CN203642927U - 一种激光扫平仪探测器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种激光扫平仪探测器，包括：主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元和电源管理单元，其中：光电探测单元接收激光扫平仪输出的光信号，并将光信号转换为电信号传送给信号处理单元，信号处理单元对电信号进行多级分级放大处理，并将放大处理后的电信号发送给主控制器，由主控制器将探测到的激光扫平仪的水平高度或者光信号接收点到光电探测单元中心位置的指示图标等显示在显示单元上。本申请公开的该激光扫平仪探测器，能够根据激光扫平仪探测器与激光扫平仪距离的不同，也就是说，根据接收到的信号强弱，来实现对电信号放大的分级控制，进而扩大了接收距离，提高了激光扫描仪探测器的稳定性和抗干扰性。

Description

一种激光扫平仪探测器

技术领域

本申请涉及精密激光测量仪器技术领域，更具体的说是涉及一种激光扫平仪探测器。

背景技术

激光扫平仪是在传统光学扫描仪的基础上发展起来的一种激光扫描仪器，在快速旋转轴带动下使可视激光点扫出同一高度的光线，以便于工程人员定位高度的一种仪器。其具有很高的扫平精度以及较长的作业距离，使用起来方便、灵活，因此被广泛用于大地测量、工程测量以及大型安装与挖掘工程等方面。而激光扫平仪探测器是与之配套的光电接收设备，用于接收激光扫平仪发出的激光，从而掌握目标的高度、位倾斜度信息，进而实现工程作业设备的精确控制。

目前使用的激光扫平仪探测器的探测距离为200m左右，而且容易受外界环境，如日光等因素的干扰，如果因为某些特殊原因，探测器与扫平仪的距离大于200m，或者在日照较强的环境下，会导致探测结果不准确或者无法得出探测结果。

因此，提供一种激光扫平探测器，能够更有效的检测激光信号，扩大接收范围，增加接收距离，提高稳定性和抗干扰性，是本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种激光扫平仪探测器，用以降低由于控制器与交换机之间的控制连接中断导致的数据传输不安全的风险。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种激光扫平仪探测器，包括：主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元和电源管理单元，其中：

所述光电探测单元，用于接收激光扫平仪输出的光信号，并将所述光信号转换为电信号传送给所述信号处理单元；

所述信号处理单元包括：前置放大单元、比较单元和两级主放大单元；

所述前置放大单元，用于对所述电信号进行初级放大处理，得到放大后的电信号；

所述比较单元，用于将所述放大后的电信号与基准信号进行比较，并将比较结果转换为逻辑电平信号发送给所述主控制器；

所述两级主放大单元，用于接收所述主控制器根据所述逻辑电平信号确定需要对电信号继续放大时输出的放大命令，对电信号实现分级放大处理；

所述显示单元，用于显示所述主控制器输出的根据电信号判断出的激光扫平仪的水平高度或者显示主控制器输出的用于指示所述光电探测单元接收光信号的位置到达所述光电探测单元中心位置的指示图标；

所述电源管理单元，用于为主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元供电。

优选的，还包括：

按键输入单元，用于控制所述电源管理单元的开合、切换系统的工作精度以及调节音量。

优选的，所述按键输入单元采用的是AD采样轻触式按键。

优选的，还包括：

报警单元，用于根据主控制器判断出的光电探测单元接收光信号的不同位置发出不同的报警信号。

优选的，所述报警单元为蜂鸣器。

优选的，所述信号处理单元还包括：滤波单元和波形变换单元，其中：

所述滤波单元，用于将放大后的电信号合路并进行滤波处理，输出滤波后的放大电信号；

所述波形变换单元，用于对放大、滤波处理后的电信号进行波形变换，输出标准方波传送给主控制器。

优选的，所述前置放大单元为低噪声放大电路。

优选的，所述主控制器为Cortex-M3单片机。

优选的，所述光电探测单元为高速硅光二极管阵列。

优选的，所述显示单元为LCD显示屏。

综上，本申请提供的一种激光扫平仪探测器，通过光电探测单元接收光信号并将光信号转换为电信号传送给信号处理单元，经过前置放大单元的放大处理后传送到比较单元与基准电压进行比较，并输出相应的逻辑电平给主控制器，主控制器根据逻辑电平进行判断是否需要对电信号继续放大，如果需要，则控制两级主放大单元进行一级或者二级放大。将放大处理后的电信号发送给主控制器，由主控制器将探测到的激光扫平仪的水平高度或者光信号接收点到光电探测单元中心位置的指示图标等显示在显示单元上。与现有技术相比，本申请公开的该激光扫平仪探测器，能够根据激光扫平仪探测器与激光扫平仪距离的不同，也就是说，根据接收到的信号强弱，来实现对电信号放大的分级控制，进而扩大了接收距离，提高了激光扫描仪探测器的稳定性和抗干扰性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一公开的一种激光扫平仪探测器的结构示意图；

图2为本申请实施例一公开的一种信号处理单元的结构示意图；

图3为本申请实施例二公开的一种信号处理单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前使用的激光扫平仪探测器的探测距离为200m左右，而且容易受外界环境，如日光等因素的干扰，如果因为某些特殊原因，探测器与扫平仪的距离大于200m，或者在日照较强的环境下，会导致探测结果不准确或者无法得出探测结果。因此，本申请提供一种激光扫平仪探测器，能够更有效的检测激光扫平仪发出的光信号，扩大接收范围，增加接收距离，提高稳定性和抗干扰性

实施例一

如图1所示，图1为本申请实施例一公开的一种激光扫平仪探测器的结构示意图。该激光扫平仪探测器包括：主控制器101、光电探测单元102、信号处理单元103、显示单元104和电源管理单元105。

其中，光电探测单元102，用于接收激光扫平仪输出的光信号，并将光信号转换为电信号传送给所述信号处理单元。具体的，该光电探测单元102为高速硅光二极管阵列，包括上、下两部分硅光二极管，即硅光电池。

硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN结，把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯(PN结)受到光照时，就会看到微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。

如图2所示，图2为本申请实施例一公开的一种信号处理单元的结构示意图。信号处理单元包括：前置放大单元201、比较单元202和两级主放大单元203。

前置放大单元201，用于对电信号进行初级放大处理，得到放大后的电信号。

具体的，该前置放大单元为低噪声放大器。在用激光扫平仪进行激光测量的过程中，光电探测单元接收到的激光回波信号功率非常弱，导致光电探测单元转换输出的电信号非常小，为了便于后续的精确信号处理，对此微弱信号的处理就显得尤为重要。本申请公开的该激光扫平仪探测器针对这种激光探测的微弱电信号进行处理，实现信号的低噪声宽带放大。当扫平仪距离激光探测器较远时，探测器上接收到的激光功率为微瓦级别，这就要求前置放大电路具有很高的响应度。本实用新型综合考虑了电路的设计要考虑带宽、功耗、噪声、响应速率等各方面因素，设计选用了一款低失真、低噪声、低功耗、高压摆率的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）运算放大器作为前置放大单元。

比较单元202，用于将放大后的电信号与基准信号进行比较，并将比较结果转换为逻辑电平信号发送给主控制器101。

经放大后的信号传送到比较单元与基准电压进行比较，比较单元根据比较结果输出相应的逻辑电平信号传送到主控制器。

两级主放大单元203，用于接收主控制器101根据逻辑电平信号确定需要对电信号继续放大时输出的放大命令，对电信号实现分级放大处理。

主控制器根据比较单元输出的逻辑电平信号，判断是否开启二级放大电路，如果需要，输出信号控制两级主放大单元开启二级放大电路，并将二级放大处理后的电信号继续传送到比较单元与基准电压进行比较，比较单元根据比较结果再次输出相应的逻辑电平信号给主控制器，主控制器再根据逻辑电平信号判断是否需要继续进行电信号的放大，如果需要，则命令两级主放大单元开启三级放大电路，对电信号进行三级放大，如果不需要，则直接由主控制器判断光电探测单元接收信号的位置或者激光扫平仪的高度。

由此，本申请公开的该激光扫平仪探测器能够根据探测器距扫频仪距离的不同，实现对信号放大的分级控制，进而扩大接收范围，增加接收距离，提高探测器的稳定性和抗干扰性。

显示单元104，用于显示主控制器101输出的根据电信号判断出的激光扫平仪的水平高度或者显示主控制器101输出的用于指示光电探测单元102接收光信号的位置到达光电探测单元102中心位置的指示图标。

在显示单元用于显示检测结果以及指示图标的同时，我们还可以设置报警单元，用于根据主控制器判断出的光电探测单元接收光信号的不同位置发出不同的报警信号。该报警单元可以为蜂鸣器，当然也可以为其他报警设备，在此不作限制，可以根据具体情况进行选择。

具体的，主控制器能够根据接收到的光信号进行判断，若激光信号打在光电探测单元的上探测器，则主控制器对应的中断检测IO口会有方波信号输入，同时主控制器控制显示单元给出相应的向下箭头指示，并有相应的声音报警输出，指示操作者要对探测器进行移动。同理，若激光信号打在光电探测单元的探测器的下探测器，则主控制器控制显示单元给出相应的向上箭头指示，并有相应的声音报警输出，指示操作者对探测器进行移动，直到激光信号打在光电探测单元的中间位置，则主控制器控制显示单元给出相应的水平指示，并有与打在上、下探测器不同的声音报警输出。

也可以说，光电探测单元接收激光扫平仪发出的光信号，并将其转换为电信号，输出电信号给信号处理单元，将进行处理后的信号发送给主控制器，主控制器检测到经信号处理后的信号后，判断信号来自光电探测单元的不同区域，给出不同的显示信息发送到显示单元及声音报警信号到报警单元。

在本申请公开的该主控制器采用的是CORTEX-M3控制器，即本申请中的主控制器为Cortex-M3单片机，负责控制各个硬件模块及接口的管理与数据交换。Cortex-M3是一个32位的核，能够满足更快的中断速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining，即末尾连锁中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。

电源管理单元105，用于为主控制器101、光电探测单元102、信号处理单元103、显示单元104供电。

电源管理单元105负责整个系统的供电，用于为主控制器101、光电探测单元102、信号处理单元103、显示单元104供电。电源管理单元为不同的单元提供各单元所需的不同的电源电压，例如，主电源电压为9V，由电源管理单元将9V的主电源电压转换为3.3V的电压为光电探测单元进行供电，当然，还可以转换为其他的电压为其他单元进行供电。

需要说明的是，该激光扫平仪探测器还可以包括按键输入单元，用于控制电源管理单元的开合、切换系统的工作精度以及调节音量。其中，该按键输入单元采用的是AD采样轻触式按键，当然，也可以使用其他种类的按键输入单元，在此不作限制，可以根据具体情况进行选择。

具体的，用户可以通过按键开关电源，还可以通过按键设置工作精度，当探测器与激光扫平仪距离较远时可以适当的调高工作精度，在探测器与激光扫平仪距离较近时可以适当的调低工作精度，以便于在测量更加快捷的基础上，使测量准确。还可以通过按键调节报警单元的报警声音音量的大小，以便于在不干扰工作人员工作的同时，能够使工作人员更好地分辨出报警信息，以进行快速判断接收光信号的位置是否准确，该如何进行移动使接收位置准确等。

由以上技术方案可知，本申请实施例一提供的该种激光扫平仪探测器，通过光电探测单元接收光信号并将光信号转换为电信号传送给信号处理单元，经过前置放大单元的放大处理后传送到比较单元与基准电压进行比较，并输出相应的逻辑电平给主控制器，主控制器根据逻辑电平进行判断是否需要对电信号继续放大，如果需要，则控制两级主放大单元进行一级或者二级放大。将放大处理后的电信号发送给主控制器，由主控制器将探测到的激光扫平仪的水平高度或者光信号接收点到光电探测单元中心位置的指示图标等显示在显示单元上。与现有技术相比，本申请公开的该激光扫平仪探测器，能够根据激光扫平仪探测器与激光扫平仪距离的不同，也就是说，根据接收到的信号强弱，来实现对电信号放大的分级控制，进而扩大了接收距离，提高了激光扫描仪探测器的稳定性和抗干扰性。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请提供了另一种激光扫平仪探测器，该激光扫平仪探测器包括：主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元和电源管理单元。

其中，光电探测单元，用于接收激光扫平仪输出的光信号，并将光信号转换为电信号传送给所述信号处理单元。具体的，该光电探测单元为高速硅光二极管阵列，包括上、下两部分硅光二极管，即硅光电池。

硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN结，把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯(PN结)受到光照时，就会看到微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。

如图3所示，图3为本申请实施例二公开的一种信号处理单元的结构示意图。该信号处理单元包括：前置放大单元301、比较单元302、两级主放大单元303、滤波单元304和波形变换单元305。

前置放大单元301，用于对电信号进行初级放大处理，得到放大后的电信号。

具体的，该前置放大单元为低噪声放大器。在用激光扫平仪进行激光测量的过程中，光电探测单元接收到的激光回波信号功率非常弱，导致光电探测单元转换输出的电信号非常小，为了便于后续的精确信号处理，对此微弱信号的处理就显得尤为重要。本申请公开的该激光扫平仪探测器针对这种激光探测的微弱电信号进行处理，实现信号的低噪声宽带放大。当扫平仪距离激光探测器较远时，探测器上接收到的激光功率为微瓦级别，这就要求前置放大电路具有很高的响应度。本实用新型综合考虑了电路的设计要考虑带宽、功耗、噪声、响应速率等各方面因素，设计选用了一款低失真、低噪声、低功耗、高压摆率的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）运算放大器作为前置放大单元。

比较单元302，用于将放大后的电信号与基准信号进行比较，并将比较结果转换为逻辑电平信号发送给主控制器。

经放大后的信号传送到比较单元与基准电压进行比较，比较单元根据比较结果输出相应的逻辑电平信号传送到主控制器。

两级主放大单元303，用于接收主控制器根据逻辑电平信号确定需要对电信号继续放大时输出的放大命令，对电信号实现分级放大处理。

主控制器根据比较单元输出的逻辑电平信号，判断是否开启二级放大电路，如果需要，输出信号控制两级主放大单元开启二级放大电路，并将二级放大处理后的电信号继续传送到比较单元与基准电压进行比较，比较单元根据比较结果再次输出相应的逻辑电平信号给主控制器，主控制器再根据逻辑电平信号判断是否需要继续进行电信号的放大，如果需要，则命令两级主放大单元开启三级放大电路，对电信号进行三级放大，如果不需要，则直接由主控制器判断光电探测单元接收信号的位置或者激光扫平仪的高度。

由此，本申请公开的该激光扫平仪探测器能够根据探测器距扫频仪距离的不同，实现对信号放大的分级控制，进而扩大接收范围，增加接收距离，提高探测器的稳定性和抗干扰性。

滤波单元304，用于将放大后的电信号合路并进行滤波处理，输出滤波后的放大电信号。

由于光电探测单元接收到的光信号掺杂有其他光信号，这些掺杂的光信号会对激光扫平仪发出的光信号进行干扰，导致探测器的探测结果不准确，因此，本申请实施例二提供的该激光扫平仪探测器对进行转换后的电信号进行滤波处理，滤除杂质信号，以便于能够更清晰的得出检测结果。

波形变换单元305，用于对放大、滤波处理后的电信号进行波形变换，输出标准方波传送给主控制器。

经放大电路处理后的信号经波形变换单元，输出标准的方波信号，便于主控制器进行中断检测。由于光电探测单元接收到的不一定为标准的方波信号，为了便于主控制器进行检测，本探测器将放大滤波处理后的信号进行了整形，将原来的可能不是标准方波的电信号转换为了标准方波信号。

显示单元，用于显示主控制器输出的根据电信号判断出的激光扫平仪的水平高度或者显示主控制器输出的用于指示光电探测单元接收光信号的位置到达光电探测单元中心位置的指示图标。

在显示单元用于显示检测结果以及指示图标的同时，我们还可以设置报警单元，用于根据主控制器判断出的光电探测单元接收光信号的不同位置发出不同的报警信号。该报警单元可以为蜂鸣器，当然也可以为其他报警设备，在此不作限制，可以根据具体情况进行选择。

具体的，主控制器能够根据接收到的光信号进行判断，若激光信号打在光电探测单元的上探测器，则主控制器对应的中断检测IO口会有方波信号输入，同时主控制器控制显示单元给出相应的向下箭头指示，并有相应的声音报警输出，指示操作者要对探测器进行移动。同理，若激光信号打在光电探测单元的探测器的下探测器，则主控制器控制显示单元给出相应的向上箭头指示，并有相应的声音报警输出，指示操作者对探测器进行移动，直到激光信号打在光电探测单元的中间位置，则主控制器控制显示单元给出相应的水平指示，并有与打在上、下探测器不同的声音报警输出。

也可以说，光电探测单元接收激光扫平仪发出的光信号，并将其转换为电信号，输出电信号给信号处理单元，将进行处理后的信号发送给主控制器，主控制器检测到经信号处理后的信号后，判断信号来自光电探测单元的不同区域，给出不同的显示信息发送到显示单元及声音报警信号到报警单元。

在本申请公开的该主控制器采用的是CORTEX-M3控制器，即本申请中的主控制器为Cortex-M3单片机，负责控制各个硬件模块及接口的管理与数据交换。Cortex-M3是一个32位的核，能够满足更快的中断速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining，即末尾连锁中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。该处理器还集成了许多紧耦合系统外设，令系统能满足下一代产品的控制需求。

电源管理单元，用于为主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元供电。

电源管理单元负责整个系统的供电，用于为主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元供电。电源管理单元为不同的单元提供各单元所需的不同的电源电压，例如，主电源电压为9V，由电源管理单元将9V的主电源电压转换为3.3V的电压为光电探测单元进行供电，当然，还可以转换为其他的电压为其他单元进行供电。

需要说明的是，该激光扫平仪探测器还可以包括按键输入单元，用于控制电源管理单元的开合、切换系统的工作精度以及调节音量。其中，该按键输入单元采用的是AD采样轻触式按键，当然，也可以使用其他种类的按键输入单元，在此不作限制，可以根据具体情况进行选择。

具体的，用户可以通过按键开关电源，还可以通过按键设置工作精度，当探测器与激光扫平仪距离较远时可以适当的调高工作精度，在探测器与激光扫平仪距离较近时可以适当的调低工作精度，以便于在测量更加快捷的基础上，使测量准确。还可以通过按键调节报警单元的报警声音音量的大小，以便于在不干扰工作人员工作的同时，能够使工作人员更好地分辨出报警信息，以进行快速判断接收光信号的位置是否准确，该如何进行移动使接收位置准确等。

由以上技术方案可知，本申请实施例二提供的该种激光扫平仪探测器，通过光电探测单元接收光信号并将光信号转换为电信号传送给信号处理单元，经过前置放大单元的放大处理后传送到比较单元与基准电压进行比较，并输出相应的逻辑电平给主控制器，主控制器根据逻辑电平进行判断是否需要对电信号继续放大，如果需要，则控制两级主放大单元进行一级或者二级放大。将放大后的电信号进行滤波、整形处理，发送给主控制器，由主控制器将探测到的激光扫平仪的水平高度或者光信号接收点到光电探测单元中心位置的指示图标等显示在显示单元上。与现有技术相比，本申请公开的该激光扫平仪探测器，能够根据激光扫平仪探测器与激光扫平仪距离的不同，也就是说，根据接收到的信号强弱，来实现对电信号放大的分级控制，进而扩大了接收距离，提高了激光扫描仪探测器的稳定性和抗干扰性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种激光扫平仪探测器，其特征在于，包括：主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元和电源管理单元，其中：

所述光电探测单元，用于接收激光扫平仪输出的光信号，并将所述光信号转换为电信号传送给所述信号处理单元；

所述信号处理单元包括：前置放大单元、比较单元和两级主放大单元；

所述前置放大单元，用于对所述电信号进行初级放大处理，得到放大后的电信号；

所述比较单元，用于将所述放大后的电信号与基准信号进行比较，并将比较结果转换为逻辑电平信号发送给所述主控制器；

所述两级主放大单元，用于接收所述主控制器根据所述逻辑电平信号确定需要对电信号继续放大时输出的放大命令，对电信号实现分级放大处理；

所述显示单元，用于显示所述主控制器输出的根据电信号判断出的激光扫平仪的水平高度或者显示主控制器输出的用于指示所述光电探测单元接收光信号的位置到达所述光电探测单元中心位置的指示图标；

所述电源管理单元，用于为主控制器、光电探测单元、信号处理单元、显示单元供电。

2.根据权利要求1所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，还包括：

按键输入单元，用于控制所述电源管理单元的开合、切换系统的工作精度以及调节音量。

3.根据权利要求2所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，所述按键输入单元采用的是AD采样轻触式按键。

4.根据权利要求1所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，还包括：

报警单元，用于根据主控制器判断出的光电探测单元接收光信号的不同位置发出不同的报警信号。

5.根据权利要求4所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，所述报警单元为蜂鸣器。

6.根据权利要求1所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，所述信号处理单元还包括：滤波单元和波形变换单元，其中：

所述滤波单元，用于将放大后的电信号合路并进行滤波处理，输出滤波后的放大电信号；

所述波形变换单元，用于对放大、滤波处理后的电信号进行波形变换，输出标准方波传送给主控制器。

7.根据权利要求1所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，所述前置放大单元为低噪声放大电路。

8.根据权利要求1所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，所述主控制器为Cortex-M3单片机。

9.根据权利要求1所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，所述光电探测单元为高速硅光二极管阵列。

10.根据权利要求1所述的激光扫平仪探测器，其特征在于，所述显示单元为LCD显示屏。

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