JP2002340644A - 超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法 - Google Patents
超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法Info
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- JP2002340644A JP2002340644A JP2001182569A JP2001182569A JP2002340644A JP 2002340644 A JP2002340644 A JP 2002340644A JP 2001182569 A JP2001182569 A JP 2001182569A JP 2001182569 A JP2001182569 A JP 2001182569A JP 2002340644 A JP2002340644 A JP 2002340644A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 流れ場中の不純物付着や環境変化による
流れ場の経年変化が起きた場合に対応できる流速／流量
測定装置を提供する。 【解決手段】 センサーＡ３はパルス超音波を発信し流
れ場に混入している反射体からの超音波エコーを受信す
る。速度分布計５はセンサーＡ３から送られた信号を入
力し、入力信号を処理して測定線方向の速度分布を算出
する。演算装置６は速度分布計５からの入力データを積
分して平均速度と流量を算出しこれを基準流量としメモ
リーに一時待避する。センサーＢ４はセンサーＡ３より
発信されたパルス超音波を受信する。流量計７はセンサ
ーＢ４からの受信信号を解析して伝播時間差を求め平均
速度と流量を算出する。較正装置８は演算装置６からの
基準流量をもとに流量計７から入力した流量から較正係
数を算出する。表示装置９は較正係数を用いて伝播時間
差をもとに正確な平均速度と流量を算出し表示する。
流れ場の経年変化が起きた場合に対応できる流速／流量
測定装置を提供する。 【解決手段】 センサーＡ３はパルス超音波を発信し流
れ場に混入している反射体からの超音波エコーを受信す
る。速度分布計５はセンサーＡ３から送られた信号を入
力し、入力信号を処理して測定線方向の速度分布を算出
する。演算装置６は速度分布計５からの入力データを積
分して平均速度と流量を算出しこれを基準流量としメモ
リーに一時待避する。センサーＢ４はセンサーＡ３より
発信されたパルス超音波を受信する。流量計７はセンサ
ーＢ４からの受信信号を解析して伝播時間差を求め平均
速度と流量を算出する。較正装置８は演算装置６からの
基準流量をもとに流量計７から入力した流量から較正係
数を算出する。表示装置９は較正係数を用いて伝播時間
差をもとに正確な平均速度と流量を算出し表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉の循環水や
冷却水の配管流れ、汚水施設や下水施設などの配管流れ
や、汚水・上下水道などの管内流の流れ場解析へ応用で
きる超音波流量／流速分布測定装置および流量／流速分
布測定方法に関する。
冷却水の配管流れ、汚水施設や下水施設などの配管流れ
や、汚水・上下水道などの管内流の流れ場解析へ応用で
きる超音波流量／流速分布測定装置および流量／流速分
布測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】パルス超音波を用いた流量計は、従来、
流体の流速を測定し、これに既知の流路断面積や補正係
数を乗算することにより流量を測定するものであり、浄
水場や配水場の流入量や流出量の管理、工場内の各所の
配管流量の定期的モニタリングおよび農業用水や排水な
ど開水路の流量管理などに用いられている。パルス超音
波を用いた流量／流速計における上記の流速測定手法と
しては、超音波の伝播時間差を用いた方法や、ドップラ
ーシフトを用いた方法がある。
流体の流速を測定し、これに既知の流路断面積や補正係
数を乗算することにより流量を測定するものであり、浄
水場や配水場の流入量や流出量の管理、工場内の各所の
配管流量の定期的モニタリングおよび農業用水や排水な
ど開水路の流量管理などに用いられている。パルス超音
波を用いた流量／流速計における上記の流速測定手法と
しては、超音波の伝播時間差を用いた方法や、ドップラ
ーシフトを用いた方法がある。
【０００３】伝播時間差法によるものは、配管の外側に
一組の超音波センサーを取り付け、配管内の流体に超音
波を流れと同方向、および逆方向に伝搬させ、それらの
伝搬時間差から流速および流量を測定するものである。
これに対してドップラーシフト法は、一つの超音波セン
サーからパルス超音波を発射し、流体中に混入している
反射体からのドップラー信号を同じ超音波センサーで受
信してドップラーシフト周波数から速度および流量を求
めるものである。さらに、超音波のドップラーシフトか
ら速度を、また計測された瞬時流速の時間遅れから位置
を同定することにより瞬時流速分布を求め、この瞬時流
速分布を積分して流量を算出する超音波流速分計測法が
ある。
一組の超音波センサーを取り付け、配管内の流体に超音
波を流れと同方向、および逆方向に伝搬させ、それらの
伝搬時間差から流速および流量を測定するものである。
これに対してドップラーシフト法は、一つの超音波セン
サーからパルス超音波を発射し、流体中に混入している
反射体からのドップラー信号を同じ超音波センサーで受
信してドップラーシフト周波数から速度および流量を求
めるものである。さらに、超音波のドップラーシフトか
ら速度を、また計測された瞬時流速の時間遅れから位置
を同定することにより瞬時流速分布を求め、この瞬時流
速分布を積分して流量を算出する超音波流速分計測法が
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記の超
音波流速分布計測法と伝播時間差超音波流速法を、原子
炉内の給水流量計測システムに適用することを検討して
いく課程で大きな問題に直面した。すなわち、パルス超
音波ドップラー流速法を用いた流量計測では、測定対象
となる流体に超音波を反射するに適した大きさの反射体
が必要であるが、原子炉内の循環水はマイクロフィルタ
ーを通過した異物のほとんど存在しない流体であること
から、純水など異物の少ない流体の測定が困難であるこ
とである。また、伝播時間差法は流体中に特別な反射体
を必要としないが、実流量を測定する際に、実流量と基
準流量との比から求める固定された校正定数が必要とな
り、この校正定数は流体中の不純物による配管付着が原
因により経年変化をおこし、測定精度を悪化させるとい
うことである。
音波流速分布計測法と伝播時間差超音波流速法を、原子
炉内の給水流量計測システムに適用することを検討して
いく課程で大きな問題に直面した。すなわち、パルス超
音波ドップラー流速法を用いた流量計測では、測定対象
となる流体に超音波を反射するに適した大きさの反射体
が必要であるが、原子炉内の循環水はマイクロフィルタ
ーを通過した異物のほとんど存在しない流体であること
から、純水など異物の少ない流体の測定が困難であるこ
とである。また、伝播時間差法は流体中に特別な反射体
を必要としないが、実流量を測定する際に、実流量と基
準流量との比から求める固定された校正定数が必要とな
り、この校正定数は流体中の不純物による配管付着が原
因により経年変化をおこし、測定精度を悪化させるとい
うことである。
【０００５】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、流れ場中の不純物付着や環境変化による
流れ場の経年変化が起きた場合に対応できる新規な超音
波流速測定装置および流量測定装置を提供するものであ
る。
たものであり、流れ場中の不純物付着や環境変化による
流れ場の経年変化が起きた場合に対応できる新規な超音
波流速測定装置および流量測定装置を提供するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の流量測定装置
は、パルス超音波を送受信するセンサーと、上記センサ
ーからの信号を入力し速度分布を計算する速度分布計
と、上記速度分布計からの信号を入力し流量を計算する
演算装置と、上記センサーからの信号を入力し伝播時間
差より流量を計算する流量計と、上記演算装置からの流
量を基準流量として入力し、上記流量計の流量とを比較
して校正係数を演算する校正装置と、上記校正装置から
の校正係数を入力し上記流量計にフィードバックする装
置を有するものである。
は、パルス超音波を送受信するセンサーと、上記センサ
ーからの信号を入力し速度分布を計算する速度分布計
と、上記速度分布計からの信号を入力し流量を計算する
演算装置と、上記センサーからの信号を入力し伝播時間
差より流量を計算する流量計と、上記演算装置からの流
量を基準流量として入力し、上記流量計の流量とを比較
して校正係数を演算する校正装置と、上記校正装置から
の校正係数を入力し上記流量計にフィードバックする装
置を有するものである。
【０００７】また、本発明の流速測定装置は、パルス超
音波を送受信するセンサーと、上記センサーからの信号
を入力し速度分布を計算する速度分布計と、上記速度分
布計からの信号を入力し平均流速を計算する演算装置
と、上記センサーからの信号を入力し伝播時間差より流
速を計算する流速計と、上記演算装置からの平均流速を
基準流速として入力し、上記流測計の流速とを比較して
校正係数を演算する校正装置と、上記校正装置からの校
正係数を入力し上記流測計にフィードバックする装置を
有するものである。
音波を送受信するセンサーと、上記センサーからの信号
を入力し速度分布を計算する速度分布計と、上記速度分
布計からの信号を入力し平均流速を計算する演算装置
と、上記センサーからの信号を入力し伝播時間差より流
速を計算する流速計と、上記演算装置からの平均流速を
基準流速として入力し、上記流測計の流速とを比較して
校正係数を演算する校正装置と、上記校正装置からの校
正係数を入力し上記流測計にフィードバックする装置を
有するものである。
【０００８】また、本発明の流量測定方法は、センサー
よりパルス超音波を発信し、流れ場に混入している反射
体からの超音波エコーを受信する工程と、速度分布計に
おいてセンサーから送られた信号を処理して測定線方向
の速度分布を算出する工程と、信号処理制御装置におい
て、速度分布を積分して流量計算する工程と、一組の超
音波センサを取り付け、配管内の流体に超音波を流れと
同方向、および逆方向に伝搬させ、それらの伝搬時間差
から流量を測定する工程と、速度分布から得られた流量
を用いて伝播時間差から得られた流量を補正する工程を
有する方法である。
よりパルス超音波を発信し、流れ場に混入している反射
体からの超音波エコーを受信する工程と、速度分布計に
おいてセンサーから送られた信号を処理して測定線方向
の速度分布を算出する工程と、信号処理制御装置におい
て、速度分布を積分して流量計算する工程と、一組の超
音波センサを取り付け、配管内の流体に超音波を流れと
同方向、および逆方向に伝搬させ、それらの伝搬時間差
から流量を測定する工程と、速度分布から得られた流量
を用いて伝播時間差から得られた流量を補正する工程を
有する方法である。
【０００９】また、本発明の流速測定方法は、センサー
よりパルス超音波を発信し、流れ場に混入している反射
体からの超音波エコーを受信する工程と、速度分布計に
おいてセンサーから送られた信号を処理して測定線方向
の速度分布を算出する工程と、信号処理制御装置におい
て、速度分布を計算して平均流速を算出する工程と、一
組の超音波センサを取り付け、配管内の流体に超音波を
流れと同方向、および逆方向に伝搬させ、それらの伝搬
時間差から流速を測定する工程と、速度分布から得られ
た平均流速を用いて伝播時間差から得られた流速を補正
する工程を有する方法である。
よりパルス超音波を発信し、流れ場に混入している反射
体からの超音波エコーを受信する工程と、速度分布計に
おいてセンサーから送られた信号を処理して測定線方向
の速度分布を算出する工程と、信号処理制御装置におい
て、速度分布を計算して平均流速を算出する工程と、一
組の超音波センサを取り付け、配管内の流体に超音波を
流れと同方向、および逆方向に伝搬させ、それらの伝搬
時間差から流速を測定する工程と、速度分布から得られ
た平均流速を用いて伝播時間差から得られた流速を補正
する工程を有する方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１は、本発明の装置を説
明するもので、図２は本発明の方法を説明するものであ
る。
て図面に基づいて説明する。図１は、本発明の装置を説
明するもので、図２は本発明の方法を説明するものであ
る。
【００１１】本発明は、パルス超音波を用いて、超音波
流速分布流測法による流速および流量を用いて伝播時間
差法における校正係数を随時決定できる、ハイブリット
型超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法
を提供するものであるが、この超音波流量／流速測定装
置は図１に示すように、測定部１と制御部２から成り立
っている。
流速分布流測法による流速および流量を用いて伝播時間
差法における校正係数を随時決定できる、ハイブリット
型超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法
を提供するものであるが、この超音波流量／流速測定装
置は図１に示すように、測定部１と制御部２から成り立
っている。
【００１２】センサーＡ３よりパルス超音波を発信す
る。そして、流れ場に混入しているゴミや気泡などの反
射体からの超音波エコーを同じセンサーＡ３で受信す
る。受信した信号は、速度分布計５に出力する。
る。そして、流れ場に混入しているゴミや気泡などの反
射体からの超音波エコーを同じセンサーＡ３で受信す
る。受信した信号は、速度分布計５に出力する。
【００１３】速度分布計５においては、センサーＡ３か
ら送られた信号を入力する。そして、入力信号を処理し
て測定線方向の速度分布を算出する。
ら送られた信号を入力する。そして、入力信号を処理し
て測定線方向の速度分布を算出する。
【００１４】演算装置６は、速度分布計５からの入力デ
ータを積分して平均速度と流量を算出し、これを基準流
量としメモリーに一時待避する。
ータを積分して平均速度と流量を算出し、これを基準流
量としメモリーに一時待避する。
【００１５】伝播時間差法を用いた流量計測を行うた
め、センサーＡ３よりパルス超音波を発信し、センサー
Ｂ４で受信し、受信信号を流量計７に出力する。
め、センサーＡ３よりパルス超音波を発信し、センサー
Ｂ４で受信し、受信信号を流量計７に出力する。
【００１６】流量計７では、受信信号を解析して伝播時
間差を求め、平均速度と流量を算出する。得られた流量
は較正装置８に出力する。。
間差を求め、平均速度と流量を算出する。得られた流量
は較正装置８に出力する。。
【００１７】較正装置８では、演算装置６からの基準流
量をもとに、流量計７から入力した流量から較正係数を
算出する。
量をもとに、流量計７から入力した流量から較正係数を
算出する。
【００１８】再び伝播時間差法を用いた流量計測を行う
ため、センサーＡ３よりパルス超音波を発信し、センサ
ーＢ４で受信し、受信信号を流量計７に出力する。
ため、センサーＡ３よりパルス超音波を発信し、センサ
ーＢ４で受信し、受信信号を流量計７に出力する。
【００１９】流量計７では、受信信号を解析して伝播時
間差を求め、較正係数を用いて正確な平均速度と流量を
算出する。
間差を求め、較正係数を用いて正確な平均速度と流量を
算出する。
【００２０】得られた流量を表示装置９で表示する。
【００２１】なお、速度分布計５はスイスＭｅｔＦｌｏ
ｗ社製のＵＶＰ Ｍｏｎｉｔｏｒｍｏｄｅｌ Ｘ３ＰＳ
ｉを使用した。
ｗ社製のＵＶＰ Ｍｏｎｉｔｏｒｍｏｄｅｌ Ｘ３ＰＳ
ｉを使用した。
【００２２】次に測定方法について図２を用いて説明す
る。１により測定が開始されると、３に示すようにセン
サーＡ３よりパルス超音波を発信する。４に示すように
流れ場に混入しているゴミや気泡などの反射体からの超
音波エコーを同じセンサーＡ３にて受信する。５に示す
ように、速度分布計５においてセンサーＡ３から送られ
た信号を入力し、入力信号を処理して測定線方向の速度
分布を算出する。６に示すように、演算装置６におい
て、速度分布計５からの入力データを積分して平均速度
と流量を算出し、これを基準流量としメモリーに一時待
避する。７に示すように、伝播時間差法を用いた流量計
測を行うため、センサーＡ３よりパルス超音波を発信
し、センサーＢ４で受信し、受信信号を流量計７に出力
する。８に示すように、流量計７では、受信信号を解析
して伝播時間差を求め、平均速度と流量を算出する。得
られた流量は較正装置８に出力する。９に示すように、
較正装置８では、演算装置６からの基準流量を、もと
に、流量計７から入力した流量から較正係数を算出す
る。１０で示すように、流量計７では、較正係数を用い
て伝播時間差をもとに正確な平均速度と流量を算出す
る。１１で示すように、得られた流量を表示装置９で表
示する。その後２に戻る。
る。１により測定が開始されると、３に示すようにセン
サーＡ３よりパルス超音波を発信する。４に示すように
流れ場に混入しているゴミや気泡などの反射体からの超
音波エコーを同じセンサーＡ３にて受信する。５に示す
ように、速度分布計５においてセンサーＡ３から送られ
た信号を入力し、入力信号を処理して測定線方向の速度
分布を算出する。６に示すように、演算装置６におい
て、速度分布計５からの入力データを積分して平均速度
と流量を算出し、これを基準流量としメモリーに一時待
避する。７に示すように、伝播時間差法を用いた流量計
測を行うため、センサーＡ３よりパルス超音波を発信
し、センサーＢ４で受信し、受信信号を流量計７に出力
する。８に示すように、流量計７では、受信信号を解析
して伝播時間差を求め、平均速度と流量を算出する。得
られた流量は較正装置８に出力する。９に示すように、
較正装置８では、演算装置６からの基準流量を、もと
に、流量計７から入力した流量から較正係数を算出す
る。１０で示すように、流量計７では、較正係数を用い
て伝播時間差をもとに正確な平均速度と流量を算出す
る。１１で示すように、得られた流量を表示装置９で表
示する。その後２に戻る。
【００２３】なお、本発明は上述の実施の形態に限らず
本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を
採り得ることはもちろんである。
本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を
採り得ることはもちろんである。
【００２４】以上のことから、本実施の形態によれば、
従来の装置に比べ流れ場中の不純物付着や環境変化によ
る流れ場の経年変化が起きた場合に対応できる。また、
センサーの数を少なく使用することにより、装置の簡素
化ができ、経済的である。
従来の装置に比べ流れ場中の不純物付着や環境変化によ
る流れ場の経年変化が起きた場合に対応できる。また、
センサーの数を少なく使用することにより、装置の簡素
化ができ、経済的である。
【００２５】上述では、速度分布を測定するのに一つセ
ンサーを用いて、流速／流量測定について説明したが、
これに限定されない。たとえば、センサーを３本使用す
ることにより、３本の測定線より得られる速度分布から
流量計測してより信頼性の高い計測を行うことができ
る。また、上述では、二つのセンサーを用いて伝播時間
差法を設定したが、これに限定されない。たとえば、セ
ンサーを６本使用することにより平均速度の信頼性が向
上する。そして、測定部と制御部が分かれているので、
測定部の遠隔操作が可能である。測定する対象は、原子
炉の循環水や給水配管、汚水施設や下水施設などの配管
や、汚水・上下水道などの管内流の計測に限定されず、
高分子材料・工業材料プロセスの流動場や食品加工プロ
セスに関する流速／流量計測などにも適用できる。超音
波を透過する材質のものであれば、壁の外にセンサーを
設置して、測定できる。通常センサーには一つの素子が
使用されている。なお、この素子は一つに限定されな
い。たとえばアレー素子を用いてより広領域の測定を効
率よく測定できる。
ンサーを用いて、流速／流量測定について説明したが、
これに限定されない。たとえば、センサーを３本使用す
ることにより、３本の測定線より得られる速度分布から
流量計測してより信頼性の高い計測を行うことができ
る。また、上述では、二つのセンサーを用いて伝播時間
差法を設定したが、これに限定されない。たとえば、セ
ンサーを６本使用することにより平均速度の信頼性が向
上する。そして、測定部と制御部が分かれているので、
測定部の遠隔操作が可能である。測定する対象は、原子
炉の循環水や給水配管、汚水施設や下水施設などの配管
や、汚水・上下水道などの管内流の計測に限定されず、
高分子材料・工業材料プロセスの流動場や食品加工プロ
セスに関する流速／流量計測などにも適用できる。超音
波を透過する材質のものであれば、壁の外にセンサーを
設置して、測定できる。通常センサーには一つの素子が
使用されている。なお、この素子は一つに限定されな
い。たとえばアレー素子を用いてより広領域の測定を効
率よく測定できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。直線上の速度分布を検知できるセンサーと伝
播時間差型超音波計測計の校正係数を演算する自己校正
装置を有するので、高い信頼度で流速／流量測定ができ
る。
を奏する。直線上の速度分布を検知できるセンサーと伝
播時間差型超音波計測計の校正係数を演算する自己校正
装置を有するので、高い信頼度で流速／流量測定ができ
る。
【図１】本発明のハイブリッド型超音波流量／流速測定
装置の一実施例を示す概略構成の説明図である。
装置の一実施例を示す概略構成の説明図である。
【図２】本発明のハイブリッド型超音波流量／流速測定
方法の一実施例を示す説明図である
方法の一実施例を示す説明図である
１ 測定部 ２ 制御部 ３ センサーＡ ４ センサーＢ ５ 速度分布計 ６ 演算装置 ７ 流量計 ８ 較正装置 ９ 表示装置
Claims (4)
- 【請求項１】 パルス超音波を送受信するセンサーと、
上記センサーからの信号を入力し速度分布を計算する速
度分布計と、上記速度分布計からの信号を入力し流量を
計算する演算装置と、上記センサーからの信号を入力し
伝播時間差より流量を計算する流量計と、上記演算装置
からの流量を基準流量として入力し、上記流量計の流量
とを比較して校正係数を演算する較正装置と、上記校正
装置からのこうせい較正係数を入力し上記流量計にフィ
ードバックする装置を有する流量測定装置。 - 【請求項２】 パルス超音波を送受信するセンサーと、
上記センサーからの信号を入力し速度分布を計算する速
度分布計と、上記速度分布計からの信号を入力し平均流
速を計算する演算装置と、上記センサーからの信号を入
力し伝播時間差より流速を計算する流速計と、上記演算
装置からの平均流速を基準流速として入力し、上記流測
計の流速とを比較して校正係数を演算する校正装置と、
上記校正装置からの校正係数を入力し上記流測計にフィ
ードバックする装置を有する流速測定装置。 - 【請求項３】 センサーよりパルス超音波を発信し、流
れ場に混入している反射体からの超音波エコーを受信す
る工程と、速度分布計においてセンサーから送られた信
号を処理して測定線方向の速度分布を算出する工程と、
信号処理制御装置において、速度分布を積分して流量計
算する工程と、一組の超音波センサを取り付け、配管内
の流体に超音波を流れと同方向、および逆方向に伝搬さ
せ、それらの伝搬時間差から流量を測定する工程と、速
度分布から得られた流量を用いて伝播時間差から得られ
た流量を補正する工程を有する流量測定方法。 - 【請求項４】 センサーよりパルス超音波を発信し、流
れ場に混入している反射体からの超音波エコーを受信す
る工程と、速度分布計においてセンサーから送られた信
号を処理して測定線方向の速度分布を算出する工程と、
信号処理制御装置において、速度分布を計算して平均流
速を算出する工程と、一組の超音波センサを取り付け、
配管内の流体に超音波を流れと同方向、および逆方向に
伝搬させ、それらの伝搬時間差から流速を測定する工程
と、速度分布から得られた平均流速を用いて伝播時間差
から得られた流速を補正する工程を有する流速測定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182569A JP2002340644A (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182569A JP2002340644A (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002340644A true JP2002340644A (ja) | 2002-11-27 |
Family
ID=19022653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001182569A Pending JP2002340644A (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002340644A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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