CN112672641A - 带有检测系统的挤奶系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种挤奶系统，该挤奶系统具有挤奶装置、奶管线以及用于对奶进行采样和分析的采样与分析装置(14)。采样与分析装置包括：控制单元；缠绕在带卷轴(20)上并包括具有一系列试剂垫(24)的基材(23)的带，这些试剂垫被布置为提供样本中的物质的存在的可检测响应；带移动器，该带移动器用于移动和退绕该带；配给装置，该配给装置用于将一部分样本提供到这些试剂垫之一上；光学传感器装置(28)，该光学传感器装置用于检测来自被供应有所述样本的所述试剂垫的光辐射，并且分析所检测到的光辐射以提供所述物质的存在或浓度的指示。配给装置包括可移位喷嘴(25)，该可移位喷嘴具有用于将样本供应到喷嘴的供应管线。喷嘴被布置用于将样本向上供应到试剂垫。配给装置进一步包括使可移位喷嘴朝向和远离带移动的喷嘴移动器(38)、以及包括包围喷嘴的壁的溢流装置或杯状物(34)。溢流空间(35)设置在壁与喷嘴之间，并且进一步包括排放口(36)。在采样时以及当然在冲洗时，溢流装置都可以收集多余流体。在本文中，重力有助于收集流体，但重要的是，也有助于供应样本，因为样本液滴不会意外地从喷嘴上脱落。
Description
本发明涉及一种挤奶系统，其具有：挤奶装置，该挤奶装置用于从乳畜挤奶；与该挤奶装置处于流体连接的奶管线；以及采样与分析装置，该采样与分析装置被布置为从该奶管线中获取奶样本并且分析来自该样本的奶，该采样与分析装置包括：用于控制该采样与分析装置的控制单元；缠绕在带卷轴上的带，该带卷轴携带该带，所述带包括其上设有一系列试剂垫的基材，这些试剂垫被布置为提供样本中的至少一种物质的存在的可检测响应；带移动器，该带移动器被布置为在该控制装置的控制下移动和退绕该带；配给装置，该配给装置被布置为在该控制单元的控制下将一部分样本提供到这些试剂垫之一上；光学传感器装置，该光学传感器装置被布置为检测来自被供应有所述样本部分的所述试剂垫的光辐射，并且分析所检测到的光辐射以提供所述至少一种物质的存在或浓度的指示。
文件WO 02069697A1披露了一种挤奶系统中的采样与分析装置，该采样与分析装置具有携带带有试剂的测试条带或干条的带、以及将几滴奶配给到测试条带上的阀。带下方的漏斗经由带上的冲洗孔接收多余的奶。
已知装置的问题在于，在所有情况下都可能难以保持采样与分析装置的清洁。因此，可能无法始终保证测量的可靠性和准确性。
因此，本发明的目的是提供一种上述类型的挤奶系统，该挤奶系统可以更容易地保持清洁，其显示出可靠且准确的测量结果，和/或通过简单的措施实现了(多余的)液体控制。
本发明至少部分地通过根据权利要求所述的挤奶系统、特别是如下挤奶系统实现这一点，该挤奶系统具有用于从乳畜挤奶的挤奶装置、与挤奶装置处于流体连接的奶管线、以及采样与分析装置，该采样与分析装置被布置为从奶管线中获取奶样本并分析来自样本的奶，该采样与分析装置包括：用于控制该采样与分析装置的控制单元；缠绕在带卷轴上的带，该带卷轴携带该带，所述带包括其上设有一系列试剂垫的基材，这些试剂垫被布置为提供样本中的至少一种物质的存在的可检测响应；带移动器，该带移动器被布置为在该控制装置的控制下移动和退绕该带；配给装置，该配给装置被布置为在该控制单元的控制下将一部分样本提供到这些试剂垫之一上；光学传感器装置，该光学传感器装置被布置为检测来自被供应有所述样本部分的所述试剂垫的光辐射，并且分析所检测到的光辐射以提供所述至少一种物质的存在或浓度的指示，其中，该配给装置包括可移位喷嘴，该可移位喷嘴具有用于将一部分奶样本供应到喷嘴的供应管线，该喷嘴被布置用于将该样本部分向上供应到试剂垫，其中，配给装置进一步包括喷嘴移动器，该喷嘴移动器被布置为在控制单元的控制下使可移位喷嘴朝向和远离带移动，其中，配给装置包括溢流装置，该溢流装置被布置为收集喷嘴供应的多余流体，并且包括壁，特别是杯状物，该壁至少部分地包围喷嘴，在壁与喷嘴之间设有溢流空间，进一步包括与该溢流空间连接或可与其连接的排放口。
本发明基于如下见解，即重力可以通过实际上阻碍预期流量而不是增加预期流量来帮助控制液体。此外，其确保多余的液体将返回原点，而不是不受控制地终结于系统中。这允许更好地控制多余液体的去除，或者直接地，即在到达带之前，或者在供应到带之后，多余的液体通过周围的溢流装置掉落，朝喷嘴返回。由此，可能造成弄脏或干扰测量的残留物更少。其还允许去掉带有试剂的带上的任何冲洗孔。由此，可以使试剂在一起更靠近，使得可以在带上设置更多的试剂垫。这继而确保在给定长度的带内装置的操作不会中断。
在本发明中，另外，喷嘴被布置为向上提供样本液滴，并且还被溢流装置包围，该溢流装置用于捕获从喷嘴本身直接流出或在样本输送之后从试剂垫或带流出的多余液体。换句话说，向下拉的重力阻碍向上进行的样本液滴的供应。除了上述效果外，这还实现了对样本液滴的供应的更好控制，样本液滴现在无法在拉重力的影响下突然从喷嘴中放出来，而是必须主动喷射。
此外，一方面提供了喷嘴以使得重力将液体从带上拉走，另一方面，溢流装置具有以下优点：现在更容易清洁喷嘴、和样本管线的对应部分。毕竟，向喷嘴供应清洁流体不需要向带有试剂的带提供任何这样的液体，因为与所有液体都必须通过带的已知装置相比，所有这种液体都可以被拉向溢流装置。
溢流装置包括至少部分地包围喷嘴的壁、以及用于排出多余流体的排放口。此排放口可以是可关闭的，并且这样可与溢流装置连接。壁可以具有任何合适的形状，甚至平坦的，只要多余流体将被有效地排出即可。排出可以通过真空来实现，真空可以主动吸掉落在壁上的任何液体。然而，有利的是防止落到壁上的液体从壁上掉落。另外，壁优选是杯状物，意味着至少有圆形的直立壁部分以容纳在排出之前收集的流体。
具体的实施例、特征和优点在从属权利要求中以及在说明书的当前以下部分中进行了描述。
在一些实施例中，样本在试剂垫中引起发射光辐射的化学反应可能就足够了。在这种情况下，不需要光辐射源。在大多数情况下以及在对应的实施例中，具有由控制单元控制的光辐射源是有利的。这允许对发射到试剂垫上的光辐射进行良好的控制，并且因此还确保了基于随样本被供应的试剂垫的光学特性确定物质的存在或浓度时的高准确性。这种光辐射源可以是一个或多个LED、(卤素)白炽灯泡、激光器等。这些可以被技术人员容易地选择。
在实施例中，挤奶系统、特别是采样与分析系统进一步包括配给控制装置，该配给控制装置包括用于在接触时封闭喷嘴的壁部分、以及移动器，该移动器被布置为将壁部分定位在喷嘴与带之间，优选地将壁部分和喷嘴彼此压在一起。这尤其允许以更大的力、即以更高速度的液体流来清洁喷嘴。在本文中，壁部分用于屏蔽可能被强行朝带喷射的任何液体射流或液滴，这是不希望的。通过此外将壁部分和喷嘴彼此压在一起，可以防止清洁液体向周围喷出，并有效地将其收集在溢流装置中。
壁部分可以具有任何对实现上述目标有用的形状。例如，壁部分可以相对于喷嘴是凹形的，这有助于捕获从喷嘴喷射的液体。在具体的实施例中，壁部分是平坦的壁部分。这样的壁部分可以可靠地接触喷嘴，而无需任何额外的定位措施。此外，并且重要的是，其允许限定喷嘴的精确的填充水平，特别是填充直至喷嘴的边缘。这继而允许非常准确地配给液体、具体是奶，因为随后可以确切知道到喷嘴的管线中的液体量，现在管线中已经充满了液体，一直到喷嘴为止，必须通过某种泵送方式向前移动。尽管仍然可以具有不同的壁部分形状(比如凹形或凸形)，但这使控制更加困难，这不仅是因为喷嘴处的确切形状不太明确，而且此外因为应提供附加措施以确保喷嘴和壁部分在相同的地方或至少在已知的地方相互接触，这对于平坦的壁部分而言是无关紧要的。
应注意，移动器被布置为将壁部分定位在喷嘴与带之间，优选地将壁部分与喷嘴彼此压在一起。这可以通过使移动器使喷嘴向固定壁部分移动、使移动器使壁部分向喷嘴移动，或者使移动器使壁部分和喷嘴向彼此移动来实现。最后选项是优选的，因为移动器移动到壁部分到带与喷嘴之间的位置，然后将喷嘴移向壁部分。这样，喷嘴仅需要在纵向方向上移动，该移动在将样本滴输送到试剂垫时也是有用的，在输送之后，优选将喷嘴从带上缩回。
在实施例中，壁部分包括柔性材料，特别是弹性膜。通过柔性材料，可以考虑喷嘴表面中的公差，从而使得基本上每个喷嘴表面都实现接触。这也允许多余液体更容易在喷嘴表面与壁部分之间逸出。附加地，由于壁部分是柔性的，所以施加在液体上的反作用力相对较小并且非常明确。所有这一点进一步有助于形成明确的弯月面。在本文中，“柔性”是指壁部分在来自喷嘴的液体的压力的影响下可能发生可检测的弹性变形。壁部分优选地是弹性膜，比如特别是橡胶膜。自然地，壁部分将优选地是平坦的壁部分，特别是因为那是预张紧的弹性膜的自然形状。
在实施例中，挤奶系统、特别是采样与分析系统进一步包括布置在壁部分周围的密封边缘，该密封边缘和壁部分共同形成用于接纳喷嘴的第二空间。这样，边缘防止了在喷嘴与壁部分之间喷射的液体涌入喷嘴的环境中。而是，边缘引起液体被收集在第二空间中，并因此保持靠近喷嘴。由此，其可以被溢流装置有效地收集。
在实施例中，当喷嘴被接纳在第二空间中时，溢流装置的壁和密封边缘处于密封接触，溢流空间和第二空间处于直接流体连接。此特征确保了存在用于收集来自喷嘴的流体的封闭空间，可以从该空间直接排出流体。这继而允许较高的液体速度，这在清洁喷嘴时是有利的。
优选地，排放口的排放截面面积至少是供应管线的供应截面面积的两倍。这确保了在低压/低真空下基本上始终能够排出收集的液体/多余液体，这有助于防止排出问题，并且防止喷嘴中的液体受到反压力。
现在将通过多个示例性实施例和附图阐明本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的挤奶系统的图形表示；以及
图2示意性地示出了本发明的实施例的一部分的局部截面图。
图1示出了根据本发明的用于对乳畜的乳房100的乳头101挤奶的挤奶系统1的图形表示。挤奶系统1包括与短奶管线3连接的乳杯2，短奶管线进入奶瓶4中，该奶瓶继而与主奶管线5连接。奶泵用6表示，用7表示的三通阀与散装罐管线8连接，该散装罐管线与散装奶罐9连接，并且三通阀与污水管线10。
挤奶机器人11具有机器人臂12和机器人控制单元13。采样单元总体上用14表示，采样管线15带有可选的采样阀16。采样单元14包括供带卷轴20和由带移动器22驱动的收集卷轴21，以用于定位带试剂垫24的带23。用于样本液滴的喷嘴装置用25表示，光源26发出光27，以及相机用28表示。
在使用挤奶系统1时，机器人控制单元13控制挤奶机器人11的机器人臂12，以将乳杯2贴附到比如奶牛的乳畜的乳房100的乳头101上。随后被挤出的奶在真空的影响下离开乳杯2并被收集在奶瓶4中，真空通过此处未描绘的泵经由短奶管线3施加。
为了符合法律要求，必须对每个乳头的初乳进行物理变化测试，如果需要的话，测试其他异常性质。这可以通过分开的初乳测试装置来完成，或者可以借助于根据本发明供应的采样单元14来完成。然后将使用替代的样本管线15'。在否定评估的情况下，收集在奶瓶4中的挤出的奶然后将通过奶泵6经由主奶管线5和三通阀7被泵送到污水管线10。所有这些装置都在机器人控制单元13的控制下。相反，如果奶被评估为质量良好，则奶将经由散装管线8被泵送到散装奶罐9。
采样单元14也可以从奶瓶4中获取样本，特别是从自所有乳头挤出的并且在所有挤奶期间挤出的奶中获取混合样本。这有助于获得对被送到散装罐9或可能被送到几个散装奶罐之一的奶的良好评估(如果基于初乳评估或其他方式而是不合格的，比如是抗生素奶)。例如，不同奶牛的奶可以基于采样单元14确定的脂肪含量、蛋白质含量或其他而被送到不同的散装罐。在这样的实施例中，如图1所示实施例，样本管线15从奶瓶4延伸到采样单元14，并且可选地具有样本阀16。应注意，样本阀也可以是采样单元14内部的一部分。
然而，最常见的是，采样单元14用于每四个乳头之一101或针对整个乳房100/乳畜确定奶牛的奶的性质，该性质随后用于乳畜管理而不是用于奶的命运的立即控制。示例是对比如孕酮等在乳畜的生殖循环中期作用的激素的测量、对于乳畜的喂养或代谢健康有关的物质的测量。然后，基于采样单元14进行的评估，农民或控制单元13可以调整喂养，呼叫兽医进行健康检查或授精等等。应注意的是，在机器人挤奶系统中存在动物识别系统，使得已知挤奶过程中的动物ID。由此，任何测量结果将与数据库系统中的对应动物文件结合。
此外，这里非常概括地示出了采样单元14，其中，该采样单元包括供带卷轴20和收集卷轴21，借助于带移动器装置22(比如磁带盒走带机构电机或步进电机)使带23在供带卷轴与收集卷轴之间前进。带23承载试剂垫24，这些试剂垫包含试剂，该试剂在存在限定物质的情况下给出可检测响应，该响应的强度通常取决于经由样本液滴引入试剂中的物质的浓度。这样的样本液滴经由喷嘴25被输送。然后，光源26将光27照射到试剂垫24上，并且相机28观察试剂垫中的响应(如果有的话)。光源26可以是任何合适的光源，比如一个或多个LED，并且取决于所使用的试剂，发出的光27可以是可见光、UV(A)辐射、(近)红外等。当然，相机28应当适于检测来自试剂垫24的辐射。通常，这是反射光或散射光，但是其可以是不同的辐射，比如荧光辐射。在任何情况下，这种辐射和检测的细节可以被本领域技术人员容易地实现，并且不构成本发明本身。
在所示的实施例中，样本液滴以某种方式被供应到试剂垫24，将结合图2提供其细节。
图2示意性地示出了本发明的实施例的一部分的局部截面图。在本文中，相似的部分被赋予相同的附图标记，有时带有单撇号或双撇号('/”)。
这里，带23'设置有一系列试剂垫24'，这些试剂垫具有底层29和顶层30。喷嘴25'通过样本泵15a与样本管线15”连接，该喷嘴提供样本液滴37，并设置在溢流杯状物34中并被溢流杯状物包围，该溢流杯状物具有带排水管36的溢流空间35并且与喷嘴移动臂38连接，该喷嘴移动臂可沿双箭头A的方向移动。冲洗杯状物39可通过连接的冲洗杯状物移动臂40沿双箭头B的方向移动，并包括底部41和波纹管42，并包围冲洗空间43。相机28'具有带有主方向线32的视场31。光源26'包括三个LED 26'-1，并且与主方向线33成立体角发光，该主方向线与线32形成角α。
在系统的典型操作中，首先可以用流体冲洗喷嘴25'，以通过用对应加热的流体冲洗来从先前的采样中去除残留物和/或使喷嘴达到期望的温度。这可以通过以下方式完成：经由样本泵15a通过样本管线15”供应液体，并通过重力将从喷嘴25'出来的液体收集在溢流杯状物34中。收集的流体经由排水管36排出。
然而，有利的是更剧烈地供应冲洗液。这可以通过以下方式来实现：通过利用比如气动装置或电动机等任何合适的装置来操作喷嘴移动臂38，从而使喷嘴稍微远离带23’移动，并且同样通过比如电动机等任何合适的装置操作冲洗杯状物移动臂而在喷嘴与带之间移动冲洗杯状物39，然后将喷嘴插入冲洗空间43中。实际上，这将归结为将喷嘴25'与溢流杯状物34一起插入冲洗空间43中。然而，如果未设置溢流杯状物，则还可以将冲洗杯状物布置成具有密封喷嘴的这种尺寸。然后应在冲洗杯状物39中设置排水管。应注意，不必通过冲洗杯状物39用溢流杯状物34密封喷嘴25'。实际上，如果喷嘴25'的末端被冲洗杯状物39包围，并且溢流杯状物34比冲洗杯状物39宽就足够了。在那种情况下，喷嘴喷射的任何流体然后将沿着喷嘴向下流到溢流杯状物中，或者将被更有力地喷射，但是随后被冲洗杯状物39阻挡，之后将滴落到溢流杯状物34中。然而，有利的是喷嘴和溢流杯状物34实际上被冲洗杯状物密封，因为于是将防止在冲洗等过程中使用的液体过度蒸发。这特别是在生物传感中经常使用的对湿气敏感的试剂情况下，比如在目前的奶采样情况中，是令人期望的。因此，优选地，当插入时，喷嘴25’连同溢流杯状物34被冲洗杯状物39的波纹管42密封。由此，溢流空间35和冲洗空间43形成单个密封空间。现在，冲洗流体可以以例如2m/s的速度剧烈地供应到喷嘴25'。然后，液体将从喷嘴中喷射，但不会溢出溢流空间/冲洗空间35/43。从那里，将通过排水管36排出流体。最后，通过按压喷嘴15”使其与冲洗杯状物39的底部41(即平坦部分)直接接触，从而确保喷嘴充满样本液体，特别是奶，并随后喷射更多液体。底部41具有一定的弹性，并且这确保了在现在被充满且无气泡的喷嘴中将有清楚限定的样本液体弯月面。喷嘴臂38然后将喷嘴向下移出冲洗杯状物39，并且冲洗杯状物移动臂40将冲洗杯状物39移至一侧，以清理出喷嘴到达试剂垫的路线。
接下来，配给泵、特别是样本泵15a，比如蠕动泵，可以配给已知量的样本流体，以形成现在已知尺寸的样本液滴37。这有助于防止多余流体可能意外地掉落，并且还确保知道液滴37何时接触试剂垫24”。然后，喷嘴移动器38将同样向上移动以将液滴37带到试剂垫24'，在试剂垫中可以产生反应和响应。
这种反应可以通过相机28'观察到，相机通过带有中心线32的视场31向下直视带。这允许相机28'相对于以液滴37供应的样本液体从相反侧观察试剂垫24'中的反应。这样可以防止已经变色的试剂材料挡住对新鲜试剂材料中的进一步响应的观察，或者防止了尚未吸收的样本液体完全挡住了视线。这在如图所示的双层试剂垫中特别有用。有时需要两步反应，比如在流通测试情况下。在本文中，具有双层的当前设置可以提供这些流通测试或还有横向流测试的替代方案。由于这些花费更多的时间，因此在视场31中有超过一个的试剂垫24'是有利的，因为对于每次采样，比如对于每次挤奶，带以及因此每个垫24'都前进一个垫长度。由于挤奶可能短至五分钟，因此有利的是在相机28'的视线范围内允许有更多的垫，从而允许更多的时间来观察响应。应注意的是，即使对于单层试剂垫24'，在相机的视线内有更多垫也是有用的，因为那样的话，垫24'中试剂的浓度可能小于如果必须在那五分钟内评估响应时所需要的浓度。
应注意的是，只要相机28'的光路(“视线”)在带23的、试剂垫24'所在的另一侧，则相机28′本身不需要定位于带23'(正或非正)上方。换句话说，相机应查看带。相机28'的物理位置可以例如通过使用反射镜等来改变。这些可以例如用于折叠光路，并使分析器装置更紧凑。
本实施例中使用的光源26'包括三个LED 26'-1。这些可以是在主方向33上共同发出均匀但明亮的光的白光LED，该主方向与相机的视场的线32形成锐角α，以防止相机图像模糊或刺眼。光源还可以包括其他类型，比如红色、绿色和蓝色LED的组合、卤素白炽灯等。发射的光可以是可见光、近红外光、紫外光(UVA)等。带23’当然对于所使用的光应该是透明的。
在使用系统时，从下方提供液滴37。这意味着原则上重力将液滴拉回到喷嘴25'中，而不是将液滴从所述喷嘴中拉出。这有助于控制液滴37的形成和喷射。由于有些振动或甚至仅仅是巧合，液滴不会突然从喷嘴掉落。这确保了液滴不会从喷嘴落到相机28'上，相机对试剂垫24’进行成像。即使会有多余液体供应到试剂垫24'，这种液体也不会落到相机上，或落在相机与带有试剂垫的带之间设置的可选窗口上。这样，即使没有这样的窗口，相机28'也将始终具有试剂垫的清晰图片。在图中，相机稍微向左倾斜。光路的倾斜也可以通过反射镜等引起。
从下方供应样本滴还允许改进对液滴供应的控制，因为多余液体现在可以容易地从试剂垫上吸走。同样，重力通过防止液滴从喷嘴脱落而帮助，使得原则上即使在接触试剂垫时，液滴与喷嘴之间也将保持连接。如果连接终究还是断开，那便是明确指示基本上所有液体都已被试剂垫吸收，因此以后的液体意外掉落都不会有问题。显然，样本泵或配给泵15a的类型应允许这种回吸，例如带有可逆泵驱动装置的蠕动泵。
上述实施例仅用于帮助说明本发明，而不以任何方式限制本发明。本发明的范围而是由所附权利要求确定。
Claims (6)
1.一种挤奶系统，所述挤奶系统具有用于从乳畜挤奶的挤奶装置、与所述挤奶装置处于流体连接的奶管线、以及采样与分析装置，所述采样与分析装置被布置为从所述奶管线中获取奶样本并分析来自所述样本的奶，所述采样与分析装置包括：
-用于控制所述采样与分析装置的控制单元，
-缠绕在带卷轴上的带，所述带卷轴携带所述带，所述带包括其上设有一系列试剂垫的基材，所述试剂垫被布置为提供所述样本中的至少一种物质的存在的可检测响应，
-带移动器，所述带移动器被布置为在所述控制装置的控制下移动和退绕所述带，
-配给装置，所述配给装置被布置为在所述控制单元的控制下将一部分所述样本提供到所述试剂垫之一上，
-光学传感器装置，所述光学传感器装置被布置为检测来自被供应有所述样本部分的所述试剂垫的光辐射，并且分析所检测到的光辐射以提供所述至少一种物质的存在或浓度的指示，
其中，所述配给装置包括可移位喷嘴，所述可移位喷嘴具有用于将一部分所述奶样本供应到所述喷嘴的供应管线，所述喷嘴被布置用于将所述样本部分向上供应到所述试剂垫，其中，所述配给装置进一步包括喷嘴移动器，所述喷嘴移动器被布置为在所述控制单元的控制下使所述可移位喷嘴朝向和远离所述带移动，
其中，所述配给装置包括溢流装置，所述溢流装置包括壁，特别是杯状物，所述壁至少部分地包围所述喷嘴，在所述壁与所述喷嘴之间设有溢流空间，进一步包括与所述溢流空间连接或可与其连接的排放口。
2.根据权利要求1所述的挤奶系统，进一步包括所述配给控制装置，所述配给控制装置包括用于在接触时封闭所述喷嘴的壁部分、以及移动器，所述移动器被布置为将所述壁部分定位在所述喷嘴与所述带之间，优选地将所述壁部分和所述喷嘴彼此压在一起。
3.根据权利要求2所述的挤奶系统，其中，所述壁部分是平坦的壁部分。
4.根据权利要求1或2所述的挤奶系统，其中，所述壁部分包括柔性材料，特别是弹性膜。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的挤奶系统，包括布置在所述壁部分周围的密封边缘，所述密封边缘和所述壁部分共同形成用于接纳所述喷嘴的第二空间。
6.根据权利要求5所述的挤奶系统，其中，当所述喷嘴被接纳在所述第二空间中时，所述溢流装置的壁和所述密封边缘处于密封接触，所述溢流空间和所述第二空间处于直接流体连接。
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