CN112769418B - 一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机传感器信号处理技术领域，具体公开了一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，包括激励模拟电路、相移电路、数字逻辑单元、金属屑末信号产生电路以及信号调制电路，激励模拟电路的输出端与相移电路相连，数字逻辑单元与金属屑末信号产生电路相连，相移电路和金属屑末信号产生电路均与信号调制电路相连，信号调制电路对外与金属屑末信号处理电路相连，激励模拟电路对外与金属屑末激励产生电路相连。本发明能够对金属屑末随机性双边脉冲信号进行模拟，模拟相位可调、幅值可调的金属屑末信号，代替金属屑末传感器、油路和运动颗粒，可以模拟真实传感器对滑油中的金属屑末情况进行监测测量的情形。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机传感器信号处理技术领域，更具体地，涉及一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路。
背景技术
航空发动机滑油金属屑末的含量反应了发动机机械旋转部件的磨损状况，发动机机械旋转部件的安全稳定在发动机安全健康中有着重大意义，为保证发动机安全健康，诊断监测发动机安全，需对发动机滑油中的金属屑末情况进行监测测量。然而在滑油金属屑末监测装置的研发过程中，需要和传感器、油路、运动颗粒配合进行大量试验，该试验对场地、设备、资金等要求较高，目前并没有对滑油金属屑末传感器、油路、运动颗粒进行等效模拟的电路装置，导致相关试验复杂，发动机滑油金属屑末监测装置研发效率低。
发明内容
本发明提供了一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，以解决现有技术中存在的并没有对滑油金属屑末传感器、油路、运动颗粒进行等效模拟的电路装置，导致相关试验复杂，发动机滑油金属屑末监测装置研发效率低的技术问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，包括激励模拟电路、相移电路、数字逻辑单元、金属屑末信号产生电路以及信号调制电路，其中，所述激励模拟电路的输出端与相移电路相连，所述数字逻辑单元与所述金属屑末信号产生电路相连，所述相移电路和金属屑末信号产生电路均与所述信号调制电路相连，所述信号调制电路对外与金属屑末信号处理电路相连，所述激励模拟电路对外与金属屑末激励产生电路相连。
进一步地，所述激励模拟电路包括模拟传感器和激励信号采集电路，其中，所述模拟传感器内部具有由电感和电容并联构成的LC并联电路，所述LC并联电路分别与所述金属屑末激励产生电路和激励信号采集电路连接，所述激励信号采集电路还与所述相移电路连接。
进一步地，所述金属屑末激励产生电路包括第一电阻R1至第十二电阻R12、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管V1、MOS管V2、第二三极管V3、第三三极管V4、第一调整件L3（T）以及第二调整件L4（T），其中，所述第一电阻R1分别与所述第一电容C1的一端和第二电容C2的一端连接，所述第一电阻R1和第一电容C1组成RC低通滤波器，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电容C2的另一端连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第三电阻R3的一端和所述第二三极管V3的基极，所述第二三极管V3的发射极接-15V电压，所述第二三极管V3的集电极分别连接所述第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端以及第五电阻R5的一端，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端分别连接第六电阻R6的一端、第一三极管V1的基极以及第三三极管V4的基极，所述第六电阻R6的另一端分别连接第七电阻R7的一端、第一三极管V1的发射极以及第三三极管V4的发射极，所述第一三极管V1的集电极连接第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第三三极管V4的集电极连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端接-15V电压，所述第七电阻R7的另一端分别连接第十电阻R10的一端和MOS管V2的栅极，所述MOS管V2的源极连接所述第十电阻R10的另一端，所述MOS管V2的漏极连接第十一电阻R11的一端，所述第十一电阻R11的另一端通过所述第二调整件L4（T）连接输出负端，第十二电阻R12通过所述第一调整件L3（T）连接输出正端。
进一步地，所述相移电路包括第十三电阻R13至第十八电阻R18、第三电容C3、第四电容C4、第一运放U1以及第二运放U2，其中，所述第三电容C3分别与所述第十三电阻R13的一端和第一运放U1的正输入端相连，所述第十三电阻R13的另一端接地，所述第一运放U1的负输入端分别与第十四电阻R14和第十五电阻R15的一端连接，所述第十五电阻R15的另一端分别与所述运放U1的输出端、第十六电阻R16的一端、第十七电阻R17的一端连接，所述第十六电阻R16的另一端分别与所述第四电容C4的一端和第二运放U2的正输入端连接，所述第十七电阻R17的另一端分别与所述第十八电阻R18的一端和第二运放U2的负输入端连接，所述第十八电阻R18的另一端与所述第二运放U2的输出端连接。
进一步地，所述数字逻辑单元的型号为XQ7Z020。
进一步地，所述金属屑末信号产生电路包括DA芯片、第十九电阻R19至第二十六电阻R26、第五电容C5、第六电容C6、第三运放U3以及第四运放U4，其中，所述第十九电阻R19和第二十电阻R20串联后并接在所述DA芯片的两端，所述DA芯片的一端还通过第二十一电阻R21分别与第二十二电阻R22和所述第三运放U3的正输入端相连，所述DA芯片的另一端还通过第二十三电阻R23分别与第二十四电阻R24的一端和所述第三运放U3的负输入端相连，所述第二十四电阻R24的另一端分别与所述第三运放U3的输出端和第二十五电阻R25的一端连接，所述第二十五电阻R25的另一端分别与所述第五电容C5的一端和第二十六电阻R26的一端连接，所述第二十六电阻R26的另一端分别与所述第四运放U4的正输入端和第六电容C6的一端连接，所述第六电容C6的另一端接地，所述第五电容C5的另一端分别与所述第四运放U4的输出端和第四运放U4的负输入端连接。
进一步地，所述信号调制电路采用型号为AD835的乘法调制电路。
进一步地，所述金属屑末信号处理电路的型号为METALSCAN。
进一步地，所述数字逻辑单元通过总线和IO端口与所述金属屑末信号产生电路相连。
进一步地，所述激励模拟电路和金属屑末激励产生电路配合产生正弦激励信号；所述相移电路用于对所述正弦激励信号进行电平转换和移相处理后输出相移后的正弦激励信号；所述数字逻辑单元用于产生随机性金属屑末数字信号；所述金属屑末信号产生电路用于对所述随机性金属屑末数字信号进行DA转换和低通滤波处理后生成双边脉冲金属屑末模拟信号；所述信号调制电路用于对所述双边脉冲金属屑末模拟信号和相移后的正弦激励信号进行调制，输出调制后的金属屑末信号至所述金属屑末信号处理电路。
本发明提供的航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路具有以下优点：能够对金属屑末随机性双边脉冲信号进行模拟，模拟相位可调、幅值可调的金属屑末信号，代替金属屑末传感器、油路和运动颗粒，可以模拟真实传感器对滑油中的金属屑末情况进行监测测量的情形，从而简化相关试验，提高发动机滑油金属屑末监测装置研发效率。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路的原理框图。
图2为本发明提供的航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路的一实施例原理框图。
图3为本发明提供的激励模拟电路的原理框图。
图4为本发明提供的金属屑末激励产生电路的结构示意图。
图5为本发明提供的相移电路的原理框图。
图6为本发明提供的数字逻辑单元和金属屑末信号产生电路的原理框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本实施例中提供了一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，如图1所示，所述航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路包括激励模拟电路1、相移电路2、数字逻辑单元3、金属屑末信号产生电路4以及信号调制电路5，其中，所述激励模拟电路1的输出端与相移电路2相连，所述数字逻辑单元3与所述金属屑末信号产生电路4相连，所述相移电路2和金属屑末信号产生电路4均与所述信号调制电路5相连，所述信号调制电路5对外与金属屑末信号处理电路相连，所述激励模拟电路1对外与金属屑末激励产生电路相连。
优选地，如图2所示，所述数字逻辑单元3的型号为XQ7Z020，所述信号调制电路5采用型号为AD835的乘法调制电路。
优选地，如图3所示，所述激励模拟电路1包括模拟传感器和激励信号采集电路，激励模拟电路1通过LC谐振电路模拟传感器激励原理，其中，所述模拟传感器内部具有由电感11和电容12并联构成的LC并联电路，所述LC并联电路分别与所述金属屑末激励产生电路和激励信号采集电路连接，所述激励信号采集电路还与所述相移电路2连接；其中，所述激励模拟电路1和金属屑末激励产生电路连接，可产生频率107kHz、±30V的正弦激励信号。
优选地，如图4所示，所述金属屑末激励产生电路包括第一电阻R1至第十二电阻R12、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管V1、MOS管V2、第二三极管V3、第三三极管V4、第一调整件L3（T）以及第二调整件L4（T），其中，所述第一电阻R1分别与所述第一电容C1的一端和第二电容C2的一端连接，所述第一电阻R1和第一电容C1组成RC低通滤波器，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电容C2的另一端连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第三电阻R3的一端和所述第二三极管V3的基极，所述第二三极管V3的发射极接-15V电压，所述第二三极管V3的集电极分别连接所述第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端以及第五电阻R5的一端，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端分别连接第六电阻R6的一端、第一三极管V1的基极以及第三三极管V4的基极，所述第六电阻R6的另一端分别连接第七电阻R7的一端、第一三极管V1的发射极以及第三三极管V4的发射极，所述第一三极管V1的集电极连接第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第三三极管V4的集电极连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端接-15V电压，所述第七电阻R7的另一端分别连接第十电阻R10的一端和MOS管V2的栅极，所述MOS管V2的源极连接所述第十电阻R10的另一端，所述MOS管V2的漏极连接第十一电阻R11的一端，所述第十一电阻R11的另一端通过所述第二调整件L4（T）连接输出负端，第十二电阻R12通过所述第一调整件L3（T）连接输出正端。
具体地，如图4所示，数字逻辑单元发出0-3.3V、频率107kHz的方波信号，输入到金属屑末激励产生电路的入口，通过第一电阻R1和第一电容C1组成的RC低通滤波器滤波后，再通过由第一三极管V1、第二三极管V3和第三三极管V4构成的图腾柱电路，驱动MOS管V2，MOS管V2的源极输出接图3中的模拟传感器，模拟传感器内部具有LC并联网络，对频率进行选频，形成±30V正弦激励信号，±30V正弦激励信号输入到图3后端的激励信号采集电路。
优选地，如图5所示，所述相移电路2包括第十三电阻R13至第十八电阻R18、第三电容C3、第四电容C4、第一运放U1以及第二运放U2，其中，所述第三电容C3分别与所述第十三电阻R13的一端和第一运放U1的正输入端相连，所述第十三电阻R13的另一端接地，所述第一运放U1的负输入端分别与第十四电阻R14和第十五电阻R15的一端连接，所述第十五电阻R15的另一端分别与所述运放U1的输出端、第十六电阻R16的一端、第十七电阻R17的一端连接，所述第十六电阻R16的另一端分别与所述第四电容C4的一端和第二运放U2的正输入端连接，所述第十七电阻R17的另一端分别与所述第十八电阻R18的一端和第二运放U2的负输入端连接，所述第十八电阻R18的另一端与所述第二运放U2的输出端连接；其中，第一运放U1和第二运放U2的型号均为OP249。
具体地，如图5所示，相移电路2通过三电阻分压电路，从激励信号采集电路采集到的±30V正弦激励信号中获取到±1V的正弦信号作为相移电路输入信号，相移电路输入信号经过C3和R13组成的RC网络后与运放U1的正输入端相连，相移电路输入信号经过R14后与第一运放U1的负输入端相连，C3、R13、R14、R15和第一运放U1共同构成一级相移电路，一级相移电路输出的信号经过R16和C4组成的RC网络后与运放U2的正输入端相连，一级相移电路输出的信号经过R17后与运放U2的负输入端相连，C4、R16、R17、R18和第二运放U2共同构成二级相移电路；本发明通过由高速运放构成的同相缓冲电路进行阻抗匹配，再通过两个高速运放构成的0-180°超前移相电路级联构成-180°-180°的移相电路，模拟金属屑末信号的相移过程，相移电路2输出相移后的正弦激励信号。
优选地，如图6所示，所述金属屑末信号产生电路4包括DA芯片、第十九电阻R19至第二十六电阻R26、第五电容C5、第六电容C6、第三运放U3以及第四运放U4，其中，所述第十九电阻R19和第二十电阻R20串联后并接在所述DA芯片的两端，所述DA芯片的一端还通过第二十一电阻R21分别与第二十二电阻R22和所述第三运放U3的正输入端相连，所述DA芯片的另一端还通过第二十三电阻R23分别与第二十四电阻R24的一端和所述第三运放U3的负输入端相连，所述第二十四电阻R24的另一端分别与所述第三运放U3的输出端和第二十五电阻R25的一端连接，所述第二十五电阻R25的另一端分别与所述第五电容C5的一端和第二十六电阻R26的一端连接，所述第二十六电阻R26的另一端分别与所述第四运放U4的正输入端和第六电容C6的一端连接，所述第六电容C6的另一端接地，所述第五电容C5的另一端分别与所述第四运放U4的输出端和第四运放U4的负输入端连接；其中，DA芯片的型号为LTC1668，第三运放U3和第四运放U4的型号均为OP249。
具体地，如图6所示，采用数字逻辑单元作为计算核心，通过伪随机数算法，模拟金属屑末信号的随机性产生过程，并通过双边正弦信号模拟金属屑末信号，数字逻辑单元根据DA芯片的输入要求进行数字化处理，生成数字信号，输入到DA芯片的输入端中；DA芯片输出的信号通过采样电阻R19和R20采样将电流信号转化为电压信号，R19、R20、R21、R22、R23、R24和运放U3共同构成获取模拟金属屑末电压信号的电路，金属屑末双边脉冲的电压信号再经过R25、R26、C5、C6和U4构成的有源低通滤波电路滤波后输出双边脉冲金属屑末模拟信号。
具体地，所述信号调制电路5通过乘法器对双边脉冲金属屑末模拟信号和相移电路输出的信号进行调制，模拟金属屑末传感器的调制过程，即将图5和图6的输出信号作为两个输入信号输入到乘法器进行调制，乘法器输出调制后的金属屑末信号。
优选地，所述金属屑末信号处理电路的型号为METALSCAN。
优选地，所述数字逻辑单元3通过总线和IO端口与所述金属屑末信号产生电路4相连。
如图1-2所示，本发明提供的航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路的工作原理如下：所述激励模拟电路1和金属屑末激励产生电路配合产生正弦激励信号；所述相移电路2用于对所述正弦激励信号进行电平转换，并经过-180°-180°的移相处理后，输出相移后的正弦激励信号；所述数字逻辑单元3用于产生随机性金属屑末数字信号；所述金属屑末信号产生电路4用于对所述随机性金属屑末数字信号进行DA转换和低通滤波处理后生成双边脉冲金属屑末模拟信号；所述信号调制电路5用于对所述双边脉冲金属屑末模拟信号和相移后的正弦激励信号进行调制，输出调制后的金属屑末信号至所述金属屑末信号处理电路。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰变为等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，包括激励模拟电路（1）、相移电路（2）、数字逻辑单元（3）、金属屑末信号产生电路（4）以及信号调制电路（5），其中，所述激励模拟电路（1）的输出端与相移电路（2）相连，所述数字逻辑单元（3）与所述金属屑末信号产生电路（4）相连，所述相移电路（2）和金属屑末信号产生电路（4）均与所述信号调制电路（5）相连，所述信号调制电路（5）对外与金属屑末信号处理电路相连，所述激励模拟电路（1）对外与金属屑末激励产生电路相连；
所述激励模拟电路（1）和金属屑末激励产生电路配合产生正弦激励信号；所述相移电路（2）用于对所述正弦激励信号进行电平转换和移相处理后输出相移后的正弦激励信号；所述数字逻辑单元（3）用于产生随机性金属屑末数字信号；所述金属屑末信号产生电路（4）用于对所述随机性金属屑末数字信号进行DA转换和低通滤波处理后生成双边脉冲金属屑末模拟信号；所述信号调制电路（5）用于对所述双边脉冲金属屑末模拟信号和相移后的正弦激励信号进行调制，输出调制后的金属屑末信号至所述金属屑末信号处理电路。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述激励模拟电路（1）包括模拟传感器和激励信号采集电路，其中，所述模拟传感器内部具有由电感（11）和电容（12）并联构成的LC并联电路，所述LC并联电路分别与所述金属屑末激励产生电路和激励信号采集电路连接，所述激励信号采集电路还与所述相移电路（2）连接。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述金属屑末激励产生电路包括第一电阻R1至第十二电阻R12、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管V1、MOS管V2、第二三极管V3、第三三极管V4、第一调整件L3（T）以及第二调整件L4（T），其中，所述第一电阻R1分别与所述第一电容C1的一端和第二电容C2的一端连接，所述第一电阻R1和第一电容C1组成RC低通滤波器，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电容C2的另一端连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第三电阻R3的一端和所述第二三极管V3的基极，所述第二三极管V3的发射极接-15V电压，所述第二三极管V3的集电极分别连接所述第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端以及第五电阻R5的一端，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端分别连接第六电阻R6的一端、第一三极管V1的基极以及第三三极管V4的基极，所述第六电阻R6的另一端分别连接第七电阻R7的一端、第一三极管V1的发射极以及第三三极管V4的发射极，所述第一三极管V1的集电极连接第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第三三极管V4的集电极连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端接-15V电压，所述第七电阻R7的另一端分别连接第十电阻R10的一端和MOS管V2的栅极，所述MOS管V2的源极连接所述第十电阻R10的另一端，所述MOS管V2的漏极连接第十一电阻R11的一端，所述第十一电阻R11的另一端通过所述第二调整件L4（T）连接输出负端，第十二电阻R12通过所述第一调整件L3（T）连接输出正端。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述相移电路（2）包括第十三电阻R13至第十八电阻R18、第三电容C3、第四电容C4、第一运放U1以及第二运放U2，其中，所述第三电容C3分别与所述第十三电阻R13的一端和第一运放U1的正输入端相连，所述第十三电阻R13的另一端接地，所述第一运放U1的负输入端分别与第十四电阻R14和第十五电阻R15的一端连接，所述第十五电阻R15的另一端分别与所述运放U1的输出端、第十六电阻R16的一端、第十七电阻R17的一端连接，所述第十六电阻R16的另一端分别与所述第四电容C4的一端和第二运放U2的正输入端连接，所述第十七电阻R17的另一端分别与所述第十八电阻R18的一端和第二运放U2的负输入端连接，所述第十八电阻R18的另一端与所述第二运放U2的输出端连接。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述数字逻辑单元（3）的型号为XQ7Z020。
6.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述金属屑末信号产生电路（4）包括DA芯片、第十九电阻R19至第二十六电阻R26、第五电容C5、第六电容C6、第三运放U3以及第四运放U4，其中，所述第十九电阻R19和第二十电阻R20串联后并接在所述DA芯片的两端，所述DA芯片的一端还通过第二十一电阻R21分别与第二十二电阻R22和所述第三运放U3的正输入端相连，所述DA芯片的另一端还通过第二十三电阻R23分别与第二十四电阻R24的一端和所述第三运放U3的负输入端相连，所述第二十四电阻R24的另一端分别与所述第三运放U3的输出端和第二十五电阻R25的一端连接，所述第二十五电阻R25的另一端分别与所述第五电容C5的一端和第二十六电阻R26的一端连接，所述第二十六电阻R26的另一端分别与所述第四运放U4的正输入端和第六电容C6的一端连接，所述第六电容C6的另一端接地，所述第五电容C5的另一端分别与所述第四运放U4的输出端和第四运放U4的负输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述信号调制电路（5）采用型号为AD835的乘法调制电路。
8.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述金属屑末信号处理电路的型号为METALSCAN。
9.根据权利要求1所述的一种航空发动机滑油金属屑末信号模拟电路，其特征在于，所述数字逻辑单元（3）通过总线和IO端口与所述金属屑末信号产生电路（4）相连。
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| CN102953811A (zh) * | 2011-08-22 | 2013-03-06 | 四川新川航空仪器有限责任公司 | 一种金属屑末检测及处理方法和系统 |
| CN105241949A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-01-13 | 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 | 滑油金属屑末在线监测器的检测电路及载波信号解调方法 |
-
2020
- 2020-12-29 CN CN202011590812.8A patent/CN112769418B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5444367A (en) * | 1992-04-06 | 1995-08-22 | Minister Of National Defence | Method and apparatus for detecting particles in a fluid having coils isolated from external vibrations |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 新型三线圈式滑油磨粒在线监测传感器;王志娟 等;《纳米技术与精密工程》;20150315;第13卷(第2期);第154-159页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112769418A (zh) | 2021-05-07 |
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