JP3908189B2 - Liquid level detection device for vehicles - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されて液体の液面位置を検出する車両用液面検出装置に関するものであり、たとえば自動車に装備される燃料タンク内の燃料液面を検出する用途に用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
従来、自動車等において燃料の量、すなわち燃料液面を検出する車両用液面検出装置としては、燃料の表面に浮くフロートに回動腕を設け、液面の変動によるフロートの位置変化に応じて回動腕を回動させ、その回動角度変化をたとえば電気抵抗変化に変換するものが一般的である。しかしながら、このような機械式の液面検出装置は、体格が大きく設置場所が制限される、あるいは検出精度があまり良くない、等の問題があった。
【0003】
このような問題を解決するために、液面を機械的に検出するのではなく、たとえば、超音波を発射し液面からの反射波を受信して液面を検出する方法、つまり非接触式の液面検出装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
【0004】
これは、超音波発振素子と筒体を備える超音波センサを液体容器中の底部に配置し、筒体に超音波発振素子に対向して液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体を設け、液面レベル測定用反射体により超音波発振素子から発せられた超音波を筒体に設けられた開口部を通して液面に向けて反射し、この超音波の液面における反射波を超音波センサにより受信し、一方、伝搬時間測定用反射体により超音波発振素子から発せられた超音波を直接伝搬時間測定用反射体に向けて反射しこれを超音波センサにより受信する構成としている。この場合、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体を並列に配置している。すなわち、超音波センサから発せられた超音波の進行方向に直行する方向、言い換えると筒体の幅方向に並んでいる。そして、液面レベル測定用反射体を介した液面からの反射波の受信信号および伝搬時間測定用反射体からの反射波の受信信号に基づいて液面位置を算出している。これにより、液面検出装置の体格を小型化できると共に、検出精度を向上することができる。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−153471号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、超音波センサが備える超音波発振素子は円盤状に形成されているので、超音波センサからは円錐状に超音波が放射される。
【0007】
ところで、上述の公報に開示される液面検出装置においては、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体が筒体の幅方向に並んで配置されている。したがって、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体に入射する超音波は軸対象形状にならない。このため、両反射体の境界部側の角部において、超音波の回折現象、超音波の干渉が発生し等により、液面レベル測定用反射体を介した液面からの反射波の受信信号および伝搬時間測定用反射体からの反射波の受信信号が不安定になる可能性がある。
【0008】
このため、超音波センサを用いた車両用液面検出装置において、良好な検出精度が得られなくなる恐れがある。
【0009】
本発明は上記のような点に鑑みなされたものであり、その目的は、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体の配置に工夫を凝らして、良好な検出精度が得られる車両用液面検出装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【0011】
本発明の請求項1に記載の車両用液面検出装置では、液体を貯蔵するタンクと、タンク内の底部に取り付けられる超音波発振素子と、超音波発振素子が発射した超音波をタンク内の液体の液面に向かい且つ液面への入射角が0度となるように反射する反射部材と、超音波発振素子が発射した超音波を超音波発振素子に向けて反射する校正用反射部材とを備え、超音波発振素子により超音波を発射するとともに液面で反射した反射波および校正用反射部材で反射した反射波を受信して前記液面位置を検出する車両用液面検出装置において、反射部材および校正用反射部材は超音波発振素子が発射する超音波の進行方向において重なるように配置され、超音波発振素子から発射される超音波の一部は反射部材および校正用反射部材の一方を透過して他方に到達する構成とした。
【0012】
一般に、超音波が固体表面に入射すると一部はそこで反射して進行方向が変わり、一部は固体内部を伝播して反対側の表面から出射して入射前と同一方向に進行する。
【0013】
このため、本発明の請求項1に記載の車両用液面検出装置において、反射部材および校正用反射部材を超音波発振素子が発射する超音波の進行方向において重なるように配置し超音波発振素子から発射される超音波の一部を反射部材および校正用反射部材の一方を透過して他方に到達させると、この超音波は、反射部材および校正用反射部材の他方の表面で反射し、再び反射部材および校正用反射部材の一方を透過して超音波発振素子に入射する。
【0014】
これにより、液面検出に関して、反射部材および校正用反射部材に入射する超音波形状を円錐状、つまり軸対象形状とすることができるので、従来の液面検出装置における両反射部材の境界部分での超音波の回折現象、超音波の干渉を防止して、液面および構成用反射部材からの反射波を安定して受信することができる。したがって、良好な検出精度が得られる車両用液面検出装置を実現することができる。
【0015】
本発明の請求項2に記載の車両用液面検出装置では、校正用反射部材は超音波発振素子と反射部材との間に配置される構成とした。
【0016】
通常、校正用反射部材は超音波発振素子が発射する超音波の進行方向に直交するように配置され、一方、反射部材は超音波発振素子が発射する超音波の進行方向に対して傾斜して、たとえば45°の角度を成して配置されている。
【0017】
このため、反射部材および校正用反射部材を超音波が透過する際における道のりは、超音波の進行方向に対して傾斜配置される反射部材の方が超音波の進行方向に対して垂直配置される校正用反射部材よりも長くなる。超音波が固体を透過する際の道のりが長いと超音波の振動エネルギの減衰度合いが大きくなり、反射波の受信信号レベルが低下して、高精度な液面検出が困難となる可能性がある。
【0018】
したがって、超音波発振素子が発射する超音波がその進行方向に対して垂直配置される校正用反射部材を透過して反射部材に到達する構成とすれば、超音波が透過すべき固体の道のりを短くできるので、反射波の受信信号レベルの低下を抑制して、高精度な液面検出が可能な車両用液面検出装置を実現できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による車両用液面検出装置を、自動車の燃料タンク内の燃料液面位置を検出するための燃料液面検出装置1に適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【0020】
図1は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1における、液体である燃料5を貯蔵するタンクとしての燃料タンク2の部分断面図である。図1において、図の上下方向が自動車の上下方向である。
【0021】
図2は、図1中のII矢視図である。なお、各図においては、同一構成部分には同一符号を付してある。
【0022】
図3は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1における電気回路構成を説明する模式図である。
【0023】
燃料液面検出装置1は、大きくは、図1に示すように、タンクである燃料タンク2、超音波発振素子である超音波センサ3、反射部材である測定プレート41および校正用反射部材である校正プレート42から構成されている。
【0024】
以下に、燃料液面検出装置1の構成について説明する。
【0025】
超音波発振素子である超音波センサ3は、図1に示すように、液体を貯蔵するタンクである自動車の燃料タンク2内の底面21上に、ブラケット4を介して固定されている。
【0026】
超音波センサ3は、ピエゾ効果(電圧が印加されると体積が変化し、且つ外部から力を受けると電圧を発生する特性)を有する物質、たとえばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)から形成される超音波振動子(図示せず)を備えている。そして、この超音波振動子に電圧を印加して発振面31から超音波を発射し、且つ発振面31で受信した超音波の反射波により超音波振動子に力を作用させて電圧を発生する、つまり受信信号を発生している。この発振面31は円形に形成されている。また、超音波センサ3は、超音波振動子に電圧を印加するため、あるいは超音波線振動子が超音波を受信して発生した電圧信号を外部へ出力するためのリード32が接続されている。このリード線32は、燃料タンク2の外部へ気密的に引き出されている。
【0027】
ブラケット4は、超音波センサ3を保持固定するとともに、反射部材である測定プレート41および校正用反射部材である校正プレート42を備えている。
【0028】
測定プレート41および校正プレート42は、図1および図2に示すように、超音波センサ3が発する超音波の進行方向、つまり図1および図2における左右方向において重なるように配置されている。
【0029】
校正プレート42は、測定プレート41と超音波センサ3との間に、超音波センサ3が発する超音波の進行方向に直交して配置されている。これにより、校正プレート42は、超音波センサ3から発せられた超音波を直接超音波センサ3に向けて反射する。また、超音波センサ3から発せられた超音波の一部は、校正プレート42を透過して測定プレート41に入射する。
【0030】
測定プレート41は、校正プレート42を透過して入射した超音波センサ3からの超音波を、液面51に向けて、液面51への入射角が0度となる、言い換えると、図1に示すように、超音波の進行方向と液面51との成す角度が90度となるような方向に反射する角度に設定されている。これにより、超音波センサ3から発射され測定プレート41を経て液面51へ到達した超音波を、液面で反射した後、往きと同じ経路を辿って進行させ、確実に超音波センサ3に入射させることができる。
【0031】
また、測定プレート41および校正プレート42は、ブラケット4と一体的に形成されているので、測定プレート41および校正プレート42と超音波センサ3との位置関係を精度良く維持することができ、したがって、燃料液面検出装置1の液面検出精度を良好に維持できる。
【0032】
次に、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1の電気回路構成について図3に基づき説明する。
【0033】
制御回路6は、図3に示すように、イグニッションスイッチ8を介してバッテリ9から電力を供給されて、超音波センサ3を発振させてパルス状に超音波を発射させるとともに、超音波センサ3による超音波パルスの反射波の受信信号を処理して液面位置を算出し、その算出結果に基づいて表示部7を駆動して表示部7により液面位置を運転者が視認可能に表示している。
【0034】
このため、制御回路6は、超音波センサ3へパルス状電圧信号を印加するためのパルス発生回路61、超音波センサ3から出力される反射波受信信号を処理し、それに基づいて液面位置を算出する演算回路62、および演算回路62により算出された液面位置信号に基づき表示部7を駆動する駆動信号を出力する駆動回路63から構成されている。
【0035】
表示部7は、たとえば指針計器等からなり、自動車の運転席正面のコンビネーションメータ(図示せず)内に設置されている。
【0036】
次に、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1における、燃料液面検出作動について説明する。
【0037】
パルス発生回路61によりパルス状電圧信号を印加されて超音波センサ3がパルス状の超音波を燃料タンク2内の燃料5中に発射すると、この超音波は、校正プレート42に入射し、その一部は、図1中に示す伝播経路Bのように、校正プレート42で超音波センサ3に向けて反射され、直ちに超音波センサ3によって受信される。また、超音波センサ3から発射されたパルス状超音波の一部は、校正プレート42を透過して測定プレート41に達する。
【0038】
測定プレート41に入射した超音波は、図1中に示す伝播経路Aのように、測定プレート41で反射されて液面51へ向かって進み、液面51で反射されて往路と同一の経路を辿り再び超音波センサ3によって受信される。
【0039】
すなわち、超音波センサ3が1つの超音波パルスを発射すると、超音波センサ3は、上述の2つの反射パルス、つまり液面51からの反射パルスと校正プレート42からの反射パルスを受信する。最初に、校正プレート42からの反射パルスが受信され、次に、液面51からの反射パルスが受信される。超音波センサ3は、これらの反射パルスを受信する度に電圧信号を発生し、この電圧信号は演算回路62に入力される。
【0040】
ここで、超音波センサ3から発せられるパルス状の超音波は円錐状、つまり軸対象形状を成している。また、校正プレート42を透過して測定プレート41に達する超音波も円錐状、つまり軸対象形状を成している。したがって、液面51からの反射パルスおよび構成プレート42からの反射パルスも軸対象形状となる。これにより、従来の液面検出装置における両反射部材の境界部分での超音波の回折現象、超音波の干渉を防止することができるので、液面51からの反射パルスおよび構成プレート42からの反射パルスを安定して受信することができる。
【0041】
演算回路62は、パルス発生回路61がパルス状電圧信号を発してから反射パルスを検出するまでの時間を算出する。ここで、演算回路62は、最初に受信する校正プレート42からの反射パルスに基づいて燃料5中における超音波パルスの伝播速度を算出し、算出した伝播速度と液面51からの反射パルスを受信するまでの時間とに基づいて、液面51位置、つまり図1中における液面高さHを算出する。
【0042】
駆動回路63は、表示部7に演算回路62が算出した液面高さHを表示させるための信号、たとえば指針軸(図示せず)を液面高さHに対応した角度まで回動させるための駆動信号を出力する。これにより、表示部7により燃料タンク2内の液面51位置が表示される。
【0043】
以上説明した本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1においては、測定プレート41および校正プレート42は超音波センサ3が発射する超音波の進行方向において重なるように配置され、超音波センサ3から発射される超音波の一部は測定プレート41を透過して校正プレート42に到達する構成とした。
【0044】
これにより、測定プレート41および校正プレート42に入射する超音波形状を円錐状、つまり軸対象形状とすることができるので、従来の液面検出装置における両反射部材の境界部分での超音波の回折現象、超音波の干渉を防止できる。したがって、超音波センサ3は、液面51からの反射波および校正プレート42からの反射波を安定して受信することができるので、良好な検出精度が得られる車両用液面検出装置1を実現することができる。
【0045】
なお、以上説明した本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1では、超音波センサ3が発射する超音波の進行方向において、超音波センサ3側から校正プレート42、測定プレート41の順番に配置しているが、これを超音波センサ3側から測定プレート41、校正プレート42の順に配置してもよい。
【0046】
また、以上説明した本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1においては、測定プレート41および校正プレート42を、ブラケット4と一体成形しているが、これらを別部品としてもよい。
【0047】
また、以上説明した実施形態は、本発明の車両用液面検出装置を、自動車の燃料液面検出装置1に適用した場合を例に説明したが、燃料液面検出装置1以外に適用してもよい。すなわち、車両に搭載される他の液体、たとえば、エンジンオイル、ブレーキフルードあるいはウィンドウォッシャ液等の液面検出に用いてもよい。さらには、各種液体を輸送する車両に取り付けられる輸送用タンク内の液面を検出するために適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1の部分断面図である。
【図2】図1中のII矢視図である。
【図3】本発明の一実施形態による燃料液面検出装置1における電気回路構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
1 燃料液面検出装置(車両用液面検出装置)
2 燃料タンク(タンク)
21 底面(底部)
3 超音波センサ(超音波発振素子)
31 発振面
32 リード線
4 ブラケット
41 測定プレート(反射部材)
42 校正プレート(校正用反射部材)
5 燃料(液体)
51 液面
6 制御回路
61 パルス発生回路
62 演算回路
63 駆動回路
7 表示部
8 イグニッションスイッチ
9 バッテリ
A、B 伝播経路
H 液面高さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicular liquid level detection device that is mounted on a vehicle and detects a liquid level position of the liquid, and is suitable for use in detecting a fuel liquid level in a fuel tank installed in an automobile, for example. is there.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a vehicle liquid level detection device for detecting the amount of fuel, that is, a fuel level in an automobile or the like, a floating arm is provided on a float that floats on the surface of the fuel, and according to a change in the position of the float due to a change in the level of the liquid In general, a rotating arm is rotated and a change in the rotation angle is converted into a change in electrical resistance, for example. However, such a mechanical liquid level detection device has problems such as a large physique and a limited installation location, or poor detection accuracy.
[0003]
In order to solve such a problem, instead of mechanically detecting the liquid level, for example, a method of detecting the liquid level by emitting an ultrasonic wave and receiving a reflected wave from the liquid level, that is, a non-contact type A liquid level detection apparatus has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
An ultrasonic sensor including an ultrasonic oscillation element and a cylinder is arranged at the bottom of a liquid container, and a liquid level measurement reflector and a propagation time measurement reflector are arranged on the cylinder facing the ultrasonic oscillation element. The ultrasonic wave emitted from the ultrasonic oscillation element is reflected by the liquid level measuring reflector toward the liquid level through the opening provided in the cylindrical body, and the reflected wave of the ultrasonic wave on the liquid level is On the other hand, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic oscillator by the propagation time measurement reflector is directly reflected toward the propagation time measurement reflector and received by the ultrasonic sensor. In this case, the liquid level measuring reflector and the propagation time measuring reflector are arranged in parallel. That is, they are arranged in a direction perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic sensor, in other words, in the width direction of the cylindrical body. Then, the liquid level position is calculated based on the received signal of the reflected wave from the liquid level via the reflector for measuring the liquid level and the received signal of the reflected wave from the reflector for measuring the propagation time. Thereby, the physique of a liquid level detection apparatus can be reduced in size, and detection accuracy can be improved.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-153471 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
In general, since an ultrasonic oscillation element included in an ultrasonic sensor is formed in a disc shape, ultrasonic waves are emitted from the ultrasonic sensor in a conical shape.
[0007]
By the way, in the liquid level detection device disclosed in the above-mentioned publication, the liquid level measurement reflector and the propagation time measurement reflector are arranged side by side in the width direction of the cylinder. Therefore, the ultrasonic wave incident on the liquid level measurement reflector and the propagation time measurement reflector does not have an axial shape. For this reason, the reception signal of the reflected wave from the liquid surface via the liquid level measurement reflector due to the occurrence of ultrasonic diffraction phenomenon, ultrasonic interference, etc. at the corner on the boundary between both reflectors In addition, the reception signal of the reflected wave from the reflector for measuring the propagation time may become unstable.
[0008]
For this reason, in the liquid level detection apparatus for vehicles using an ultrasonic sensor, there exists a possibility that favorable detection accuracy may not be obtained.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vehicle capable of obtaining good detection accuracy by devising the arrangement of the liquid level measurement reflector and the propagation time measurement reflector. It is in providing the liquid level detection apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following technical means to achieve the above object.
[0011]
In the liquid level detecting device for a vehicle according to
[0012]
In general, when an ultrasonic wave is incident on a solid surface, a part of the ultrasonic wave is reflected and the traveling direction is changed, and a part of the ultrasonic wave propagates inside the solid and is emitted from the opposite surface to travel in the same direction as before the incident.
[0013]
For this reason, in the liquid level detecting apparatus for a vehicle according to
[0014]
Thereby, regarding the liquid level detection, the shape of the ultrasonic wave incident on the reflecting member and the reflecting member for calibration can be made into a conical shape, that is, an axial target shape. Therefore, at the boundary portion between the two reflecting members in the conventional liquid level detecting device. The ultrasonic wave diffraction phenomenon and the interference of the ultrasonic waves can be prevented, and the reflected waves from the liquid surface and the constituent reflecting member can be stably received. Therefore, it is possible to realize a vehicular liquid level detection device that can obtain good detection accuracy.
[0015]
In the liquid level detecting device for a vehicle according to
[0016]
Usually, the reflection member for calibration is arranged so as to be orthogonal to the traveling direction of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic oscillation element, while the reflecting member is inclined with respect to the traveling direction of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic oscillation element. For example, they are arranged at an angle of 45 °.
[0017]
For this reason, as for the path when the ultrasonic wave passes through the reflecting member and the calibration reflecting member, the reflecting member that is inclined with respect to the traveling direction of the ultrasonic wave is disposed perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic wave. It becomes longer than the reflective member for calibration. When the ultrasonic wave travels through the solid, the attenuation level of the ultrasonic vibration energy increases and the received signal level of the reflected wave decreases, making it difficult to detect the liquid level with high accuracy. .
[0018]
Accordingly, if the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic oscillation element is transmitted through the calibration reflecting member arranged perpendicularly to the traveling direction and reaches the reflecting member, the solid path through which the ultrasonic wave should be transmitted can be obtained. Since it can be shortened, it is possible to realize a vehicular liquid level detection device capable of highly accurate liquid level detection while suppressing a decrease in the received signal level of reflected waves.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example in which a vehicle liquid level detection device according to an embodiment of the present invention is applied to a fuel liquid
[0020]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a
[0021]
FIG. 2 is a view taken along arrow II in FIG. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.
[0022]
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an electric circuit configuration in the fuel
[0023]
As shown in FIG. 1, the fuel
[0024]
Below, the structure of the fuel liquid
[0025]
As shown in FIG. 1, an
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
Further, since the
[0032]
Next, an electric circuit configuration of the fuel
[0033]
As shown in FIG. 3, the
[0034]
For this reason, the
[0035]
The
[0036]
Next, the fuel level detecting operation in the fuel
[0037]
When a pulsed voltage signal is applied by the
[0038]
The ultrasonic wave incident on the
[0039]
That is, when the
[0040]
Here, the pulsed ultrasonic wave emitted from the
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
In the fuel
[0044]
As a result, the shape of the ultrasonic wave incident on the
[0045]
In the fuel
[0046]
Moreover, in the fuel
[0047]
Moreover, although embodiment described above demonstrated the case where the liquid level detection apparatus for vehicles of this invention was applied to the fuel
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fuel
FIG. 2 is a view taken along arrow II in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an electric circuit configuration in the fuel liquid
[Explanation of symbols]
1 Fuel level detector (Vehicle level detector)
2 Fuel tank (tank)
21 Bottom (bottom)
3 Ultrasonic sensor (Ultrasonic oscillator)
31
42 Calibration plate (Reflective member for calibration)
5 Fuel (liquid)
51
Claims (2)
前記タンク内の底部に取り付けられる超音波発振素子と、
前記超音波発振素子が発射した超音波を前記タンク内の液体の液面に向かい且つ前記液面への入射角が0度となるように反射する反射部材と、
前記超音波発振素子が発射した超音波を前記超音波発振素子に向けて反射する校正用反射部材とを備え、
前記超音波発振素子により超音波を発射するとともに前記液面で反射した反射波および前記校正用反射部材で反射した反射波を受信して前記液面位置を検出する車両用液面検出装置において、
前記反射部材および前記校正用反射部材は前記超音波発振素子が発射する超音波の進行方向において重なるように配置され、
前記超音波発振素子から発射される超音波の一部は前記反射部材および前記校正用反射部材の一方を透過して他方に到達することを特徴とする車両用液面検出装置。A tank for storing liquid;
An ultrasonic oscillation element attached to the bottom of the tank;
A reflection member that reflects the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic oscillation element toward the liquid surface of the liquid in the tank and the incident angle to the liquid surface is 0 degree;
A calibration reflecting member that reflects the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic oscillation element toward the ultrasonic oscillation element;
In the vehicle liquid level detection device for detecting the liquid level position by emitting an ultrasonic wave from the ultrasonic oscillation element and receiving a reflected wave reflected by the liquid level and a reflected wave reflected by the calibration reflecting member,
The reflection member and the calibration reflection member are arranged so as to overlap in the traveling direction of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic oscillation element,
A liquid level detection apparatus for a vehicle, wherein a part of ultrasonic waves emitted from the ultrasonic oscillation element passes through one of the reflection member and the reflection member for calibration and reaches the other.
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