CN206146435U - 一种电磁感应式角度位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种传感器,特别涉及一种电磁感应式角度位置传感器。本实用新型包括壳体,所述壳体内部固定设置有PCB板,所述PCB板的下端设有与其相配合的转子,所述转子固定设置在转轴上,转轴的远离PCB板的一端伸出在壳体的外侧,壳体上开设有螺纹孔,转接头穿过所述螺纹孔与所述PCB板相连接,本角度位置传感器测量角度的范围与转轴所旋转的圈数相对应,即为转轴旋转的圈数越多,本角度位置传感器测量的角度范围越大,因此本实用新型能够测量较大范围的角度,PCB板上设置有角度信号采集处理单元和运算放大单元,所述运算放大单元用于增加电路的驱动能力,避免了信号太弱无法采集的现象出现。本实用新型的结构简单、成本低廉、适合批量生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器,特别涉及一种电磁感应式角度位置传感器。
背景技术
位置传感器可分为两种,角位移传感器和直线位移传感器。角位移传感器主要应用于汽车以及工业领域。
现有技术主要是采用接触式(可变电阻式)传感器或者霍尔式传感器来测量角度,使用接触式传感器测量的角度范围较小、抗干扰能力差、使用寿命较短;霍尔式传感器的成本较高,而且容易受到电磁干扰,影响测量结果的准确性,因此亟需提出一种能够测量大范围的角度,且抗干扰能力强、结构简单的电磁感应式角度位置传感器。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的不足,提供了一种电磁感应式角度位置传感器,本实用新型能够测量较大范围的角度,而且抗干扰能力强、结构简单。
为实现上述目的,本实用新型采用了以下技术措施:
一种电磁感应式角度位置传感器包括壳体,所述壳体内部固定设置有PCB板,所述PCB板的下端设有与其相配合的转子,所述转子固定设置在转轴上,转轴的远离PCB板的一端伸出在壳体的外侧,壳体上开设有螺纹孔,转接头穿过所述螺纹孔与所述PCB板相连接;
所述PCB板上设置有角度信号采集处理单元和运算放大单元,所述角度信号采集处理单元的输出端连接运算放大单元的输入端,所述运算放大单元的输出端与所述转接头电连接;
所述PCB板、转轴、转子之间同轴设置。
本实用新型还可以通过以下技术措施进一步实现。
优选的,所述角度信号采集处理单元包括激励线圈和接收线圈,所述激励线圈采用中间抽头方式绕制,即为激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈和第二激励线圈,所述第一激励线圈和第二激励线圈分别设置在接收线圈的内外两侧或同一侧,若第一激励线圈和第二激励线圈分别设置在接收线圈的内外两侧,则第一激励线圈和第二激励线圈的旋绕方向相反,若第一激励线圈和第二激励线圈设置在接收线圈的同一侧,则第一激励线圈和第二激励线圈的旋绕方向相同;
所述第一激励线圈和第二激励线圈的旋绕圈数相同;
所述第一激励线圈、第二激励线圈、第一接收线圈、第二接收线圈均沿圆周方向环绕排布,且均与所述转轴、转子之间同轴设置;
第一接收线圈、第二接收线圈的绕线轨迹在PCB板所处平面上的投影各自形成若干依次相连的闭合回路;
所述第一接收线圈和第二接收线圈之间以同轴设置的轴心为圆心并旋转偏差一定角度设置。
优选的,第一接收线圈沿圆周方向呈弯折状布置,且第一接收线圈沿某一旋转方向绕设一个圆周后,再折返沿前述旋转方向的反方向绕设一个圆周;
所述第二接收线圈的绕线方式与第一接收线圈相同。
优选的,所述角度信号采集处理单元包括第一芯片,所述第一芯片的引脚1接地,第一芯片的引脚2连接第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端连接电源,所述第一芯片的引脚3连接第一电阻的一端以及第五电阻的一端,所述第一电阻的另一端连接电源,所述第五电阻的另一端连接运算放大单元的输入端,第一芯片的引脚4连接第二电容的一端以及电源,所述第二电容的另一端接地,第一芯片的引脚5连接第一电容的一端并接基准电源,所述第一电容的另一端连接第一芯片的引脚6、引脚7并接地,所述第一芯片的引脚8、引脚10分别连接第四电感的一端、第三电感的一端,所述第四电感的另一端、第三电感的另一端以及第一芯片的引脚9均接地,所述第一芯片的引脚11连接第三电阻的一端、第四电阻的一端,所述第三电阻的另一端连接基准电源,所述第四电阻的另一端连接第四电容的一端、第五电容的一端并接地,所述第四电容的另一端连接第一芯片的引脚13以及第一电感的一端,所述第五电容的另一端连接第一芯片的引脚12以及第二电感的一端,所述第一电感的另一端以及第二电感的另一端均连接电源,所述第一芯片的引脚14连接第三电容的一端,所述第三电容的另一端接基准电源;
所述第一电感即为第一激励线圈,所述第二电感即为第二激励线圈,所述第三电感即为第一接收线圈,所述第四电感即为第二接收线圈。
进一步的,所述运算放大单元包括第二芯片,所述第二芯片的包括第一运算放大器和第二运算放大器,所述第二运算放大器的正极信号输入端即为第二芯片的引脚5连接第七电阻的一端、第八电阻的一端、第九电阻的一端以及第七电容的一端,所述第二运算放大器的负极信号输入端即为第二芯片的引脚6连接第九电阻的另一端以及所述第五电阻的另一端、第六电阻的一端、第六电容的一端,所述第二运算放大器的信号输出端即为第二芯片的引脚7连接第六电阻的另一端、第六电容的另一端以及电压输出信号,所述第二芯片的引脚8连接第八电阻的另一端、第八电容的一端、第九电容的一端以及电源,所述第八电容的另一端、第九电容的另一端、第七电阻的另一端、第七电容的另一端均接地;所述第一运算放大器的正极信号输入端即为第二芯片的引脚3悬空,第一运算放大器的负极信号输入端即为第二芯片的引脚2悬空,第一运算放大器的信号输出端即为第二芯片的引脚1悬空,所述第二芯片的引脚4接地。
进一步的,所述转子为圆环形电路板,所述转子的朝向PCB板的一侧端面上设置有沿圆周方向均匀排布的铜条或铜片。
进一步的,所述闭合回路的形状为菱形或矩形或扇形。
进一步的,所述壳体包括外壳和盖板,所述外壳与盖板之间通过连接部件紧固贴合在一起,所述盖板的下端面固定设置有PCB板。
更进一步的,所述盖板与PCB板之间、外壳与转接头之间均设置有O型防水圈。
更进一步的,所述外壳、盖板以及转轴的材质均为不锈钢材质。
本实用新型的有益效果在于:
1)、本实用新型包括壳体,所述壳体内部固定设置有PCB板,所述PCB板的下端设有与其相配合的转子,所述转子固定设置在转轴上,转轴的远离PCB板的一端伸出在壳体的外侧,壳体上开设有螺纹孔,转接头穿过所述螺纹孔与所述PCB板相连接,本角度位置传感器测量角度的范围与转轴所旋转的圈数相对应,即为转轴旋转的圈数越多,本角度位置传感器测量的角度范围越大,因此本实用新型能够测量较大范围的角度,PCB板上设置有角度信号采集处理单元和运算放大单元,所述运算放大单元用于增加电路的驱动能力,避免了信号太弱无法采集的现象出现,而且本实用新型的结构简单、成本低廉、适合批量生产。
2)、所述角度信号采集处理单元包括设置于电路板上的激励线圈、接收线圈,转子朝向PCB板的一侧端面上设置有沿圆周方向均匀排布的铜条或铜片,大大地提高了本实用新型的抗干扰能力,增大了测量的精度。
3)、本实用新型中的第一接收线圈和第二接收线圈均沿圆周方向环绕排布,且均同轴设置;第一接收线圈、第二接收线圈均沿圆周方向呈弯折状布置,第一接收线圈沿某一旋转方向绕设一个圆周后,再折返沿前述旋转方向的反方向绕设一个圆周,且第二接收线圈的绕线方式与第一接收线圈相同,因此第一接收线圈、第二接收线圈的正反回路之间产生的感应电动势相互抵消,激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈和第二激励线圈,可以将第一激励线圈和第二激励线圈看成一个采用中间抽头方式绕制的激励线圈,这种LC自然振荡线圈结构所产生的正弦激励信号具备谐波含量低、失真度小、稳定性高的优点。
4)、所述盖板与PCB板之间、外壳与转接头之间均设置有O型防水圈。极大地增强了本角度位置传感器的密封性能和防水性能;所述壳体、盖板以及转轴的材质均为不锈钢材质,因此本实用新型还具备耐高温、使用寿命长的特性。
附图说明
图1为本实用新型组装后的的剖视图;
图2为图1的爆炸图;
图3为本实用新型的立体外形结构图;
图4为本实用新型的结构框图;
图5为本实用新型的电路原理图;
图6为本实用新型的接收线圈与激励线圈之间的绕线结构图;
图7为本实用新型的转子的结构图。
图中的附图标记含义如下:
1—外壳 2—盖板 3—PCB板
4—转轴 5—转子 6—转接头
7—O型防水圈 31—角度信号采集处理单元 32—运算放大单元
L1、L2—第一激励线圈、第二激励线圈
L3、L4—第一接收线圈、第二接收线圈
R1~R9—第一电阻~第九电阻 C1~C9—第一电容~第九电容
U1、U2—第一芯片、第二芯片
A1、A2—第一运算放大器、第二运算放大器
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。
如图1~4所示,一种电磁感应式角度位置传感器包括壳体,所述壳体内部固定设置有PCB板3,所述PCB板3的下端设有与其相配合的转子5,所述转子5固定设置在转轴4上,转轴4的远离PCB板3的一端伸出在壳体的外侧,壳体上开设有螺纹孔,转接头6穿过所述螺纹孔与所述PCB板3相连接,本角度位置传感器测量角度的范围与所述转轴4旋转的圈数相对应,即为转轴4旋转的圈数越多,本角度位置传感器测量的范围越大。
所述PCB板3上设置有角度信号采集处理单元31和运算放大单元32,所述运算放大单元32用于增加电路的驱动能力,所述角度信号采集处理单元31的输入端连接角度信号,角度信号采集处理单元31的输出端连接运算放大单元32的输入端,所述运算放大单元32的输出端与所述转接头6电连接,且运算放大单元32的输出端连接电压输出信号;
所述PCB板3、转轴4、转子5之间同轴设置。
如图1、2、3、4、6、7所示,所述角度信号采集处理单元31包括激励线圈和接收线圈,所述激励线圈采用中间抽头方式绕制,即为激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈L1和第二激励线圈L2,所述第一激励线圈L1和第二激励线圈L2分别设置在接收线圈的内外两侧或同一侧,若第一激励线圈L1和第二激励线圈L2分别设置在接收线圈的内外两侧,则第一激励线圈L1和第二激励线圈L2的旋绕方向相反,若第一激励线圈L1和第二激励线圈L2设置在接收线圈的同一侧,则第一激励线圈L1和第二激励线圈L2的旋绕方向相同;
所述第一激励线圈L1和第二激励线圈L2的旋绕圈数相同;
所述第一激励线圈L1、第二激励线圈L2、第一接收线圈L3、第二接收线圈L4均沿圆周方向环绕排布,且均与所述转轴4、转子5之间同轴设置;
第一接收线圈L3、第二接收线圈L4的绕线轨迹在PCB板3所处平面上的投影各自形成若干依次相连的闭合回路;第一接收线圈L3沿圆周方向呈弯折状布置,且第一接收线圈L3沿某一旋转方向绕设一个圆周后,再折返沿前述旋转方向的反方向绕设一个圆周;第二接收线圈L4的绕线方式与第一接收线圈L3相同。本角度位置传感器测量的周期可以是360度以内的任意角度数。
优选的,所述闭合回路的形状为菱形或矩形或扇形。
所述第一接收线圈L3和第二接收线圈L4之间以同轴设置的轴心为圆心并旋转偏差一定角度设置。
如图7所示,所述转子5为圆环形电路板,所述转子5的朝向PCB板3的一侧端面上设置有沿圆周方向均匀排布的铜条或铜片51,即为所述电路板上覆盖有等间距的材质为铜的格栅,大大地提高了本实用新型的抗干扰能力,增大了测量的精度;所述转子5也可以选用金属片转子。
所述盖板2与PCB板3之间、外壳1与转接头6之间均设置有O型防水圈7,极大地增强了本角度位置传感器的密封性能和防水性能;所述外壳1、盖板2以及转轴4的材质均为不锈钢材质,因此本实用新型具备耐高温、使用寿命长的特性。
如图5所示,所述角度信号采集处理单元31包括第一芯片U1,所述第一芯片U1的引脚1接地,第一芯片U1的引脚2连接第二电阻R2的一端,所述第二电阻R2的另一端连接电源,所述第一芯片U1的引脚3连接第一电阻R1的一端以及第五电阻R5的一端,所述第一电阻R1的另一端连接电源,所述第五电阻R5的另一端连接运算放大单元32的输入端,第一芯片U1的引脚4连接第二电容C2的一端以及电源,所述第二电容C2的另一端接地,第一芯片U1的引脚5连接第一电容C1的一端并接基准电源,所述第一电容C1的另一端连接第一芯片U1的引脚6、引脚7并接地,所述第一芯片U1的引脚8、引脚10分别连接第四电感L4的一端、第三电感L3的一端,所述第四电感L4的另一端、第三电感L3的另一端以及第一芯片U1的引脚9均接地,所述第一芯片U1的引脚11连接第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端,所述第三电阻R3的另一端连接基准电源,所述第四电阻R4的另一端连接第四电容C4的一端、第五电容C5的一端并接地,所述第四电容C4的另一端连接第一芯片U1的引脚13以及第一电感L1的一端,所述第五电容C5的另一端连接第一芯片U1的引脚12以及第二电感L2的一端,所述第一电感L1的另一端以及第二电感L2的另一端均连接电源,所述第一芯片U1的引脚14连接第三电容C3的一端,所述第三电容C3的另一端接基准电源;
所述第一电感L1即为第一激励线圈L1,所述第二电感L2即为第二激励线圈L2,所述第三电感L3即为第一接收线圈L3,所述第四电感L4即为第二接收线圈L4。
所述运算放大单元32包括第二芯片U2,所述第二芯片U2的包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2,所述第二运算放大器A2的正极信号输入端即为第二芯片U2的引脚5连接第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端以及第七电容C7的一端,所述第二运算放大器A2的负极信号输入端即为第二芯片U2的引脚6连接第九电阻R9的另一端以及所述第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第六电容C6的一端,所述第二运算放大器A2的信号输出端即为第二芯片U2的引脚7连接第六电阻R6的另一端、第六电容C6的另一端以及电压输出信号,所述第二芯片U2的引脚8连接第八电阻R8的另一端、第八电容C8的一端、第九电容C9的一端以及电源,所述第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第七电阻R7的另一端、第七电容C7的另一端均接地;所述第一运算放大器A1的正极信号输入端即为第二芯片U2的引脚3悬空,第一运算放大器A1的负极信号输入端即为第二芯片U2的引脚2悬空,第一运算放大器A1的信号输出端即为第二芯片U2的引脚1悬空,所述第二芯片U2的引脚4接地。
所述第一芯片U1的引脚1为接地引脚、引脚2为数字输出引脚、引脚3为模拟输出引脚、引脚4为可编程电源口引脚、引脚5为电源引脚、引脚6和引脚7均为悬空引脚、引脚8和引脚10均为信号接收引脚、引脚9为接地引脚、引脚11为信号锁端口引脚、引脚12和引脚13均为正弦交流信号产生引脚、引脚14为悬空引脚;所述第一芯片U1、第二芯片U2均为可定制芯片,凡是带有上述引脚功能的芯片均可使用。
本实用新型在使用时,可以与现有技术中的软件配合来进行使用。下面结合现有技术中的软件对本实用新型的工作原理进行描述,但是必须指出的是:与本实用新型相配合的软件不是本实用新型的创新部分,也不是本实用新型的组成部分。
如图3所示,本实用新型在测量角度的过程中,首先在激励线圈上施加交变的正弦电压,激励线圈产生交变的磁场,接收线圈在交变磁场的影响下,会产生一个感应电压。在不加转子5的情况下,由于接收线圈布置成正反回路绕制的方式,因此接收线圈受激励线圈的影响产生的电压一直为0,当转轴4上固定有随着转轴4的旋转而转动的转子5时,所述转子5由于电涡流作用,会产生与激励线圈磁场方向相反的电涡流磁场,所述转子5在旋转过程中改变接收线圈覆盖的电涡流磁场,从而使接收线圈产生感应电压,所述感应电压的大小与转子5覆盖接收线圈的位置有关。所述感应电压经过角度信号采集处理单元31和运算放大单元32的处理,最后输出电压输出信号,通过测量所述电压输出信号的大小,就可以判断出转子5所转过的角度,进而完成角度的测量。
Claims (10)
1.一种电磁感应式角度位置传感器,包括壳体,其特征在于:所述壳体内部固定设置有PCB板(3),所述PCB板(3)的下端设有与其相配合的转子(5),所述转子(5)固定设置在转轴(4)上,转轴(4)的远离PCB板(3)的一端伸出在壳体的外侧,壳体上开设有螺纹孔,转接头(6)穿过所述螺纹孔与所述PCB板(3)相连接;
所述PCB板(3)上设置有角度信号采集处理单元(31)和运算放大单元(32),所述角度信号采集处理单元(31)的输出端连接运算放大单元(32)的输入端,所述运算放大单元(32)的输出端与所述转接头(6)电连接;
所述PCB板(3)、转轴(4)、转子(5)之间同轴设置。
2.如权利要求1所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述角度信号采集处理单元(31)包括激励线圈和接收线圈,所述激励线圈采用中间抽头方式绕制,即为激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2),所述第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)分别设置在接收线圈的内外两侧或同一侧,若第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)分别设置在接收线圈的内外两侧,则第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)的旋绕方向相反,若第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)设置在接收线圈的同一侧,则第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)的旋绕方向相同;
所述第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)的旋绕圈数相同;
所述第一激励线圈(L1)、第二激励线圈(L2)、第一接收线圈(L3)、第二接收线圈(L4)均沿圆周方向环绕排布,且均与所述转轴(4)、转子(5)之间同轴设置;
第一接收线圈(L3)、第二接收线圈(L4)的绕线轨迹在PCB板(3)所处平面上的投影各自形成若干依次相连的闭合回路;
所述第一接收线圈(L3)和第二接收线圈(L4)之间以同轴设置的轴心为圆心并旋转偏差一定角度设置。
3.如权利要求2所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:第一接收线圈(L3)沿圆周方向呈弯折状布置,且第一接收线圈(L3)沿某一旋转方向绕设一个圆周后,再折返沿前述旋转方向的反方向绕设一个圆周;
所述第二接收线圈(L4)的绕线方式与第一接收线圈(L3)相同。
4.如权利要求2所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述角度信号采集处理单元(31)包括第一芯片(U1),所述第一芯片(U1)的引脚1接地,第一芯片(U1)的引脚2连接第二电阻(R2)的一端,所述第二电阻(R2)的另一端连接电源,所述第一芯片(U1)的引脚3连接第一电阻(R1)的一端以及第五电阻(R5)的一端,所述第一电阻(R1)的另一端连接电源,所述第五电阻(R5)的另一端连接运算放大单元(32)的输入端,第一芯片(U1)的引脚4连接第二电容(C2)的一端以及电源,所述第二电容(C2)的另一端接地,第一芯片(U1)的引脚5连接第一电容(C1)的一端并接基准电源,所述第一电容(C1)的另一端连接第一芯片(U1)的引脚6、引脚7并接地,所述第一芯片(U1)的引脚8、引脚10分别连接第四电感(L4)的一端、第三电感(L3)的一端,所述第四电感(L4)的另一端、第三电感(L3)的另一端以及第一芯片(U1)的引脚9均接地,所述第一芯片(U1)的引脚11连接第三电阻(R3)的一端、第四电阻(R4)的一端,所述第三电阻(R3)的另一端连接基准电源,所述第四电阻(R4)的另一端连接第四电容(C4)的一端、第五电容(C5)的一端并接地,所述第四电容(C4)的另一端连接第一芯片(U1)的引脚13以及第一电感(L1)的一端,所述第五电容(C5)的另一端连接第一芯片(U1)的引脚12以及第二电感(L2)的一端,所述第一电感(L1)的另一端以及第二电感(L2)的另一端均连接电源,所述第一芯片(U1)的引脚14连接第三电容(C3)的一端,所述第三电容(C3)的另一端接基准电源;
所述第一电感(L1)即为第一激励线圈(L1),所述第二电感(L2)即为第二激励线圈(L2),所述第三电感(L3)即为第一接收线圈(L3),所述第四电感(L4)即为第二接收线圈(L4)。
5.如权利要求4所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述运算放大单元(32)包括第二芯片(U2),所述第二芯片(U2)的包括第一运算放大器(A1)和第二运算放大器(A2),所述第二运算放大器(A2)的正极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚5连接第七电阻(R7)的一端、第八电阻(R8)的一端、第九电阻(R9)的一端以及第七电容(C7)的一端,所述第二运算放大器(A2)的负极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚6连接第九电阻(R9)的另一端以及所述第五电阻(R5)的另一端、第六电阻(R6)的一端、第六电容(C6)的一端,所述第二运算放大器(A2)的信号输出端即为第二芯片(U2)的引脚7连接第六电阻(R6)的另一端、第六电容(C6)的另一端以及电压输出信号,所述第二芯片(U2)的引脚8连接第八电阻(R8)的另一端、第八电容(C8)的一端、第九电容(C9)的一端以及电源,所述第八电容(C8)的另一端、第九电容(C9)的另一端、第七电阻(R7)的另一端、第七电容(C7)的另一端均接地;所述第一运算放大器(A1)的正极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚3悬空,第一运算放大器(A1)的负极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚2悬空,第一运算放大器(A1)的信号输出端即为第二芯片(U2)的引脚1悬空,所述第二芯片(U2)的引脚4接地。
6.如权利要求2所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述转子(5)为圆环形电路板,所述转子(5)的朝向PCB板(3)的一侧端面上设置有沿圆周方向均匀排布的铜条或铜片(51)。
7.如权利要求2所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述闭合回路的形状为菱形或矩形或扇形。
8.如权利要求1所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述壳体包括外壳(1)和盖板(2),所述外壳(1)与盖板(2)之间通过连接部件紧固贴合在一起,所述盖板(2)的下端面固定设置有PCB板(3)。
9.如权利要求8所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述盖板(2)与PCB板(3)之间、外壳(1)与转接头(6)之间均设置有O型防水圈(7)。
10.如权利要求9所述的一种电磁感应式角度位置传感器,其特征在于:所述外壳(1)、盖板(2)以及转轴(4)的材质均为不锈钢材质。
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