DE3802138C2 - System for the detection of material defects - Google Patents
System for the detection of material defectsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System für den Nachweis von Materialfehlern, mit minde stens einem Vibrationserreger und mindestens einem Vibrationssensor, die im Abstand voneinander an einem zu unterscheidenden Aufbau lösbar anbringbar sind, wobei die Wellen, die in Abhängigkeit von den durch den Vibrationserreger erregten Vibrationen erzeugt werden, sich durch den Aufbau ausbreiten, von dem Vibrationssensor ermittelt und analysiert werden, um einen Defekt oder Fehler im Aufbau ausfindig zu machen.The invention relates to a system for the detection of material defects, with mind least one vibration exciter and at least one vibration sensor, which are at a distance are releasably attachable to one another on a structure to be distinguished, the waves, which are generated depending on the vibrations caused by the vibration exciter, spread through the structure, are determined and analyzed by the vibration sensor, to find a defect or fault in the structure.
Ein derartiges System ist durch die PCT WO 79/00929, die DE-Z: Materialprüfung 14 (1972) Nr. 2, Februar, S. 49-54 und FR 25 57 978 bekanntgeworden.Such a system is described in PCT WO 79/00929, DE-Z: Materialprüfung 14 (1972) No. 2, February, pp. 49-54 and FR 25 57 978.
Diese Systeme dienen dazu, in schonender Weise an Aufbauten, beispielsweise in chemischen Anlagen, in welchen ein korrosives Fluid gehandhabt wird, oder in Kernkraftanlagen, in welchen die Sicherheit von besonderer Bedeutung ist, notwendigerweise, periodische Unter suchungen durchzuführen für den Nachweis, daß keine strukturellen Veränderungen (Material fehler) aufgetreten sind.These systems are used to protect structures, for example in chemical Plants in which a corrosive fluid is handled or in nuclear power plants, in which security is of particular importance, necessarily, periodic sub to conduct searches to demonstrate that no structural changes (material errors) have occurred.
Durch die vorgenannte PCT-Schrift ist es auch bekannt geworden, bei der Untersuchung von Felsankern (Bolzen) - im Tunnelbau - von einem piezoelektrischen Vibrationserreger Gebrauch zu machen. Der von diesem Vibrationserreger verwendete Frequenzbereich ist jedoch auf ein Hochfrequenzband beschränkt, und außerdem ist die Vibrationserregerkapazität des Erregers relativ begrenzt. Deshalb ist dieses bekannte System nicht zur praktischen Benutzung bei Aufbauten der vorgenannten Art gekommen.Through the aforementioned PCT script it has also become known when examining Rock anchors (bolts) - in tunnel construction - use a piezoelectric vibration exciter close. However, the frequency range used by this vibration exciter is on High frequency band is limited, and also the excitation capacity of the exciter relatively limited. Therefore, this known system is not for practical use Superstructures of the aforementioned type came.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nachweissystem der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit welchem Aufbauten vielfältiger Art, wie chemische Anlagen, Kernreaktoren, Schiffe, Brücken etc. nach allen möglichen strukturellen Unregelmäßigkeiten untersucht werden können, ohne daß eine übermäßige, möglicherweise schädigende Vibration auf die Aufbauten aufgebracht wird, und dessen Betrieb fernsteuerbar ist.The invention has for its object a detection system of the type mentioned to create with which structures of various kinds, such as chemical plants, nuclear reactors, Ships, bridges etc. examined for all possible structural irregularities can be without excessive, possibly damaging vibration on the Superstructures is applied, and its operation is remotely controllable.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß für den Vibrations erreger ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser vorgesehen ist. This object is achieved according to the invention in that for the vibration exciter a piezoelectric accelerometer is provided.
Gemäß der Erfindung wird daher für das gattungsgemäße Nachweissystem von einem piezoelektrischen Beschleunigungsmesser nicht nur für seinen ursprünglichen Verwendungs zweck als ein Vibrometer oder Vibrationssensor sondern auch als einen Vibrationserreger Gebrauch macht.According to the invention, therefore, for the generic detection system of one piezoelectric accelerometer not just for its original use purpose as a vibrometer or vibration sensor but also as a vibration exciter Makes use of.
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung sollte vorzugsweise ein solcher sein, der im vorteilhaften Frequenzbandes von 1 Hz bis 10 KHz arbeitet und zusätzlich nicht irgendeine unnötige oder übermäßige Vibration auf den zu untersuchenden Aufbau aufbringt. Ein Beispiel eines vorteilhaften piezoelektrischen Beschleunigungsmessers ist der hochempfindliche Beschleunigungsmesser vom Typ 213 E, der im Handel erhältlich ist bei der Firma ENDEVCO Corporation (U.S.A.).The piezoelectric accelerometer for use according to the present The invention should preferably be one that operates in the advantageous frequency band of 1 Hz operates up to 10 KHz and also does not generate any unnecessary or excessive vibration applies the structure to be examined. An example of an advantageous piezoelectric Accelerometer is the highly sensitive type 213 E accelerometer, which is commercially available from ENDEVCO Corporation (U.S.A.).
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser ist über einen Impulstreiber mit einem Vibrations signalgenerator verbunden und wird durch dessen gepulste Signale erregt, das heißt in Vibration versetzt. Der Vibrationssignalgenerator ist vorzugsweise so ausgebildet, daß er 20 bis 10 000 gepulste Signale pro Sekunde erzeugen kann.The piezoelectric accelerometer is via a pulse driver with a vibration signal generator connected and is excited by its pulsed signals, that is in Vibration offset. The vibration signal generator is preferably designed so that it 20th can generate up to 10,000 pulsed signals per second.
Für den Vibrationssensor, der zum Abfühlen von Vibrationswechsel vorgesehen ist, die sich durch den zu untersuchenden Aufbau ausbreiten, an dem der Vibrationssensor lösbar ange bracht ist, wird ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser verwendet, wie es bei dem vorstehend erwähnten Vibrationserreger der Fall ist.For the vibration sensor, which is intended to sense vibration changes spread through the structure to be examined, on which the vibration sensor is detachably attached a piezoelectric accelerometer is used, as in the the vibration exciter mentioned above is the case.
Nach dem Abfühlen von Vibrationswellen gibt der Vibrationssensor Signale ab, die zu einem Lastverstärker gelangen und von diesem verstärkt werden, um dann einem Datenaufzeichner und/oder einer FFT-Analysiereinrichtung (schneller Fourier-Transformationsanalysator) zu geführt zu werden, welchem auch die von dem Vibrationssignalgenerator erzeugten gepulsten Signale zugeführt werden.After sensing vibration waves, the vibration sensor emits signals that lead to one Load amplifiers arrive and are amplified by this, then a data recorder and / or an FFT analyzer (fast Fourier transform analyzer) to be guided, which also the pulsed generated by the vibration signal generator Signals are fed.
Der Lastverstärker hat dieselbe Kanalzahl wie der Vibrationssensor. Der Datenaufzeichner hat eine Kanalzahl, die gleich der Kanalzahl des Vibrationserregers und der des Vibrationssensors ist.The load amplifier has the same number of channels as the vibration sensor. The data logger has a channel number that is equal to the channel number of the vibration exciter and that of the vibration sensor is.
Der FFT-Analysator wird für die Analyse des Schwingungsverlaufes, der Wellenform der Signale verwendet, die vom Vibrationssensor erfaßt werden. Der Nachweis einer möglichen Strukturabnormalität, das heißt eines Materialfehlers, in dem Aufbau erfolgt durch Beobach tung von Veränderungen in der Wellenform, welche vom FFT-Analysator analysiert wird; das Ergebnis der Wellenformanalyse wird in einer Steuereinrichtung gespeichert, wie z. B. in einem Mikroprozessor, und wird zugleich von einem Plotter für eine zeichnerische Darstellung verarbeitet.The FFT analyzer is used to analyze the waveform, the waveform of the Signals used that are detected by the vibration sensor. Evidence of a possible Structural abnormality, that is, a material defect, in the construction is done by observation Detection of changes in the waveform, which is analyzed by the FFT analyzer; the The result of the waveform analysis is stored in a control device, such as. B. in one Microprocessor, and is also used by a plotter for a graphic representation processed.
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung weist auch eine Auswahleinrichtung auf, die die Funktion hat, eine Auswahl zwischen einer ON-Line und einer OFF-Line-Seite durch zuführen, sowie die Funktion, wahlweise Daten von jedem beliebigen zweier Kanäle auf zunehmen.The system according to the present invention also includes a selector that the function has a choice between an ON-Line and an OFF-Line page feed, as well as the function, optionally data from any two channels increase.
Anhand der Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung wird diese näher erläutert.Based on the description of an embodiment shown in the drawing of the lying invention this is explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Nachweissystems für Material fehler, Fig. 1 is a block diagram of a detection system according to the invention for material faults,
Fig. 2 die schematische Darstellung der Anordnung von Vibrationserreger und Vibra tionssensor in einem bevorzugten Abstand voneinander. Fig. 2 shows the schematic representation of the arrangement of vibration exciter and Vibra tion sensor at a preferred distance from each other.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 3 einen Aufbau für die beabsichtigte Untersuchung einer strukturellen Unregelmäßigkeit (Materialfehler), an welchem in diesem Beispiel zwei Vibra tionserreger 4₁ und 4₂ und sechs Vibrationssensoren 5₁, 5₂, 5₃, 5₄, 5₅, und 5₆ entfernbar angebracht sind.In Fig. 1, reference numeral 3 denotes a structure for the intended investigation of a structural irregularity (material defect), on which in this example two vibration exciters 4 ₁ and 4 ₂ and six vibration sensors 5 ₁, 5 ₂, 5 ₃, 5 ₄, 5th ₅, and 5 ₆ are removably attached.
Die Vibrationserreger und Vibrationssensoren sind in einem speziellen Abstand angeordnet. Gemäß der Ausführung nach Fig. 2 sind - zusammengefaßt - der Vibrationserreger 4 und der Vibrationssensor 5 auf gegenüberliegenden Seiten eines Bereiches 3a auf dem Aufbau 3 angeordnet, innerhalb dem betrieblich ein Materialfehler auftreten kann. Es ist gefunden worden, daß der Vibrationserreger 4 und der Vibrationssensor 5 vorzugsweise einen gegen seitigen Abstand von bis zu 5 m voneinander haben sollten.The vibration exciters and vibration sensors are arranged at a special distance. According to the embodiment according to FIG. 2, the vibration exciter 4 and the vibration sensor 5 are - in summary - arranged on opposite sides of an area 3 a on the structure 3 , within which a material defect can occur during operation. It has been found that the vibration exciter 4 and the vibration sensor 5 should preferably have a mutual distance of up to 5 m from each other.
Für jeden der Vibrationserreger 4₁ und 4₂ wird ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser mit einem Frequenzband von 1 Hz bis 10 KHz verwendet, der nicht dazu neigt, übermäßige Vibrationen auf den Aufbau 3 aufzubringen. Ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser mit derselben Funktion wie der für die Vibrationserreger 4₁, 4₂ wird auch für jeden der Vibra tionssensoren 5₁, 5₂, 5₃, 5₄, 5₅, und 5₆ verwendet. For each of the vibrators 4 ₁ and 4₂, a piezoelectric accelerometer with a frequency band from 1 Hz to 10 KHz is used, which does not tend to apply excessive vibrations to the structure 3 . A piezoelectric accelerometer with the same function as that for the vibration exciter 4 ₁, 4₂ is also used for each of the vibration sensors 5 ₁, 5 ₂, 5 ₃, 5 ₄, 5 ₅, and 5 ₆.
In Fig. 1 ist auch ein Vibrationssignalgenerator 1 dargestellt, der 20 bis 10 000 gepulste Signale pro Sekunde erzeugt. Die von diesem Vibrationssignalgenerator 1 erzeugten Signale werden über ein Kabel 13 auf einen Impulstreiber 2 aufgeschaltet. Der Impulstreiber 2 weist zwei Lastverstärker 2a und 2b auf, von denen der Verstärker 2a über ein Kabel 14₁ mit dem Vibrationserreger 4₁ und der andere Verstärker 2b durch ein Kabel 14₂ mit dem Vibrations erreger 4₂ verbunden ist.In Fig. 1, a vibration signal generator 1 is shown, which generates 20 to 10,000 pulsed signals per second. The signals generated by this vibration signal generator 1 are applied to a pulse driver 2 via a cable 13 . The pulse driver 2 has two load amplifiers 2 a and 2 b, of which the amplifier 2 a is connected via a cable 14 ₁ to the vibration exciter 4 ₁ and the other amplifier 2 b by a cable 14 ₂ to the vibration exciter 4 ₂.
Die Fig. 1 zeigt ferner einen Sechskanal-Verstärker 6, mit dessen Eingangsseite die Vibra tionssensoren 5₁, 5₂, 5₃, 5₄, 5₅ bzw. 5₆ über Kabel 15₁, 15₂, 15₃, 15₄, 15₅ bzw. 15₆ verbunden sind. Fig. 1 also shows a six-channel amplifier 6 , with the input side, the Vibra tion sensors 5 ₁, 5 ₂, 5 ₃, 5 ₄, 5 ₅ or 5 ₆ via cable 15 ₁, 15 ₂, 15 ₃, 15 ₄, 15 ₅ or 15 ₆ are connected.
Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen Achtkanal-/Daten-aufzeichner, in welchen über Kabel 16₁, 16₂, 16₃, 16₄, 16₅ und 16₆ die Signale eingegeben werden, welche über den Verstärker 6 verstärkt wurden. Auch die von dem Vibrationssignalgenerator 1 erzeugten Impulssignale werden über ein Kabel 17, welches vom Kabel 13 abzweigt, in den Datenaufzeichner 7 eingegeben.The reference number 7 denotes an eight-channel / data recorder, in which the signals are input via cable 16 ₁, 16 ₂, 16 ₃, 16 ₄, 16 ₅ and 16 ₆, which were amplified by the amplifier 6 . Also, the pulse signals generated from the vibration signal generator 1 are input to the data recorder 7 via a cable 17, which branches off from the cable. 13
Die Bezugszahl 8 zeigt eine Auswähleinrichtung, die gemäß ihrer Funktion wahlweise Daten aus zwei Zusatzkanälen aufnimmt, um eine Auswahl zwischen einer ON-Line-Seite und einer OFF-Line-Seite zu bewirken. Das heißt, diese Auswähleinrichtung 8 weist ein erstes Auswähl teil 8a auf, welches die Auswahl zwischen der ON-Line-Seite und der OFF-Line-Seite durch führt und mit welcher die Ausgangsseite des Datenaufzeichners 7 über Kabel 18₁, 18₂, 18₃, 18₄, 18₅ und 18₆ verbunden ist. Kabel 19₁, 19₂, 19₃, 19₄, 19₅ und 19₆, die von Kabel 16₁, 16₂, 16₃, 16₄, 16₅ und 16₆ jeweils abgezweigt sind, und ein Kabel 20, welches vom Kabel 13 abgezweigt ist, sind ebenfalls mit dem ersten Auswählteil 8a verbunden. Die Auswähleinrichtung 8 weist ferner ein zweites Auswählteil 8b auf, welches fakultativ über zwei Kanäle Daten aufnimmt und mit welchem über ein Kabel 21 eine FFT-Analysatoreinrich tung 9 verbunden ist.The reference number 8 shows a selection device which, depending on its function, optionally receives data from two additional channels in order to effect a selection between an ON-line side and an OFF-line side. That is, this selection device 8 has a first selection part 8 a, which carries out the selection between the ON-Line side and the OFF-Line side and with which the output side of the data recorder 7 via cable 18 ₁, 18 ₂, 18 ₃, 18 ₄, 18 ₅ and 18 ₆ is connected. Cable 19 ₁, 19 ₂, 19 ₃, 19 ₄, 19 ₅ and 19 ₆, which are branched from cables 16 ₁, 16 ₂, 16 ₃, 16 ₄, 16 ₅ and 16 ₆, and a cable 20 , which from Cable 13 is branched are also connected to the first selection part 8 a. The selector 8 also has a second selecting part 8 b which receives optional data via two channels and with which via a cable 21, an FFT-processing Analysatoreinrich is connected. 9
Mit 11 ist in Fig. 1 ein Steuergerät mit einer eingebauten Schnittstelle bezeichnet. Dieses Steuergerät 11 ist über ein Kabel 22 mit dem FFT-Analysegerät 9 durch ein Kabel 23 mit einem Plotter 12 und ferner über ein Kabel 24 mit einem FD-Treiber verbunden. Das FFT- Analysegerät ist durch ein Kabel 26 zudem mit dem Plotter 12 verbunden. 11 1 a control unit is denoted with a built-in interface in Fig.. This control device 11 is connected via a cable 22 to the FFT analysis device 9, via a cable 23 to a plotter 12 and furthermore via a cable 24 to an FD driver. The FFT analyzer is also connected to the plotter 12 by a cable 26 .
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Nachweissystem für Materialfehler arbeitet dabei wie folgt. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß in Verbindung mit dem Vibrationserreger 4 und dem Vibrationssensor 5 der mit 4₁ bezeichnete Erreger und der mit 5₁ bezeichnete Sensor allein betrieben werden. Es wird auch angenommen, daß das erste Auswahlglied 8a konstant mit der ON-Line-Seite verbunden ist.The inventive detection system for material defects described above works as follows. To simplify the description, it is assumed that in conjunction with the vibration exciter 4 and the vibration sensor 5, the exciter denoted by 4 ₁ and the sensor denoted by 5₁ are operated alone. It is also assumed that the first selection element 8 a is constantly connected to the ON-line side.
Im Betrieb werden von dem Vibrationssignalgenerator 1 gepulste Signale erzeugt, die vom Impulstreiber 2 verstärkt werden und dann auf den Vibrationserreger 4₁ geschaltet werden, um diesen zu erregen. Die Vibration des Erregers 4₁ wird über den Aufbau 3 ausgebreitet und vom Vibrationssensor 5₁ abgeführt.In operation, pulsed signals are generated by the vibration signal generator 1 , which are amplified by the pulse driver 2 and then switched to the vibration exciter 4 1 to excite it. The vibration of the exciter 4 ₁ is spread over the structure 3 and removed from the vibration sensor 5 ₁.
Die von dem Vibrationssensor 5₁ erfaßten Vibrationssignale werden über den Verstärker 6 verstärkt, in die FFT-Analyseeinrichtung 9 eingegeben, dort einer Spektralanalyse unterworfen und dann im Steuergerät 11 gespeichert. Ferner werden die der Spektralanalyse in der Analyseeinrichtung 9 unterworfenen Daten auch einer graphischen Verarbeitung in dem Plotter 12 unterworfen.The detected by the vibration sensor 5 ₁ vibration signals are amplified via the amplifier 6 , input into the FFT analysis device 9 , subjected to a spectral analysis there and then stored in the control unit 11 . Furthermore, the data subjected to the spectral analysis in the analysis device 9 are also subjected to graphic processing in the plotter 12 .
Ebenso wie die Vibrationssignale, die vom Vibrationssensor 5₁ abgefühlt sind, werden auch die gepulsten Signale, die von dem Vibrationssignalgenerator 1 erzeugt werden, für eine Spektralanalyse durch die FFT-Analyseeinrichtung verarbeitet, dann im Steuergerät 11 gespeichert und zur gleichen Zeit für eine graphische Verarbeitung durch den Plotter 12 verarbeitet.Just like the vibration signals that are sensed by the vibration sensor 5 1, the pulsed signals that are generated by the vibration signal generator 1 are processed for spectral analysis by the FFT analysis device, then stored in the control unit 11 and at the same time for a graphic processing processed by the plotter 12 .
Es kann auch zweckmäßig sein, einmal die anfänglich erhaltenen Daten gemäß Vorstehendem dadurch zu speichern, daß man sie auf dem Datenaufzeichner 7 in einem Zustand aufzeichnet, in welchem die Verbindung des ersten Auswählgliedes 8a auf die OFF-Line-Seite geschaltet ist, wobei, wenn neue Daten nach einer gewissen Zeitdauer gesammelt werden, diese Daten zur Analyse gebracht werden. In diesem Falle kann das System nach der gewissen Zeitdauer ein zweites Mal unter denselben Bedingungen wie unter denen betrieben werden, die anfäng lich oder für eine erste Untersuchung bestanden, um Daten aufgrund der Signale zu sammeln, welche von dem Vibrationssignalgenerator 1 erzeugt sind, und Daten aus Vibrationssignalen, die vom Vibrationssensor 5 abgefühlt sind, um so eine Vergleichsprüfung der neu gesammel ten Daten mit den anfänglich gesammelten und zuvor gespeicherten Daten durchzuführen.It may also be advantageous even to store the data initially obtained according to the foregoing in that they are recorded on said data recorder 7 in a state in which the connection of the first Auswählgliedes 8 a to the off-line side is connected, wherein, if new data is collected after a certain period of time, this data is brought for analysis. In this case, after the certain period of time, the system can be operated a second time under the same conditions as those that existed initially or for a first examination to collect data based on the signals generated by the vibration signal generator 1 and data from vibration signals sensed by the vibration sensor 5 so as to perform a comparison check of the newly collected data with the initially collected and previously stored data.
Somit ist es möglich, jede Änderung der natürlichen Frequenz oder der Antwortcharakteristik auf die Vibration des Aufbaues zu bestimmen, um dadurch in wirksamer Weise jeglichen Defekt oder Fehler ausfindig zu machen, der möglicherweise in dem Aufbau erzeugt wurde. It is thus possible to change the natural frequency or the response characteristic to determine the vibration of the structure, thereby effectively any Identify a defect or fault that may have been generated in the structure.
Obwohl die vorstehende Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung sich auf das Beispiel beschränkt, bei welchem der Vibrationserreger 4₁ und der Vibrations sensor 5₁ alleine betrieben werden, versteht es sich, daß die beiden Vibrationserreger 4₁ und 4₂ und die sechs Vibrationssensoren 5₁, 5₂, 5₃, 5₄, 5₅ und 5₆ in geeigneter Weise wahl weise kombiniert und angeschaltet werden können, um genau eine Stelle oder Stellen eines Defektes oder Fehlers im Aufbau zu lokalisieren.Although the above description of the preferred embodiment of the invention is limited to the example in which the vibration exciter 4 1 and the vibration sensor 5 1 are operated alone, it is understood that the two vibration exciters 4 1 and 4 2 and the six vibration sensors 5 1 , 5 ₂, 5 ₃, 5 ₄, 5 ₅ and 5 ₆ can be combined and switched on in a suitable manner, in order to locate exactly one place or places of a defect or fault in the structure.
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- 1988-01-27 FR FR8800914A patent/FR2610110B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10258335A1 (en) * | 2002-12-12 | 2004-06-24 | Bayerische Motoren Werke Ag | Motor vehicle component fatigue strength estimation method in which a component has one or more acceleration sensors attached to it and is then vibrated on a test bed |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| GB2201777B (en) | 1991-06-26 |
| JPH0511895B2 (en) | 1993-02-16 |
| GB2201777A (en) | 1988-09-07 |
| FR2610110A1 (en) | 1988-07-29 |
| JPS63186122A (en) | 1988-08-01 |
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| DE3802138A1 (en) | 1988-08-18 |
| FR2610110B1 (en) | 1990-04-27 |
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