CN103149595B - 金属异物检测机 - Google Patents
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Abstract
本发明技术方案提供一种金属异物检测机,包括发射天线和与所述发射天线相对应的接收天线,还包括:检测信号发送单元,适于根据至少两个频率不同的基准检测信号发送至少一个检测信号至所述发射天线;平衡选频处理单元,适于处理所述接收天线上的感应信号以获得分别与所述检测信号频率相同的平衡选频信号,所述平衡选频信号的幅度小于幅度阈值;干扰信号获得单元,适于利用相位差为90度的两个调制信号分别对所述平衡选频信号进行信号解调,并对解调后的信号进行滤波和放大处理以得到干扰分析信号。
Description
技术领域
本发明涉及异物检测领域,特别涉及一种金属异物检测机。
背景技术
金属异物检测机是一种在产品的生产与加工过程中的某一个或某几个工序上,在线检测产品中是否混入微小金属颗粒异物的设备。它被广泛应用于食品、卫生、医药、矿山、塑料、橡胶、木材、造纸等的生产与制造行业,为提高产品的质量或加工设备的安全提供有力保障。
金属异物检测机的实现原理有很多种,目前被普遍使用的是平衡式电磁场相位检测法:产生金属异物检测机工作电磁场的基础正弦波信号,对基础正弦波信号进行功率放大,再将功率放大后的基础正弦波信号发送到探头中的发射天线,在检测空间形成交变电磁场;探头中的接收天线从交变电磁场中感应到一个与基础正弦波信号频率相同的正弦波信号;接收天线输出的正弦波信号进行处理,可以得到干扰信号。通过对干扰信号的分析可以获知放置在探头中的产品是否混有金属颗粒异物。
对于导磁性和非导磁性的金属颗粒来说,敏感频率不同,金属异物检测机需要利用不同频率的信号来进行检测。具体来说,低频段的检测信号较容易检测出体积较小的导磁性金属颗粒和体积较大的非导磁性金属颗粒,高频段的检测信号较容易检测出体积较小的非导磁性金属颗粒和体积较大的导磁性金属颗粒。所以,现有金属异物检测机要么易检出体积较小的导磁性金属颗粒,要么易检出体积较小的非导磁性金属颗粒。若改变所需检测的金属异物,则需要更换金属异物检测机以提高检测精度,这导致现有金属异物检测机通用性差。对于同时包含体积较小的导磁性金属颗粒和非导磁性金属颗粒的待检测物来说,异物检测精度很低。
发明内容
本发明技术方案解决的是现有金属异物检测机通用性差,异物检测精度低。
本发明技术方案提供一种金属异物检测机,包括发射天线和与所述发射天线相对应的接收天线,还包括:
检测信号发送单元,适于根据至少两个频率不同的基准检测信号发送至少一个检测信号至所述发射天线;
平衡选频处理单元,适于处理所述接收天线上的感应信号以获得分别与所述检测信号频率相同的平衡选频信号,所述平衡选频信号的幅度小于幅度阈值;
干扰信号获得单元,适于利用相位差为90度的两个调制信号分别对所述平衡选频信号进行信号解调,并对解调后的信号进行滤波和放大处理以得到干扰分析信号。
可选的,所述幅度阈值为50微伏-100微伏。
可选的,所述平衡选频处理单元包括:
自动平衡单元,适于根据控制信号调节所述感应信号的幅度和相位以获得平衡信号;
选频单元,适于根据所述检测信号的频率对所述平衡信号进行选频处理以获得所述平衡选频信号;
控制单元,适于根据所述平衡选频信号的幅度和所述幅度阈值的比较结果产生所述控制信号。
可选的,所述自动平衡单元包括:
第一调节单元,适于根据所述控制信号调节所述接收天线的第一输出端输出的感应信号的幅度和相位以获得第一调整信号;
第二调节单元,适于根据所述控制信号调节所述接收天线的第二输出端输出的感应信号的幅度和相位以获得第二调整信号;
差分处理单元,适于对所述第一调整信号和第二调整信号进行差分运算处理以获得所述平衡信号。
可选的,所述接收天线包括:第一子接收天线和第二子接收天线,第一子接收天线和第二子接收天线相对于所述发射天线对称放置,所述第一子接收天线的第一端和第二子接收天线的第二端接地,所述第一子接收天线的第二端作为所述接收天线的第一输出端,所述第二子接收天线的第一端作为所述接收天线的第二输出端。
可选的,所述差分处理单元为差分放大器。
可选的,所述第一调节单元和第二调节单元分别包括:第一数字电位器、第二数字电位器和调节电容;
所述第一调节单元的第一数字电位器的第一定片和第二调节单元的第一数字电位器的第一定片连接所述接收天线的第一输出端和第二输出端;
所述第一数字电位器的控制端适于接收所述控制信号,第二定片和滑片分别连接所述调节电容的第一端和地;
所述调节电容的第二端连接所述第二数字电位器的第一定片;
所述第二数字电位器的控制端适于接收所述控制信号,第二定片和滑片分别连接所述差分处理单元和地。
可选的,所述检测信号发送单元包括:第一检测信号发送单元和第二检测信号发送单元;所述第一检测信号发送单元适于发送频率为30Hz-300KHz的检测信号至所述发射天线,所述第二检测信号发送单元适于发送频率为300KHz-600KHz的检测信号至所述发射天线。
可选的,所述检测信号发送单元包括开关单元,所述开关单元适于根据选择操作发送至少一个检测信号至发射天线。
可选的,所述平衡选频处理单元,适于通过信号接收单元获取所述接收天线上的感应信号;
所述信号接收单元包括:输入线圈和输出线圈,所述输入线圈和输出线圈为同轴线圈;
所述输入线圈的第一端连接所述接收天线的第一输出端,所述输入线圈的第二端连接所述接收天线的第二输出端;
所述输出线圈包括:第一子输出线圈和第二子输出线圈,所述第一子输出线圈的第一端和第二子输出线圈的第二端接地,所述第一子输出线圈的第二端和第二子输出线圈的第一端连接所述干扰信号获得单元。
与现有技术相比,本发明技术方案提供的金属异物检测机既可以实现一台金属异物检测机实现多种金属检测的目的,又可以提高混合多种小体积的金属异物的检测精度。
附图说明
图1为本发明金属异物检测机的探头的实施例结构示意图;
图2为本发明金属异物检测机的接收天线的实施例结构示意图
图3为本发明金属异物检测机的一实施例结构示意图;
图4为本发明基准检测信号的波形实例示意图;
图5为本发明检测信号的波形实例示意图;
图6为本发明发射天线上的检测信号波形实例示意图;
图7为本发明接收天线上的感应信号波形实例示意图;
图8为本发明信号接收单元的输入线圈上的信号波形实例示意图;
图9为本发明信号接收单元的输出线圈上的信号波形实例示意图;
图10为本发明干扰信号获得单元实施例结构示意图;
图11为本发明干扰分析信号波形实例示意图;
图12为本发明金属异物检测机的另一实施例结构示意图;
图13为本发明金属异物检测机的又一实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明,本发明的优点和特征将更清楚。
本发明提供一种金属异物检测机,包括发射天线和与所述发射天线相对应的接收天线,还包括:
检测信号发送单元,适于根据至少两个频率不同的基准检测信号发送至少一个检测信号至所述发射天线;
平衡选频处理单元,适于处理所述接收天线上的感应信号以获得分别与所述检测信号频率相同的平衡选频信号,所述平衡选频信号的幅度小于幅度阈值;
干扰信号获得单元,适于利用相位差为90度的两个调制信号分别对所述平衡选频信号进行信号解调,并对解调后的信号进行滤波和放大处理以得到干扰分析信号。
基准检测信号的数量可以是2、3或更多。检测信号的数量可以是1、2或更多。例如,所述检测信号发送单元可以包括:第一检测信号发送单元和第二检测信号发送单元;所述第一检测信号发送单元适于发送频率为30Hz-300KHz的检测信号至所述发射天线,所述第二检测信号发送单元适于发送频率为300KHz-600KHz的检测信号至所述发射天线。检测信号数量大于1时,检测信号发送单元可以直接将多个检测信号直接发送到发射天线的输入端;也可以先将多个待发射的检测信号处理为单一的混频信号,再将检测信号的混频信号发送至发射天线的输入端。
检测信号发送单元可以包括:信号发生器和功率放大器。信号发生器适于产生所述基准检测信号,所述功率放大器适于对其输入端接收到的基准检测信号进行功率放大以产生检测信号。比较基准检测信号和根据该基准检测信号产生的检测信号,两者频率和相位未发生变化,检测信号较基准检测信号幅度增大。
检测信号发送单元可以将全部基准检测信号进行功率放大并发送至发射天线,也可以将部分基准检测信号进行功率放大并发送至发射天线。具体的,检测信号发送单元可以根据选择操作发送至少一个检测信号至发射天线。例如,信号发生器和功率放大器之间连接一个开关,功率放大器直接连接发射天线,闭合或断开所述开关(选择操作)可以实现全部或部分基准检测信号输入功率放大器进行功率放大,从而实现部分或全部检测信号发送至发射天线。可选择的,信号发生器直接连接功率放大器,功率放大器和发射天线之间连接一个开关,功率放大器对全部基准检测信号进行功率放大,闭合或断开所述开关(选择操作)可以实现全部或部分检测信号输入发射天线。
本发明实施例提供的金属异物检测机可以产生至少两个频率不同的基准检测信号并根据任一基准检测信号产生一个检测信号,改变所需检测的金属异物时,只需根据与金属异物敏感频率相同的基准检测信号产生检测信号,并将该检测信号发送至发射电线,即可实现变更后的金属异物检测,无需更换金属异物检测机,符合通用性要求,提高了检测效率,也节约了检测成本。
本发明实施例提供的金属异物检测机还可以产生至少两个频率不同的基准检测信号并根据多个基准检测信号产生多个检测信号,待测物包括多种金属异物时,只需根据与这些金属异物敏感频率相同的基准检测信号产生检测信号,并将多个检测信号发送至发射电线,即可检测出体积较小的多种金属异物,提高了检测精度。
如图1所示,金属异物检测机的发射天线和接收天线安装在探头中,所述探头的中空部分可供待测物通过。如图2所示,接收天线可以包括:第一子接收天线和第二子接收天线,第一子接收天线和第二子接收天线相对于发射天线对称放置。第一子接收天线的第一端和第二子接收天线的第二端接地,第一子接收天线的第二端作为接收天线的第一输出端,第二子接收天线的第一端作为接收天线的第二输出端。
下面以2个检测信号为例,对本实施例的技术方案作进一步说明。
如图3所示,检测信号发送单元11包括两个信号发生器和两个功率放大器,所述信号发生器直接连接功率放大器,所述功率放大器直接连接发射点天的输入端。两个信号发生器产生的两个基准检测信号频率不同。两个功率放大器结构可以相同,输出的检测信号频率不同。所述两个功率放大器将产生的两个检测信号均发送至发射天线。假设两个基准检测信号分别为:高频基准波和低频基准波。高频基准波的频率为fH,对应的角频率为ωH=2πfH,初始的相位角为θH,振幅为aH,高频基准波的函数为aHsin(ωHt+θH);低频基准波的频率为fL,对应的角频率为ωL=2πfL,初始的相位角为θL,振幅为aL,低频基准波的函数为aLsin(ωLt+θL);高频基准波和低频基准波的波形如图4所示。两个基准检测信号分别经过功率放大器后形成的两个检测信号分别为:高频检测波和低频检测波。高频检测波的振幅为AH>aH,函数为AHsin(ωHt+θH);低频检测波的振幅为AL>aL,函数为ALsin(ωLt+θL);高频检测波和低频检测波的波形如图5所示。高频检测波和低频检测波送入发射天线12,两个检测信号合成后的信号函数为AHsin(ωHt+θH)+ALsin(ωLt+θL),波形如图6所示。
接收天线13的第一输出端和第二输出端的感应信号波形如图7所示,两个输出端的感应信号频率相同,相位相反,幅度绝对值相同。
继续参考图3,平衡选频处理单元15通过信号接收单元14获取接收天线13上的感应信号。信号接收单元14可以避免平衡选频处理单元15(尤其是自动平衡单元)对感应信号进行调节时相互干扰。所述信号接收单元14包括输入线圈和输出线圈,所述输入线圈和输出线圈为同轴线圈,所述输入线圈的第一端连接所述接收天线13的第一输出端,所述输入线圈的第二端连接所述接收天线13的第二输出端,所述输出线圈包括第一子输出线圈和第二子输出线圈,所述第一子输出线圈的第一端和第二子输出线圈的第二端接地,所述第一子输出线圈的第二端和第二子输出线圈的第一端连接所述干扰信号获得单元。信号接收单元14的输出线圈数量与检测信号数量相同。在本举例中,信号接收单元14包括输入线圈141和两个输出线圈,每个输出线圈包括第一子输出线圈和第二子输出线圈,即信号接收单元14包括四个子输出线圈。具体来说,输入线圈141的第一端连接所述接收天线13的第一输出端,输入线圈141的第二端连接所述接收天线13的第二输出端;信号接收单元14包括第一子输出线圈142、第二子输出线圈143、第一子输出线圈144和第二子输出线圈145,第一子输出线圈142的第一端和第二子输出线圈143的第二端接地,第一子输出线圈144的第一端和第二子输出线圈145的第二端接地,第一子输出线圈142的第二端、第二子输出线圈143的第一端、第一子输出线圈144的第二端和第二子输出线圈145的第一端均连接干扰信号获得单元15。
输入线圈141上的信号波形如图8所示。第一子输出线圈142的第二端和第二子输出线圈143的第一端输出的信号波形如图9所示,信号函数分别为:AH143sin(ωHt+θH+θH143)+AL143sin(ωLt+θL+θL143)
和-AH142sin(ωHt+θH+θH142)-AL142sin(ωLt+θL+θL142),其中θH143、θL143、θH142、θL142是信号转换时产生的固定相位偏移,AH143和AH142均小于AH,AL143和AL142均小于AL;第一子输出线圈144的第二端输出的感应信号与第一子输出线圈142的第二端输出的感应信号函数相同,第二子输出线圈145的第一端输出的感应信号与第二子输出线圈143的第一端输出的感应信号函数相同。
平衡选频处理单元15可以包括:自动平衡单元,适于根据控制信号调节所述感应信号的幅度和相位以获得平衡信号;选频单元,适于根据所述检测信号的频率对所述平衡信号进行选频处理以获得所述平衡选频信号;控制单元,适于根据所述平衡选频信号的幅度和所述幅度阈值的比较结果产生所述控制信号。自动平衡单元和选频单元的数量均与检测信号的数量相同。在本举例中,自动平衡单元包括第一自动平衡单元151和第二自动平衡单元152,选频单元包括第一选频单元153和第二选频单元154,第一自动平衡单元151和第二自动平衡单元152分别与一个输出线圈相连接,第一选频单元153与第一自动平衡单元151相连接,第二选频单元154与第二自动平衡单元152相连接。自动平衡单元调节感应信号的幅度和相位是为了使获得的平衡选频信号幅度小于幅度阈值。
自动平衡单元151和第二自动平衡单元152可以结构相同,均包括:第一调节单元,适于根据所述控制信号调节所述接收天线的第一输出端输出的感应信号的幅度和相位以获得第一调整信号;第二调节单元,适于根据所述控制信号调节所述接收天线的第二输出端输出的感应信号的幅度和相位以获得第二调整信号;差分处理单元,适于对所述第一调整信号和第二调整信号进行差分运算处理以获得所述平衡信号。所述差分处理单元可以为差分放大器。第一调节单元和第二调节单元可以结构相同,均包括:第一数字电位器、第二数字电位器和调节电容;所述第一调节单元的第一数字电位器的第一定片和第二调节单元的第一数字电位器的第一定片连接所述接收天线的第一输出端和第二输出端;所述第一数字电位器的控制端适于接收所述控制信号,第二定片和滑片分别连接所述调节电容的第一端和地;所述调节电容的第二端连接所述第二数字电位器的第一定片;所述第二数字电位器的控制端适于接收所述控制信号,第二定片和滑片分别连接所述差分处理单元和地。
第一选频单元153根据高频检测波的频率fH对平衡信号进行选频处理,保留了高频波,第一选频单元153输出的平衡选频信号的函数为AH153sin(ωHt+θH+θH153)。第二选频单元154根据低频检测波的频率fL对平衡信号进行选频处理,保留了低频波,第二选频单元154输出的平衡选频信号的函数为AH154sin(ωLt+θL+θH154)。
控制单元155分别对第一选频单元153和第二选频单元154输出的平衡选频信号的幅度进行采样,并与幅度阈值作比较,根据比较结果产生控制信号。第一自动平衡单元151和第二自动平衡单元152根据控制信号调整平衡选频信号的幅度小于幅度阈值(达到平衡状态),所述幅度阈值可以为50微伏-100微伏。具体来说,第一自动平衡单元151需要调节第一子输出线圈142的第二端和第二子输出线圈143的第一端输出的信号的幅度和相位,使得AH153调整到小于幅度阈值,如50mV。与此类似的,第二自动平衡单元152调节第一子输出线圈144的第二端和第二子输出线圈145的第一端的输出的信号的幅度和相位,使得将AH154调整到小于幅度阈值,如50mV。需要说明的是,虽然自动平衡单元151和第二自动平衡单元152所需达到的幅度阈值相同,但由于第一选频单元153和第二选频单元154输出的平衡选频信号的频率不同(一个是高频,一个是低频),所以控制单元155输出到自动平衡单元151和第二自动平衡单元152的控制信号也会不同,自动平衡单元151和第二自动平衡单元152所需调整的幅度和相位也会不同。
干扰信号获得单元可以包括第一干扰信号获得单元16和第二干扰信号获得单元17。如图10所示,第一干扰信号获得单元16包括两个乘法器、调制信号源0°、调制信号源90°、两个滤波器和两个信号放大器。调制信号源0°和调制信号源90°产生的调制信号相位相差90度,幅度绝对值和频率均相同。乘法器将调制信号与平衡选频信号进行乘法运算,滤波器将乘法处理后的高频部分过滤掉,信号放大器将过滤后的信号幅度放大,即可得到干扰分析信号。例如,第一选频单元153输出的平衡选频信号进行过两个乘法器得到的信号函数分别为AH153sin(ωHt+θH+θH153)×asin(ωHt)和AH153sin(ωHt+θH+θH153)×asin(ωHt+900),通过三角函数的乘法运算可以将其表达为三角函数的加法运算,即
AH153sin(ωHt+θH+θH153)×asin(ωHt)=-AH153a/2(cos(2ωHt+θH+θH153)+cos(θH+θH153)),AH153sin(ωHt+θH+θH153)×asin(ωHt+900)=-AH153a/2(cos(2ωHt+θH+θH153+900)+cos(θH+θH153+900))。从上述表达式可以看出,信号可以分解为一个高频信号和一个低频信号,通过滤波器将高频信号滤除后,保留的是包含信号相位变化的低频信号,低频信号波形如图11所示。第一干扰信号获得单元16和第二干扰信号获得单元17的结构可以相同,通过对干扰信号获得单元产生的干扰分析信号的分析可以得知待检测物是否含有金属异物。例如,若第一干扰信号获得单元16和第二干扰信号获得单元17产生的两个干扰分析信号进行减法运算后不为0,则可以得知待检测物含有金属异物(包括体积较小的两种金属);反之则判断为无金属异物。
在另一实施例中,平衡选频处理单元可以直接连接接收天线,获取接收天线13上的感应信号。在该实施例中,检测信号为2个时候的金属异物检测机结构示意图可以参照图12,与上一实施例相同的部分请参照上一实施例说明,本领域技术人员可以在上一实施例的基础上理解本实施例的实现方式。
在另一实施例中,检测信号发送单元包括开关单元,所述开关单元适于根据选择操作发送至少一个检测信号至发射天线。在该实施例中,检测信号为2个时候的金属异物检测机结构示意图可以参照图13。信号发生器直接连接功率放大器,功率放大器和发射天线之间连接一个开关,功率放大器对全部基准检测信号进行功率放大以产生检测信号。与闭合的开关连接的功率放大器将产生的检测信号发送到发射天线,与断开的开关连接的功率放大器无法将产生的检测信号发送到发射天线,通过对开关的闭合或断开,可以实现将一个或两个检测信号发送至发射天线的目的。需要说明的是,即便只有一个检测信号发送至发射天线,平衡选频处理单元也需要对感应信号进行处理,这样才可以适应检测信号频率发生变化时金属异物检测机可以正确检测。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定范围。
Claims (9)
1.一种金属异物检测机,包括发射天线和与所述发射天线相对应的接收天线,其特征在于,还包括:
检测信号发送单元,适于根据至少两个频率不同的基准检测信号发送至少一个检测信号至所述发射天线;
平衡选频处理单元,适于处理所述接收天线上的感应信号以获得分别与所述检测信号频率相同的平衡选频信号,所述平衡选频信号的幅度小于幅度阈值;
干扰信号获得单元,适于利用相位差为90度的两个调制信号分别对所述平衡选频信号进行信号解调,并对解调后的信号进行滤波和放大处理以得到干扰分析信号;
所述平衡选频处理单元,适于通过信号接收单元获取所述接收天线上的感应信号;
所述信号接收单元包括:输入线圈和输出线圈,所述输入线圈和输出线圈为同轴线圈;
所述输入线圈的第一端连接所述接收天线的第一输出端,所述输入线圈的第二端连接所述接收天线的第二输出端;
所述输出线圈包括:第一子输出线圈和第二子输出线圈,所述第一子输出线圈的第一端和第二子输出线圈的第二端接地,所述第一子输出线圈的第二端和第二子输出线圈的第一端连接所述干扰信号获得单元。
2.如权利要求1所述的金属异物检测机,其特征在于,所述幅度阈值为50微伏-100微伏。
3.如权利要求1所述的金属异物检测机,其特征在于,所述平衡选频处理单元包括:
自动平衡单元,适于根据控制信号调节所述感应信号的幅度和相位以获得平衡信号;
选频单元,适于根据所述检测信号的频率对所述平衡信号进行选频处理以获得所述平衡选频信号;
控制单元,适于根据所述平衡选频信号的幅度和所述幅度阈值的比较结果产生所述控制信号。
4.如权利要求3所述的金属异物检测机,其特征在于,所述自动平衡单元包括:
第一调节单元,适于根据所述控制信号调节所述接收天线的第一输出端输出的感应信号的幅度和相位以获得第一调整信号;
第二调节单元,适于根据所述控制信号调节所述接收天线的第二输出端输出的感应信号的幅度和相位以获得第二调整信号;
差分处理单元,适于对所述第一调整信号和第二调整信号进行差分运算处理以获得所述平衡信号。
5.如权利要求4所述的金属异物检测机,其特征在于,所述接收天线包括:第一子接收天线和第二子接收天线,第一子接收天线和第二子接收天线相对于所述发射天线对称放置,所述第一子接收天线的第一端和第二子接收天线的第二端接地,所述第一子接收天线的第二端作为所述接收天线的第一输出端,所述第二子接收天线的第一端作为所述接收天线的第二输出端。
6.如权利要求4所述的金属异物检测机,其特征在于,所述差分处理单元为差分放大器。
7.如权利要求4所述的金属异物检测机,其特征在于,所述第一调节单元和第二调节单元分别包括:第一数字电位器、第二数字电位器和调节电容;
所述第一调节单元的第一数字电位器的第一定片和第二调节单元的第一数字电位器的第一定片连接所述接收天线的第一输出端和第二输出端;
所述第一数字电位器的控制端适于接收所述控制信号,第二定片和滑片分别连接所述调节电容的第一端和地;
所述调节电容的第二端连接所述第二数字电位器的第一定片;
所述第二数字电位器的控制端适于接收所述控制信号,第二定片和滑片分别连接所述差分处理单元和地。
8.如权利要求1所述的金属异物检测机,其特征在于,所述检测信号发送单元包括:第一检测信号发送单元和第二检测信号发送单元;所述第一检测信号发送单元适于发送频率为30Hz-300KHz的检测信号至所述发射天线,所述第二检测信号发送单元适于发送频率为300KHz-600KHz的检测信号至所述发射天线。
9.如权利要求1所述的金属异物检测机,其特征在于,所述检测信号发送单元包括开关单元,所述开关单元适于根据选择操作发送至少一个检测信号至发射天线。
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- 2013-03-04 CN CN201310068208.2A patent/CN103149595B/zh not_active Expired - Fee Related
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