CN1293357A - 压力传感器、压力传感器控制装置以及压力传感器系统 - Google Patents

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Abstract

即便压力传感器的输入/输出线为三条时,即电源线(+和－两根)和用于输出对应于所施加压力的电压的电压输出线,压力传感器的类型也能被自动识别。流过压力传感器(16)的电源线的电流值(IP),能够做到取决于压力传感器(16)的各种类型具有不同的值。电压值(Vr)[(Vr=Ip×Rr,其中Rr为电阻(50)的阻值]通过利用差分放大器进行测量,并将此电压值(Vr)同预先记录在ROM中的电压范围相比较。因而,压力传感器(16)的类型可通过使用微机(64)被自动识别。

Description

压力传感器、压力传感器控制装置以及压力传感器系统
本发明涉及一种压力传感器、一种压力传感器控制装置，以及一种使其能够进行压力传感器类型的自动识别(自动鉴别)的压力传感器系统。
近来，压力传感器被广泛用于测量压力流体或诸如此类的压力。通常，压力传感器包括一压力传感器主体(例如半导体应变片)，及一用于输出相应于施加在该压力传感器主体上的压力的电压信号的放大器。压力传感器的壳体上装有直流电源输入端子，其包括用于将直流电源供给压力传感器主体和放大器的两个端子；以及一电压信号输出端子，用于输出对应于所施加压力的电压信号。
这就是说，该压力传感器总共需要三条输入/输出线(三个连接端子)，即两条线用于馈送直流电源，一条线用于输出电压信号。
按照惯例，为了识别压力传感器的类型，需要通过肉眼观察判别例如通过印刷附加在压力传感器上的该类型的名称。
实际上，压力传感器的电压信号输出是同压力传感器控制装置相连的。当通过肉眼观察识别出来其类型时，需要进行设定操作以让压力传感器控制装置与其类型相对应。
然而，压力传感器本身的尺寸是按照实现尺寸小和重量轻的最新进展减小的。难以通过肉眼观察很容易地识别其类型的名称。此外，难题还出现在进行上述设定操作以让压力传感器控制装置与压力传感器的类型对应。此外，在某些情况下压力传感器被安置在同压力传感器与之相连的压力传感器控制装置分开的位置上。在这种情况下，难题还出现在识别压力传感器的类型名称。
作为用来解决上述难题技术的压力传感器已被提出。即该压力传感器配备有新增加的端子，用于输出识别其类型的类型识别电压信号。此压力传感器的输入/输出线总共包括四条线(四个连接端子)，即两条线用于馈送直流电源；一条线用于输出对应于所施加压力的电压；一条线用作输出类型识别信号的端子。按照这种配置，其类型识别电压信号容许根据压力传感器的类型具有不同的电压值。由此，其类型可通过测量其类型识别电压信号进行自动识别。
然而在压力传感器具有四个连接端子的情况下，输入/输出线为四条。因而，当生产压力传感器时，其生产成本随之增加。其结果是，问题出现在生产压力传感器控制装置时的生产成本也随之增加。
实际上，在某些情况下经常使用多线电缆作为输入/输出线。然而在这种情况下，问题出现在四线电缆的成本比三线电缆的成本更加昂贵。
当输入/输出线为四根时还出现另外一个问题，即信号连接的可靠性比输入/输出线为三根的情况下降低。
本发明业已考虑到以上存在的问题，目的在于提供一种压力传感器、一种压力传感器控制装置，以及一种即使在输入/输出线为三条时也能可靠地识别其类型的压力传感器系统。
根据本发明，提供一种压力传感器，其包括由两个端子组成的直流电源输入端子及一个用于输出一与所施加压力对应的信号的信号输出端子；该压力传感器进一步包括一电源电流设定装置，用于使流过该直流电源输入端子的电源电流值成为取决于压力传感器类型的不同的电源电流值。
根据本发明，该电源电流设定装置被利用来使流过压力传感器的直流电源输入端子的电源电流值成为取决于压力传感器类型的不同的电源电流值。因此，有可能获得其类型可通过检测其电源电流值识别而同时保留三根输入/输出线的压力传感器。
根据本发明另一方面，提供一种压力传感器控制装置，待与压力传感器的由两个端子组成的直流电源输入端子和用于输出一对应于所施加压力的信号的信号输出端子相连接，以根据其信号输出执行予定的处理；该压力传感器控制装置包括：一用于检测流过直流电源输入端子的电源电流值的电源电流值检测装置；以及一根据所检测的电源电流值识别压力传感器类型用的类型识别装置。
根据本发明，馈给压力传感器且被容许流过直流电源输入端子的电源电流值，由电源电流值检测装置进行检测。因此，压力传感器的类型可以在所检测的电源电流值的基础上通过类型识别装置进行识别。
由于电源电流值可被检测，故可以获得能够为压力传感器进行类型识别同时保留三条输入/输出线的压力传感器控制装置。
按照这种配置，压力传感器控制装置的构成包括许多连接端子，使其能够同时与具有不同电源电流值的许多压力传感器相连。因而，通过使用一个压力传感器控制装置，有可能同时识别许多压力传感器的类型。
根据本发明的又一方面，提供一种压力传感器系统，其包括：压力传感器组，其具有取决于其类型的互不相同的电源电流值；以及压力传感器控制装置，其包括一类型识别装置，该压力传感器与此类型识别装置相连，当根据该压力传感器的输出执行予定的处理时，用于检测其电源电流值，以识别压力传感器的类型。
根据本发明，有可能构成一种压力传感器系统，其中的每个压力传感器均通过使用三条线与压力传感器控制装置相互连接。
本发明的上述以及其它一些目的、特征和优点，从以下结合附图所作描述中将变得更加清楚，本发明的优选实施例则作为说明性实际表示在附图中。
图1表示一电路方框图，说明本发明一实施例所应用的压力传感器系统的结构；
图2表示一电路方框图，说明包括在图1所示实施例的压力传感器系统中的压力传感器的详细结构；
图3表示一用来说明储存在ROM中的一种类型转换表(a typeconvevsion table)的例示性结构的图表；
图4表示一电路方框图，说明本发明另一实施例所应用的压力传感器系统的结构；以及
图5表示一流程图，用来解释图4所示实施例的操作。
本发明的实施例将参照附图解释如下。
图1表示本发明实施例所应用的压力传感器系统10的结构。压力传感器系统10包括：一直流电源设备12，用于输出一电源电压Va(电压值也是指Va，而且此术语也是指“直流电源Va”)；一压力传感器16，其具有由两个端子组成的直流电源输入端子21,22和一用于输出与所施加的压力对应的电压信号Vout(电压值也指Vout)的信号输出端子23；以及一压力传感器控制装置18，用于执行予定的操作，例如根据压力信号Vout执行压力显示操作。直流电源设备12也可以合并在压力传感器控制装置18中。
图2表示压力传感器16的典型结构。压力传感器16具有与半导体应变片桥形连接的半导体压力传感器主体45，半导体应变片则利用由恒流源30馈送的恒定电流进行工作。在压力传感器主体45中，根据所施加的压力在端子45b和45d之间产生的电压信号Vs(电压值也是指Vs)，被供给差分放大器46。差分放大器46对此电压信号Vs进行放大，以获得与所施加的压力对应的电压信号Vout，以便将此电压信号Vout馈送给信号输出端子23。
按照这种配置，通过利用电压调节器如三端子调节器将由直流电源输入端子21,22供给的直流电源Vcc(电压值也是指Vcc)转换成恒定电压而获得的直流电源Vb(电压值也是指Vb)，被分别供给恒流源30和差分放大器46。
在这种情况下，用作电源电流设定装置的阻值为Rb的电阻40，被连接在电压调节器36的输出端子和接地(GND)端子22之间。电阻40所起的作用，是使由直流电源输入端子21供给的电源电流IP(电流值也是指IP)被容许具有取决于压力传感器16类型的不同的电源电流值IP。该电阻40可以是可变电阻。
按照这种配置，如从图2中可清楚地那样，电源电流IP可根据下式(1)算出：
IP=I1+I2=I1+I3+I4=I1+Vb/Rb+I4……(1)
在这种情况下，电流I1表示从电压调节器36流向接地端子22的电流。电流I2表示从电压调节器36流向负载一侧的电流。电流I3表示流过作为电源电流设定装置的旁路电阻40的电流。电流I4表示通过组合流过压力传感器主体45、恒流源30和差分放大器46的电流而获得的电流。
根据式(1)可以理解，电源电流IP的值可以通过改变旁路电阻40的阻值Rb来改变。
参见图1，压力传感器控制装置18包括端子41,42和端子31，32,33，连接器配备的导线44与端子41,42相连，连接器配备的导线34与端子31,32和33相连。
按照这种配置，直流电源Va经过连接器配备的导线44从直流电源设备12馈送给端子41,42。端子42和端子32接地。二极管52和阻值为Rr的电阻50(由源电流检测装置)被连接在端子41和31之间，前者用于保护，后者作为精密的小电阻用于检测电源电源电流值IP。端子31和32经过连接器配备的导线34连接在压力传感器16的直流电源输入端子21和22上面。
按照这种配置，通过利用二极管52和电阻50降低直流电源Va的电压而获得的直流电源Vcc[Vcc=Va-(二极管51的正向电压+Rr×IP)]，被馈给端子21。
对应于压力传感器16所施加的压力而输出电压信号Vout的信号输出端子23，经过连接器配备的导线34与端子33相连。
电压信号Vout经过放大器56供给A/D变换器62，并且作为数字信号的电压信号(由Vout表示)被供给微机64。
在用于检测电源电流值IP的电阻50的两端产生的电压信号Vr(电压值也指Vr)，经过差分放大器54供给A/D变换器61，并且作为数字信号的电压信号(由Vr表示)供给起类型识别装置作用的微机64。
微机64为一台计算机，其包括CPU(中央处理单元)66、作为存储器的ROM(包括EEPROM)68、RAM(随机存取存储器)70，以及其它组件，例如包括输入/输出单元和作为时间测量装置的记时器。微机64的功能是作为控制单元、计算单元和处理单元。
储存在ROM68中的是电压-电流转换表和电源电流-类型转换表，前者用于将与(作为压力传感器16的消耗电流的)电源电流值IP成正比的电压信号Vr转换成电源电流值IP，后者用于从所转换的电源电流值IP识别压力传感器的类型。不用说，电压-电流转换表和电源电流-类型转换表均为将其组合成类型识别表所具有的。另一方面，可以拥有计算公式以替代此表。
图3表示写在ROM68中的这种类型转换表74的典型结构。在图3中，由直线构成的特征74，表示差分放大器54的特征。
图3所示实施例的类型转换表74，可以用来自动识别五种(五种类型)的压力传感器16A至16E，涉及电源电流IP(y)相对于差分放大器54的输出电压信号Vr(x)的范围，即压力传感器16A处在对应于电压信号Vr的阈值为Vr(1)到Vr(3)的IP(1)到IP(3)之间；压力传感器16B处在对应于阈值Vr(4)到Vr(6)的IP(4)到IP(6)之间；压力传感器16c处在对应于阈值Vr(7)到Vr(9)的IP(7)到IP(9)之间；压力传感器16D处在对应于阈值Vr(10)到Vr(12)的IP(10)到IP(12)之间；以及压力传感器16E处在对应于阈值Vr(13)到Vr(15)的IP(13)到IP(15)之间。
例如，阈值Vr(3)和阈值Vr(4)之间提供的间距，是为了避免任何涉及相邻压力传感器16A和16B的错误的识别。
此外，用来将对应于施加在压力传感器16上的压力的电压信号Vout转换成压力值的电压-压力转换表，或者电压-压力计算公式，被储存在ROM68中。此电压-压力转换表或者计算公式与压力传感器16相对应，且被根据压力传感器16类型的自动识别结果被自动选择。
与微机64相连的是显示单元72和操作单元71，前者用于显示由压力传感器16所测量的测量压力值，以及由微机64自动识别的压力传感器16的类型识别名称(例如类型名称、模式或者由数字和字母表示的类型编码)，后者用于进行各种输入操作。
接下去，将对图1所示实施例的压力传感器系统10进行自动类型识别的功能作主要解释。
首先，如图1所示，直流电源设备12和压力传感器16分别经过连接器配备的导线44和34与压力传感器控制装置18相连接。
与此同时，电压降在电阻50中由作为消耗电流流过压力传感器16的电源电流IP引起。电压信号Vr在电阻50的两端子之间获得。
该电压信号Vr由差分放大器54进行放大，并且经过A/D变换器61作为数字电压信号Vr供给微机64。
微机64访问(refer)类型转换表74中的数字电压信号Vr和阈值Vr(x)以判别电压信号Vr被包括在其中的适合的阈值范围Vr(x)到Vr(x+2)(在此表示式中x具有1,4,7,10和13中的任何值)。微机64自动识别获得阈值范围Vr(x)到Vr(x+2)的压力传感器16。
未表示出来的电压-压力转换表或者电压-压力计算公式，拟被用来将对应于施加在被识别压力传感器16的压力的电压信号Vout转换为压力值，可以在自动识别结果的基础上被自动进行选择。此后，电压信号Vout按照被选定的电压-压力转换表或计算公式被转换成压力值，且此压力值被显示在显示单元72上面。
如果电压信号Vr为一在类型转换表74中在Vr(x)到Vr(x+2)的阈值范围以外的电压值，则在显示单元72上面作出错误的识别。
如上所述，根据以上说明的实施例，作为电源设定装置的电阻40，用来使流过压力传感器16的直流电源输入端子21,22的电源电流值IP成为随压力传感器16类型变化的不同的电流值，其被安装在压力传感器16中。流过直流电源输入端子21的电源电流值IP，被压力传感器控制装置18进行检测。被检测出来的电源电流值IP的值，可被用来自动识别压力传感器16的类型。
根据上述实施例，足以使压力传感器16的输入/输出线为用于电源电压Vcc、输出电压信号Vout和接地GND的三条线。因而，还能够获得的好处是，不需要改变压力传感器16的壳体使其偏离传统性壳体。
图4表示根据本发明另一实施例的压力传感器系统110的结构。
在图4所示实施例的压力传感器系统110中，与图1至3中所示元件或部件对应的部分，由相同的参考数字或附有字母A,B,C,D的参考数字标示，其详细解释被省略。
在压力传感器系统110中，三种类型的压力传感器16A,16B和16C分别经过连接器配备的导线34A,34B和34C与压力传感器控制装置118相连接。
压力传感器16A至16C具有与图2所示压力传感器16相同的电路连接配置，它们包括作为电源电流设定装置的电阻40A,40B和40C,分别用于提供不同的电源电流值IP。
压力传感器控制装置118配备有连接端子31A至33A,31B至33B,31C至33C和31D至33D，能够分别连接四个压力传感器16。按照这种配置，由直流电流电源设备12供给的电源电压Va，分别经过共用的二极管52通过相应的电阻(电源电流检测装置)50A至50D馈送给连接器端子(31A,32A),(31B,32B),(31C,32C),(31D,32D)。在图4所示的实施例中，连接器端子31D至33D为予备端子。
在电阻50A至50D中产生的端子之间的电压信号Vr1至Vr4，分别由差分放大器54A至54D进行放大，然后分别由A/D变换器61A至61D转换成电压信号VrA至VrD，作为数字信号供给微机164。
在端子33A至33C上产生的压力传感器16A至16C的电压信号VoutA,VoutB和VoutC，分别供给固定端口(port)80b至80c以构成多路复用器80。在端子33D上产生的电压信号VoutD，被供给剩余的固定端口80e。
图中未表示的具有高阻值的电阻被接在接地端子和每个端子33A至33D之间，以对下降至零伏起作用，从而使出现在端子33A至33D上的电压不会产生漂移，例如当压力传感器16A未与端子33A至33D相连时。
出现在多路复用器80的共用端口80a上的电压信号，借助于放大器56进行放大，并由A/D变换器62转换成电压信号Vout，作为数字信号供给微机164。多路复用器80的共用端口80a，例如根据由微机164供给转换端口80f的2-位信号，转接到所需要的固定端口80b至80d上。
接下去，将参照图5所示的流程图主要对图4所示实施例的压力传感器110的自动识别类型功能进行解释。
步骤51所示的初始处理，是当图4中的直流电源设备12接通之后压力传感器控制装置118的电源被接通时进行的。在此起始处理中，ROM68中的自动识别程序由CPU66读出以启动控制。写入ROM68中的图3所示的类型转换表74，以及用于将对应于施加在压力传感器16上的压力的电压信号Vout转换成压力值的图中未表示的电压-压力转换表，被读入RAM70中。
随后在步骤S2，与相应电阻50A至50D中由流过压力传感器16A至16C的作为消耗电流的电源电流IpA至IpD(IpD=0)产生的电压降对应的相应的电压信号VrA,VrB,VrC和VrD，分别由A/D变换器61A,61B,61C和61D读出。
随后在步骤S3，将读出的电压信号VrA,VrB,VrC和VrD与阈值的取值范围Vr(x)到Vr(x+2)进行比较(其中x=1,4,7,10,13)。如果在相应的阈值取值范围Vr(1)到Vr(3),Vr(4)到Vr(6),Vr(7)到Vr(9),Vr(10)到Vr(12)内的电压信号VrA,VrB,和VrC被检测出来，则在步骤S4,S5和S6中自动识别出与之相连的相应的压力传感器16A,16B和16C。
在图4所示的实施例中，压力传感器16未与端子31D相连。因此，在步骤S7中未进行处理，并且在步骤S8中进行的是错误的处理。按照这种情况，在步骤S8的错误处理中，VrD=0伏被作为电压信号Vr检测。因此，微机164确定电源电流值不大于规定的值，并且判定没有压力传感器16与端子31D相连。
随后在步骤S9，多路复用器80的共用端口80a，在压力传感器自动识别处理(步骤S2至S8)结果的基础上依次被转接在固定端口80b，80c和80d上面。每次当进行转接时，作为压力传感器16A至16C的输出信号的电压信号Vout(VoutA,VoutB和VoutC)，通过A/D变换器62由微机164读出。
随后在步骤S10，读出的电压信号VoutA，至VoutC，参照未表示出来的电压-压力转换表分别被转换为压力值。
在步骤S11中，这种被转换为压力值的结果，分别按照与压力传感器16A至16C的关系被显示在显示单元72上面。
此后，重复进行的操作是：步骤S2到S8中对压力传感器的自动识别；步骤S9中在该自动识别处理结果的基础上对电压信号的读出处理；步骤S10中的压力转换处理，以及步骤S11中的显示处理。
如上所述，以上说明的图4所示实施例的结构为，具有许多连接端子(31A,32A,33A),(31B,32B,33B),(31C,32C,33C),(31D,32D,33D)，其中每个包括使其可能同时连接具有不同电源电流值IP的四个压力传感器16的三个个体(分别作为输入/输出线的三条线)。因此，所能达到的效果是使多种类型(即图4所示实施例中的16A至16D四种类型)的压力传感器可通过使用一个压力传感器控制装置118同时进行识别。当然，即便具有同样分类的四个压力传感器16A被接在连接端子(31A,32A,33A),(31B,32B,33B),(31C,32C,33C)和(31D,32D,33D)上面，由相应压力传感器16A检测出来的基于与所施加压力对应的输出电压信号Vout的压力值，也可被显示在显示单元72上面。
当然，本发明并不局限于上述实施例，它可以其它各种形式实施而不脱离本发明的要旨或基本特征，例如本发明也可应用于电压驱动形式而不同于压力传感器主体45的电流驱动形式。
此外，作为电源电流设定装置的电阻40，可以由例如集成电路包括的电流源来取代。
如上所述，根据本发明的压力传感器、压力传感器控制装置和压力传感器系统，即便压力传感器的输入/输出线为三条，也能可靠地识别其类型。
此外，所达到的效果是，许多类型的压力传感器均可被识别。

Claims (13)

1．一种压力传感器，包括由两个端子(21),(22)组成的直流电源输入端子，和一个用于输出一与所施加压力对应的信号的信号输出端子(23)，所述压力传感器进一步包括：
一电源电流设定装置(40)，用来使流过上述直流电流输入端子的电源电流值(IP)成为取决于所述压力传感器类型的不同的电源电流值。
2．一种压力传感器控制装置(18)，待与压力传感器(16)的由两个端子(21),(22)组成的直流电源输入端子和用于输出一对应于所施加压力的信号(Vout)的信号输出端子(23)相连接，用来根据上述信号输出执行予定的处理，所述压力传感器控制装置(18)包括：
一电源电流值检测装置(50),(54),(61),(64)，用于检测流过上述直流电源输入端子的电源电流值(IP)；以及
一类型识别装置(64)，用于根据上述被检测的电源电流值识别上述压力传感器的类型。
3．根据权利要求2的压力传感器控制装置，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(64)相连接的显示单元(72)，其中，所述类型识别装置将所识别出来的类型识别名称显示在上述显示单元上面。
4．根据权利要求2的压力传感器控制装置，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(64)相连接的显示单元(72)；以及
一类型转换表(74)，其供上述类型识别装置访问并储存上述电源电流值(IP)和上述压力传感器类型之间的对应关系，其中：
上述类型识别装置将所识别出来的类型识别名称显示在上述显示单元上面；而且
上述类型识别装置确定类型判断的不可能性，如果上述电源电流检测装置所检测的上述电源电流值(IP)在某一范围内，其中在上述类型转换表中没有对应的类型设置，并且它把这一事实显示在上述显示单元上面。
5．根据权利要求2的压力传感器控制装置，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(64)相连接的显示单元(72)，其中
所述类型识别装置确定上述压力传感器(16)并未相连接，如果上述电源电流值(IP)不大于一规定的值，并且它将这一事实显示在上述显示单元上面。
6．根据权利要求2的压力传感器控制装置(18)，进一步包括：
许多连接端子(31A,32A,33A),(31B,32B,33B),(31C,32C,33C)和(31D,32D,33D)，使其有可能同时连接具有不同的电源电流值的许多压力传感器(16A),(16B),(16C)，其中
所述类型识别装置对流过上述许多压力传感器的上述相应直流电源输入端子(21),(22)的上述电源电流值进行检测，以识别相应的类型。
7．根据权利要求6的压力传感器控制装置，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(64)相连接的显示单元(72)，其中
所述类型识别装置将所识别出来的类型识别名称显示在上述显示单元上面。
8．根据权利要求6的压力传感器控制装置，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(64)相连接的显示单元(72)；以及
一类型转换表(74)，其供上述类型识别装置访问并储存上述电源电流值(IP)和上述压力传感器类型之间的对应关系，其中：
上述类型识别装置将所识别出来的类型识别名称显示在上述显示单元上面；而且
上述类型识别装置确定类型判断的不可能性，如果上述电源电流检测装置所检测的上述电源电流值(IP)在某一范围内，其中在上述类型转换表中没有对应的类型设置，并且它把这一事实显示在上述显示单元上面。
9．根据权利要求6的压力传感器控制装置，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(64)相连接的显示单元(72)，其中
所述类型识别装置确定上述压力传感器(16)并未相连接，如果上述电源电流值(IP)不大于一规定的值，并且它将这一事实显示在上述显示单元上面。
10．一种压力传感器系统(110)，包括：
压力传感器(16A),(16B),(16C)组，其具有取决于其类型的互不相同的电源电流值(IPA),(IPB),(IPC)，以及
一压力传感器控制装置(118)，其包括一类型识别装置(164)，上述压力传感器与之相连接，当根据上述压力传感器的输出执行予定的处理时，用于检测上述电源电流值，以识别上述压力传感器的上述类型。
11．根据权利要求10的压力传感器系统，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(164)相连接的显示单元(72)，其中
上述类型识别装置将所识别出来的类型识别名称显示在上述显示单元上面。
12．根据权利要求10的压力传感器系统，进一步包括：
一待与上述类型识别装置相连接的显示单元；以及
一类型转换表(74)，其供上述类型识别装置访问并储存上述电源电流值(IP)和上述传感器类型之间的对应关系，其中：
上述类型识别装置将所识别出来的类型识别名称显示在上述显示单元上面；而且
上述类型识别装置确定类型判断的不可能性，如果上述电源电流检测装置所检测的上述电源电流值(IPA),(IPB),(IPC)在某一范围内，其中在上述类型转换表中没有对应的类型设置，并且它把这一事实显示在上述显示单元上面。
13．根据权利要求10的压力传感器系统，进一步包括：
一待与上述类型识别装置(64)相连接的显示单元(72)，其中
上述类型识别装置确定上述压力传感器(16)并未相连接，如果上述电源电流值(IP)不大于一规定的值，并且它将这一事实显示在上述显示单元上面。
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