CN113567095B - 一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置 - Google Patents

一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，包括：氧气面罩、密封单元、高度模拟单元、模拟呼吸单元、供氧单元、采样单元及控制单元；高度模拟单元设有高度模拟舱；密封单元包括密封工装和泄漏量调节阀；密封工装和泄漏量调节阀均安装在高度模拟舱内；密封工装的一端为开口，另一端设有与其内腔相通的三个接口，分别为接口A、接口B和接口C；氧气面罩安装在密封工装的开口端，使得氧气面罩和密封工装组成气体腔；氧气面罩与供氧单元连接；接口A通过管路与模拟呼吸单元连接；接口B上安装有泄漏量调节阀；接口C与采样单元连接；本发明能够测量氧气面罩在不同高度下，保持乘客安全氧分压时所需的供氧流量，进而得到氧气面罩的性能代码。

Description

一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置。
背景技术
飞机氧气面罩布置在飞机座舱内，当发生紧急情况时，可为座舱内乘客及机组人员提供应急供氧，是一种必备的应急救生装置。飞机在高空飞行时，一旦发生紧急情况使加压的座舱遭到破坏，座舱内的压力就会急剧下降，导致座舱内乘客体内的氧分压急剧下降，发生缺氧甚至危及生命安全。
为维持乘客安全的氧分压，需通过氧气面罩为乘客应急供氧。氧气面罩作为唯一的应急供氧装置，在不同飞行高度下所需提供的氧气流量不同，测定氧气面罩在不同高度下，保持乘客安全氧分压时所需的供氧流量尤为重要。
由于对新研氧气面罩需要进行供氧性能试验，以获得不同飞行高度下，所需给氧气面罩提供的氧气流量，即测定氧气面罩的性能代码；目前现有技术中，没有公开的测试装置能够测量氧气面罩供氧性能，即无法获得氧气面罩的性能代码。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，能够测量氧气面罩在不同高度下，保持乘客安全氧分压时所需的供氧流量，进而得到所述氧气面罩的性能代码。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，包括：氧气面罩、密封单元、高度模拟单元、模拟呼吸单元、供氧单元、采样单元及控制单元；
所述高度模拟单元设有高度模拟舱，所述高度模拟单元用于在高度模拟舱内模拟所述供氧性能试验的高空环境；
所述密封单元用于模拟人类的口腔，包括密封工装和泄漏量调节阀；所述密封工装和泄漏量调节阀均安装在高度模拟舱内；所述密封工装的一端为开口，另一端设有与其内腔相通的三个接口，三个接口分别为接口A、接口B和接口C；所述氧气面罩安装在所述密封工装的开口端，并将所述开口封闭，使得氧气面罩和密封工装组成气体腔；所述氧气面罩与所述供氧单元连接，所述供氧单元用于通过氧气面罩给所述气体腔输入氧气；
所述接口A通过管路与模拟呼吸单元连接，所述模拟呼吸单元用于模拟人类的正弦式呼吸；所述接口B上安装有泄漏量调节阀，通过调节泄漏量调节阀的开口，调整氧气面罩的泄漏量；所述接口C与采样单元连接，所述采样单元用于对氧气面罩和密封工装组成气体腔内的空气样品进行采样，并测量所述空气样品的氧气浓度；
所述控制单元用于负责整个装置的控制及逻辑运算。
进一步的，所述高度模拟单元还包括：压力传感器、温度传感器、氧气浓度传感器A、真空泵及电磁阀；
所述压力传感器和温度传感器均安装在高度模拟舱内，所述真空泵和电磁阀均安装在高度模拟舱外，且分别通过管路与所述高度模拟舱的内腔相通；所述真空泵的排气气路上安装有所述氧气浓度传感器A；所述压力传感器、温度传感器、氧气浓度传感器A、真空泵及电磁阀均与所述控制单元电性连接；
所述控制单元用于控制真空泵抽取高度模拟舱内的空气，使得高度模拟舱内的环境压力在试验所需高空环境对应的压力区间内；
所述压力传感器用于实时测量高度模拟舱内的环境压力，并反馈给控制单元；所述控制单元根据该反馈的环境压力，调节电磁阀的开度，以微调高度模拟舱内的环境压力为试验所需高空环境对应的压力值；
所述温度传感器用于测量高度模拟舱内的温度，并将所述温度数据传输给控制单元进行显示；
所述氧气浓度传感器A用于测量氧气面罩处的空气中氧气浓度，并将所述氧气浓度数据传输给控制单元进行显示。
进一步的，所述供氧单元包括：氧气钢瓶和气体质量流量计；所述氧气钢瓶通过氧气导管与所述氧气面罩连接，进而与氧气面罩和密封工装组成的气体腔相通；所述氧气导管上安装有气体质量流量计，所述气体质量流量计与所述控制单元电性连接，所述控制单元用于控制所述气体质量流量计的开度，进而调整通过氧气面罩进入到所述气体腔的供氧流量。
进一步的，所述采样单元包括：采样泵、样本收集舱、氧气浓度传感器B；
所述采样泵的进气口通过管路与所述密封工装的接口C连接，所述采样泵的排气口通过管路与所述样本收集舱的进气孔连接；所述样本收集舱的出气孔通过管路与氧气浓度传感器B连接，且采样泵和氧气浓度传感器B均与所述控制单元电性连接；
所述控制单元用于控制采样泵的启停，所述采样泵用于采集氧气面罩和密封工装组成的气体腔内的空气样品，并输出给样本收集舱；
所述氧气浓度传感器B用于测量样本收集舱内的空气样品的氧气浓度，并将所述氧气浓度数据传输给控制单元进行显示。
进一步的，所述模拟呼吸单元与所述控制单元电性连接；所述控制单元用于控制模拟呼吸单元的模拟呼吸。
进一步的，所述密封工装的容积为50毫升。
进一步的，所述模拟呼吸单元采用呼吸机。
进一步的，所述控制单元采用电脑。
进一步的，所述氧气面罩上设有呼气孔；所述真空泵的管路末端的抽气点与氧气面罩的呼气孔之间的距离不大于200mm。
进一步的，所述模拟呼吸的潮气量调节范围为0.3L-BTPS～1.5L-BTPS，每分钟呼吸量的调节范围为5LPM-BTPS～100LPM-BTPS。
有益效果：
(1)本发明能够完成氧气面罩在不同高度下，保持乘客安全氧分压时所需的供氧流量的测量，进而得到所述氧气面罩的性能代码。
(2)本发明使用密封工装代替头模，通过泄漏量调节阀调节氧气面罩的泄漏量，具有结构简单，安装简便的特点。
(3)本发明使用两个氧气浓度传感器分别测量高度模拟舱内的氧气浓度和氧气面罩和密封工装组成的气体腔内的氧气浓度，通过监测高度模拟舱内的氧气浓度变化，能够排除外界环境氧气浓度对氧气面罩供氧性能测试的干扰。
(4)本发明使用控制单元控制模拟高度调节及供氧流量调节，具有自动化程度高、响应速度快、重复性好、可靠性与准确度高的特点。
附图说明
图1为本发明的组成原理图；
其中，1-氧气钢瓶，2-质量流量计，3-高度模拟舱，4-氧气面罩，5-密封工装，6-泄漏量调节阀，7-压力传感器，8-温度传感器，9-电磁阀，10-氧气浓度传感器A，11-真空泵，12-采样泵，13-样本收集舱，14-氧气浓度传感器B，15-模拟呼吸单元，16-控制单元。
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。
本实施例提供了一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，参见附图1，包括：氧气面罩4、密封单元、高度模拟单元、模拟呼吸单元15、供氧单元、采样单元及控制单元16；
所述控制单元16用于负责整个装置的控制及逻辑运算；
所述模拟呼吸单元15用于模拟人类的正弦式呼吸，所述模拟呼吸单元15与所述控制单元16电性连接；所述控制单元16用于控制模拟呼吸单元15的模拟呼吸；所述模拟呼吸的潮气量调节范围为0.3L-BTPS～1.5L-BTPS，每分钟呼吸量的调节范围为5LPM-BTPS～100LPM-BTPS，其中，L为升，LPM为升每分钟，BTPS为Body Temperature and PressureSaturated，即为37℃下、饱和水蒸气的环境大气压；
所述密封单元用于模拟人类的口腔，包括密封工装5和泄漏量调节阀6；
所述密封工装5的一端为开口，另一端设有与其内腔相通的三个接口，三个接口分别为接口A、接口B和接口C；所述密封工装5的容积为50毫升；
所述氧气面罩4安装在所述密封工装5的开口端，并将所述开口封闭，使得氧气面罩4和密封工装5组成气体腔；所述氧气面罩4用于给密封工装5通入氧气；所述氧气面罩4上设有呼气孔；
所述接口A通过管路与模拟呼吸单元15连接，所述接口B上安装有泄漏量调节阀6，通过调节泄漏量调节阀6的开口，来调整氧气面罩4的泄漏量；
所述高度模拟单元用于模拟所述供氧性能试验的高空环境，包括：高度模拟舱3、压力传感器7、温度传感器8、氧气浓度传感器A10、真空泵11及电磁阀9；
所述密封单元和述氧气面罩4均位于在高度模拟舱3内；
所述压力传感器7和温度传感器8均安装在高度模拟舱3内，所述真空泵11和电磁阀9均安装在高度模拟舱3外，且分别通过管路与所述高度模拟舱3的内腔相通，所述真空泵11的管路末端的抽气点与氧气面罩4的呼气孔之间的距离不大于200mm；所述真空泵11的排气气路上安装有所述氧气浓度传感器A10；所述压力传感器7、温度传感器8、氧气浓度传感器A10、真空泵11及电磁阀9均与所述控制单元16电性连接；
所述控制单元16用于控制真空泵11抽取高度模拟舱3内的空气，使得高度模拟舱3内的环境压力在试验所需高空环境对应的压力区间内；
所述压力传感器7用于实时测量高度模拟舱3内的环境压力，并反馈给控制单元16；所述控制单元16根据该反馈的环境压力，调节电磁阀9的开度，以微调高度模拟舱3内的环境压力为试验所需高空环境对应的压力值；
所述温度传感器8用于测量高度模拟舱3内的温度，并将所述温度数据传输给控制单元16进行显示；
所述氧气浓度传感器A10用于测量氧气面罩4附近空气中氧气浓度，并将所述氧气浓度数据传输给控制单元16进行显示；且氧气浓度传感器A10的读数不得大于22％；
所述供氧单元包括：氧气钢瓶1和气体质量流量计2；所述氧气钢瓶1通过氧气导管与所述氧气面罩4连接，进而与氧气面罩4和密封工装5组成的气体腔相通；所述氧气导管上安装有气体质量流量计2，所述气体质量流量计2与所述控制单元16电性连接，所述控制单元16用于控制所述气体质量流量计2的开度，进而调整通过氧气面罩4进入到所述气体腔的供氧流量；
所述采样单元包括：采样泵12、样本收集舱13、氧气浓度传感器B14，所述采样泵12的进气口通过管路与所述密封工装5的接口C连接，所述采样泵12的排气口通过管路与所述样本收集舱13的进气孔连接；所述样本收集舱13的出气孔通过管路与氧气浓度传感器B14连接，且采样泵12和氧气浓度传感器B14均与所述控制单元16电性连接；
所述控制单元16用于控制采样泵12的启停，所述采样泵12用于采集氧气面罩4和密封工装5组成的气体腔内的空气样品，并输出给样本收集舱13；且采样泵12的启停与模拟呼吸单元15联动，通过模拟呼吸单元15的反馈信号可以判断模拟呼吸单元15处于呼气阶段或是吸气阶段，在呼气阶段，采样泵12的电源接通，开始采样，在吸气阶段，采样泵12电源断开，停止采样；
所述氧气浓度传感器B14用于测量样本收集舱13内的空气样品的氧气浓度，并将所述氧气浓度数据传输给控制单元16进行显示；
其中，所述控制单元16采用电脑，所述模拟呼吸单元15采用呼吸机。
工作原理：根据适航条款规定，在不同的座舱高度环境下，通过氧气面罩4被人体吸入的气体中氧气浓度含量不同，参见表1；
表1
序号 座舱高度 适航要求吸入的最低氧气浓度
1 15000英尺 26.17％
2 25000英尺 35.6％
3 30000英尺 46.78％
4 40000英尺 88.98％
(1)实施例1：在将氧气面罩4安装在密封工装5上后，调节泄漏量调节阀6的开口，将氧气面罩4的泄漏量调整为设定值，如100cc；
控制单元16中输入需要模拟的高度值，如40000英尺，所述控制单元16根据所述高度值控制高度模拟单元工作，即分别控制真空泵11及电磁阀9的工作，使得高度模拟舱3的环境压力为试验所需高空环境对应的压力值；
待高度模拟舱3的环境压力稳定后，通过控制单元16启动模拟呼吸单元15，并设置模拟呼吸单元15的模拟呼吸的潮气量为1.1LPM-BTPS及每分钟呼吸量为30LPM-BTPS；
打开氧气钢瓶1阀门，并通过控制单元16设置气体质量流量计2的供氧流量为3.1LPM-NTPD，其中，NTPD为Normal Temperature Pressure Dry，即为21℃、标准大气压下的干燥气体；
三分钟后，通过控制单元16控制采样泵12的启动，采集氧气面罩4和密封工装5组成的气体腔内的空气样品，并通过氧气浓度传感器B14测量所述空气样品的氧气浓度，本实施例为89.3％；
因此表明，在高度40000英尺，潮气量1.1LPM-BTPS，每分钟呼吸量30LPM-BTPS，氧气面罩4的供氧流量为3.1LPM-NTPD时，吸入气管内的氧气浓度为89.3％，符合适航要求吸入的最低氧气浓度的要求，此时，在高度40000英尺，该氧气面罩4的性能代码为3.1。
(2)实施例2：在将氧气面罩4安装在密封工装5上后，调节泄漏量调节阀6的开口，将氧气面罩4的泄漏量调整为设定值，如100cc；
控制单元16中输入需要模拟的高度值，如30000英尺，所述控制单元16根据所述高度值控制高度模拟单元工作，即分别控制真空泵11及电磁阀9的工作，使得高度模拟舱3的环境压力为试验所需高空环境对应的压力值；
待高度模拟舱3的环境压力稳定后，通过控制单元16启动模拟呼吸单元15，并设置模拟呼吸单元15的模拟呼吸的潮气量为1.1LPM-BTPS及每分钟呼吸量为30LPM-BTPS；
打开氧气钢瓶1阀门，并通过控制单元16设置气体质量流量计2的供氧流量为2.2LPM-NTPD，其中，NTPD为Normal Temperature Pressure Dry，即为21℃、标准大气压下的干燥气体；
三分钟后，通过控制单元16控制采样泵12的启动，采集氧气面罩4和密封工装5组成的气体腔内的空气样品，并通过氧气浓度传感器B14测量所述空气样品的氧气浓度，本实施例为47.3％；
因此表明，在高度30000英尺，潮气量1.1LPM-BTPS，每分钟呼吸量30LPM-BTPS，氧气面罩4的供氧流量为2.2LPM-NTPD时，吸入气管内的氧气浓度为47.3％，符合适航要求吸入的最低氧气浓度的要求，此时，在高度30000英尺，该氧气面罩4的性能代码为2.2。
(3)实施例3：在将氧气面罩4安装在密封工装5上后，调节泄漏量调节阀6的开口，将氧气面罩4的泄漏量调整为设定值，如100cc；
控制单元16中输入需要模拟的高度值，如25000英尺，所述控制单元16根据所述高度值控制高度模拟单元工作，即分别控制真空泵11及电磁阀9的工作，使得高度模拟舱3的环境压力为试验所需高空环境对应的压力值；
待高度模拟舱3的环境压力稳定后，通过控制单元16启动模拟呼吸单元15，并设置模拟呼吸单元15的模拟呼吸的潮气量为1.1LPM-BTPS及每分钟呼吸量为30LPM-BTPS；
打开氧气钢瓶1阀门，并通过控制单元16设置气体质量流量计2的供氧流量为1.7LPM-NTPD，其中，NTPD为Normal Temperature Pressure Dry，即为21℃、标准大气压下的干燥气体；
三分钟后，通过控制单元16控制采样泵12的启动，采集氧气面罩4和密封工装5组成的气体腔内的空气样品，并通过氧气浓度传感器B14测量所述空气样品的氧气浓度，本实施例为37.6％；
因此表明，在高度25000英尺，潮气量1.1LPM-BTPS，每分钟呼吸量30LPM-BTPS，氧气面罩4的供氧流量为1.7LPM-NTPD时，吸入气管内的氧气浓度为37.6％，符合适航要求吸入的最低氧气浓度的要求，此时，在高度25000英尺，该氧气面罩4的性能代码为1.7。
(4)实施例4：在将氧气面罩4安装在密封工装5上后，调节泄漏量调节阀6的开口，将氧气面罩4的泄漏量调整为设定值，如100cc；
控制单元16中输入需要模拟的高度值，如15000英尺，所述控制单元16根据所述高度值控制高度模拟单元工作，即分别控制真空泵11及电磁阀9的工作，使得高度模拟舱3的环境压力为试验所需高空环境对应的压力值；
待高度模拟舱3的环境压力稳定后，通过控制单元16启动模拟呼吸单元15，并设置模拟呼吸单元15的模拟呼吸的潮气量为0.7LPM-BTPS及每分钟呼吸量为15LPM-BTPS；
打开氧气钢瓶1阀门，并通过控制单元16设置气体质量流量计2的供氧流量为0.5LPM-NTPD，其中，NTPD为Normal Temperature Pressure Dry，即为21℃、标准大气压下的干燥气体；
三分钟后，通过控制单元16控制采样泵12的启动，采集氧气面罩4和密封工装5组成的气体腔内的空气样品，并通过氧气浓度传感器B14测量所述空气样品的氧气浓度，本实施例为27.3％；
因此表明，在高度15000英尺，潮气量0.7LPM-BTPS，每分钟呼吸量15LPM-BTPS，氧气面罩4的供氧流量为0.5LPM-NTPD时，吸入气管内的氧气浓度为27.3％，符合适航要求吸入的最低氧气浓度的要求，此时，在高度15000英尺，该氧气面罩4的性能代码为0.5。
最终，根据实施例1-4可知，该氧气面罩4的最终性能代码为05172231。
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 (9)

1.一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，包括：氧气面罩(4)、密封单元、高度模拟单元、模拟呼吸单元(15)、供氧单元、采样单元及控制单元(16)；
所述高度模拟单元设有高度模拟舱(3)，所述高度模拟单元用于在高度模拟舱(3)内模拟所述供氧性能试验的高空环境；
所述密封单元用于模拟人类的口腔，包括密封工装(5)和泄漏量调节阀(6)；所述密封工装(5)和泄漏量调节阀(6)均安装在高度模拟舱(3)内；所述密封工装(5)的一端为开口，另一端设有与其内腔相通的三个接口，三个接口分别为接口A、接口B和接口C；所述氧气面罩(4)安装在所述密封工装(5)的开口端，并将所述开口封闭，使得氧气面罩(4)和密封工装(5)组成气体腔；所述氧气面罩(4)与所述供氧单元连接，所述供氧单元用于通过氧气面罩(4)给所述气体腔输入氧气；
所述接口A通过管路与模拟呼吸单元(15)连接，所述模拟呼吸单元(15)用于模拟人类的正弦式呼吸；所述接口B上安装有泄漏量调节阀(6)，通过调节泄漏量调节阀(6)的开口，调整氧气面罩(4)的泄漏量；所述接口C与采样单元连接，所述采样单元用于对氧气面罩(4)和密封工装(5)组成气体腔内的空气样品进行采样，并测量所述空气样品的氧气浓度；
所述控制单元(16)用于负责整个装置的控制及逻辑运算；
所述高度模拟单元还包括：压力传感器(7)、温度传感器(8)、氧气浓度传感器A(10)、真空泵(11)及电磁阀(9)；
所述压力传感器(7)和温度传感器(8)均安装在高度模拟舱(3)内，所述真空泵(11)和电磁阀(9)均安装在高度模拟舱(3)外，且分别通过管路与所述高度模拟舱(3)的内腔相通；所述真空泵(11)的排气气路上安装有所述氧气浓度传感器A(10)；所述压力传感器(7)、温度传感器(8)、氧气浓度传感器A(10)、真空泵(11)及电磁阀(9)均与所述控制单元(16)电性连接；
所述控制单元(16)用于控制真空泵(11)抽取高度模拟舱(3)内的空气，使得高度模拟舱(3)内的环境压力在试验所需高空环境对应的压力区间内；
所述压力传感器(7)用于实时测量高度模拟舱(3)内的环境压力，并反馈给控制单元(16)；所述控制单元(16)根据该反馈的环境压力，调节电磁阀(9)的开度，以微调高度模拟舱(3)内的环境压力为试验所需高空环境对应的压力值；
所述温度传感器(8)用于测量高度模拟舱(3)内的温度，并将所述温度数据传输给控制单元(16)进行显示；
所述氧气浓度传感器A(10)用于测量氧气面罩(4)处的空气中氧气浓度，并将所述氧气浓度数据传输给控制单元(16)进行显示。
2.如权利要求1所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述供氧单元包括：氧气钢瓶(1)和气体质量流量计(2)；所述氧气钢瓶(1)通过氧气导管与所述氧气面罩(4)连接，进而与氧气面罩(4)和密封工装(5)组成的气体腔相通；所述氧气导管上安装有气体质量流量计(2)，所述气体质量流量计(2)与所述控制单元(16)电性连接，所述控制单元(16)用于控制所述气体质量流量计(2)的开度，进而调整通过氧气面罩(4)进入到所述气体腔的供氧流量。
3.如权利要求1所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述采样单元包括：采样泵(12)、样本收集舱(13)、氧气浓度传感器B(14)；
所述采样泵(12)的进气口通过管路与所述密封工装(5)的接口C连接，所述采样泵(12)的排气口通过管路与所述样本收集舱(13)的进气孔连接；所述样本收集舱(13)的出气孔通过管路与氧气浓度传感器B(14)连接，且采样泵(12)和氧气浓度传感器B(14)均与所述控制单元(16)电性连接；
所述控制单元(16)用于控制采样泵(12)的启停，所述采样泵(12)用于采集氧气面罩(4)和密封工装(5)组成的气体腔内的空气样品，并输出给样本收集舱(13)；
所述氧气浓度传感器B(14)用于测量样本收集舱(13)内的空气样品的氧气浓度，并将所述氧气浓度数据传输给控制单元(16)进行显示。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述模拟呼吸单元(15)与所述控制单元(16)电性连接；所述控制单元(16)用于控制模拟呼吸单元(15)的模拟呼吸。
5.如权利要求1-3任一项所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述密封工装(5)的容积为50毫升。
6.如权利要求1-3任一项所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述模拟呼吸单元(15)采用呼吸机。
7.如权利要求1-3任一项所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述控制单元(16)采用电脑。
8.如权利要求1-3任一项所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述氧气面罩(4)上设有呼气孔；
所述真空泵(11)的管路末端的抽气点与氧气面罩(4)的呼气孔之间的距离不大于200mm。
9.如权利要求4所述的一种飞机用氧气面罩供氧性能试验装置，其特征在于，所述模拟呼吸的潮气量调节范围为0.3L-BTPS～1.5L-BTPS，每分钟呼吸量的调节范围为5LPM-BTPS～100LPM-BTPS。
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