JP2016205995A - オイルミスト検出装置、オイルミスト検出方法 - Google Patents

オイルミスト検出装置、オイルミスト検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】反射光を低減して、検出精度の悪化を防止することができるオイルミスト検出装置を提供する。
【解決手段】発光素子４及び受光素子５を収容した収容空間７とオイルミストが導入される導入空間８とを有する収容体６を具備し、前記収容体内において、発光素子から射出された光をオイルミストに照射し、オイルミストに当たって反射又は散乱した光を受光素子で受光してオイルミストを検出するオイルミスト検出装置であって、収容空間と導入空間とを仕切るとともに、収容空間側に開口する有底溝１８が形成されたレンズ９を備え、前記レンズが、有底溝によって分けられた一方に、発光素子から射出された光を導入空間に導く第１導光領域１９ａを備えるとともに、有底溝によって分けられた他方に、オイルミストによって反射又は散乱された光を受光素子に導く第２導光領域１９ｂを備えるオイルミスト検出装置。
【選択図】図３

Description

この発明は、オイルミストを検出するオイルミスト検出装置及びオイルミスト検出方法に関する。
例えば内燃機関に用いられる潤滑油は、軸受の過熱等により熱せられてオイルミストとなることがあり、このようなオイルミストを検出するオイルミスト検出装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。
この特許文献１記載のオイルミスト検出装置は、発光素子、受光素子、第１屈折手段及び第２屈折手段が収容されるセンサ収容室と、オイルミストが導入拡散されるオイルミスト導入室とを備えるケーシングを備え、このケーシング内において、発光素子から射出された光が第１屈折手段を経てオイルミストに照射され、オイルミストに当たって反射又は散乱した光が第２屈折手段を経て受光素子で受光されることにより、オイルミストを検出するものである。
そして、センサ収容室にオイルミストが侵入することを防ぐために、センサ収容室とオイルミスト導入室との間は、透光窓で仕切られている。
特開２００６−２３４８３６号公報
しかしながら、特許文献１記載の装置では、センサ収容室又はオイルミスト導入室に導出入する光の一部を透光窓が反射してしまい、この反射光を受光素子が誤って受光するとオイルミストの検出精度が悪化するという問題がある。さらにこの反射光は、オイルミストに曝される透光窓の汚れ具合によって変化するので、補正することが難しい。
本願は上記課題に鑑みてなされたものであって、反射光による検出精度の悪化を防止することができるオイルミスト検出装置を提供することをその主たる課題とするものである。
本発明のオイルミスト検出装置は、発光素子及び受光素子を収容した収容空間とオイルミストが導入される導入空間とを有する収容体を具備し、前記収容体内において、前記発光素子から射出された光をオイルミストに照射し、オイルミストに当たって反射又は散乱した光を前記受光素子で受光して、オイルミストを検出するオイルミスト検出装置であって、前記収容空間と前記導入空間とを仕切るとともに、前記収容空間側に開口する有底溝が形成されたレンズを備え、前記レンズが、前記有底溝によって分けられた一方に、前記発光素子から射出された光を前記導入空間に導く第１導光領域を備えるとともに、前記有底溝によって分けられた他方に、オイルミストによって反射又は散乱された光を前記受光素子に導く第２導光領域を備えることを特徴とする。
このようなものであれば、レンズの収容空間側に設けられた第１導光領域及び第２導光領域が１つのレンズ内に一体的に構成され、収容空間又は導入空間へ光を導出入させるとともに、導入空間側のレンズが、収容空間へのオイルミストの侵入を防ぐので、透光窓等の別部材を配置する必要がなくなる。そのため、反射光を低減することができ、検出精度の悪化を防止することができる。また、部品点数を減らすことができるので、装置の簡素化及び小型化を図ることができる。
本発明のオイルミスト検出装置の具体的な一態様としては、前記レンズが、前記収容空間側に配置された前記有底溝が形成された球面形状をなす第１レンズ要素と、前記導入空間側に配置された円柱形状をなす第２レンズ要素と備えるものを挙げることができる。
第２レンズ要素の厚みを薄くして、第２レンズ要素内の光路長を短くすれば、第２レンズ要素を介して、第１導光領域から第２導光領域に光が漏れることを防ぐことができる。また、導入空間側レンズ面にオイルミストによる汚れが付着していた場合であっても、第２レンズ要素内の光路長を短くすれば、その汚れによる受光素子の受光量の変動を、無視できるレベルにまで減らすことができる。
本発明のオイルミスト検出装置の具体的な一態様としては、前記レンズが、ポリエチレンナフタレートで構成されるものを挙げることができる。
一般的なレンズの材料は耐薬品性に乏しいので、オイルミストが発生する環境で使用するためには、保護フィルム等でレンズの表面を覆う必要がある。しかし、保護フィルムは、収容空間又は導入空間に導出入する光の一部を反射したり、オイルミストが発生する高温環境下において剥離したりする問題がある。これに対し、本発明のオイルミスト検出装置では、耐薬品性や耐熱性に優れたポリエチレンナフタレートでレンズを構成するので、保護フィルム等でレンズの表面を覆わなくても、オイルミストによってレンズが劣化又は破損することを防止できる。
本発明のオイルミスト検出装置の具体的な一態様としては、前記収容体と前記レンズとの間に隙間なく配置される密閉部材をさらに備えるものを挙げることができる。
このようなものであれば、収容体の収容空間にオイルミストが侵入することをより確実に防止することができるので、オイルミスト検出装置の劣化を防ぐことができる。
本発明のオイルミスト検出方法は、発光素子及び受光素子を収容した収容空間とオイルミストが導入される導入空間とを有する収容体内において、前記発光素子から射出された光をオイルミストに照射し、オイルミストに当たって反射又は散乱した光を前記受光素子で受光してオイルミストを検出するオイルミスト検出方法であって、前記収容空間と前記導入空間とを仕切るとともに、前記収容空間側に開口する有底溝が形成されたレンズの前記導入空間側を遮光部材で覆って、前記発光素子から射出した光を前記発光素子で受光した初期受光量を記録し、再度前記レンズの前記導入空間側を遮光部材で覆って、前記発光素子から射出した光を前記発光素子で受光した診断受光量を記録して、前記初期受光量と前記診断受光量とを比較することによって、前記オイルミスト検出装置の劣化を判断することを特徴とする。
発光素子又は受光素子の劣化を診断する場合、劣化診断時の受光素子の受光量を予め取得した初期受光量と比較する方法があるが、劣化診断時はレンズにオイルミストによる汚れが付着しているので、この汚れを取り除かないとノイズによる影響が受光量に現れてしまい、正確な劣化診断をおこなうことができない。
これに対し、本発明のオイルミスト検出装置は、汚れが付着したレンズの導入空間側を遮光部材で覆うので、汚れによるノイズの影響が受光量に現れることを防ぎ、また汚れを取り除く必要がないので、簡便に劣化診断を行うことができる。
本発明によれば、透光窓や保護フィルム等の別部材を設ける必要がないので、反射光を低減して、検出精度の悪化を防止することができる。
第１実施形態におけるオイルミスト検出装置の斜視図。 第１実施形態におけるオイルミスト検出装置の側面図。 第１実施形態におけるオイルミスト検出装置のＡＡ断面図。 第１実施形態におけるレンズの斜視図。 第１実施形態におけるオイルミスト検出装置の光路を示す概略図。 第２実施形態におけるオイルミスト検出装置のＡＡ断面図。 第２実施形態におけるオイルミスト検出装置の光路を示す概略図。 第２実施形態におけるオイルミスト検出装置のブロック図。
本発明のオイルミスト検出装置の一実施形態について、以下図面を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態のオイルミスト検出装置１は、例えば大型ディーゼルエンジン等に取り付けられるものであって、エンジン室で使用される潤滑油等が過熱されて発生するオイルミストを検出する、すなわちオイルミストの有無を検知したり、オイルミストの濃度を測定したりするために用いられるものである。
そして、図１及び図２に示すように、オイルミストに起因して生じる検出信号を生成する円筒形状のセンサ部２と、センサ部２の基端に連設されて直方体形状をなし、センサ部２で生成された検出信号を処理する情報処理部３とを備え、オイルミストの発生位置に、センサ部２をほぼ水平に突出させるように配置して使用されるものである。
センサ部２は、発光素子４から射出される光をオイルミストに照射し、オイルミストに当たって反射又は散乱した光を受光素子５で受光して、この受光素子５が受光した受光量から検出信号を生成するものであり、図３に示すように、発光素子４及び受光素子５を収容する収容空間７及びオイルミストが導入拡散される導入空間８が設けられた収容体６を備える。
発光素子４は、例えばＬＥＤであり、オイルミストの粒子径に適合する波長帯域の光を発するものである。なお、発光素子４はＬＥＤに限られず、例えばＬＤ等の他の発光素子であっても構わない。
受光素子５は、例えばＰＤ（フォトダイオード）であり、その受光面に受けた光の強度に応じた値の検出信号を情報処理部３へ送信するものである。なお、受光素子５は、ＰＤに限られず、例えばＣＣＤ等の他の受光素子であっても構わない。
収容体６は、末端が情報処理部３に連設されるとともに、その内部に収容空間７が形成された円筒形状をなす第１収容要素６ａと、第１収容要素６ａに連結されて、その内部に導入空間８が形成された一端が閉塞した円筒形状をなす第２収容要素６ｂとを備える。そして、第１収容要素６ａと第２収容要素６ｂとの間にはレンズ９が配置されて、収容空間７と導入空間８との間を仕切っている。
収容空間７は、図３に示すように、第１収容要素６ａの一端開口を塞ぐように配置された支持板１０と、レンズ９とによって仕切られた空間のことである。この支持板１０には、軸方向に対して対称となるように、発光素子４及び受光素子５がそれぞれ取り付けられている。また、これら発光素子４と受光素子５との間には、収容空間７を二分する軸方向に延伸した仕切り板１１が設けられ、仕切り板１１の一端は、支持板１０に支持されている。そのため、この収容空間７は、仕切り板１１によって、発光素子４から射出する光がレンズ９に導かれる第１空間７ａと、レンズ９から入射した光が受光素子５に導かれる第２空間７ｂとに分けられている。
導入空間８は、図３に示すように、レンズ９と第２収容要素６ｂの閉塞する一端との間に設けられた空間である。なお、第２収容要素６ｂの側周面は、内壁１２及び外壁１３からなる２重壁構造となるように構成され、内壁１２と外壁１３のそれぞれに貫通孔１４が形成されている。そして、この貫通孔１４からオイルミストが導出入される。
しかしてレンズ９は、図３及び図４に示すように、収容空間７側に配置されて凸状面をなす第１屈折面Ｓ１と、導入空間８側に配置されて平滑面をなす第２屈折面Ｓ２とを備えるものであって、第１屈折面Ｓ１に、該凸面を縦断する凹形状の有底溝１８が形成され、この有底溝１８に、収容空間７を二分する仕切り板１１の他端が嵌めこまれている。
また、レンズ９は、図３及び図４に示すように、第１屈折面Ｓ１を有し、球面形状をなす第１レンズ要素１５と、第２屈折面Ｓ２を有し、円柱形状をなす第２レンズ要素１６とで構成されている。このレンズを構成する材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、アクリル、シクロオレフィンポリマーなどの光学用樹脂材料、より好ましくはポリエチレンナフタレートを用いることができる。
第１レンズ要素１５は、発光素子４の光を導入空間８に導くとともに、導入空間８に存在するオイルミストに当たって反射又は散乱した光を受光素子５へと導くものである。具体的には、有底溝１８によって分けられた一方に、第１空間７ａに配置されて、発光素子４から射出された光を導入空間８に導く第１導光領域１９ａを備え、有底溝１８によって分けられた他方に、第２空間７ｂに配置されて、導入空間８に存在するオイルミストによって反射又は散乱された光を受光素子５に導く第２導光領域１９ｂを備えるものである。
第２レンズ要素１６は、導入空間８から収容空間７にオイルミストが侵入することを防ぐ役割も果たす。第２レンズ要素１６の厚みは、レンズ本体１５の厚みに比べて薄くなるように構成されている。なお、この厚みは、適宜変更することができる。
このレンズ９は以下のようにして収容体６内に配置されている。
図３に示すように、レンズ９の側周端部を固定しながら、レンズ９と収容体６との間に隙間なく配置される円環形状をなす密閉部材１７が配置された状態で、レンズ９及び密閉部材１７を第２収容要素６ｂの開口する一端に配置して、レンズ９及び密閉部材１７を第２収容要素６ｂの一端に押し付けながら、第２収容要素６ｂの該一端近傍の外側周面を覆うように第１収容要素６ａを第２収容要素６ｂに取り付けることによって、レンズ９を第１収容要素６ａと第２収容要素６ｂとの間に固定する。このとき、例えば密閉部材１７を弾性変形するパッキン等で構成すれば、密閉部材１７はその形を変形させながら、第１収容要素６ａとレンズ９との間を埋めるとともに、第２収容要素６ｂとレンズ９との間を埋める。そのため、密閉部材１７によって第１収容要素６ａとレンズ９との間及び第２収容要素６ｂとレンズ９との間に、隙間が生じることを防ぐことができる。
情報処理部３は、構造的には、ＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、ＡＤコンバータ等を有した所謂コンピュータ回路である。そして、内部メモリの所定領域に格納したプログラムに従って動作することで情報処理を行うものであり、本実施形態では、受光素子から送信される検出信号に基づいて、オイルミストの有無を検知したり、検出信号に基づいてオイルミストの濃度を測定したりするものである。
上述のように構成されたオイルミスト検出装置１のオイルミストの検出動作について説明する。
発光素子４から射出された光は、図５に示すように、第１空間７ａの中で若干広がりながら収容体６の軸方向と平行な方向に進行し、レンズ本体１５の第１導光領域１９ａで光軸を曲げられるとともに略平行化され、第２レンズ要素１６を通過した後に導入空間８に入射し、第１導光領域１９ａの焦点近傍に設定してある領域Ｓに照射される。
ここで、第２レンズ要素１６は第１レンズ要素１５に一体に成型されたものであるから、第１導光領域１９ａで曲げられた光はほとんどその進行方向を変えることがなく、第２レンズ要素１６を通過する。
そして、導入空間８の領域Ｓに存在するオイルミストに当たって反射又は散乱した光のうち、第２レンズ要素１６を介して第２導光領域１９ｂに入射したものは、第２導光領域１９ｂで、その光軸が収容体６の軸方向と平行となるように屈折して受光素子５へと導かれ、受光素子５で受光される。
受光素子５は、受けた光の強度に応じた値の検出信号を、プリアンプ回路等を経た後に情報処理部３に送信する。情報処理部３は、この検出信号に基づいて処理を行い、オイルミストの有無の判定やオイルミストの濃度を測定して、この結果を例えばランプやディスプレイ等の表示手段に表示する。なお、この表示手段は情報処理部３に設けられていてもよいし、情報処理部３とは別に設けられたものであってもよい。
上述のように構成した第１実施形態におけるオイルミスト検出装置１は、以下のような格別の効果を奏する。
つまり、レンズ９の収容空間側に設けられた第１導光領域１９ａ及び第２導光領域１９ｂが、収容空間７から導入空間８へ光を導出入させるとともに、レンズ９の導入空間側が、導入空間８に存在するオイルミストが収容空間７に侵入することを防ぐので、透光窓を配置する必要がなくなり、反射光を低減することができ、検出精度の悪化を防止することができる。また、透光窓を配置する場合と比べて部品点数を減らすことができるので、オイルミスト検出装置１の小型化や簡素化を図ることができる。
また、第２レンズ要素１６の厚みを薄くして、第２レンズ要素１６内の光路長を短くすれば、第２レンズ要素１６を介して、第１導光領域１９ａから第２導光領域１９ｂに光が漏れることを防ぐことができる。このため、第２屈折面Ｓ２にオイルミストによる汚れが付着していた場合であっても、その汚れによる受光素子５の受光量の変動を、無視できるレベルにまで減らすことができる。
さらに、耐薬品性や耐熱性に優れたポリエチレンナフタレートでレンズ９を構成するので、オイルミストによってレンズ９が破損又は劣化することを防止できるとともに、高温環境下におけるオイルミスト検出装置１の使用の信頼性を高めることができる。
加えて、収容体６とレンズ９の隙間には、密閉部材１７が配置されているので、収容体６の収容空間７にオイルミストが侵入することをより確実に防止することができ、オイルミスト検出装置１の劣化を防ぐことができる。
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態のオイルミスト検出装置２０について説明する。
なお、第２実施形態のオイルミスト検出装置２０は、第１実施形態のオイルミスト検出装置１に加えて情報処理部３が発光素子４又は受光素子５の劣化診断機能を有するものであり、それ以外の部分は第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。なお、以下では、発光素子４を診断する場合について説明する。
第２実施形態の情報処理部３は、図８に示すように、受光素子５から送信された検出信号を受け付けて記録する記録部２３と、記録部２３から所定の情報を取得して、オイルミスト検出装置の劣化判断を行う判断部２４とを備えるものである。なお、記録部２３は、例えば検出信号を取得した日時を示す日時信号を検出信号に紐付けて記録するものであってもよい。
第２実施形態のオイルミスト検出装置２０では、以下のようにしてオイルミスト検出装置の劣化診断を行う。
まず、オイルミスト検出装置２０が未使用の状態で、図６に示すように、ユーザは、レンズ９の導入空間８側を覆うように遮光部材２１をセットする。
ここで、遮光部材２１は、密閉部材１７の内径とほぼ同一の面積の側面を有する円板状をなすものであって、レンズ９と密閉部材１７との間に挟まれて押圧固定されることにより、収容体６に収容される。この遮光部材２１は、完全に光を遮断するものであってもよいし、汚れの影響を無視できる程度の反射率を備えるものであってもよい。このような遮光部材としては、例えば、黒色のナイロン系樹脂板、又はフッ素系のゴム板等の耐薬品性に優れた材料を用いることができる。
そして、この状態でオイルミスト検出装置２０を作動させると、発光素子４から射出された光のうち、図７に示すように、収容体６の側周面やレンズ９内で反射又は散乱した光が受光素子５に到達する。受光素子５は、受光した光の受光量に応じた値の検出信号を生成して情報処理部３に送信する。この検出信号は、所謂迷光によって生じるものであり、信号量は微量なものであるが、この信号量を、通常のオイルミストの検出に用いる信号量の１％未満となるように第２レンズ要素１６の厚みによって調整することが望ましい。このように調整すれば、通常のオイルミスト濃度の検出時に、この迷光によって生じた信号による弊害を防ぐことが可能となるからである。
情報処理部３では、図８に示すように、記録部２３が受光素子５から送られてきた検出信号を受け付けて記録する。この記録部２３が記録した検出信号を、以下初期受光量とする。初期受光量が記録されると、ユーザはレンズ９から遮光部材２１を取り外す。
次に、オイルミスト検出装置２０の発光素子４の劣化が疑われる場合や定期的に発光素子４の劣化を診断したい場合、ユーザはレンズ９の導入空間８側を覆うように遮光部材２１をセットする。
そして、この状態でオイルミスト検出装置２０を作動させると、発光素子４から射出された光のうち、図７に示すように、収容体６の側周面で反射又は散乱した光が受光素子５に到達する。受光素子５は、受光した光の受光量に応じた値の検出信号を生成して情報処理部３に送信する。
情報処理部３では、図８に示すように、記録部２３が受光素子５から送られてきた検出信号を受け付けて記録する。この記録部２３が記録した検出信号を、以下診断受光量とする。そして、判断部２４が、記録部２３から初期受光量及び診断受光量を抽出して、診断受光量が、初期受光量の所定割合以下となっていれば、発光素子４が劣化していると判断して、表示手段等にその旨を表示する。
上述のように構成した第２実施形態におけるオイルミスト検出装置２０は、以下のような格別の効果を奏する。
つまり、汚れが付着したレンズの導入空間８側を遮光部材２１で覆うので、汚れによるノイズの影響が受光量に現れることを防ぐことができ、汚れを取り除く必要がないので、簡便に劣化診断を行うことができる。
本発明は上記実施形態に限られたものではない。
上記実施形態では、第１レンズ要素が球面形状をなすものであったが、例えば直方体形状をなすようなものであっても構わず、第１導光領域及び第２導光領域を備えるものであれば、その形状は適宜自由に変更することができる。また、上記実施形態では、有底溝１８を第１レンズ要素１５と第２レンズ要素１６の境目までの深さとしていたが、有底溝の深さも適宜変更しても構わない。例えば、有底溝１８は、第１レンズ要素１５の途中までの深さであってもよいし、第１レンズ要素１５と第２レンズ要素１６の境目を超えて、第２レンズ要素１６の一部まで達していてもよい。
また、レンズを構成する材料は、上記実施形態に限られず、耐薬品性、耐熱性、耐油性等に優れた材料であれば何でもよい。
さらに、上記第２実施形態では、初期受光量をユーザが取得するものであったが、初期受光量は、例えば出荷時の段階で予め記録部に記録されたものであってもよい。また、情報処理部に判断部がなく、ユーザが、記録部が記録した初期受光量及び診断受光量を比較して、オイルミスト検出装置の劣化診断を行うものであってもよい。
加えて、上記第２実施形態において、例えば遮光部材を自動で開閉するシャッタのように構成し、例えば別途設けられたスイッチをユーザが押すことによって、要求信号を情報処理装置が受け付けて、情報処理装置から送信される開閉信号に基づいて開閉するように構成してもよい。また、導入空間側に開閉扉を設けて、この扉から遮光部材の着脱を行ってもよい。
また、レンズを例えばＣＯＰ、ＰＣ、ＰＭＭＡ等の材料で構成し、このレンズの導入空間側を覆うように、例えば薄膜で構成した保護フィルムを貼り付けたものであってもよい。保護フィルムを薄く構成すれば、その反射光を減らすことができるので、レンズを上記のような一般的な材料で構成して、その導入空間側に保護フィルムを貼り付けることでコストを低減することができる。
本発明は、その他その趣旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。
１・・・オイルミスト検出装置
４・・・発光素子
５・・・受光素子
７・・・収容空間
８・・・導入空間
９・・・レンズ
１８・・有底溝
１９ａ・第１導光領域
１９ｂ・第２導光領域

Claims (5)

  1. 発光素子及び受光素子を収容した収容空間とオイルミストが導入される導入空間とを有する収容体を具備し、前記収容体内において、前記発光素子から射出された光をオイルミストに照射し、オイルミストに当たって反射又は散乱した光を前記受光素子で受光してオイルミストを検出するオイルミスト検出装置であって、
    前記収容空間と前記導入空間とを仕切るとともに、前記収容空間側に開口する有底溝が形成されたレンズを備え、
    前記レンズが、前記有底溝によって分けられた一方に、前記発光素子から射出された光を前記導入空間に導く第１導光領域を備えるとともに、前記有底溝によって分けられた他方に、オイルミストによって反射又は散乱された光を前記受光素子に導く第２導光領域を備えることを特徴とするオイルミスト検出装置。
  2. 前記レンズが、前記収容空間側に配置されて前記有底溝が形成された球面形状をなす第１レンズ要素と、前記導入空間側に配置されて円柱形状をなす第２レンズ要素とを備えたものであることを特徴とする請求項１記載のオイルミスト検出装置。
  3. 前記レンズが、ポリエチレンナフタレートで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のオイルミスト検出装置。
  4. 前記収容体と前記レンズとの間に隙間なく配置される密閉部材をさらに備えることを特徴とする請求項１、２又は３記載のオイルミスト検出装置。
  5. 発光素子及び受光素子を収容した収容空間とオイルミストが導入される導入空間とを有する収容体内において、前記発光素子から射出された光をオイルミストに照射し、オイルミストに当たって反射又は散乱した光を前記受光素子で受光してオイルミストを検出するオイルミスト検出方法であって、
    前記収容空間と前記導入空間とを仕切るとともに、前記収容空間側に開口する有底溝が形成されたレンズの前記導入空間側を遮光部材で覆って、前記発光素子から射出した光を前記発光素子で受光した初期受光量を記録し、
    再度前記レンズの前記導入空間側を遮光部材で覆って、前記発光素子から射出した光を前記発光素子で受光した診断受光量を記録して、
    前記初期受光量と前記診断受光量とを比較することによって、前記オイルミスト検出装置の劣化を判断することを特徴とするオイルミスト検出方法。
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