ES2922454A1 - Un dispositivo sensor térmico - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo sensor térmico autoalimentado (11) ignífugo y resistente al calor dispuesto en proximidad a un objeto ubicado dentro de una zona de supervisión del dispositivo sensor térmico autoalimentado (11), comprendiendo una carcasa de sensor térmico (12), un sensor (13) dispuesto en el interior de la carcasa de sensor térmico (12) cerca del extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico (12), un deslizador de masa (14) dispuesto en el interior de la carcasa de sensor térmico (12) cerca del extremo superior opuesto al extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico (12), un receptor térmico (16) configurado para ser montado a través de un orificio de montaje dispuesto en el extremo distal de una pletina (15) ubicada por la cara exterior del deslizador de masa (14), que apoya sobre una tapa superior (17) de la carcasa de sensor térmico (12) y una tapa inferior (18) dispuesta en el borde inferior de la carcasa de sensor térmico (12).
Description
DESCRIPCIÓN
Un dispositivo sensor térmico
Objeto
La presente invención se refiere a un dispositivo sensor térmico autoalimentado que detecta por adelantado riesgos térmicos y de incendio, de manera que, el dispositivo sensor térmico autoalimentado está conectado operativamente a una interfaz de telecomunicación para transmitir una señal de aviso, que está basada en una señal de salida del dispositivo sensor térmico autoalimentado.
Estado de la técnica
En los últimos años, los dispositivos de protección basados en una agrupación de sensores distribuidos ayudan a proteger objetos y personas. Los sensores distribuidos están conectados al menos a una fuente de alimentación externa para generar una señal eléctrica de salida si es detectado un evento que representar un riesgo de incendio para objetos y personas. Esta señal eléctrica de salida permita caracterizar a la agrupación de sensores instalados.
Estos sensores se utilizan para proporcionar advertencias locales cuando identifican un riesgo de incendio. La agrupación de sensores lleva aparejado un consumo excesivo de energía eléctrica e instalaciones complejas.
Por lo tanto, existe una necesidad de desarrollar un sensor ignífugo y autónomo para identificar y emitir avisos de riesgo de incendio hacia un servidor de control que pueda ser instalado en diferentes entornos.
Sumario
La presente invención busca resolver uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente mediante un dispositivo sensor térmico autoalimentado tal como se define en las reivindicaciones.
El dispositivo sensor térmico autoalimentado suministra una señal eléctrica analógica a un procesador de adquisición si la temperatura de una zona de supervisión supera un valor de temperatura de seguridad predeterminado en la zona supervisada por el dispositivo sensor térmico autoalimentado.
El dispositivo sensor térmico autoalimentado suministra instantáneamente la señal eléctrica analógica a una interfaz radio de comunicación que transmite vía radio la señal eléctrica digital, basada en la señal recibida hacia un servidor controlador.
El servidor controlador, en respuesta a la señal eléctrica digital recibida, transmite a través de una red de telecomunicaciones una señal de advertencia de seguridad hacia al menos un equipo electrónico de comunicación de usuario portable o fijo.
Alternativamente, el dispositivo sensor térmico autoalimentado suministra instantáneamente la señal eléctrica analógica a un equipo de usuario, un dispositivo de seguridad tal como un extintor de incendios, un sistema de refrigeración o similar.
El dispositivo sensor térmico autoalimentado comprende una carcasa de sensor térmico que tiene una forma del tipo cilindro hueco abierto por ambos extremos opuestos de la carcasa de sensor térmico, un sensor del tipo sensor nanogenerador de energía triboeléctrico TENG ignífugo y resistente al calor que está dispuesto en el interior de la carcasa de sensor térmico cerca del extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico, un deslizador de masa definida está dispuesto en el interior de la carcasa de sensor térmico cerca del extremo superior opuesto al extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico, una pletina está dispuesta por la cara exterior del deslizador de masa, comprendiendo un orificio de montaje en el extremo distal de la pletina, un receptor térmico que está configurado para ser montado de manera pasante a través del orificio de montaje, de manera que, el deslizador de masa apoya sobre l acara superior de una tapa superior y una tapa inferior está dispuesto en el extremo inferior de la carcasa de sensor térmico ignífugo y resistente al calor.
El dispositivo sensor térmico autoalimentado está fabricado a partir de un material conductor térmico tal como acero inoxidable, retardante de llama e ignífugos, siendo resistente al calor. Consecuentemente, la carcasa de sensor térmico es ignífuga y resistente al calor también.
El sensor nanogenerador triboeléctrico TENG está fabricado a partir de materiales ignífugos retardantes de contacto, FR-TENG, con capas triboeléctricas positivas y negativas ignífugas que pueden seleccionarse de la serie triboeléctrica, un sustrato ignífugo compuesto de poliamida, PI/Kapton, un cable eléctrico conductor, una capa conductora compuesta de aluminio u otros materiales conductores como ITO, materiales a base de carbono.
El receptor térmico está fabricado a partir de un material de cambio de fase, un polímero de cambio de fase o similar y tiene una forma del tipo paralelepípedo rectangular, cilíndrico o similar.
El dispositivo sensor térmico autoalimentado ignífugo y resistente al calor está dispuesto en proximidad a un objeto o en zona de supervisión, de manera que, si la temperatura sube en la zona de supervisión y alcanza el valor de temperatura de seguridad predeterminado, el receptor térmico, material de cambio de fase, sufre un cambio de fase y el deslizador se mueve por gravedad de manera deslizante por la cara interior de la carcasa de sensor térmico y entra en contacto físico con la cara exterior de la capa superior del sensor triboeléctrico TENG, de manera
que, este sensor triboeléctrico TENG pasa de una posición de reposo a una posición de trabajo donde las dos capas de este sensor triboeléctrico TENG entran en contacto físico, correspondiendo a la posición de trabajo, para suministrar una señal eléctrica analógica hacia un procesador de adquisición, comprendido en la interfaz radio de comunicación, que convierte la señal eléctrica analógica recibida en una señal de aviso digital para ser transmitida vía radio por la interfaz radio de comunicación hacia al menos uno del servidor controlador, del equipo de usuario y un dispositivo de seguridad. Seguidamente, el sensor triboeléctrico TENG pasa de la posición de trabajo a la posición de reposo inicial, recuperando el sensor triboeléctrico TENG la forma de reposo, es decir, las dos capas del sensor triboeléctrico TENG están separadas.
Resumiendo, la señal analógica es suministrada directamente a un emisor radio LoRA de la interfaz radio de comunicaciones y, también, a un convertidor analógico-digital DAC que transforma la señal analógica en una señal digital.
La carcasa de sensor térmico de acero inoxidable sirve como soporte mecánico y medio de transferencia de energía térmica al receptor térmico, que retiene al deslizador en posición de reposo, sin estar en contacto con el sensor triboeléctrico TENG y, una vez que la temperatura de la zona de supervisión supera el valor de temperatura de seguridad predeterminado, el deslizador de masa pasa a la posición de trabajo, es decir, el deslizador se desliza dentro de la carcasa del sensor térmico hasta entra en contacto físico con el sensor triboeléctrico TENG para suministrar la señal eléctrica analógica al procesador de adquisición de la interfaz radio de comunicación conectado en cascada o serie.
Alternativamente, el sensor triboeléctrico TENG está conectado a una antena exterior a la carcasa del sensor térmico. La antena está conectada a una de las capas triboeléctricas del sensor triboeléctrico TENG, de manera que, la antena emite una señal recibida desde el sensor triboeléctrico TENG hacia la interfaz radio de comunicación que está ubicada a una distancia máxima de aproximadamente 1m de la antena.
El receptor térmico dispuesto de manera pasante en la pletina actúa como un receptor térmico y un disparador de estrés mecánico, que se selecciona tanto para recibir un estímulo térmico desde la zona de supervisión como para liberar el deslizador de masa después del cambio de fase o transición del receptor térmico.
La posición de reposo del deslizador de masa, a una altura predeterminada por encima del sensor triboeléctrico TENG crea una energía potencial gravitacional, que se almacena en el deslizador de masa.
Si el deslizador de masa entra en contacto físico con el sensor triboeléctrico TENG, posición de trabajo, la energía potencial es transformada por este sensor triboeléctrico TENG, por medio de
una electrificación de contacto, en una señal eléctrica analógica, evitando la utilización de una fuente de alimentación eléctrica externa, que es suministrada al procesador de adquisición de la interfaz radio de comunicación o/y a través de un cable eléctrico a una pantalla multimedia de una interfaz hombre máquina HMI, donde se muestra un mensaje de aviso o alarma, en modo local.
Alternativamente, el dispositivo sensor térmico autoalimentado comprende además un resorte donde el extremo inferior está acoplado mecánicamente a la cara exterior de la capa superior del sensor triboeléctrico TENG y el extremo superior opuesto al extremo inferior está acoplado mecánicamente a la cara inferior del deslizador dependiendo del tamaño del deslizador para que el sensor triboeléctrico TENG recupere la forma original de la posición de reposo después de la liberación del deslizador.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 muestra en una vista en perspectiva un dispositivo sensor térmico autoalimentado y una vista en alzado de una sección transversal del dispositivo sensor térmico autoalimentado,
La figura 2 muestra en una vista en alzado el funcionamiento del dispositivo sensor térmico autoalimentado donde un deslizador de masa describe un movimiento de deslizamiento desde una posición de reposo hacia una posición de trabajo de este dispositivo sensor térmico autoalimentado, correspondiente a un sensor comprimido, y la posición final del dispositivo sensor térmico autoalimentado correspondiente al sensor extendido,
La figura 3 muestra en una vista en alzado el funcionamiento del dispositivo sensor térmico autoalimentado donde el deslizador de masa describe un movimiento de deslizamiento desde la posición de reposo hacia la posición de trabajo de este dispositivo sensor térmico autoalimentado, correspondiente a un sensor y un resorte comprimidos, y la posición final del dispositivo sensor térmico autoalimentado correspondiente al sensor y al resorte extendidos,
La figura 4 muestra en una vista en perspectiva la estructura de un sensor del tipo sensor nanogenerador triboeléctrico TENG fabricado a partir de materiales ignífugos retardantes de contacto, FR-TENG, con capas triboeléctricas positivas y negativas ignífugas del dispositivo sensor térmico autoalimentado,
La figura 5 muestra en una vista en perspectiva la estructura de conexión eléctrica y vía radio del dispositivo sensor térmico autoalimentado con al menos un equipo de usuario,
La figura 6 muestra en una vista en perspectiva alternativa la estructura de conexión eléctrica y vía radio del dispositivo sensor térmico autoalimentado con al menos un equipo de usuario, y
La figura 7 muestra en una vista en perspectiva una alternativa a estructura de conexión eléctrica y vía radio del dispositivo sensor térmico autoalimentado con al menos un equipo de usuario.
Descripción detallada
En relación con la figura 1 donde se muestra un dispositivo sensor térmico autoalimentado 11 ignífugo y resistente al calor que está dispuesto en proximidad a un objeto ubicado dentro de una zona de supervisión del dispositivo sensor térmico autoalimentado 11.
El dispositivo sensor térmico autoalimentado 11 comprende una carcasa de sensor térmico 12, un sensor 13 dispuesto en el interior de la carcasa de sensor térmico 12 cerca del extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico 12, un deslizador de masa 14 definida que está dispuesto en el interior de la carcasa de sensor térmico 12 en proximidad al extremo superior opuesto al extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico 12, una pletina 15 que está dispuesta por la cara exterior del deslizador de masa 14 y comprende un orificio de montaje en el extremo distal de esta pletina 15, un receptor térmico 16 que es montado de manera pasante a través del orificio de montaje, de manera que, el receptor térmico 16 apoya sobre una tapa superior 17 de la carcasa de sensor térmico 12 y una tapa inferior 18, que está dispuesto en el extremo inferior de la carcasa de sensor térmico 12.
La carcasa de sensor térmico 12 tiene una forma del tipo cilindro hueco abierto por ambos extremos opuestos de la carcasa de sensor térmico 12 y está realizada en un material tal como acero inoxidable.
En relación ahora con las figuras 4 a 6, donde el sensor 13 suministra una señal eléctrica analógica a un procesador de adquisición 52 si la temperatura de la zona de supervisión supera un valor de temperatura de seguridad predeterminado.
En relación ahora con las figuras 2 y 3, una vez que, el deslizador de masa 14 inicia un movimiento de deslizamiento vertical por gravedad desde una posición de reposo a una posición de trabajo, donde el deslizador de masa 14 ejerce una fuerza de presión sobre el sensor 13 que pasa de una posición de reposo o inicio, sin contacto físico entre la capa superior 41 y la capa inferior 42 del sensor 13, a una posición de trabajo, con contacto físico entre la capa superior 41 y la capa inferior 42 del sensor 13.
En la posición de trabajo del sensor 13, este sensor 13 suministra una señal eléctrica analógica al procesador de adquisición 52, que está conectado por medio de cables eléctricos al sensor 13 de detección térmica y de riesgo de incendio, mostrado en las figuras terceras desde la izquierda de las figuras 2 y 3.
Una vez que la señal eléctrica analógica ha sido suministrada por el sensor 13, este sensor 13 pasa desde la posición de trabajo a la de reposo o inicio de este sensor 13, mostrado en la figura cuarta desde la izquierda de las figuras 2.
El dispositivo sensor térmico autoalimentado 11 comprende un resorte 31 que tiene el extremo inferior acoplado mecánicamente a la cara exterior de la capa superior 41 del sensor 13 y el extremo superior opuesto al extremo inferior está acoplado mecánicamente a la cara inferior del deslizador de masa 14, de manera que, el resorte 31 suministra un movimiento de deslizamiento vertical ascendente al deslizador de masa 14 para vencer la fuerza de la gravedad a fin de que el sensor 13 pase desde la posición de trabajo hacia la posición original del sensor 13, una vez que la señal eléctrica analógica ha sido suministrada al procesador de adquisición de una interfaz radio de comunicación 51, mostrado en la figuras cuarta desde la izquierda de las figuras 3. En relación ahora con la figura 4, el sensor 13 es del tipo sensor nanogenerador de energía triboeléctrico TENG ignífugo y resistente al calor, comprende un electrodo positivo triboeléctrico y un electrodo negativo triboeléctrico. El electrodo positivo triboeléctrico y el electrodo negativo triboeléctrico se fijan hacia arriba y hacia abajo por y viceversa la cara interior de una banda flexible deformable que recupera la forma original de la banda flexible en ausencia de una fuerza de presión deformante.
El sensor 13 triboeléctrico TENG comprende materiales de película delgada, intrínsecamente ignífugos, compuestos que incluyen aditivos ignífugos o totalmente resistentes al fuego, y están laminados verticalmente. La capa superior 41 de PI ignífugo, Kapton, forma la columna vertebral estructural del sensor 13 triboeléctrico TENG. En la parte superior, la capa inferior 42 de PVDF-HFP, recubierta por cinta adhesiva de aluminio conductora como electrodo en su parte posterior, se aplica como una capa triboeléctrica negativa que genera cargas triboeléctricas al contacto con la capa superior 41.
La técnica de electrohilado de la capa inferior 42 de PVDF-HFP se puede adoptar para crear nanofibras PVDF-HFP, que tienen un diámetro medio nm y 1,5 pm respectivamente, lo que juega un papel importante en el logro de una alta sensibilidad para la detección de baja presión. En la parte inferior, un papel modificado con ácido fítico, Paper@50PA, recubierto por cinta adhesiva de aluminio conductor como electrodo en su hoja posterior, sirve como la capa triboeléctrica positiva debido a sus excelentes propiedades ignífugas.
En relación ahora con las figuras 5 y 6, el procesador de adquisición 52 está conectado en serie a una interfaz radio de comunicación 51, a un equipo de usuario 55 mediante cables eléctricos para suministrar una señal de aviso digital, de manera que, el equipo de usuario 55 por medio de una pantalla multimedia 61muestra una señal de advertencia de seguridad al usuario cerca del lugar donde ha surgido el problema.
En relación ahora con la figura 7, el sensor triboeléctrico TENG 13 está conectado a una antena exterior a la carcasa del sensor térmico 12. La antena está conectada a una de las capas
triboeléctricas 41, 42 del sensor triboeléctrico TENG 13, de manera que, la antena emite una señal recibida desde el sensor triboeléctrico TENG 13 hacia la interfaz radio de comunicación 51 que está ubicada a una distancia máxima de aproximadamente 1m de la antena.
Todos los cables, conectores y componentes deben cumplir con los requisitos de durabilidad, estabilidad y robustez según el campo de aplicación utilizado.
Asimismo, la interfaz radio de comunicación 51 transmite instantáneamente la señal de aviso digital hacia un servidor controlador 53 que suministra, a su vez, la señal de advertencia de seguridad hacia al menos un equipo electrónico de comunicación 55 de usuario portable o fijo a través de una red de telecomunicaciones inalámbrica 54, particularmente, de Internet de las cosas IoT cerca del lugar donde ha surgido el problema. Por ejemplo, el dispositivo sensor térmico autoalimentado 11 se instala dentro del paquete de baterías de un vehículo eléctrico, un aumento en la temperatura se puede notificar rápidamente al conductor del automóvil mediante la señal de advertencia mostrada en una interfaz hombre máquina HMI 61 ubicada en el tablero de instrumentos del vehículo automóvil.
El principio de funcionamiento autoalimentado sensor 13 triboeléctrico TENG se explica por el efecto de acoplamiento entre la electrificación por contacto y la inducción electrostática. Debido al gran porcentaje de composición de flúor que tiene la mayor electronegatividad entre todos los elementos, el PVDF-HFP se clasifica como un material triboeléctrico-negativo. Siempre tiende a ganar cargas negativas cuando está en contacto con casi cualquier otro material. En la posición de trabajo, en el estado de contacto, la carga se desliza hacia el sensor 13 triboeléctrico TENG, generando cargas triboeléctricas en las superficies de contacto. Paper@50PA prefiere perder electrones que son atraídos por PVDF-HFP debido a su fuerte afinidad electrónica. Por lo tanto, las capas de Paper@50PA y PVDF-HFP están igualmente cargadas, positiva y negativamente respectivamente. Las cargas triboeléctricas inducidas o se pueden reservar en las superficies durante mucho tiempo debido a la propiedad aislante inherente de las capas triboeléctricas. Una vez que el deslizador de masa 14 se empuja hacia arriba debido a la resistencia de la capa superior 41 de Kapton y/o del resorte 31, las dos capas superior e inferior 41, 42 cargadas se separarán inmediatamente, lo que resultará en una diferencia de potencial eléctrico.
LISTA DE REFERENCIAS NUMÉRICAS
11 dispositivo sensor térmico autoalimentado
12 carcasa de sensor térmico
13 sensor
14 deslizador de masa
15 pletina
16 receptor térmico
17 tapa superior
18 tapa inferior
31 resorte
41 capa superior
42 capa inferior
51 interfaz radio de comunicación
52 procesador de adquisición
53 servidor controlador
54 red de telecomunicaciones inalámbricas IoT
55 equipo de usuario
61 interfaz hombre máquina HMI de un equipo de usuario
Claims (14)
1. Un dispositivo sensor térmico autoalimentado ignífugo y resistente al calor está dispuesto en proximidad a un objeto ubicado dentro de una zona de supervisión del dispositivo sensor térmico autoalimentado 11, caracterizado por que el dispositivo sensor térmico autoalimentado (11) comprende una carcasa de sensor térmico (12), un sensor (13) dispuesto en el interior de la carcasa de sensor térmico (12) cerca del extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico (12), un deslizador de masa (14) definida que está dispuesto, en posición de reposo, en el interior de la carcasa de sensor térmico (12) cerca del extremo superior opuesto al extremo inferior de esta carcasa de sensor térmico (12), una pletina (15) que está dispuesta por la cara exterior del deslizador de masa (14), comprendiendo un orificio de montaje en el extremo distal de la pletina (15), un receptor térmico (16) que está configurado para ser montado de manera pasante a través del orificio de montaje, donde el receptor térmico (16) apoya sobre la cara exterior de una tapa superior (17) de la carcasa de sensor térmico (12) y una tapa inferior (18) que está dispuesta sobre el extremo inferior de la carcasa de sensor térmico (12).
2. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 1, donde la carcasa de sensor térmico (12) tiene una forma del tipo cilindro hueco abierto por ambos extremos opuestos de la carcasa de sensor térmico (12).
3. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 2, donde el sensor (13) está conectado a una antena exterior a la carcasa del sensor térmico (12).
4. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 3, donde el sensor (13) está configurado para suministrar una señal eléctrica analógica en la posición de trabajo de este sensor (13) a un procesador de adquisición (52).
5. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 4, donde el procesador de adquisición recibe la señal eléctrica analógica asociada a la temperatura de la zona de supervisión si esta temperatura supera un valor de temperatura de seguridad predeterminado, si el deslizador de masa (14) se desliza desde una posición de reposo a una posición de para ejercer una fuerza de presión sobre el sensor (13) que pasa de una posición de reposo, sin contacto físico entre una capa superior (41) y una capa inferior (42) del sensor (13), a una posición de trabajo, con contacto físico entre la capa superior (41) y la capa inferior (42) del sensor (13).
6. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 5, donde el sensor (13) está configurado para pasar desde la posición de trabajo a la posición de reposo, una vez que, la señal eléctrica analógica ha sido suministrada al procesador de adquisición (52).
7. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 6, donde el sensor (13) es del tipo sensor nanogenerador de energía triboeléctrico TENG ignífugo y resistente al calor.
8. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 7, donde la antena está conectada a una de las capas triboeléctricas del sensor triboeléctrico TENG (13) para emitir una señal recibida desde el sensor triboeléctrico TENG (13) hacia una interfaz radio de comunicación (51).
9. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 8, donde el dispositivo sensor térmico autoalimentado 11 comprende además un resorte (31) donde el extremo inferior está acoplado mecánicamente a la cara exterior de la capa superior (41) del sensor (13) y el extremo superior opuesto al extremo inferior del resorte (31) está acoplado mecánicamente a la cara inferior del deslizador de masa (14).
10. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 10, donde el resorte (31) está configurado para suministrar un movimiento de deslizamiento al deslizador de masa (14) desde la posición de trabajo del sensor (13) hacia la posición de reposo del sensor (13), una vez que, la señal eléctrica analógica ha sido suministrada al procesador de adquisición (52).
11. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 10, donde el procesador de adquisición está configurado para suministrar una señal de aviso digital hacia la interfaz radio de comunicación (51).
12. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 11, donde el procesador de adquisición está configurado para suministrar la señal de aviso digital hacia un equipo de usuario (55, 61).
13. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 12, donde la interfaz radio de comunicación (51) está configurada para transmitir la señal de aviso digital hacia un servidor controlador (53).
14. El dispositivo sensor de acuerdo con la reivindicación 13, donde el servidor controlador (53) está configurado para transmitir una señal de advertencia de seguridad hacia al menos un equipo electrónico de comunicación de usuario (55, 61) de comunicación portable o fijo a través de una red de telecomunicaciones (54) inalámbrica de IoT.
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| CN212206342U (zh) * | 2020-06-12 | 2020-12-22 | 广东海洋大学 | 一种用于监测海洋立管振动的摩擦发电传感器 |
-
2022
- 2022-04-06 ES ES202230312A patent/ES2922454B2/es active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN212206342U (zh) * | 2020-06-12 | 2020-12-22 | 广东海洋大学 | 一种用于监测海洋立管振动的摩擦发电传感器 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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