CN115389098A - 一种自由落体冲击传感器标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由落体冲击传感器标定装置，解决了现有的传感器标定装置容易受随动干扰，导致测量不够精准，而且传感器线缆存在被损坏的风险的问题。具体包括圆柱形的落锤和导向杆，以及圆形的靶板组件和导杆安装板；靶板组件、落锤和导杆安装板从下至上依次同轴且平行设置；靶板组件的上表面用于安装标准传感器和待标定传感器；导向杆上端与导杆安装板连接，下端与靶板组件连接；落锤与所述导向杆间隙配合，使得落锤能够沿所述导向杆自由落体至所述靶板组件上。本发明的自由落体冲击传感器标定装置不但提高了传感器的标定效率以及标定的准确性，还避免了对传感器线缆产生损坏的风险。

Description

一种自由落体冲击传感器标定装置

技术领域

本发明属于传感器标定技术领域，涉及一种自由落体冲击传感器标定装置。

背景技术

冲击力学传感器(如加速度传感器、速度传感器等)在科研实验和工程建设等方面具有广泛的应用，是获取冲击源参数、目标冲击环境参数和目标响应参数的重要装置。由于传感器的灵敏度具有时变特征，为了提高获取数据的准确性，一般需在传感器使用前进行灵敏度的标定。

冲击力学传感器标定的传统方法为落体台冲击，有的传感器需要安装在落锤上，随落锤一起运动；另外一种是弹丸冲击标定，标准传感器和被测传感器采用背对背的安装方式。目前的标定装置和标定方法存在以下几方面的问题：(1)现有冲击传感器标定装置，一次冲击只能标定1～3支传感器，效率较低，且部分标定装置需要传感器及其线缆随之运动，传感器容易受随动干扰，而且线缆存在被损坏的风险；(2)部分标定装置中的运动部件驱动方式为手动，操作费时费力，且不够精准；(3)现有冲击传感器标定装置体积庞大，携带困难，不适合外场实验使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种自由落体冲击传感器标定装置，以解决现有的传感器标定装置标定效率低，容易受随动干扰，导致标定不够精准，而且传感器线缆存在被损坏的风险，以及不便携带的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自由落体冲击传感器标定装置，其特殊之处在于：包括圆柱形的落锤和导向杆，以及圆形的靶板组件和导杆安装板；

所述靶板组件、所述落锤和所述导杆安装板从下至上依次同轴且平行设置；

所述靶板组件的上表面用于安装标准传感器和待标定传感器；

所述导向杆上端与所述导杆安装板连接，下端与所述靶板组件连接；

所述落锤与所述导向杆间隙配合，使得所述落锤能够沿所述导向杆自由落体至所述靶板组件上。

圆形的靶板组件和圆柱形的落锤具有轴对称特性，使得落锤沿导向杆自由落体下行冲击时，在圆形结构上产生的冲击信号一致，因此可以同时标定靶板组件上绕其中心轴均匀分布的多个待标定传感器，提高了标定效率；而且待标定传感器无需随动，这样能够提高标定的准确性，而且能够避免传感器线缆被损坏。

进一步地，为了重力冲击对待标定的传感器造成损坏，同时也为了能够满足电荷型传感器的测试需求，本发明做了以下改进：

所述靶板组件包括从下至上依次同轴且平行连接的缓冲垫、靶板基座和绝缘垫；

所述靶板基座上表面设有与所述靶板基座同轴且向上的圆筒状凸起；

所述绝缘垫套设在所述圆筒状凸起上，所述绝缘垫的上表面绕其中心轴均匀分布有用于安装标准传感器和待标定传感器的螺栓；

所述圆筒状凸起的上表面高于所述绝缘垫的上表面；

所述导向杆下端依次穿过所述绝缘垫、所述靶板基座和所述缓冲垫固定设置。

进一步地，为了提高整个标定装置的自动化，节省人力资源，本发明做了以下改进：

还包括驱动电机和丝杠；

所述驱动电机安装在所述靶板组件下方，其输出轴穿过所述靶板组件中心与所述丝杠的下端连接；

所述丝杠与所述靶板组件同轴设置，其上端与所述导杆安装板可旋转连接；

所述落锤包括落锤本体和旋转控制环，以及结构相同且对称设置的左伸缩组件和右伸缩组件；

所述落锤本体中间设有供所述丝杠穿过的第一通孔，其侧壁上对称设有左滑槽和右滑槽，其下方设有与所述导向杆间隙配合的落锤基座；

所述左伸缩组件和所述右伸缩组件分别安装在所述左滑槽和所述右滑槽内；所述左伸缩组件和所述右伸缩组件能够分别穿过所述左滑槽和所述右滑槽的槽底伸入所述第一通孔与所述丝杠螺纹配合；

所述旋转控制环套在所述落锤本体外，并与所述落锤本体外周面间隙配合，用于控制所述左伸缩组件和所述右伸缩组件伸入所述第一通孔或远离所述第一通孔。

进一步地，为了使得落锤下行时能够与丝杠脱离，完全实现自由落体，同时上升时又能与丝杠配合，本发明做了以下改进：

所述左伸缩组件包括左伸缩块和两个左弹簧；

所述左伸缩块的外立面为圆弧立面，所述左伸缩块的内立面中部设有左凸起；所述左凸起上设有与所述丝杠配合的螺纹；所述左滑槽的槽底中部设有供所述左凸起穿过的第二通孔；

所述左弹簧设置在所述左伸缩块与所述左滑槽的槽底之间；两个所述左弹簧分别位于所述左凸起的上下两侧；

所述右伸缩组件包括右伸缩块和两个右弹簧；

所述右伸缩块的外立面为圆弧立面，所述右伸缩块的内立面中部设有右凸起；所述右凸起上设有与所述丝杠配合的螺纹；所述右滑槽的槽底中部设有供所述右凸起穿过的第三通孔；

所述右弹簧设置在所述右伸缩块与所述右滑槽的槽底之间；两个所述右弹簧分别位于所述右凸起的上下两侧；

所述左凸起和所述右凸起分别伸入所述第二通孔和所述第三通孔时，所述左伸缩块、所述右伸缩块和所述落锤本体形成一个完整的圆周面。

进一步地，为了在左弹簧和右弹簧分别向外弹出时，能够使左伸缩块和右伸缩块有一个可容纳空间，本发明做了以下改进：

所述旋转控制环的内壁上设置有分别与所述左伸缩块和所述右伸缩块对应的左凹槽与右凹槽；

所述左凹槽和所述右凹槽的宽度分别大于所述左伸缩块和所述右伸缩块的宽度，且所述左凹槽和所述右凹槽的两侧侧壁分别向所述旋转控制环的内壁平滑过渡。

进一步地，为了避免误操作，使得所述旋转控制环旋转过度，本发明做了以下改进：

还包括定位珠；

所述旋转控制环上设有与所述定位珠匹配的定位螺纹孔。

进一步地，为了进一步限定所述旋转控制环的旋转范围，本发明做了以下改进：

所述落锤还包括与所述导向杆间隙配合的上端盖和盖在所述上端盖上方的上盖板，以及设置在所述上端盖内的摆动环和拉簧；

所述旋转控制环上端面上固定连接有圆柱销；

所述上端盖和所述上盖板同轴设置在所述旋转控制环和所述落锤本体的上方，所述上端盖与所述落锤本体固定连接；所述上端盖和所述上盖板中部均设有供所述丝杠穿过的第四通孔；所述上端盖底部靠近边缘处设有供所述圆柱销穿过并绕所述丝杠转动的弧形腰孔；

所述圆柱销穿过所述弧形腰孔与所述拉簧一端连接；

所述拉簧另一端与所述摆动环一端连接；

所述摆动环另一端与所述上端盖底面铰接；其中部的环用于绕开所述第四通孔。

进一步地，为了避免落锤在丝杠的作用下上升时，随丝杠周向旋转，本发明做了以下改进：

所述导向杆为N个，N≥2；

N个所述导向杆绕所述落锤基座周围均匀分布。

进一步地，本发明做了以下改进：

还包括底盘、底座和联轴器；

所述底座设置在所述底盘上方，所述底座与所述底盘之间设有用于安装所述驱动电机的安装空间；

所述底座上端中部设有第五通孔；

所述丝杠的下端依次穿过所述第五通孔、靶板组件中心，并通过联轴器与所述驱动电机的输出轴连接。

进一步地，为了便于操作，本发明做了以下改进：

所述旋转控制环外壁上设有拨动把手，用于手动旋转所述旋转控制环。

本发明的有益效果：

1、本发明设置了圆形的靶板组件和圆柱形的落锤，圆形的靶板组件和圆柱形的落锤具有轴对称特性，这样落锤沿导向杆自由落体下行时，能够对圆形的靶板组件上表面产生一致的冲击信号，因此可以同时标定在靶板组件上表面绕其中心轴均匀分布的多个待标定传感器，提高了传感器的标定效率；而且靶板组件相对落锤为静部件，在落锤的冲击作用下靶板组件的运动幅度很小，传感器不会产生明显的随动干扰，这样不但能够提高标定的准确性，亦不会对传感器线缆产生损坏。

2、落锤上升采用驱动电动和丝杠进行驱动，运动快捷，且运动位置精准，可使落锤准确上升到指定高度。

3、落锤与丝杠螺纹配合即滑动配合于一体，实现了落锤的控制上升和自由释放，结构紧凑，占用空间小，使得整个标定装置具备便携特性，适用于各种外场实验。

4、在靶板基座上设置绝缘垫，满足了电荷型传感器的测试需求。

5、本发明在旋转控制环和落锤上方设置了上端盖，在旋转控制环上设置了圆柱销，还在上端盖上设置了弧形腰孔，圆柱销伸入弧形腰孔并随旋转控制环在弧形腰孔内旋转，这样，能够通过弧形腰孔的长度对旋转控制环的旋转范围进行限定，避免误操作将旋转控制环旋转过度。

6、本发明在旋转控制环外壁上设置了拨动把手，提高了标定装置的可操作性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自由落体冲击传感器标定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种自由落体冲击传感器标定装置的结构分解图；

图3为本发明实施例中落锤的结构分解图；

图4为本发明实施例中的转动控制环控制左伸缩组件和右伸缩组件分别伸出与收缩的结构示意图，其中图A为收缩状态图，图B为伸出状态图。

附图标号：

1-底盘，2-驱动电机，3-联轴器，4-底座，5-滚动轴承，6-丝杠，7-落锤，8-导向杆、9-导杆安装板、10-缓冲垫、11-靶板基座、12-绝缘垫、70-右弹簧，71-落锤本体、72-左伸缩组件、73-右伸缩组件、74-左弹簧、75-旋转控制环、76-上端盖、77-摆动环、78-拉簧、79-上盖板、80-拨动把手、81-定位珠，82-待标定传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的一种自由落体冲击传感器标定装置的结构示意图；图2为本发明提供的一种自由落体冲击传感器标定装置的结构分解图。结合图1和图2所示，该标定装置包括底盘1、驱动电机2、联轴器3、底座4、滚动轴承5、丝杠6、落锤7、导向杆8、导杆安装板9以及靶板组件，靶板组件包括缓冲垫10、靶板基座11以及绝缘垫12。

驱动电机2安装在圆形的底盘1上，其输出轴与底盘1轴线重合；丝杠6的下端设有下连接轴，该下连接轴通过滚动轴承5安装于底座4上端中部的第五通孔内，联轴器3用于连接驱动电机2的输出轴和丝杠6的下端；丝杠6优选梯形丝杠；底座4下端紧固于底盘1上，丝杠6可在驱动电机2的驱动下转动，通过丝杠6上的螺纹与落锤7配合，导杆安装板9用于固定两侧的两根导向杆8上端，两根导向杆8的下端依次穿过绝缘垫12、靶板基座11和缓冲垫10与底座4固定连接，使得落锤7不产生旋转运动，并能够在丝杠6转动时沿丝杠6上升；丝杠6上端也设有上连接轴，该上连接轴与导杆安装板9可旋转连接，即可自由转动。

缓冲垫10、靶板基座11和绝缘垫12自下而上同轴且平行配合安装，靶板基座11中部设有与靶板基座11同轴且向上的圆筒状凸起；缓冲垫10、靶板基座11、绝缘垫12以及圆筒状凸起的中部均设有供丝杠6穿过的中心孔，绝缘垫12上端面周向均布螺栓，该螺栓用于安装标准传感器和待标定传感器82；绝缘垫12采用尼龙等绝缘材料制作，绝缘垫12上端面的螺栓与其他金属件无接触，以满足电荷型传感器的测试需求。

图3为本发明中落锤的结构分解图；如图3所示，落锤7包括落锤本体71、落锤基座、左伸缩组件72、右伸缩组件73、旋转控制环75、上端盖76、摆动环77、拉簧78、上盖板79、拨动把手80、定位珠81。落锤本体71中间设有供丝杠6穿过的第一通孔，其侧壁上对称设有左滑槽和右滑槽；落锤基座同轴设置在落锤本体71下方，落锤基座的侧面与每个导向杆8间隙配合；左伸缩组件72和右伸缩组件73分别安装在左滑槽和右滑槽内；左伸缩组件72和右伸缩组件73能够分别穿过左滑槽和右滑槽的槽底伸入第一通孔与丝杠6螺纹配合；左伸缩组件72和右伸缩组件73整体呈“T”形结构，左伸缩组件72包括左伸缩块和两个左弹簧74；左伸缩块的外立面为圆弧立面，左伸缩块的内立面中部设有左凸起；左凸起上设有能够与丝杠6配合的螺纹；左滑槽的槽底中部设有供左凸起穿过的第二通孔；左弹簧74设置在左伸缩块与左滑槽的槽底之间；两个左弹簧74分别位于左凸起的上下两侧；还可以分别在左伸缩块的内立面和左滑槽的槽底上设置圆形槽，使得左弹簧74的两端卡装在圆形槽内。右伸缩组件73包括右伸缩块和两个右弹簧70；右伸缩块的外立面为圆弧立面，右伸缩块的内立面中部设有右凸起；右凸起上设有能够与丝杠6配合的螺纹；右滑槽的槽底中部设有供右凸起穿过的第三通孔；右弹簧70设置在右伸缩块与右滑槽的槽底之间；两个右弹簧70分别位于右凸起的上下两侧；也可以在右伸缩块与右滑槽的槽底上分别设置圆形槽，使得右弹簧70的两端分别卡装在圆形槽内。当左凸起和右凸起分别伸入第二通孔和第三通孔时，左伸缩块、右伸缩块和落锤本体71能够形成一个完成的圆周面。

图4为本发明的转动控制环控制左伸缩组件和右伸缩组件分别伸出与收缩的结构示意图，其中图A为收缩状态图，图B为伸出状态图；结合图3和图4所示，旋转控制环75整体为圆筒结构，旋转控制环75套在上述圆周面外，也就是套在落锤本体71外，并与落锤本体71的外周面间隙配合，即可绕落锤本体71的外周面旋转，用于控制左伸缩组件72和右伸缩组件73伸入第一通孔或远离第一通孔。左伸缩块和右伸缩块可以分别依靠左弹簧74和右弹簧70的回弹力远离第一通孔。这样能够避免左凸起和右凸起阻碍落锤7自由落体。旋转控制环75的内壁上设置有分别与左伸缩块和右伸缩块对应的左凹槽与右凹槽；左凹槽和右凹槽的宽度分别大于左伸缩块和右伸缩块的宽度，且左凹槽和右凹槽的两侧侧壁分别向旋转控制环75的内壁平滑过渡。左凹槽和右凹槽的深度均满足左伸缩组件72和右伸缩组件73分别弹入其中时能够远离第一通孔，避免与丝杠6接触。当左伸缩组件72和右伸缩组件73伸入第一通孔时，左凸起和右凸起分别与丝杠6螺纹配合，此时转动丝杠6可实现落锤7的上升。旋转控制环75上端面设有圆柱销，上端盖76和上盖板79同轴设置在旋转控制环75和落锤本体71的上方，上端盖76与落锤本体71固定连接；上端盖76和上盖板79中部均设有供丝杠6穿过的第四通孔；上端盖76底部靠近边缘处设有供圆柱销穿过并绕丝杠6转动的弧形腰孔；圆柱销穿过弧形腰孔与拉簧78一端连接，拉簧78另一端与摆动环77一端连接，摆动环77另一端与上端盖76底面铰接；其中部的环用于绕开第四通孔。圆柱销与弧形腰孔配合，能够定位旋转控制环75的转动范围；在旋转控制环75左右旋转至两个极限位置时，能够起一定的固定作用；上盖板79盖于上端盖76之上，外缘与其平齐，上端盖76和上盖板79的外壁上均设有与导向杆8配合的半圆形凹槽。拨动把手80通过螺纹紧固于旋转控制环75外圆柱面，用于推动旋转控制环75左右转动，实现左伸缩组件72和右伸缩组件73的伸出和收缩，实现落锤7与梯形丝杠6的螺纹配合和滑动配合。旋转控制环75外圆柱面沿径向设有螺纹孔，用于安装定位珠81，实现极限位置的定位。

本发明的测量装置以高精度的驱动电动2和丝杠6作为动力，驱动能够与丝杠6螺纹配合的落锤7上升至指定高度；与落锤本体71相配合的左伸缩组件72和右伸缩组件73既能够在落锤7上升与丝杠6配合，又能够在下行时脱离丝杠6，实现自由落体运动，冲击靶板组件对待标定组件进行标定，靶板组件上可同时安装多个传感器，大幅提高了传感器的标定效率；靶板组件的运动幅度仅限于缓冲垫的压缩和回弹，幅度很小，传感器线缆随动干扰基本消除。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：包括圆柱形的落锤(7)和导向杆(8)，以及圆形的靶板组件和导杆安装板(9)；

所述靶板组件、所述落锤(7)和所述导杆安装板(9)从下至上依次同轴且平行设置；

所述靶板组件的上表面用于安装标准传感器和待标定传感器(82)；

所述导向杆(8)上端与所述导杆安装板(9)连接，下端与所述靶板组件连接；

所述落锤(7)与所述导向杆(8)间隙配合，使得所述落锤(7)能够沿所述导向杆(8)自由落体至所述靶板组件上。

2.根据权利要求1所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：所述靶板组件包括从下至上依次同轴且平行连接的缓冲垫(10)、靶板基座(11)、和绝缘垫(12)；

所述靶板基座(11)上表面设有与所述靶板基座(11)同轴且向上的圆筒状凸起；

所述绝缘垫(12)套设在所述圆筒状凸起上，所述绝缘垫(12)的上表面绕其中心轴均匀分布有用于安装标准传感器和待标定传感器(82)的螺栓；

所述圆筒状凸起的上表面高于所述绝缘垫(12)的上表面；

所述导向杆(8)下端依次穿过所述绝缘垫(12)、所述靶板基座(11)和所述缓冲垫(10)固定设置。

3.根据权利要求1或2所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：还包括驱动电机(2)和丝杠(6)；

所述驱动电机(2)安装在所述靶板组件下方，其输出轴穿过所述靶板组件中心与所述丝杠(6)的下端连接；

所述丝杠(6)与所述靶板组件同轴设置，其上端与所述导杆安装板(9)可旋转连接；

所述落锤(7)包括落锤本体(71)和旋转控制环(75)，以及结构相同且对称设置的左伸缩组件(72)和右伸缩组件(73)；

所述落锤本体(71)中间设有供所述丝杠(6)穿过的第一通孔，其侧壁上对称设有左滑槽和右滑槽，其下方设有与所述导向杆(8)间隙配合的落锤基座；

所述左伸缩组件(72)和所述右伸缩组件(73)分别安装在所述左滑槽和所述右滑槽内；所述左伸缩组件(72)和所述右伸缩组件(73)能够分别穿过所述左滑槽和所述右滑槽的槽底伸入所述第一通孔与所述丝杠螺纹配合；

所述旋转控制环(75)套在所述落锤本体(71)外，并与所述落锤本体(71)外周面间隙配合，用于控制所述左伸缩组件(72)和所述右伸缩组件(73)伸入所述第一通孔或远离所述第一通孔。

4.根据权利要求3所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：所述左伸缩组件(72)包括左伸缩块和两个左弹簧(74)；

所述左伸缩块的外立面为圆弧立面，所述左伸缩块的内立面中部设有左凸起；所述左凸起上设有与所述丝杠(6)配合的螺纹；所述左滑槽的槽底中部设有供所述左凸起穿过的第二通孔；

所述左弹簧(74)设置在所述左伸缩块与所述左滑槽的槽底之间；两个所述左弹簧(74)分别位于所述左凸起的上下两侧；

所述右伸缩组件(73)包括右伸缩块和两个右弹簧(70)；

所述右伸缩块的外立面为圆弧立面，所述右伸缩块的内立面中部设有右凸起；所述右凸起上设有与所述丝杠(6)配合的螺纹；所述右滑槽的槽底中部设有供所述右凸起穿过的第三通孔；

所述右弹簧(70)设置在所述右伸缩块与所述右滑槽的槽底之间；两个所述右弹簧(70)分别位于所述右凸起的上下两侧；

所述左凸起和所述右凸起分别伸入所述第二通孔和所述第三通孔时，所述左伸缩块、所述右伸缩块和所述落锤本体(71)形成一个完整的圆周面。

5.根据权利要求4所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：所述旋转控制环(75)的内壁上设置有分别与所述左伸缩块和所述右伸缩块对应的左凹槽与右凹槽；

所述左凹槽和所述右凹槽的宽度分别大于所述左伸缩块和所述右伸缩块的宽度，且所述左凹槽和所述右凹槽的两侧侧壁分别向所述旋转控制环(75)的内壁平滑过渡。

6.根据权利要求5所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：还包括定位珠(81)；

所述旋转控制环(75)上设有与所述定位珠(81)匹配的定位螺纹孔。

7.根据权利要求5所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：所述落锤(7)还包括与所述导向杆(8)间隙配合的上端盖(76)和盖在所述上端盖(76)上方的上盖板(79)，以及设置在所述上端盖(76)内的摆动环(77)和拉簧(78)；

所述旋转控制环(75)上端面上固定连接有圆柱销；

所述上端盖(76)和所述上盖板(79)同轴设置在所述旋转控制环(75)和所述落锤本体(71)的上方，所述上端盖(76)与所述落锤本体(71)固定连接；所述上端盖(76)和所述上盖板(79)中部均设有供所述丝杠(6)穿过的第四通孔；所述上端盖(76)底部靠近边缘处设有供所述圆柱销穿过并绕所述丝杠(6)转动的弧形腰孔；

所述圆柱销穿过所述弧形腰孔与所述拉簧(78)一端连接；

所述拉簧(78)另一端与所述摆动环(77)一端连接；

所述摆动环(77)另一端与所述上端盖(76)底面铰接；所述摆动环(77)中部的环用于绕开所述第四通孔。

8.根据权利要求7所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：所述导向杆(8)为N个，N≥2；

N个所述导向杆(8)绕所述落锤基座周围均匀分布。

9.根据权利要求8所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：还包括底盘(1)、底座(4)和联轴器(3)；

所述底座(4)设置在所述底盘(1)上方，所述底座(4)与所述底盘(1)之间设有用于安装所述驱动电机(2)的安装空间；

所述底座(4)上端中部设有第五通孔；

所述丝杠(6)的下端依次穿过所述第五通孔、靶板组件中心，并通过联轴器(3)与所述驱动电机(2)的输出轴连接。

10.根据权利要求8所述的自由落体冲击传感器标定装置，其特征在于：所述旋转控制环(75)外壁上设有拨动把手(80)，用于手动旋转所述旋转控制环(75)。

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