CN105120976A - 提供过滤器识别的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请总体上涉及内燃机的过滤器的数字引擎完整性保护(EIP)系统以及使用该数字EIP系统的方法。预编程的数字芯片被集成在过滤硬件上，使得当电连接到过滤器硬件时，发动机控制单元(ECU)或安装在发动机或车辆上的其它控制器可从该芯片读取加密的数字信号。根据从该芯片读取的信息，ECU或控制器可以确定与芯片相关联的过滤器是正品过滤器或非正品过滤器。

Description

提供过滤器识别的装置、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及2013年4月11日提交的、题为“APPARATUSES,SYSTEMSANDMETHODSFORPROVIDINGFILTERRECOGNITION”的美国临时专利申请第62/810946号，该申请以全文引用的方式纳入本文并用于所有目的。
技术领域
本申请涉及过滤器和过滤系统，包括内燃机的过滤系统。具体地，本申请涉及用来识别在该系统中使用的正品过滤器的方法和装置。
背景技术
内燃机需要清洁的工作流体(诸如空气、燃料、发动机油、液压流体等)来有效运行。因此，过滤器(诸如空气过滤器、燃油过滤器、发动机机油过滤器、液压流体过滤器等)被用来将清洁的工作流体提供至内燃机。过滤器具有有限的生命周期以及在内燃机的常规维修期间通常由替换过滤器替换。使用低于标准的替换过滤器(诸如非OEM过滤器、假冒过滤器等)可能导致发动机系统的性能降低以及可能的发动机故障。
在某些情况下，客户要求使用低于标准的替换过滤器以节省资金。在其他情况下，客户要求在发动机维修操作期间使用正品替换过滤器，但是在不知不觉中却被替换为普通过滤器、非OEM过滤器或假冒过滤器。在这种情况下，由于客户不了解正在使用的是非正品替换过滤器，可能会被收取正品替换过滤器的全价。因此，过滤器制造商利用各种形式的引擎完整性保护(EIP)来防止使用非正品替换过滤器。例如，美国专利8114182、8105483、7959714、7850845、7615151、7192463、6537444和6533926，以及公开号为2011/0308396的美国专利申请公开了各种机械EIP系统(诸如需要唯一匹配的机械部件来正常运行的系统)和模拟EIP系统(诸如基于电阻器的系统，其基于所检测的电压变化确定过滤器的真实性)。每一个上述列举的专利和专利申请文件通过全文引用的方式纳入本文。图7示出一种示例性的模拟EIP方法。
然而，目前的机械和模拟EIP系统可能需要昂贵的加工、可能占据过度的包装空间、和/或可能容易被伪造。因此，有必要用数字EIP系统来防止在内燃机的维修操作期间安装低性能的过滤器和假冒过滤器。
发明内容
本发明内容被提供来介绍各概念的一部分，这些概念在具体实施方式部分将会进一步描述。本发明内容并不旨在确定所要求保护的主题的关键或实质特征，也不旨在用来帮助限制所要求保护的主题的范围。
本公开提供用于过滤器识别的装置、系统和方法。过滤元件构造来过滤流体。预编程数字集成电路(IC)连接到过滤元件(诸如连接到过滤元件或过滤元件的外壳)并包含加密数字信号，该加密数字信号识别过滤元件(诸如识别过滤元件和/或外壳是认可的/授权的元件)。控制电路从所述微芯片读取所述数字信号并将所述数字信号与存储信号进行比较，从而确定所述过滤元件是否是认可的过滤元件。
在一些示例中，电子系统将正品过滤器系统组件的唯一识别器提供给控制电路，诸如发动机控制单元(EUC)。电存储器元件(诸如芯片、EEPROM、EPROM等)是现存的过滤系统硬件的集成部分，使得当通过有线或无线连接来连接时，所述ECU从所述芯片读取加密信息并识别所述过滤器是正品过滤器。所述数字芯片可以集成在过滤系统的任一部分中，从而该过滤系统可以用来识别自包含过滤器或滤芯。数字芯片连接可以通过阳极/阴极销、导线、板、导电塑料材料或任何其他方式来实现。
附图简要说明
图1示出根据一个示例实施例的数字芯片总线系统的示意图。
图2示出根据一个示例实施例的数字引擎完整性保护(EIP)系统的数字芯片的读取方法和基于该数字芯片执行过滤系统的元件的数字识别的方法。
图3A-3D示出根据示例实施例的燃油水分(WIF)传感器系统。
图4A-4E示出根据示例实施例的基于数字芯片的过滤器识别系统。
图5A-5F示出根据示例实施例的过滤器滤芯。
图6A-6E示出根据示例实施例的过滤器组件。
图7示出根据示例实施例的执行模拟EIP的方法。
具体实施方式
在本说明书中，为了简洁、清楚和理解使用了某些术语。从中不应推断出超出现有技术要求的不必要的限制，因为这些术语是用于描述性的目的并且旨在被广泛地解释。本文所述的不同方法、装置、过滤器、组件和系统可以单独使用。
附图总体上涉及内燃机的过滤器的数字引擎完整性保护(EIP)系统以及使用该数字EIP系统的方法。可预编程的数字芯片(例如芯片)被集成在过滤硬件上，使得当电连接到过滤器硬件时，发动机控制单元(ECU)或安装在发动机或车辆上的其它控制器可从该芯片读取加密的数字信号。根据从该芯片读取的信息，ECU或控制器可以确定与芯片相关联的过滤器是正品过滤器或非正品过滤器。
参考图1，根据示例实施例的数字微芯片或芯片(诸如芯片)总线系统100被示出。该系统包括数字微芯片102，本文称为数字芯片。数字芯片102用作内燃机过滤器系统组件的识别装置。数字芯片102可以被集成在集成电路上，然后永久安装于过滤器系统上。数字芯片总线系统100利用串行通信协议使用单根数字线104和接地基准106在数字芯片102和主控制器108(诸如主机)之间建立电子通信。主控制器108与内燃机控制器(诸如ECU或其它控制器)经由有线或无线数据链路连接。主控制器108启动并控制与单根数字线104上的一个或多个数字芯片102的通信。上拉电阻110被定位在单根数字线104上。数字芯片102包括存储模块112。存储模块112可以包括易失性或非易失性存储器。存储器可以是只读存储器或可重写存储器。有关过滤系统组件的信息可以存储在存储器中。该信息可包括过滤器组件号、序列码、生产日期、生产地点以及其他识别信息。
数字芯片102用来识别过滤系统组件。通常，利用数字芯片102来确定组件的方法包括为数字芯片102的存储模块112加载唯一数字代码、将数字芯片102嵌入过滤系统组件中、使用控制电路(诸如主控制器108)来读取存储在芯片上的唯一代码、对比参考数据库或数学函数验证该代码、以及在完成验证后将反馈发送至内燃机的控制器(诸如ECU或其它控制器)。
该唯一数字代码可以是对应于过滤器的唯一过滤器代码。该唯一过滤器代码可以通过与可编程设备有线或无线数字信号连接而加载至存储模块112。数字芯片102可以永久集成至过滤器组件的可维护过滤元件上。例如，芯片可以集成至旋入式过滤器的壳体上或集成至滤芯式/模块式过滤器的元件上。存储于数字芯片102的存储模块112中的唯一数字代码通过控制电路(诸如主控制器108、ECU、其它控制器等)读出。在一些布置中，存储于数字芯片102中的唯一代码的读取可以通过连接至相邻的子系统的控制电路的有线或无线通信链路来实现。该唯一代码可以通过控制电路读出，经由通信链路在当前的时间间隔(诸如每10分钟发动机运行时间)、在每一密钥打开事件、或作为某一条件的结果(诸如执行过滤器服务之后)发送请求。控制电路可以包括一个或多个控制模块或部分，每个控制模块或部分具有存储器和用于发送和接收控制信号以及用于与外围设备通信的处理器，包括附加控制电路、传感器、输入设备和输出设备。控制电路可以通过执行一系列内部逻辑流程和参考作为基线的查找表或数学函数来执行代码验证过程。在完成验证过程后，控制电路可以通过以在显示屏上显示文本消息、产生故障代码、激活警告灯的形式或通过任何其它合适的方式经由内燃机的用户界面将输出发送给操作者或技术人员。
参照图2，根据示例实施例的读取数字EIP系统的数字芯片(诸如数字芯片102)以及基于该数字芯片执行过滤系统组件的数字识别的方法200被示出。控制器或ECU执行方法200的流程。控制器或ECU可具有预编程例行程序，从而当连接到芯片(其安装在过滤器硬件上)时，控制器或ECU将执行方法200。当控制器初始化其存储器时，方法200开始(202)。控制器执行存储在存储器中的存储函数命令(204)。控制器请求并从数字芯片接收信息(206)。为了能够执行数字识别功能，过滤系统元件的数字芯片和ECU或控制器之间的电连接是必要的。该信息可以包括与过滤系统元件相关的参数，包括过滤器零件编号、序列码、生产日期、生产地点等。控制器确定接收到的信息是否有效(208)。如果信息无效，则控制器重复过程204和206，直到接收到有效信息。如果信息有效，则控制器将接收到的信息与正品过滤元件相关的预编程代码进行比较(210)。预编程信息可以存储成数据阵列。控制器确定数据与数据阵列中的预编程信息是否相匹配(212)。如果数据不匹配，则控制器标记元件为非正品(214)。如果数据匹配，则控制器标记元件为正品(216)。在没有检测到正品过滤系统的情况下，ECU或控制器可以决定触发故障代码，通过故障指示灯(MIL)、降低发动机速率或执行或提供其它合适的响应来通知操作员。
上述系统和方法的其它细节将在下文进一步详细描述。下述实施例涉及概念燃料-水分离器、机油/燃油过滤器和滤芯式过滤器组件的示例性应用。
实施例：燃料-水分离器的燃油水分(WIF)传感器中的集成芯片
参照图3A-3D，根据示例实施例的WIF(water-in-fuel)传感器系统300被示出。系统300包括连接到线束304的WIF传感器302。WIF传感器302包括数字芯片306(诸如芯片)，其集成在WIF传感器302的主体上。数字芯片306存储信息(诸如上文关于图1和图2所讨论的信息)。该信息可以被加密。该信息将由ECU读取和验证(诸如以规则的间隔、在每一个密钥打开事件等)。WIF传感器是燃料-水分离器组件的一部分。在该设计中，WIF传感器302通过单向卡入特征308安装在过滤器上，卡入特征308在过滤器和WIF传感器302之间创建永久连接(例如参见专利号为8105483的美国专利)。印刷电路板(PCB)310包含数字芯片306。数字芯片306可以焊接到PCB310。PCB310被设计来为两个WIF探针312和传感器连接线314提供连接孔，从而连接到过滤器外部的控制电路，诸如内燃机的ECU。探针312和传感器连接线314可以使用环氧树脂来焊接和封装。内置到PCB的电气布线便于数字芯片306和传感器连接器线之间信号通信，然后通信至ECU。PCB310封装在WIF传感器302的主体内。可选地，如果设有至ECU的连接线路，则可以通过其它方式将数字芯片306组装到过滤器来建立过滤器识别特征。在一些布置中，PCB310还包括一个电阻器316。该电阻器可以是82欧姆电阻器，以及可以在销之间焊接至PCB310上。
在发动机运行期间，WIF传感器302由线束304连接到ECU，从而当ECU通电时，ECU与内置于过滤器主体的数字芯片306之间形成电路。在每一个过滤器中，存储于数字芯片306的存储器中的唯一代码或信息被用来识别正品过滤器已安装至发动机。同时，ECU利用通过传感器探针的其他电压带来检测WIF的存在，并指示操作员该过滤器预期排出水。
在系统300的实施例中，提供了过滤器识别特征，其使用现有的通过安装在燃料-水分离器中的WIF传感器302与ECU的电连接。
实施例：过滤器主体中的集成电阻器(基于非WIF传感器的过滤器识别)
参照图4A-4E，根据示例实施例的基于数字芯片的过滤器识别系统400被示出。基于过滤器识别系统400的数字芯片可以适用于液体过滤产品(诸如润滑油过滤器、燃料过滤器、液压过滤器等)，其不具有连接到ECU的现存WIF传感器(诸如上文关于系统300所讨论的)。在系统400中，识别模块402经由安装凸起406永久地连接到过滤器主体404。识别模块402可以安装在过滤器主体404的顶部、底部、侧面或任何部分。识别模块402通过塑料焊接、环氧树脂、或其它合适的连接类型连接到过滤器主体。
识别模块402可以构造成多种不同的形式和形状，其中一种为如图4A-4E所示的矩形形式。识别模块402包括绝缘材料主体408(诸如塑料主体)，两个电接触销410穿过绝缘材料主体408并设置来经由线束形成至ECU的阳极电连接。虽然图4C示出阳极接触销410，然而在绝缘材料主体408上可以根据选择设置销或褶皱电接触来分别形成阳极或阴极电连接。在识别模块402的另一侧，销410直接连接到PCB412。PCB412可以是柔性PCB。可以利用任何合适的附连方式来将销410连接至PCB412，包括焊接(如图4B所示)和环氧树脂。一个销为芯片供电和进行信号通信而另一个销接地。
预编程数字芯片414(诸如芯片)设置在PCB412上，从而形成集成电路(IC)组件。IC封装技术的任何方法(诸如通孔、表面安装等)都可以用于构建该IC组件。数字芯片414经由表面安装封装方法(诸如焊接、声波焊接等)连接到PCB412。识别模块402通过过滤器主体404上的安装凸起406永久连接到过滤器组件。识别模块的另一端形成用于与ECU连接的连接器416。数字芯片414存储包含有关过滤器组件信息的加密代码。
当具有集成识别模块的新过滤器安装在发动机上并通过线束418连接至ECU。线束包括阴极连接器，其又将PCB412连接至ECU。ECU为数字芯片412供电并尝试从识别模块402的数字芯片412中读取加密数字信息。然后，ECU可以将收集的数字信息与预编程代码正确匹配，并因此检测正品过滤器的存在。
实施例：基于电阻器的滤芯式过滤器的电子识别
具有可维修更换滤芯式过滤器的过滤器组件也可以设置基于数字芯片的电子过滤器识别特征。识别特征可以被集成在过滤元件的顶部端板、过滤元件的底部端板或过滤元件的其它合适位置。从数字过滤器识别特征(位于顶部或底部端板)到ECU的电连接可以通过各种方法实现。上述实施例的两种不同的布置在下文结合图5A-5F和图6A-6E进一步详细讨论。
参照图5A-5F，根据示例实施例的过滤器滤芯500被示出。如下文进一步详细描述，过滤器滤芯500包括数字过滤器识别特征，其永久地连接到过滤器滤芯的底部端板，通过直接集成到过滤器壳体或过滤器外壳主体中的双面、类似WIF传感器连接到ECU。
过滤器滤芯500包括过滤元件502，其具有顶部端板(未示出)和底部端板504。电子过滤器识别模块506集成到底部端板504上。如上文所讨论，识别模块506可以具有任何形式、形状和尺寸，在该具体实施例中，识别模块被示为矩形模块。该识别模块506包括数字芯片508(例如，芯片)。数字芯片508可以是IC。数字芯片508连接至或嵌入在PCB510和安装在壳体512内的电接触件。壳体512可以为矩形并可以由塑料或任何其他绝缘体构成。壳体512可以声波焊接到底端板504。识别模块506的构造方法类似于上述识别模块402的构造方法。识别模块506与识别模块402的不同点在于使用销插座电接触件514。可以用合适的附连方式将销插座514连接到PCB510(诸如焊接、环氧树脂等)。数字芯片508可经由表面安装封装方法焊接到PCB510。识别模块506通过合适的连接方法(诸如塑料焊接、氧树脂等)永久地连接到底部端板504。识别模块506包括阴极连接器516，其相对销插座514定位(即壳体512的非PCB510一侧的相反侧)。
由于识别模块506是底部端板504的一体部分，因此识别模块506也是过滤元件502的一部分。如图5C-5E所示，过滤元件502被示出装配在过滤器壳体组件518中。当安装到过滤器壳体组件518中时，识别模块506与具有传感探头522的传感器520连接，传感探头522连接到过滤器壳体组件518的底部壳体部分524。在具有滤芯元件的燃料-水分离器情形中传感器520可以是WIF传感器，或在润滑油、燃料、液压或具有滤芯元件的其他过滤器的情形中传感器520可以是过滤器识别传感器。
过滤元件502安装入壳体518中后，识别模块506的阴极销插座514连接到传感器520的一端的阳极传感探头522，而传感器的另一端则又经由线束526连接到ECU。线束526包括具有螺栓连接器的支架，螺栓连接器接收来自滤芯400和外壳的连接件，该连接件进一步将数字数据通信至ECU。底部连接器被导入线束526的支架内，以确保与滤芯500正确对齐。如上文所讨论的，一旦通电，ECU系统尝试从识别模块506的数字芯片508读取加密数字信息，从而正确检测正品过滤器的存在。
参照图6A-6E，根据示例实施例的过滤器组件600被示出。如下文所进一步详细描述，过滤器组件600包括内置于顶部端板的数字识别特征，其通过燃料加热器连接到ECU。过滤器组件600包括数字芯片识别模块602，其直接集成到可更换过滤元件608的顶部端板606的延伸部分604上。识别模块602包括数字芯片(诸如芯片)，其执行关于过滤元件608的类似识别功能，正如上文关于识别模块506和过滤元件502的描述。通过任意方式建立识别模块602和ECU614之间的电连接。如图6A-6B所示，该电连接是通过现有的集成在过滤器组件600的壳体外壳612中的加热器组件610实现。包括附连到PCB(例如以类似上文关于系统300、系统400和过滤器滤芯500所述的方式)的数字芯片的识别模块602通过任何方式反过来集成到顶部端板606，使得两个电接触销616电连接到PCB组件。电接触销616包括在顶部端板塑料主体内或任何其它绝缘材料内。接触销616在一端形成阳极电连接，而在另一端的容纳其它电子元件，包括数字芯片和PCB。本实施例所示的识别模块602位于顶部端板606的一侧。在替代布置中，只要可通过线束618电连接到ECU614，识别模块602可以永久连接到端板的任何其它侧面(侧部、顶部、底部等)。
在过滤器壳体外壳612上设置突出部620来用作阴极连接器，顶部端板606的连接销616可以连接到该阴极连接器。壳体外壳612的突出部620包括集成在壳体外壳612上的阴极插座内的两个金属褶皱622，其又连接到加热器组件610的金属连接板624，金属连接板624又电连接到加热器组件610的阳极销(或多个阳极销)626。如图6B和6E所示，加热器组件610包括三个连接销626：共用接地销、加热器电源销和数字线销。数字线销用于提供由识别模块602提供的附加过滤器电子识别特征。加热器电源销和接地销用于通过加热器组件610对流体进行电加热的预期目的。因此，一个联合加热器和过滤器识别组件被示出。这种组件可连接至壳体612的安装凸起628。
识别模块602是顶部端板606的一体部分，因此是过滤元件608的一部分。将过滤元件608安装入外壳主体612中后，识别模块602形成经由顶部端板606的阳极销616、然后至阴极连接器褶皱622、金属板624、加热销626然后通过线束618至ECU614的电连接。类似于上文相对于系统300、系统400和过滤器滤芯400所讨论，在通电后，ECU614尝试通过读取识别模块602中的数字芯片的加密数字信息来正确检测正品过滤器的存在。
在以上描述中，可以对公开的发明进行各种改变替换和修改而不脱离本发明的范围和精神对本领域的技术人员来说是显而易见的。在缺少本文未具体说明的一些元件或多个元件、限制或多种限制时，本文说明性地描述的发明可以实施。采用的术语和短语用作描述性而非限制性术语，并且这些术语和短语的使用无意排除所示和所述的任何等同特征或其部分，而且应认识到在本发明范围内的各种修改是可能的。因此，应理解的是，尽管本发明由各种具体实施例和可选特征示出，然而本领域的技术人员可以对本文公开的各种概念进行修改和/变化，以及这些修改和变化被认为落于本发明的范围之内。
本文引用了多个参考文献。所引用的参考文献通过全文引用的方式纳入本文。如果一个术语的定义在引用的参考文献和在本说明书中不一致时，该术语应当根据本说明书中的定义进行解释。

Claims (25)

1.一种过滤器识别装置，其特征在于，所述过滤器识别装置包括：
过滤元件，所述过滤元件构造成过滤流体；以及
与所述过滤元件连接的预编程数字微芯片，所述微芯片包括存储器，该存储器存储识别代码，该识别代码对所述过滤元件进行识别。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字微芯片包括芯片。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述识别代码被加密。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字微芯片嵌入所述过滤元件。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过滤元件是所述燃料-水分离器的一部分，所述燃料-水分离器包括燃油水分(WIF)传感器，以及其中所述数字微芯片嵌入所述WIF传感器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述WIF传感器具有传感探头，以及其中所述数字微芯片包含在印刷电路板(PCB)上，所述印刷电路板限定出连接孔，所述WIF传感器的所述探头延伸穿过所述连接孔。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置包括电连接器，所述电连接器将所述PCB和所述WIF传感器有线连接到控制电路。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括外壳，所述外壳容纳所述过滤元件，其中所述数字微芯片连接到所述外壳。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述微芯片包含在识别模块中，所述识别模块连接到所述过滤器外壳。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述识别模块包括塑料主体，设置穿过该塑料主体的电接触销来连接至所述数字微芯片。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数字微芯片包含于在印刷电路板(PCB)上，所述印刷电路板连接到所述电接触销。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述识别模块包括塑料主体，穿过所述塑料主体形成有电插座。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述电插座穿过所述PCB形成。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置包括位于所述过滤器外壳上的传感器，该传感器包括探头，所述探头延伸穿过所述PCB上的插座。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置包括线束，所述线束用来将所述传感器连接到控制电路。
16.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述外壳包括顶部端板和底部端板，以及其中所述数字微芯片连接到所述顶部端板和所述底部端板之一。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置包括电连接器，所述电连接器经由加热器组件将所述数字微芯片连接到控制电路，所述加热器组件用来加热所述装置中的流体。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述电连接器包括电接触销。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述过滤器包括外壳凸出部，所述外壳凸出部具有至少一个阴极连接器，所述电接触销连接到所述阴极连接器。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述加热器组件包括金属连接板，所述至少一个阴极连接器连接到所述金属连接板。
21.一种提供过滤器识别的系统，其特征在于，所述系统包括：
过滤元件，所述过滤元件构造来过滤流体；
预编程数字微芯片，所述预编程数字微芯片与所述过滤元件连接并包括加密数字识别器，所述加密数字识别器对所述过滤元件进行识别；以及
控制电路，所述控制电路从所述微芯片读取所述数字识别器并将所述数字识别器与存储识别器进行比较，从而确定所述过滤元件是否是认可的过滤元件。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述系统包括用户界面，其中，所述控制电路控制用户界面并通信给操作员所述过滤元件是否是认可的过滤元件。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述用户界面包括显示屏。
24.一种过滤器识别方法，其特征在于，所述方法包括；
提供过滤元件，所述过滤元件构造来过滤流体；
对数字微芯片进行编程，所述数字微芯片具有加密数字识别器，所述加密数字识别器对所述过滤元件进行识别；
将所述数字微芯片连接至所述过滤元件；
从所述微芯片读取所述数字识别器；以及
将所述数字识别器与存储识别器进行比较，从而确定所述过滤元件是否是认可的过滤元件。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述过滤元件是否是认可的过滤元件通信给操作员。
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