CN108196132B - 系统内电磁兼容性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种系统内电磁兼容性评估方法。使用本发明能够对分系统和设备的电磁兼容测试数据进行分类量化,建立更为详细的评价等级指标,最终实现系统整体的电磁兼容评估。本发明首先构建以各测试项为底层的树状电磁兼容评估模型;然后通过对分系统和设备电磁兼容测试数据的量化,并以该设备不同生产批次的产品的测试数据为样本,通过模糊聚类的方式建立更为详细的电磁兼容性评价等级(如优、良、中、差),构建经验库;最后计算待评估系统各设备的各测试数据对于各评价等级的隶属度,并由下至上结合评估模型中各节点的权重,采用模糊隶属度的方式对待评估系统的兼容评价等级进行评估,得到更为精确的评估结果,为设备电磁兼容性改进提供有效依据。
Description
技术领域
本发明涉及电磁兼容技术领域,具体涉及一种系统内电磁兼容性评估方法。
背景技术
系统在研制生产过程中电磁兼容性要求通常是将大系统分成各分系统和设备,再对分系统和设备依据GJB151A-1997/GJB152A-1997、GJB151B-2013等相应标准要求进行考核,只要满足标准规定要求即可判定设备和分系统电磁兼容性合格,从而判定整个系统满足要求。然而,系统在研制(初样、正样、定型等阶段)和生产(不同生产批次)等不同阶段随着制造工艺、电路设计、指标要求、应用平台升级等改进和升级,必然会导致各分系统和设备电磁兼容性变化,同时系统电磁兼容性能也将变化。此外,目前的电磁兼容性只有“通过”和“不通过”两个标准,无法量化,进而也无法取优。
为了能够随时合理评价系统电磁兼容性变化趋势,需要建立一种评估方法,对系统电磁兼容性做出正确判断,帮助设计和生产人员对系统电磁兼容性有清晰认识。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种系统内电磁兼容性评估方法,通过构建的系统多层次电磁兼容评估模型,对分系统和设备的电磁兼容测试数据进行分类量化,建立更为详细的评价等级指标,最终实现系统整体的电磁兼容评估。
本发明的系统内电磁兼容性评估方法,包括如下步骤:
步骤1,构建系统电磁兼容评估模型;所述评估模型为树状,分为4层,由上至下依次为:系统内电磁兼容性、分系统电磁兼容性、设备电磁兼容性和测试类别;其中,所述测试类别包括电源线传导干扰、电磁场辐射干扰、电源线传导敏感度以及电磁场辐射敏感度;将电磁兼容性的评估等级分为多个;
步骤2,建立待评估系统中的各设备的各测试类别的数据量化评估等级经验库,具体包括如下子步骤:针对待评估系统中的各设备,
步骤2.1,收集该设备的各项测试类别的电磁兼容测试数据,根据各项测试类别的量化指标的定义,将该设备的各项测试类别的电磁兼容测试数据分别进行量化,获得量化后的测试数据;其中,电磁兼容测试数据包括:该设备不同批次生产产品的测试数据,以及与该设备同类型的其它设备的测试数据;
步骤2.2,对于电源线传导干扰和电磁场辐射干扰测试类别,以设备的辐射发射相对于标准规定的极限值的余量为量化指标,对步骤2.1获得电源线传导干扰或电磁场辐射干扰测试类别的电磁兼容测试数据进行量化,并采用模糊数学的方法对量化后的测试数据进行聚类,得到各聚类中心,聚类中心即为该设备的电源线传导干扰或电磁场辐射干扰项测试类别的等级经验库;其中聚类中心的个数为步骤1设定的评估等级的级数;
对于电源线传导敏感度和电磁场辐射敏感度测试类别,以设备的安全裕度为量化指标,由系统研制人员及产品订购方根据系统要求、设备和分系统重要性、实际所处工作环境,共同制定安全裕度等级,作为该设备电源线传导敏感度或电磁场辐射敏感度的评估等级经验库;
步骤3,根据步骤1建立的评估模型,由下至上进行系统内电磁兼容性评估计算:
步骤3.1,计算待评估系统中各设备的各项测试类别的评估等级隶属度:针对待评估系统的各设备,对该设备进行电磁兼容性测试,获得该设备的各项测试类别的测试数据并进行量化,得到量化后的测试数据;针对该设备的各项测试类别的量化后的测试数据,计算该项测试类别的量化后的测试数据与步骤2.2获得的对应设备对应测试类别的各聚类中心之间的隶属度,并进行归一化,得到该设备的该项测试类别的评估等级隶属度;
步骤3.2,根据步骤3.1获得的待评估系统的各设备的各项测试类别的评估等级隶属度,以及待评估系统的评估模型中各节点的权重,从下至上将评估等级隶属度与各层节点的权重进行合成计算,得到系统的评估等级隶属度;根据最大隶属度原则,确定该系统的电磁兼容等级,完成该系统的系统内电磁兼容性评估。
进一步的,所述步骤2.2中,分频段进行聚类。
进一步的,所述步骤3.1中,采用模糊数学法中模糊模型识别方法,对该设备的该项测试类别的量化后的测试数据进行模糊隶属度计算,并进行归一化,得到该设备的该项测试类别的评估等级隶属度。
进一步的,所述步骤3.2中,采用专家打分法、加权统计法、频数统计法或层次分析法获得待评估系统的评估模型中各节点的权重。
进一步的,所述步骤3.2具体包括如下子步骤:
步骤3.2.1,计算待评估系统中的各设备的评估等级隶属度:针对待评估系统中的各设备,根据步骤3.1获得的该设备的各项测试类别的评估等级隶属度、以及该设备的各项测试类别之间的权重,计算获得该设备的评估等级隶属度;
步骤3.2.2,计算待评估系统中的各分系统的评估等级隶属度:针对待评估系统中的各分系统,根据步骤3.2.1获得的该分系统下的各设备的评估等级隶属度、以及该分系统下的各设备之间的权重,计算获得该分系统的评估等级隶属度;
步骤3.2.3,计算待评估系统的系统评估等级隶属度:针对待评估系统,根据步骤3.2.2获得的待评估系统下各分系统的评估等级隶属度、以及该系统下各分系统之间的权重,计算获得该系统的评估等级隶属度;
步骤3.2.4,根据最大隶属度原则确定该系统的电磁兼容等级,完成系统内电磁兼容性评估。
有益效果:
本发明首先通过对待评估系统的系统组成的分解,以及对现有国标中电磁兼容性测试中各测试项的归纳,构建以各测试项为底层的树状电磁兼容评估模型;然后通过对分系统和设备电磁兼容测试数据的量化,并以该设备不同生产批次的产品的测试数据为样本,通过聚类的方式建立更为详细的兼容评价等级(如优、良、中、差),构建经验库,更为客观;最后计算待评估系统各设备的各测试数据对于各评价等级的隶属度,并由下至上结合评估模型中各节点的权重,采用隶属度的方式对待评估系统的兼容评价等级进行评估,得到更为精确的评估结果,为设备研发、兼容管理提供有效依据。
附图说明
图1为系统内电磁兼容评估模型图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种系统内电磁兼容性评估方法,包括如下步骤:
步骤1,构建系统电磁兼容评估模型。
构建如图1所示的树状系统内电磁兼容评估模型;该评估模型分为4层,从上至下依次为:系统内电磁兼容性、分系统电磁兼容性、设备电磁兼容性和测试类别;其中,测试类别为设备电磁兼容性测试项。
系统电磁兼容性要求主要通过考核各设备和分系统电磁兼容是否满足GJB 151A-1997/GJB 152A-1997、GJB 151B-2013等相应标准要求进行。本发明通过对这个标准要求规定的测试项目进行分析归纳,构成评估模型的测试类别。本实施例将上述标准获得的电磁兼容测试数据可分为四类:电源线传导干扰(CE101、CE102)、电磁场辐射干扰(RE101、RE102)、电源线传导敏感度(CS101)以及电磁场辐射敏感度(RS101、RS103);每类测试数据都包含不同测试项目。本实施例主要从电源线传导干扰、电磁场辐射干扰、电源线传导敏感度以及电磁场辐射敏感度这四个方面进行评估确定,但并不限于这四个方面。同时,将将电磁兼容性的评估等级分为多个,可根据实际调整等级个数。本实施例以“优、良、中、差”四个等级为例进行说明。
步骤2,建立各设备的各测试类别的数据量化评估等级经验库。
首先,针对待评估系统中的各设备,收集该设备不同批次生产产品在GJB 151A-1997/GJB 152A-1997、GJB 151B-2013等相应电磁兼容标准下的电源线传导干扰、电磁场辐射干扰、电源线传导敏感度以及电磁场辐射敏感度四个因素的测试数据;其中,电源线传导敏感度和电磁场辐射敏感度还应包括设备在系统实际工作状态下的测试数据。也可以直接对分系统进行电磁兼容性测试(电源线传导干扰测试、电磁场辐射干扰测试、电源线传导敏感度测试以及电磁场辐射敏感度测试),将分系统的电磁兼容性测试结果作为分系统下属各设备的电磁兼容性测试结果。
然后,根据各项测试类别的量化指标的定义,对各设备或分系统测试得到的电源线传导干扰、电磁场辐射干扰、电源线传导敏感度以及电磁场辐射敏感度的测试数据分别进行量化,构建该测试类别的量化评估等级经验库。其中,对于电源线传导干扰和电磁场辐射干扰,以设备或分系统在不同频段下的测试数据相对于标准规定的极限值的余量为量化指标,采用模糊数学的方法对量化后的测试数据进行聚类,以各等级的聚类中心作为该设备该测试类别(电源线传导干扰或电磁场辐射干扰)的量化评估等级经验库;对于电源线传导敏感度和电磁场辐射敏感度,以设备或分系统在各频段的安全裕度为量化指标,根据系统要求,设备和分系统重要性、实际所处工作环境等特点,由系统研制人员及产品订购方共同制定安全裕度等级,各等级的安全裕度值作为该设备该测试类别(电源线传导敏感度或电磁场辐射敏感度)的量化评估等级经验库。
其中,针对各设备或分系统,电源线传导干扰和电磁场辐射干扰的数据量化评估等级经验库的建立方法为:将测试数据所在的频率范围进行分段,针对各频段,计算该频段内的不同生产批次产品的余量值,对该频段内的该产品或分系统的所有生产批次产品的余量值进行聚类中心分析,其中,聚类中心数为4,得到该频段的评估等级,各频段组合后即可得到整个频段评估等级经验库;电源线传导敏感度和电磁场辐射敏感度的数据量化评估等级经验库的建立方法为:按照测试数据频率范围进行分段,根据系统要求,设备和分系统重要性、实际所处工作环境等特点,由系统研制人员及产品订购方共同制定每一频段安全裕度等级,组合后即可得到整个频段评估等级经验库。
其中,在构建数据量化评估等级经验库时,若不同生产批次产品的测试数据不足,则在添加其他同类型的设备和分系统的电磁兼容测试数据用于构建数据量化评估等级经验库。
步骤3,计算待评估系统内的各设备的电磁兼容测试数据在数据量化评估等级经验库中的等级隶属度。
首先按照标准对待评估系统的各设备进行电磁兼容测试,获得各设备的电源线传导干扰、电磁场辐射干扰、电源线传导敏感度以及电磁场辐射敏感度的测试数据,并计算测试数据的余量和安全裕度;然后根据步骤2获得的该设备的数据量化评估等级经验库,采用模糊数学法中模糊模型识别方法,对该设备的余量和安全裕度进行模糊隶属度计算,从而获得待评估系统中该设备或分系统在评估等级经验库(优、良、中、差)中的模糊隶属度。
步骤4,根据构建的评估模型,采用层次分析法,对系统内电磁兼容性进行评估计算。
图1中,测试类别层对设备层的权重为该测试类别对该设备电磁兼容性影响的重要程度,设备层对分系统层的权重为该设备对该分系统电磁兼容性影响的重要程度,分系统层对系统层的权重为该分系统对该系统电磁兼容性影响的重要程度。上述重要程度均有专家打分的方式获得。
根据步骤4求得的各测试类别的模糊隶属度,以及各层之间的权重,从最低层将模糊隶属度与各层权重进行合成计算,得到系统内电磁兼容性评估。
下面以海军舰船设备为例,进行具体说明:
假设某海军舰船上某一系统由三个分系统组成,每个分系统都由两个设备组成,设备电磁兼容考核按标准GJB151A-1997和GJB152A-1997进行。
步骤1,构建如图1所示的评估模型,图1中,m=3,n=2。
步骤2,建立数据量化评估等级经验库。
首先,收集系统内各设备的不同生产批次产品的电源线传导干扰、电磁场辐射干扰、电源线传导敏感度以及电磁场辐射敏感度。
其中,由于电源线传导干扰与电磁场辐射干扰的评估方法相同,而且CE101、CE102、RE101、RE102评估方法相同;电源线传导敏感度和电磁场辐射敏感度的评估方法(包括内部测试项)相同。因此,本实施例以电源线传导干扰CE101和电磁场辐射敏感度RS103为例,进行分析说明。
1.设备1电源线传导干扰CE101实例分析如下:
1)收集不同批次系统组成设备和分系统电磁兼容测试数据
收集的数据有:待评估系统内设备1的CE101测试数据、设备1的以前不同批次产品的CE101测试数据、与设备1同类型的其它设备的CE101测试数据。
2)建立数据量化评估等级经验库
根据步骤1)中收集的所有CE101数据,将CE101测试频率范围进行分段,并计算最小余量,表1为设备1的CE101余量,表2为收集的设备1的以前不同批次产品以及与设备1同类型的其它设备的300Hz~600Hz频段的CE101余量。
表1设备1的CE101余量计算
表2设备1不同批次产品、同类型其它设备的300Hz~600Hz频段的CE101余量
以表2中的300Hz~600Hz频率范围数据具体余量值为例计算此频段的经验库数据值。
将数据量化评估等级经验库分为优、良、中、差四个等级,采用模糊c-均值算法对300Hz~600Hz频率范围进行数据聚类中心计算,计算公式为计算公式为其中αi为聚类中心,uij为余量值xj相对于αi的隶属度,m为模糊指数,m=2,n=12;隶属度计算公式为其中dij为xj与αi的距离,dij使用欧氏距离公式,c为聚类中心数,c=4(即优、良、中、差)。
对表2中300Hz~600Hz频率范围进行聚类分析,得表3该设备的CE101经验库。
表3设备1的300Hz~600Hz频段的CE101经验库
同样,表3中其它频率段也可用同样方法计算获得,如表4。
表4设备1的CE101经验库
3)采用模糊数学法对设备1的CE101测试数据进行模糊隶属度计算
首先采用平移〃极差变换
其中,k表示表1和表4中第k频段,表1和表4共分为6个频段,而式中i为表1和表4两个表合成一个表时第i组,当i=1时,表示设备1CE101整个频段数据,当i=2时,表示设备1CE101经验库中等级优的整个数据,同样,当i=5时,表示设备1CE101经验库中等级差的整个数据。xik表示表1和表4两个表合成一个表时第i行第k频段数据,min{xik}表示表1和表4中最小值,max{xik}表示表1和表4中最大值,x′ik为表1和表4两个表合成一个表时第i行第k频段数据归一化数据。模糊数学法中模糊模型识别方法对表1和表4中的数据进行计算,得表5和表6。
表5设备1的CE101余量计算(归一化)
表6设备1的CE101经验库(归一化)
然后,依据公式对表5和表6中的数据进行计算,并将计算结果进行归一化,其中式中∨是取大运算符,∧是取小运算符。计算结果对应的优、良、中、差为(0.2261,0.2565,0.2664,0.2509),根据最大隶属度原则可知表5数据隶属于等级“中”。
同样的,根据以上方法可计算设备1的CE102隶属度为(0.2463,0.2633,0.2510,0.2394),RE101隶属度为(0.2293,0.2488,0.2537,0.2683),RE102隶属度为(0.2584,0.2644,0.2492,0.2280)。
2.设备1电磁场辐射干扰RS103实例分析如下:
1)收集不同批次系统组成设备和分系统电磁兼容测试数据
收集设备1在实验室测试数据,并且还要收集设备在实际工作环境下的测试数据。
2)建立数据量化评估等级经验库
按照测试数据频率范围进行分段,根据系统要求、设备和分系统重要性、实际所处工作环境等特点,由系统研制人员及产品订购方共同制定每一频段安全裕度。假设设备1实际工作环境下在100MHz、400MHz、800MHz、3GHz、10GHz等频率点有很强的干扰信号,且根据系统要求等将设备1评估等级按照表7标准进行划分。如果以设备1最小安全裕度值作为评估要求,那么也可在RS103整个频率范围只划分一个频率段等级。
表7设备1的RS103经验库
将实验室试验数据作为设备1临界敏感试验数据,再根据设备1在实验室中试验的数据与实际工作电磁环境数据进行比较,获得设备1 RS103实际工作安全裕度,见表8。
表8设备1的RS103安全裕度
3)采用模糊数学法对设备1的数据进行模糊隶属度计算
采用电源线传导干扰CE101实例步骤4)中平移〃极差变换的方法对表7和表8进行数据计算,获得表9和表10。
表9设备1的RS103经验库(归一化)
表10设备1的RS103安全裕度(归一化)
依据公式对表7和表8中的数据进行计算,并将计算结果进行归一化,其中计算结果对应的优、良、中、差为(0.2353,0.2941,0.2794,0.1912),根据最大隶属度原则可知表10数据隶属于等级“良”。
根据以上方法可计算设备1的CS101隶属度为(0.2891,0.3494,0.2530,0.1085),RS101隶属度为(0.2293,0.2488,0.2537,0.2683)。
步骤3,系统内电磁兼容性评估计算
评估过程中对图1中给出的各层级间关系进行分析,通过层次分析法、专家打分法等对每一层中相关联因素进行权重向量计算。图1中最低层权重是设备不同测试类别对设备电磁兼容性影响重要程度,上一层权重是组成设备对分系统电磁兼容性影响重要程度,更上一层权重是分系统对系统内电磁兼容性影响重要程度。从最低层将模糊隶属度与权重向量进行合成计算最终得到系统内电磁兼容性评估。
权重向量计算方法主要有专家打分法、加权统计法、频数统计法、层次分析法等,电磁兼容综合评估计算按以下步骤进行:
①采用以上四个方法中任一个计算设备1最低层不同测试项之间权重,如CE101和CE102权重相同,取为{0.5,0.5},RE101和RE102权重相同,取为{0.5,0.5},RS101和RS103权重相同,取为{0.5,0.5}。再计算电源线传导干扰隶属度为{0.2362,0.2599,0.2587,0.2452},电磁场辐射干扰隶属度为{0.2439,0.2566,0.2515,0.2481},电磁场辐射敏感度隶属度为{0.2323,0.2714,0.2665,0.2298},电源线传导敏感度只有一个不需要计算,隶属度为{0.2891,0.3494,0.2530,0.1085}。
②再对图1中上一层按照权重向量计算方法进行权重计算,假设四个测试类别对设备1电磁兼容重要性相同,采用层次分析法进行计算,建立判断矩阵计算得到四个类别权重向量为{0.25,0.25,0.25,0.25},在根据步骤①中计算的隶属度可计算设备1隶属度为{0.2504,0.2843,0.2574,0.2079}。
③同理,对设备2可以计算获得隶属度,计算得设备2隶属度为{0.2587,0.2849,0.2384,0.2180}。
④通过专家打分法分系统1包含的设备1和设备2权重向量为{0.7,0.3},则可计算分系统1隶属度为{0.2529,0.2845,0.2517,0.2109}。
⑤根据分系统1隶属度计算方法,计算分系统2和分系统3的隶属度,分别为{0.2715,0.2593,0.2393,0.2299},{0.2266,0.2618,0.2659,0.2457}。
根据步骤④、⑤、⑥对系统进行计算,得隶属度为{0.2578,0.2626,0.2475,0.2321},根据最大隶属度原则可知系统电磁兼容性为等级“良”。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种系统内电磁兼容性评估方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,构建系统电磁兼容评估模型;所述评估模型为树状,分为4层,由上至下依次为:系统内电磁兼容性、分系统电磁兼容性、设备电磁兼容性和测试类别;其中,所述测试类别包括电源线传导干扰、电磁场辐射干扰、电源线传导敏感度以及电磁场辐射敏感度;将电磁兼容性的评估等级分为多个;
步骤2,建立待评估系统中的各设备的各测试类别的数据量化评估等级经验库,具体包括如下子步骤:针对待评估系统中的各设备,
步骤2.1,收集该设备的各项测试类别的电磁兼容测试数据,根据各项测试类别的量化指标的定义,将该设备的各项测试类别的电磁兼容测试数据分别进行量化,获得量化后的测试数据;其中,电磁兼容测试数据包括:该设备不同批次生产产品的测试数据,以及与该设备同类型的其它设备的测试数据;
步骤2.2,对于电源线传导干扰和电磁场辐射干扰测试类别,以设备的辐射发射相对于标准规定的极限值的余量为量化指标,对步骤2.1获得电源线传导干扰或电磁场辐射干扰测试类别的电磁兼容测试数据进行量化,并采用模糊数学的方法对量化后的测试数据进行聚类,得到各聚类中心,聚类中心即为该设备的电源线传导干扰或电磁场辐射干扰项测试类别的等级经验库;其中聚类中心的个数为步骤1设定的评估等级的级数;
对于电源线传导敏感度和电磁场辐射敏感度测试类别,以设备的安全裕度为量化指标,由系统研制人员及产品订购方根据系统要求、设备和分系统重要性、实际所处工作环境,共同制定安全裕度等级,作为该设备电源线传导敏感度或电磁场辐射敏感度的评估等级经验库;
步骤3,根据步骤1建立的评估模型,由下至上进行系统内电磁兼容性评估计算:
步骤3.1,计算待评估系统中各设备的各项测试类别的评估等级隶属度:针对待评估系统的各设备,对该设备进行电磁兼容性测试,获得该设备的各项测试类别的测试数据并进行量化,得到量化后的测试数据;针对该设备的各项测试类别的量化后的测试数据,计算该项测试类别的量化后的测试数据与步骤2.2获得的对应设备对应测试类别的各聚类中心之间的隶属度,并进行归一化,得到该设备的该项测试类别的评估等级隶属度;
步骤3.2,根据步骤3.1获得的待评估系统的各设备的各项测试类别的评估等级隶属度,以及待评估系统的评估模型中各节点的权重,采用层次分析法从下至上将评估等级隶属度与各层节点的权重进行合成计算,得到系统的评估等级隶属度;根据最大隶属度原则,确定该系统的电磁兼容等级,完成该系统的系统内电磁兼容性评估。
2.如权利要求1所述的系统内电磁兼容性评估方法,其特征在于,所述步骤2.2中,分频段进行聚类。
3.如权利要求1所述的系统内电磁兼容性评估方法,其特征在于,所述步骤3.1中,采用模糊数学法中模糊模型识别方法,对该设备的该项测试类别的量化后的测试数据进行模糊隶属度计算,并进行归一化,得到该设备的该项测试类别的评估等级隶属度。
4.如权利要求1所述的系统内电磁兼容性评估方法,其特征在于,所述步骤3.2中,采用专家打分法、加权统计法、频数统计法或层次分析法获得待评估系统的评估模型中各节点的权重。
5.如权利要求1所述的系统内电磁兼容性评估方法,其特征在于,所述步骤3.2具体包括如下子步骤:
步骤3.2.1,计算待评估系统中的各设备的评估等级隶属度:针对待评估系统中的各设备,根据步骤3.1获得的该设备的各项测试类别的评估等级隶属度、以及该设备的各项测试类别之间的权重,计算获得该设备的评估等级隶属度;
步骤3.2.2,计算待评估系统中的各分系统的评估等级隶属度:针对待评估系统中的各分系统,根据步骤3.2.1获得的该分系统下的各设备的评估等级隶属度、以及该分系统下的各设备之间的权重,计算获得该分系统的评估等级隶属度;
步骤3.2.3,计算待评估系统的系统评估等级隶属度:针对待评估系统,根据步骤3.2.2获得的待评估系统下各分系统的评估等级隶属度、以及该系统下各分系统之间的权重,计算获得该系统的评估等级隶属度;
步骤3.2.4,根据最大隶属度原则确定该系统的电磁兼容等级,完成系统内电磁兼容性评估。
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