检测面上滑动。

3.如权利要求1或2所述的检测装置，其中，

所述第三透光部包括沿从所述发光部发出的光的光路方向并列设置的多个透光部。

4.如权利要求1～3中任一项所述的检测装置，其中，

所述检测机构被固定于积存所述液体的积存部的底面。

5.如权利要求1～3中任一项所述的检测装置，其中，

所述检测机构经由撑条而被支承在积存部中，以位于积存所述液体的积存部的液体中。

6.如权利要求1～5中任一项所述的检测装置，其中，

所述检测机构安装于内燃机的油盘中。

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