CN116263354A - 用于校正温度传感器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及温度测量技术，特别涉及用于校正温度传感器的方法、实施上述方法的温度测量装置和数据处理装置以及计算机可读存储介质。根据本申请的一个方面的用于校正温度传感器的方法包括下列步骤：A、基于温度传感器附近的温度分布确定是否需要校正温度传感器的环境温度实测值；B、如果需要校正环境温度实测值，则基于温度传感器附近热源的电功率和当前温度确定散热效率因子，所述散热效率因子用于描述流经热源的气体的流动速度对热源散热效率的影响；C、确定与步骤B中的散热效率因子对应的函数，该函数描述热源温度和环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系；D、利用步骤C中得到的函数确定相应的当前补偿值。

Description

用于校正温度传感器的方法和装置

技术领域

本申请涉及温度测量技术，特别涉及用于校正温度传感器的方法、实施上述方法的温度测量装置和数据处理装置以及计算机可读存储介质。

背景技术

现有的墙装式温湿度变送器包括壳体、印刷电路板以及设置在印刷电路板上的电源、温湿度采样电路、模拟输出电路和温湿度传感器等。变送器的电源等功率器件在工作时会产生热量，从而影响传感器的测量值，使得测得的温度并不能反映周围环境的温度。

为此，可以通过以固定的补偿值来修正温度传感器测量值消除或减少热源的影响。但是固定的补偿值往往无法准确反映热源热量对温度传感器的影响，从而导致测得的环境温度可能会有较大的误差。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种用于校正温度传感器的方法，包括下列步骤：

A、基于温度传感器附近的温度分布确定是否需要校正温度传感器的环境温度实测值；

B、如果需要校正环境温度实测值，则基于温度传感器附近热源的电功率和当前温度确定散热效率因子，所述散热效率因子用于描述流经热源的气体的流动速度对热源散热效率的影响；

C、确定与步骤B中的散热效率因子对应的函数，该函数描述热源温度和环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系；

D、利用步骤C中得到的函数确定相应的当前补偿值。

可选地，在上述方法中，进一步包括下列步骤：

E、基于温度传感器附近的温度分布对步骤D中确定的当前补偿值进行修正。

可选地，在上述方法中，步骤A包括：

A1、获取温度传感器附近第一测温点和第二测温点处的测量温度，所述第一测温点和第二测温点位于温度传感器与热源之间，并且所述第一测温点与温度传感器之间的距离小于第二测温点与温度传感器之间的距离；

A2、通过比较所述第一测温点和第二测温点处的测量温度来判断是否有气体从热源流向温度传感器；

A3、如果判断有气体从热源流向温度传感器，则确定需要校正环境温度实测值。

可选地，在上述方法中，在步骤B中，所述散热效率因子按照下列方式确定：

f＝α×P-β×T₀

这里的f为散热效率因子，P为热源的电功率，T₀为热源的当前温度，α和β为大于0的常数。

可选地，在上述方法中，所述函数为线性函数，并且该线性函数的斜率基于步骤B中确定的散热效率因子确定。

可选地，在上述方法中，通过求解线性方程，由步骤B中确定的散热效率因子得到线性函数的斜率。

可选地，在上述方法中，在步骤E中，按照下列方式来修正步骤D中确定的当前补偿值：

T_m＝T_error+γ×(T₂-T₁)

这里的T_error为当前补偿值，T_m为当前补偿值的修正值，T₁和T₂分别为第一测温点和第二测温点处的测量温度，γ为大于0的常数。

可选地，在上述方法中，进一步包括下列步骤：

F、通过从环境温度实测值减去步骤D中确定的当前补偿值或步骤E中确定的当前补偿值的修正值来校正环境温度实测值。

根据本申请的另一个方面，提供一种温度测量装置，包含：

印刷电路板；

设置于印刷电路板上的第一温度传感器，适于获取环境温度实测值；

设置于印刷电路板上的功耗部件；

设置于印刷电路板上的至少两个第二温度传感器，其位于第一温度传感器与功耗部件之间的不同位置处；

设置于所述功耗部件处的第三温度传感器；以及

控制器，其配置为执行下列操作：

A、基于第二温度传感器所指示的温度分布确定是否需要校正第一温度传感器的环境温度实测值；

B、如果需要校正环境温度实测值，则基于第三温度传感器测得的功耗部件的当前温度和功耗部件的电功率确定散热效率因子，所述散热效率因子用于描述流经功耗部件的气体的流动速度对功耗部件散热效率的影响；

C、确定与步骤B中的散热效率因子对应的函数，该函数描述第三温度传感器的测量温度和第一温度传感器的环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系；

D、利用步骤C中得到的函数确定相应的当前补偿值。

按照本申请的另一个方面，提供一种数据处理装置，包含：

存储器；

处理器；以及

存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序的运行导致如上所述的方法步骤被执行。

按照本申请的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

附图说明

本申请的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：

图1示出了通过实验确定的补偿值相对于热源温度与环境温度实测值之差的变化关系。

图2为墙装式温湿度变送器中一些部件在印刷电路板上的布局示意图。

图3为按照本申请的一些实施例的用于校正温度传感器的方法的流程图。

图4为按照本申请另外一些实施例的用于确定是否需要校正温度传感器的环境温度实测值的方法的流程图。

图5为按照本申请另外一些实施例的温度测量装置的示意框图。

图6为按照本申请的一些实施例的数据处理装置的示意框图。

具体实施方式

下面参照其中图示了本申请示意性实施例的附图更为全面地说明本申请。但本申请可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本申请的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。

在本说明书中，诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本申请的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

除非特别说明，诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

在本申请的一些实施例中，从多个方面考虑热源对温度传感器的测量值的影响程度，这些方面例如包括但不限于热源热量产生的快慢(例如可以以电功率来刻画)、热源热量的散发效率和输送到温度传感器的热源热量的占比(或者说是输送热源热量的气体的流向)等。本申请的发明人经过深入研究后发现，在相同的散热效率下，热源热量对温度传感器测量值的影响程度随着热源温度与环境温度实测值之间差值的升高而基本上线性地增大。可选地，这里所述的影响程度可以被表示为一个大于0的补偿值，通过从温度传感器测得的环境温度实测值中减去该补偿值得到环境温度实测值的校正值。在下面的描述中，除非特别说明，术语“影响程度”与“补偿值”可以互换使用。

图1示出了通过实验确定的补偿值相对于热源温度与环境温度实测值之差的变化关系。图1中的纵轴代表热源温度与环境温度实测值之间的差值，横轴代表补偿值，不同颜色的点对应于不同的散热效率因子。由图1可见，对于同一散热效率因子，热源温度和环境温度实测值之间的差值与补偿值之间的映射关系可以线性函数来描述，对于不同的散热效率因子，这些线性函数具有可基于散热效率因子确定的不同的斜率值。

需要指出的是，热源附近气体的流动速度决定了通过对流作用将热源热量散发出去的效率，然而气体流动速度的测量比较困难并且实施成本高昂。在本申请的一些实施例中，利用热源温度和电功率来间接地确定热源热量的散发效率，从而避开测量气体流速带来的困扰。具体而言，随着电功率的增加，热源温度也随之升高，但是热源温度的增加量会因散热效率的差异而不同(例如较强对流条件下，由于散热效率较高，因此热源温度的增加量较小)，为此引入散热效率因子，其被用于描述流经热源的气体的流动速度对热源散热效率的影响。

可选地，散热效率因子可按照下式确定：

f＝α×P-β×T₀ (1)

这里的f为散热效率因子，P为热源的电功率，T₀为热源的当前温度，α和β为大于0的常数，可以通过实验或计算机仿真确定。

需要指出的是，散热效率因子并不局限于上式(1)描述的具体形式，实际上，当一个参数能够刻画一定电功率下热源温度增量与基准温度增量(即，在无对流情况下该电功率导致的热源温度的增加量)的差异时，其即可被用作散热效率因子。

如上所述，在一定的散热效率下，热源温度相对于环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间呈线性关系。本申请的发明人通过研究发现，散热效率决定了补偿值随差值变化的快慢(也即线性函数中的斜率)。本申请的发明人还通过研究发现，对于上式(1)形式的散热效率因子，其与上述线性函数中的斜率也呈线性关系，因此可以通过求解线性方程，由散热效率因子得到相应的斜率。由于能够采用线性函数的形式来描述热源温度相对于环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系，因此可以简便的算法实现温度传感器的校正，这对于实施成本的降低是有利的。此外，线性函数的斜率与散热效率因子之间的线性关系进一步降低了算法的复杂程度和实施成本。

在本申请的一些实施例中，在确定热源热量对温度传感器测量值的影响程度或确定环境温度实测值的补偿值时，还可考虑输送到温度传感器的热源热量的占比。为此，通过在温度传感器附近设置测温点或温度传感器来获取温度传感器周围的温度场分布，并基于获取的温度场分布来确定热量输送速度对温度传感器测得的环境温度的影响程度。

示例性地，如果温度分布场指示温度传感器附近区域的温度梯度较小，则可以判断区域内基本上没有气体对流，因此可以确定热源热量对温度传感器测得的环境温度基本上没有影响；另一方面，如果温度分布场指示温度随着与温度传感器的距离的缩短而减小并且温度减小量较大，则可以判断区域内存在气体对流，因此需要考虑热源热量对温度传感器测得的环境温度的影响。

在本申请的一些实施例中，温度传感器周围的温度场分布不仅用于确定是否需要考虑热源热量对温度传感器测量值的影响，而且还可用于对基于散热效率而确定的补偿值作进一步的修正。以下对此作进一步的描述。

图2为墙装式温湿度变送器中一些部件在印刷电路板上的布局示意图。需要指出的是，图2所示布局以及部件的类型和数量仅仅是示例性地。参见图2，温度传感器21设置在印刷电路板22的左下区域而作为热源的电源23被设置在印刷电路板2的右上区域。虽然温度传感器21被尽可能设置为远离电源23，但是电源工作时产生的热量仍然可能会对温度传感器的测量值产生影响。

参见图2，示例性地，可以在电源23(图中以矩形框表示)处设置温度传感器或测温点24(图中以圆圈表示)，并且在温度传感器21与电源23之间的不同位置设置两个测温点或温度传感器25A、25B。由于测温点25A、25B与温度传感器21之间的相对位置关系上的差异，这两个测温点的测量温度差异可以用于判断是否有气体从热源流向温度传感器，以及用于修正仅考虑散热效率因子时得到的补偿值。

例如可以根据测温点25A、25B之间的差值是否大于预设的阈值(例如0.5℃)来判断电源产生的热量是否被输送到温度传感器21处。具体来说，当测温点25B的测量温度与测温点25B的测量温度之间的差值大于预设的阈值时，可以判断温度传感器21附近存在气流，并由此确定需要考虑热源热量对温度传感器测量值的影响。

进一步地，测温点25A、25B之间的差值还可被用于修正仅考虑散热效率因子时得到的补偿值。例如可以采用下列修正方式：

T_m＝T_error+γ×(T₂-T₁) (2)

这里的T_error为仅考虑散热效率因子时得到的补偿值，T_m为对T_error的修正值，T₁和T₂分别为测温点25A和25B的测量温度，γ为大于0的常数，可以通过实验或计算机仿真确定。

需要指出的是，输送到温度传感器的热源热量的占比可能变化不大，因此在测量精度要求不高的场合，可以省去对补偿值的修正步骤。

图3为按照本申请的一些实施例的用于校正温度传感器的方法的流程图。仅仅是出于示例性的目的，图3所示的方法被用于墙装式温湿度变送器中的环境温度实测值的校正。

图3所示的方法包括下列步骤：

步骤301：基于温度传感器附近的温度分布确定是否需要校正温度传感器的环境温度实测值。如果需要，则进入步骤302，否则，则进入步骤303。有关确定是否需要校正环境温度实测值的方式将在下面借助图4作详细的描述。

步骤302：基于温度传感器附近热源的电功率和当前温度确定散热效率因子。有关散热效率因子的各个方面在上面已经作了详细的描述，此处不再赘述。在执行步骤302之后，图3所示的方法流程将转至步骤304。

步骤303：判断在执行前次步骤301之后是否经历预设的时间间隔，如果经历了预设的时间间隔，则转至步骤301，执行新一轮的校正过程，否则继续监测经历的时间是否达到预设时间间隔的事件。由此可以实现周期性校正温度传感器的目的，但是这并非是必需的。

步骤304：确定与步骤302中的散热效率因子对应的函数。该函数用于描述热源温度和环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系并且具有如上所述的各个特征，例如其为线性函数，斜率可以由散热效率因子确定并且可以通过求解线性方程，由散热效率因子得到相应的斜率。有关描述映射关系的函数的各个方面在上面已经作了详细的描述，此处不再赘述。

步骤305：利用步骤304中选择的函数，由当前测得的热源温度和当前测得的环境温度实测值的差值确定相应的当前补偿值。

步骤306：可基于温度传感器附近的温度分布对步骤步骤305中确定的当前补偿值进行修正。有关对当前补偿值的修正方式在上面已经作了详细的描述，此处不再赘述。

步骤307：通过从环境温度实测值减去步骤305中确定的当前补偿值或步骤306中确定的当前补偿值的修正值来校正环境温度实测值。

在执行步骤307之后，图3所示的方法流程可返回步骤301，继续下一轮的校正过程。

图4为按照本申请另外一些实施例的用于确定是否需要校正温度传感器的环境温度实测值的方法的流程图。仅仅是出于示例性的目的，图4所示的方法以图2所示的墙装式温湿度变送器为例。

图4所示的方法包括下列步骤：

步骤401：获取温度传感器附近第一测温点25A的测量温度T₁和第二测温点25B处的测量温度T₂。

步骤402：确定第一测温点25A与第二测温点25B的测量温度之差(T₂-T₁)是否大于预设的阈值TH，如果大于预设的阈值，则转至步骤403，否则，则转至步骤404。

步骤403：判断有气体从热源流向温度传感器，因此确定需要校正温度传感器的环境温度实测值。步骤403执行后例如可转至图3中的步骤302。

步骤404：判断无气体从热源流向温度传感器，因此确定无需校正温度传感器的环境温度实测值。步骤404执行后例如可转至图3中的步骤303。

图5为按照本申请另外一些实施例的温度测量装置的示意框图。

图5所示的温度测量装置50包括第一温度传感器510、第二温度传感器520A、520B、第三温度传感器530、功耗部件540(例如电源)、控制器550以及印刷电路板(未示出)。

在图5所示的温度测量装置中，第一温度传感器510、第二温度传感器520A、520B和功耗部件540(例如电源)被设置在印刷电路板上。第一温度传感器510适于获取环境温度的实测值。第二温度传感器520A、520B位于第一温度传感器510附近的不同位置处。第三温度传感器530设置于功耗部件540处。示例性地，图5中的第二温度传感器520A、520B可位于第一温度传感器510和功耗部件540之间的不同位置处，例如如图2所示温度传感器25A、25B的布置方式。需要指出的是，图5中的第二和第三温度传感器的数量仅仅是示例性的，例如，为了更为精细地确定第一温度传感器附近的温度场分布，可以在其附近设置更多的第二温度传感器；又如，当存在多个热源时，可以为每个热源配备相应的第三传感器以测量相应热源的温度。此外，为了尽可减少热源(功耗部件540)对环境温度实测值的影响，可以尽可能地使第一温度传感器510远离功耗部件540，例如如图2所示的那样。

可选地，图5中的控制器550可以设置在印刷电路板上。虽然在图5所示的实施例中，控制器550作为温度测量装置的组成单元以根据功耗部件的功率以及第二和第三温度传感器的测量温度对环境温度实测值执行校正，但是这并非是必需的布置方式。实际上，控制器也可以作为温度测量装置的外部单元，此时对环境温度实测值的校正将在温度测量装置外部进行。

在图5所示的实施例中，控制器550可以按照下列方式完成对环境温度值的校正。

首先，控制器550从第二温度传感器520A、520B接收温度感测值，并根据这些温度感测值确定是否需要校正第一温度传感器510的环境温度实测值。有关确定的具体方式在上面已作详细的描述，此处不再赘述。

接着，在控制器550判断需要校正环境温度实测值时，将基于第三温度传感器530测得的功耗部件的当前温度和功耗部件的电功率确定散热效率因子。功耗部件的电功率可以由流经功耗部件的电流强度和功耗部件两端的电压确定。有关散热效率因子的各个方面在上面已经作了详细的描述，此处不再赘述。

随后，控制器550确定与散热效率因子对应的函数。该函数用于描述热源温度和环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系并且具有如上所述的各个特征，此处不再赘述。

接着，控制器550利用前述函数，由第三温度传感器530测得的热源温度和第一温度传感器510测得的环境温度实测值的差值确定相应的当前补偿值。

可选地，控制器550可对前述当前补偿值进行修正。有关对当前补偿值的修正方式在上面已经作了详细的描述，此处不再赘述。

可选地，控制器550可通过从第一温度传感器测得的环境温度实测值减去当前补偿值或当前补偿值的修正值来校正环境温度实测值。

图6为按照本申请的一些实施例的数据处理装置的示意框图。

图6所示的控制装置60包括存储器610(例如诸如闪存、ROM、硬盘驱动器、磁盘、光盘之类的非易失存储器)、处理器620以及计算机程序630。存储器610上存储的计算机程序630可在处理器620上运行计算机程序，以实施上面借助图3和4所描述的方法中包含的步骤。

按照本申请的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时可实现上面借助图3和4所描述的控制方法中包含的步骤。

提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本申请。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本申请的各个方面或者将本申请局限于所公开的精确形式。

Claims (18)

1.一种用于校正温度传感器的方法，其特征在于，包括下列步骤：

A、基于温度传感器附近的温度分布确定是否需要校正温度传感器的环境温度实测值；

B、如果需要校正环境温度实测值，则基于温度传感器附近热源的电功率和当前温度确定散热效率因子，所述散热效率因子用于描述流经热源的气体的流动速度对热源散热效率的影响；

C、确定与步骤B中的散热效率因子对应的函数，该函数描述热源温度和环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系；

D、利用步骤C中得到的函数确定相应的当前补偿值。

2.如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括下列步骤：

E、基于温度传感器附近的温度分布对步骤D中确定的当前补偿值进行修正。

3.如权利要求2所述的方法，其中，步骤A包括：

A1、获取温度传感器附近第一测温点和第二测温点处的测量温度，所述第一测温点和第二测温点位于温度传感器与热源之间，并且所述第一测温点与温度传感器之间的距离小于第二测温点与温度传感器之间的距离；

A2、通过比较所述第一测温点和第二测温点处的测量温度来判断是否有气体从热源流向温度传感器；

A3、如果判断有气体从热源流向温度传感器，则确定需要校正环境温度实测值。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在步骤B中，所述散热效率因子按照下列方式确定：

f＝α×P-β×T₀

这里的f为散热效率因子，P为热源的电功率，T₀为热源的当前温度，α和β为大于0的常数。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述函数为线性函数，并且该线性函数的斜率基于步骤B中确定的散热效率因子确定。

6.如权利要求5所述的方法，其中，通过求解线性方程，由步骤B中确定的散热效率因子得到线性函数的斜率。

7.如权利要求3所述的方法，其中，在步骤E中，按照下列方式来修正步骤D中确定的当前补偿值：

T_m＝T_error+γ×(T₂-T₁)

这里的T_error为当前补偿值，T_m为当前补偿值的修正值，T₁和T₂分别为第一测温点和第二测温点处的测量温度，γ为大于0的常数。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中，进一步包括下列步骤：

F、通过从环境温度实测值减去步骤D中确定的当前补偿值或步骤E中确定的当前补偿值的修正值来校正环境温度实测值。

9.一种温度测量装置，包含：

印刷电路板；

设置于印刷电路板上的第一温度传感器，适于获取环境温度实测值；

设置于印刷电路板上的功耗部件；

设置于印刷电路板上的至少两个第二温度传感器，其位于第一温度传感器与功耗部件之间的不同位置处；

设置于所述功耗部件处的第三温度传感器；以及

控制器，其配置为执行下列操作：

A、基于第二温度传感器所指示的温度分布确定是否需要校正第一温度传感器的环境温度实测值；

B、如果需要校正环境温度实测值，则基于第三温度传感器测得的功耗部件的当前温度和功耗部件的电功率确定散热效率因子，所述散热效率因子用于描述流经功耗部件的气体的流动速度对功耗部件散热效率的影响；

C、确定与步骤B中的散热效率因子对应的函数，该函数描述第三温度传感器的测量温度和第一温度传感器的环境温度实测值的差值与环境温度实测值的补偿值之间的映射关系；

D、利用步骤C中得到的函数确定相应的当前补偿值。

10.如权利要求9所述的温度测量装置，其中，所述控制器进一步配置为执行下列操作：

E、基于第二温度传感器指示的温度分布对步骤D中确定的当前补偿值进行修正。

11.如权利要求10所述的温度测量装置，其中，所述第二温度传感器包括两个温度传感器，并且其中一个与第一温度传感器之间的距离小于另外一个与第一温度传感器之间的距离，所述控制器按照方式确定是否需要校正环境温度实测值：

A1、获取第二温度传感器的测量温度；

A2、通过比较两个第二温度传感器的测量温度来判断是否有气体从热源流向温度传感器；

A3、如果判断有气体从热源流向温度传感器，则确定需要校正环境温度实测值。

12.如权利要求9-11中任意一项所述的温度测量装置，其中，所述控制器按照下列方式确定所述散热效率因子：

f＝α×P-β×T₀

这里的f为散热效率因子，P为热源的电功率，T₀为第三温度传感器的测量温度，α和β为大于0的常数。

13.如权利要求9-11中任意一项所述的温度测量装置，其中，所述函数为线性函数，并且该线性函数的斜率基于步骤B中确定的散热效率因子确定。

14.如权利要求13所述的温度测量装置，其中，所述控制器配置为通过求解线性方程，由步骤B中确定的散热效率因子得到线性函数的斜率。

15.如权利要求11所述的温度测量装置，其中，所述控制器按照下列方式来修正步骤D中确定的当前补偿值：

T_m＝T_error+γ×(T₂-T₁)

这里的T_error为当前补偿值，T_m为当前补偿值的修正值，T₁和T₂分别为第一测温点和第二测温点处的测量温度，γ为大于0的常数。

16.如权利要求9或10所述的温度测量装置，其中，所述控制器还配置为执行下列操作：

F、通过从第一温度传感器的环境温度实测值减去步骤D中确定的当前补偿值或步骤E中确定的当前补偿值的修正值来校正环境温度实测值。

17.一种数据处理装置，包含：

存储器；

处理器；以及

存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序的运行导致如权利要求1-8中任意一项所述的方法步骤被执行。

18.一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

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