CN114252558B - 一种具有自诊断功能的气体探测器 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体探测器技术领域，公开一种具有自诊断功能的气体探测器，设置有检测气体浓度的气体传感器模块，对环境的温湿度进行检测的温湿度检测模块，获取系统时间的时钟模块，采集气体传感器模块的供电电压的电源电压检测模块，采集气体传感器模块的电压模拟信号的传感器信号检测模块，对气体传感器模块检测到的气体浓度进行补偿计算的气体浓度补偿计算模块，对气体探测器的工作状态进行判断的自诊断逻辑判断模块，根据气体探测器的工作状态对气体浓度补偿计算模块进行控制的数据分析模块，进行数据上传的无线数据传输模块，本发明的气体探测器能对自身的工作状态进行自诊断，并且还能提供准确的气体浓度数据。

Description

一种具有自诊断功能的气体探测器

技术领域

本发明属于气体探测器技术领域，具体涉及一种具有自诊断功能的气体探测器。

背景技术

随着工业的发展，气体探测器被越来越多地运用在化工、石油、天然气、煤矿等众多行业中，用来完成对于气体浓度的检测工作，尤其的，气体探测器所检测到的气体浓度数据的准确性和可靠性至关重要，然而在实际的应用中，现有技术的气体探测器的检测精度通常会受到环境温湿度的影响，甚至会出现检测到的气体浓度数据出现错误的问题，除此之外，现有技术的气体探测器长期工作在复杂多变的工业环境中，随着工作时间的增加，其检测精度一般会下降，虽然可以通过人为定期更换气体传感器或人为定期校准气体传感器，来期望维持气体探测器的正常的工作状态，但却无法确定气体探测器自身的电路是否正常工作，也就无法保证气体探测器检测到的气体浓度数据的长期稳定有效。

发明内容

针对上述提出的技术问题，本发明提供一种具有自诊断功能的气体探测器，旨在使气体探测器能够自动完成对自身工作状态的诊断，避免依靠人工对气体探测器的工作状态进行检查，同时本发明的气体探测器还能对于环境温湿度和使用时长对检测到的气体浓度数据造成的影响进行补偿计算，最后给出准确的气体浓度数据。

为了实现上述的发明目的，给出如下所述的一种具有自诊断功能的气体探测器：

所述气体探测器中设置有气体传感器模块，温湿度检测模块，时钟模块，电源电压检测模块，传感器信号检测模块，气体浓度补偿计算模块，自诊断逻辑判断模块，数据分析模块，无线数据传输模块，所述气体传感器模块用于对被监测气体的浓度进行检测，所述温湿度检测模块用于对当前环境的温度和湿度进行检测，并判断其是否在所述气体传感器模块能够进行正常工作的范围内，所述时钟模块用于获取当前的系统时间，所述电源电压检测模块用于采集气体传感器模块的供电电压并判断其是否正常，所述传感器信号检测模块用于对来自气体传感器模块的电压模拟信号进行采集并判断其是否正常，所述气体浓度补偿计算模块用于结合当前环境的温湿度和当前的系统时间，对所述气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算，所述自诊断逻辑判断模块用于依据气体传感器模块的供电电压，气体传感器模块的电压模拟信号，当前的系统时间，及当前环境的温度和湿度，对所述气体探测器的工作状态进行判断，所述数据分析模块用于根据对气体探测器的工作状态的判断结果来对所述气体浓度补偿计算模块进行控制，所述无线数据传输模块用于通过无线通信的方式将其接收到的数据进行上传；

所述气体浓度补偿计算模块具体通过如下的公式对所述气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算：

其中，S为准确的气体浓度数据，s₀为检测环境下气体传感器模块检测到的气体浓度数据，c₁为与检测环境的温湿度相对应的气体传感器模块的温湿度影响曲线上的值，c₂为与检测环境的检测时间相对应的气体传感器模块的时间稳定性曲线上的值。

作为一种优选的技术方案，自诊断逻辑判断模块具体通过如下的步骤过程对气体探测器的工作状态进行判断：

步骤一、根据电源电压检测模块采集到的气体传感器模块的供电电压，将其与气体传感器模块的供电电压的标准范围进行比较，如果其低于供电电压的标准范围，则判定其为欠压，如果其高于供电电压的标准范围，则判定其为过压；

步骤二、依据传感器信号检测模块采集到的来自气体传感器模块的电压模拟信号，当该电压模拟信号超过气体传感器模块的最大测量值时，则判定气体传感器模块为超量程检测，当该电压模拟信号表现为未接时电压的时候，则判定气体传感器模块已掉线；

步骤三、基于时钟模块获取到的当前的系统时间，计算出气体传感器模块进行上述超量程检测的时间长度，当该时间长度超过预设的时间长度阈值时，则判定气体传感器模块的工作状态为中毒状态；

步骤四、按照温湿度检测模块所检测到的当前环境的温度和湿度，判断该温湿度是否在气体传感器模块能够进行正常工作的范围内，当其超过正常的检测范围时，则判定气体传感器模块的工作状态为失效；

步骤五、当以上任一个步骤中所描述的气体传感器模块的不正常的工作状态发生时，则最终判定气体探测器的工作状态为异常，当以上全部步骤中所描述的气体传感器模块的不正常的工作状态均未发生时，则最终判定气体探测器的工作状态为正常。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

1、本发明的一种具有自诊断功能的气体探测器，设置有检测气体浓度的气体传感器模块，对环境的温湿度进行检测的温湿度检测模块，获取系统时间的时钟模块，采集气体传感器模块的供电电压的电源电压检测模块，采集气体传感器模块的电压模拟信号的传感器信号检测模块，对气体传感器模块检测到的气体浓度进行补偿计算的气体浓度补偿计算模块，对气体探测器的工作状态进行判断的自诊断逻辑判断模块，根据气体探测器的工作状态对气体浓度补偿计算模块进行控制的数据分析模块，进行数据上传的无线数据传输模块；

2、本发明解决了现有技术的气体探测器的检测精度通常会受到环境温湿度的影响，甚至会出现检测到的气体浓度数据出现错误的问题，以及现有技术的气体探测器长期工作在复杂多变的工业环境中，随着工作时间的增加，其检测精度一般会下降，需要依靠人工来期望维持气体探测器的正常的工作状态，无法保证气体探测器检测到的气体浓度数据的准确有效的问题。

附图说明

图1为本发明的一种具有自诊断功能的气体探测器的整体设计架构图；

图2为本发明的对气体探测器的工作状态进行诊断的步骤流程图；

图3为本发明的生成气体传感器模块的温湿度影响曲线的步骤流程图；

图4为本发明的生成气体传感器模块的时间稳定性曲线的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。

参考如图1所示，本发明提供一种具有自诊断功能的气体探测器，具体包括如下的模块：

气体探测器中设置有气体传感器模块，温湿度检测模块，时钟模块，电源电压检测模块，传感器信号检测模块，气体浓度补偿计算模块，自诊断逻辑判断模块，数据分析模块，无线数据传输模块，所述气体传感器模块用于对被监测气体的浓度进行检测，所述温湿度检测模块用于对当前环境的温度和湿度进行检测，并判断其是否在所述气体传感器模块能够进行正常工作的范围内，所述时钟模块用于获取当前的系统时间，所述电源电压检测模块用于采集气体传感器模块的供电电压并判断其是否正常，所述传感器信号检测模块用于对来自气体传感器模块的电压模拟信号进行采集并判断其是否正常，所述气体浓度补偿计算模块用于结合当前环境的温湿度和当前的系统时间，对所述气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算，所述自诊断逻辑判断模块用于依据气体传感器模块的供电电压，气体传感器模块的电压模拟信号，当前的系统时间，及当前环境的温度和湿度，对所述气体探测器的工作状态进行判断，所述数据分析模块用于根据对气体探测器的工作状态的判断结果来对所述气体浓度补偿计算模块进行控制，所述无线数据传输模块用于通过无线通信的方式将其接收到的数据进行上传。

进一步的，本发明的气体探测器中设置的所述气体传感器模块的类型，具体包括但不限于电化学气体传感器，半导体气体传感器，红外线气体传感器，全部类型的气体传感器都有可能会被用于本发明的气体探测器的气体传感器模块中。

进一步的，参考如图2所示，本发明的气体探测器中设置的自诊断逻辑判断模块具体通过如下的步骤过程对气体探测器的工作状态进行诊断：

步骤一、根据电源电压检测模块采集到的气体传感器模块的供电电压，将其与气体传感器模块的供电电压的标准范围进行比较，如果其低于供电电压的标准范围，则判定其为欠压，如果其高于供电电压的标准范围，则判定其为过压。

步骤二、依据传感器信号检测模块采集到的来自气体传感器模块的电压模拟信号，当该电压模拟信号超过气体传感器模块的最大测量值时，则判定气体传感器模块为超量程检测，当该电压模拟信号表现为未接时电压的时候，则判定气体传感器模块已掉线。

步骤三、基于时钟模块获取到的当前的系统时间，计算出气体传感器模块进行上述超量程检测的时间长度，当该时间长度超过预设的时间长度阈值时，则判定气体传感器模块的工作状态为中毒状态。

步骤四、按照温湿度检测模块所检测到的当前环境的温度和湿度，判断该温湿度是否在气体传感器模块能够进行正常工作的范围内，当其超过正常的检测范围时，则判定气体传感器模块的工作状态为失效。

步骤五、当以上任一个步骤中所描述的气体传感器模块的不正常的工作状态发生时，则最终判定气体探测器的工作状态为异常，当以上全部步骤中所描述的气体传感器模块的不正常的工作状态均未发生时，则最终判定气体探测器的工作状态为正常。

具体的，由上述的电源电压检测模块、传感器信号检测模块、时钟模块，及温湿度检测模块共同构成本发明的气体探测器的自诊断硬件模块，并结合上述步骤过程所描述的自诊断软件逻辑，具体为将气体传感器模块的供电电压和其输出的电压模拟信号分别与标准情况进行比较，同时将气体传感器模块进行超量程检测的时长与时长阈值进行比较，还将检测环境的温湿度与气体传感器模块能够进行正常工作的温湿度范围进行比较，由此，本发明的气体探测器可以自动检测出自身硬件电路是否已经发生异常，气体传感器是否已经失效或者已经中毒或者进行了超量程检测，以及检测环境的温湿度是否在合理的范围内，从而判断气体浓度数据是否精准有效，保证了气体浓度数据的准确性和可靠性，同时，在实际的生产和测试气体探测器的过程中，自诊断功能可以节省掉大量的人工成本。

进一步的，上述的气体探测器中设置的所述数据分析模块实现的功能包括，依据自诊断逻辑判断模块对于气体探测器的工作状态的判断结果，当气体探测器的工作状态为异常时，控制气体浓度补偿计算模块并使其不工作，同时还向无线数据传输模块发送气体探测器的工作状态数据，当气体探测器的工作状态为正常时，控制气体浓度补偿计算模块并使其工作，从而获得准确的对于被监测气体的浓度检测结果，同时还向无线数据传输模块发送气体探测器的工作状态数据，以及关于气体的浓度检测结果。

具体的，上述的数据分析模块仅在气体探测器的工作状态为正常时，才控制气体浓度补偿计算模块使其工作，延长了气体浓度补偿计算模块的使用寿命，在气体探测器的工作状态为异常时，又能将气体探测器异常工作的数据发送到无线数据传输模块，无线数据传输模块通过将该数据发送至用户终端或是应用平台的设备，能够使人们及时发现并处理气体探测器异常的工作状态。

进一步的，参考如图3所示，上述的气体浓度补偿计算模块基于当前环境的温湿度和当前的系统时间，对气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算之前，还包括如下的生成温湿度影响曲线的步骤：

步骤一、获取气体传感器模块在标准温度和标准湿度环境下对于被监测气体的浓度检测数据，并且将其作为标准的气体浓度数据进行记录。

步骤二、使气体传感器模块处于标准的气体浓度数据所对应的标准环境中，针对该标准环境的湿度进行多级调节，随着环境湿度级别的增大，环境湿度也逐渐升高，并且其均被包含在气体传感器模块能够进行正常工作的湿度范围内。

步骤三、对于气体传感器模块所处的不同湿度级别的环境，进一步的分别对该环境的温度进行调节，每次调节均将环境温度提高相同的温度间隔，并且环境温度总是被包含在气体传感器模块能够进行正常工作的温度范围内。

步骤四、分别获取气体传感器模块在不同湿度且不同温度的环境下对于被监测气体的浓度检测数据，并记录该浓度检测数据与上述标准的气体浓度数据之间的比值，同时记录该环境的温度和湿度。

步骤五、基于记录的各个环境的温度和湿度数据，和该环境下的气体浓度检测数据与标准的气体浓度数据之间的比值，生成拟合曲线，来得到气体传感器模块的温湿度影响曲线。

进一步的，参考如图4所示，上述的气体浓度补偿计算模块基于当前环境的温湿度和当前的系统时间，对气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算之前，还包括如下的生成时间稳定性曲线的步骤：

步骤一、获取气体传感器模块在标准温度和标准湿度环境下对于被监测气体的浓度检测数据，并且将其作为标准的气体浓度数据进行记录。

步骤二、使气体传感器模块处于标准的气体浓度数据所对应的标准环境中，每经过一个相同的时间间隔，记录此时的时间，并且该时间总在气体传感器模块能够进行正常工作的时间范围内，还记录该时间下气体传感器模块对于被监测气体的浓度检测数据与上述标准的气体浓度数据之间的比值。

步骤三、基于记录的各个不同的时间，及相应时间下的气体传感器模块对于被监测气体的浓度检测数据与上述标准的气体浓度数据之间的比值，通过生成拟合曲线的方法，来得到气体传感器模块的时间稳定性曲线。

进一步的，在生成时间稳定性曲线时，气体传感器模块所处的标准环境的温度、湿度、气体浓度，与在生成温湿度影响曲线时，气体传感器模块所处的标准环境的温度、湿度、气体浓度保持一致。

具体的，上述生成的气体传感器模块的温湿度影响曲线和时间稳定性曲线，作为基础数据，用于在后续的步骤中对于环境温湿度和使用时长对气体传感器模块检测到的气体浓度数据造成的影响进行补偿计算，进而来确保气体探测器能够提供准确且长久可靠的气体浓度数据，特别的，结合本实施例以上的内容可以知道，本发明中设置的时钟模块和温湿度检测模块具有一定的多用性，其不仅能够组成气体探测器的自诊断硬件模块，还能够参与对气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算。

进一步的，为了便于理解，将上述气体浓度补偿计算模块对上述气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算的具体过程，通过以下的公式进行描述：

其中，S为准确的气体浓度数据，s₀为检测环境下气体传感器模块检测到的气体浓度数据，c₁为与检测环境的温湿度相对应的气体传感器模块的温湿度影响曲线上的值，c₂为与检测环境的检测时间相对应的气体传感器模块的时间稳定性曲线上的值。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一个非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上上述的实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上上述的实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上上述的仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有自诊断功能的气体探测器，其特征在于，包括如下的模块：

所述气体探测器中设置有气体传感器模块，温湿度检测模块，时钟模块，电源电压检测模块，传感器信号检测模块，气体浓度补偿计算模块，自诊断逻辑判断模块，数据分析模块，无线数据传输模块，所述气体传感器模块用于对被监测气体的浓度进行检测，所述温湿度检测模块用于对当前环境的温度和湿度进行检测，并判断其是否在所述气体传感器模块能够进行正常工作的范围内，所述时钟模块用于获取当前的系统时间，所述电源电压检测模块用于采集气体传感器模块的供电电压并判断其是否正常，所述传感器信号检测模块用于对来自气体传感器模块的电压模拟信号进行采集并判断其是否正常，所述气体浓度补偿计算模块用于结合当前环境的温湿度和当前的系统时间，对所述气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算，所述自诊断逻辑判断模块用于依据气体传感器模块的供电电压，气体传感器模块的电压模拟信号，当前的系统时间，及当前环境的温度和湿度，对所述气体探测器的工作状态进行判断，所述数据分析模块用于根据对气体探测器的工作状态的判断结果来对所述气体浓度补偿计算模块进行控制，所述无线数据传输模块用于通过无线通信的方式将其接收到的数据进行上传；

所述气体浓度补偿计算模块具体通过如下的公式对所述气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算：

其中，

为准确的气体浓度数据，

为检测环境下气体传感器模块检测到的气体浓度数据，

为与检测环境的温湿度相对应的气体传感器模块的温湿度影响曲线上的值，

为与检测环境的检测时间相对应的气体传感器模块的时间稳定性曲线上的值；

所述自诊断逻辑判断模块具体通过如下的步骤过程对气体探测器的工作状态进行判断：

步骤一、根据电源电压检测模块采集到的气体传感器模块的供电电压，将其与气体传感器模块的供电电压的标准范围进行比较，如果其低于供电电压的标准范围，则判定其为欠压，如果其高于供电电压的标准范围，则判定其为过压；

步骤二、依据传感器信号检测模块采集到的来自气体传感器模块的电压模拟信号，当该电压模拟信号超过气体传感器模块的最大测量值时，则判定气体传感器模块为超量程检测，当该电压模拟信号表现为未接时电压的时候，则判定气体传感器模块已掉线；

步骤三、基于时钟模块获取到的当前的系统时间，计算出气体传感器模块进行上述超量程检测的时间长度，当该时间长度超过预设的时间长度阈值时，则判定气体传感器模块的工作状态为中毒状态；

步骤四、按照温湿度检测模块所检测到的当前环境的温度和湿度，判断该温湿度是否在气体传感器模块能够进行正常工作的范围内，当其超过正常的检测范围时，则判定气体传感器模块的工作状态为失效；

步骤五、当以上任一个步骤中所描述的气体传感器模块的不正常的工作状态发生时，则最终判定气体探测器的工作状态为异常，当以上全部步骤中所描述的气体传感器模块的不正常的工作状态均未发生时，则最终判定气体探测器的工作状态为正常；

所述气体探测器中设置的所述数据分析模块实现的功能包括，依据自诊断逻辑判断模块对于气体探测器的工作状态的判断结果，当气体探测器的工作状态为异常时，控制气体浓度补偿计算模块并使其不工作，同时还向无线数据传输模块发送气体探测器的工作状态数据，当气体探测器的工作状态为正常时，控制气体浓度补偿计算模块并使其工作，从而获得准确的对于被监测气体的浓度检测结果，同时还向无线数据传输模块发送气体探测器的工作状态数据，以及关于气体的浓度检测结果；

所述气体浓度补偿计算模块基于当前环境的温湿度和当前的系统时间，对气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算之前，还包括如下的执行步骤：

步骤一、获取气体传感器模块在标准温度和标准湿度环境下对于被监测气体的浓度检测数据，并且将其作为标准的气体浓度数据进行记录；

步骤二、使气体传感器模块处于标准的气体浓度数据所对应的标准环境中，针对该标准环境的湿度进行多级调节，随着环境湿度级别的增大，环境湿度也逐渐升高，并且其均被包含在气体传感器模块能够进行正常工作的湿度范围内；

步骤三、对于气体传感器模块所处的不同湿度级别的环境，进一步的分别对该环境的温度进行调节，每次调节均将环境温度提高相同的温度间隔，并且环境温度总是被包含在气体传感器模块能够进行正常工作的温度范围内；

步骤四、分别获取气体传感器模块在不同湿度且不同温度的环境下对于被监测气体的浓度检测数据，并记录该浓度检测数据与上述标准的气体浓度数据之间的比值，同时记录该环境的温度和湿度；

步骤五、基于记录的各个环境的温度和湿度数据，和该环境下的气体浓度检测数据与标准的气体浓度数据之间的比值，生成拟合曲线，来得到气体传感器模块的温湿度影响曲线；

所述气体浓度补偿计算模块基于当前环境的温湿度和当前的系统时间，对气体传感器模块检测到的气体浓度数据进行补偿计算之前，还包括如下的执行步骤：

步骤一、获取气体传感器模块在标准温度和标准湿度环境下对于被监测气体的浓度检测数据，并且将其作为标准的气体浓度数据进行记录；

步骤二、使气体传感器模块处于标准的气体浓度数据所对应的标准环境中，每经过一个相同的时间间隔，记录此时的时间，并且该时间总在气体传感器模块能够进行正常工作的时间范围内，还记录该时间下气体传感器模块对于被监测气体的浓度检测数据与上述标准的气体浓度数据之间的比值；

步骤三、基于记录的各个不同的时间，及相应时间下的气体传感器模块对于被监测气体的浓度检测数据与上述标准的气体浓度数据之间的比值，通过生成拟合曲线的方法，来得到气体传感器模块的时间稳定性曲线。

2.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的气体探测器，其特征在于，所述气体探测器中设置的所述气体传感器模块的类型，具体包括电化学气体传感器，半导体气体传感器，红外线气体传感器。

3.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的气体探测器，其特征在于，在生成时间稳定性曲线时，气体传感器模块所处的标准环境的温度、湿度、气体浓度，与在生成温湿度影响曲线时，气体传感器模块所处的标准环境的温度、湿度、气体浓度保持一致。

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