JPS5822966A - バツテリ内蔵形デイジタル式測定装置 - Google Patents

バツテリ内蔵形デイジタル式測定装置

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JPS5822966A
JPS5822966A JP56120724A JP12072481A JPS5822966A JP S5822966 A JPS5822966 A JP S5822966A JP 56120724 A JP56120724 A JP 56120724A JP 12072481 A JP12072481 A JP 12072481A JP S5822966 A JPS5822966 A JP S5822966A
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JP
Japan
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circuit
measuring device
arithmetic
battery
clock signal
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Application number
JP56120724A
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English (en)
Inventor
Takeshi Yasuhara
安原 毅
Eiichi Nabeta
鍋田 栄一
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Priority to BR8204472A priority patent/BR8204472A/pt
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Priority to EP82106917A priority patent/EP0071912B1/en
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Priority to DE19823229010 priority patent/DE3229010A1/de
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    • G01L9/12Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はバッテリによって駆動されるディジタル演算
の処理部を内蔵した測定装置、さらに詳しくは該演算拳
処理部と該演算・処理部を駆動するクロック源とを必要
に応じて間欠駆動することによって消費電力を低減する
ようにし六測定装置に関する。
最近、出願人は物理量を測定する測定装置をディジタル
化することによって測定精度を向上させるとともに、バ
ッテリによる電源供給を可能にした測定装置を提案した
が、か\る測定装置1t:tバッテリによって駆動され
るものであるため、より一層の低消費電力化が望まれて
いる。
したがって、この発明はバッテリ内絨形ディジタル処理
装置における消費電力をより一層低減することを目的と
するものである。
上記の目的は、この発明によれば、消費電力が比較的大
きなディジタル演算処Mi部と、販演算・処理部を駆動
するクロック源とを間欠駆動する、つまり不要な場合(
非動作時)にはクロック信号源の動作を停止させるとと
もに、演算・処理部を動作準噌状態(以下、スタンバイ
モードともいう)となるように制御することによって達
成される。
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図はこの発明の実施例を概略的に示すブロック区、
I[2図はこの発明の実施例を詳細に示す回路構成−1
第3図は機械的な変位量を容量値に変換して検出する原
理を説明するための原理図、#!4図Fi第2因の動作
を説明するためのタイムチャート、第5図は容量検出部
の他の実施例を示す回路図である。
第19においてlは検出部、2は検出部選択回路、3は
周波数変換回路、4はカウンタ、5はタイマー、6は基
準クロック発生回路、7はマイクロプロセッサ(以下、
μmC0M演算回路ともいう。)、8は光伝送回路、9
はバッテリを用いた電源回路、10はキーボードである
これらの各部は第3図に示されるように、検出部IFi
ここではコンダンte1.c2によって構成され、検出
部選択回路2はこれらコンダン+jCI。
C2および測温用のコンデンサC8、サーミスタRgの
選択を行なうC−MOS (相補形MOB)タイプのア
ナログスイッチ5W2(8W21 、8W22)より構
成され、周波数変換回路3はコンデンサC1,C2の充
放電の切り替えおよびフリップフロッグQ1のクリアま
たはリセットを行なうアナログスイッチ5WI(SWI
I 、8W12)と、コンデ:/?C1またはC2の充
電々圧が所定の電圧レベル(スレッシュホールドレベル
)を超えたときセットされ、所定の時定数(抵抗Rf 
 、コンダン?Cf)  によって決まる一定時間後に
リセットされるフリップフロッグQl(D形)とから構
成されている。なお、従来の一般的なり形フリップフロ
ップを使用する場合1ま、その前段にスレッシュホール
ドレベルを判別するための特別な(ロ)路(例えば、シ
ュミット回路)が必要となるが、C−MOS形の7リツ
グ70ツグを使用する場合はこのような回路を必要とせ
ず、その切り替わシミ圧をそのままスレッシュホールド
電圧として使用することができる。タイマーSは2段の
カウンタCT2 、 CTaから構成され、μm00M
演算回路7からのリセット信号PO3の解除によって基
準クロック発生回路6から与えられるクロック信号の計
数を開始し、カウンタ(CTI)4からのカウントアツ
プ信号によって計数を停止する。μmC0M演算回路7
#′i基準クロック発生回路6からのクロック信号によ
って駆動され種々の演算、制御動作を行なう。例えば、
検出部選択回路2のアナログスイッチ8W2にモード選
択信号PO1筐たはPO2を送出してコンデンサC2測
定モード、コンデンサC2測定モード、または温度測定
モード(抵抗R8およびコンデンサcBによる測定)の
選択を行ない、非測足時にはカウンタ4およびタイマー
5に対してリセット信号PO3を与えてこれらのリセッ
トを行なうとともに、測定時tこは該リセット信号PO
3を解除して計数動作を行わせ、カウンタ4からのカウ
ントアツプ信号を割込信号IRQとして受け、タイマー
5からの計数出力を端子PIO〜P115を介して読取
り、Pfr定の演算を行なう。μm00M演算回路7に
は、管理室−(パネル側)の上位計算機との間で光によ
る清報の授受を行なうための発光ダイオードLEDおよ
びフォトダイオードPDからなる光伝送回路8、キーボ
ード10.発光ダイオードの異常(点灯しきり)を検出
する検出(ロ)路11等が設けられているが、この発明
は特に電力を低減させるために基準りqツク発生(ロ)
路6およびμm00M演算回路7自体を間欠駆動するス
タンバイモード回路12を設けた点に特徴を有するもの
である。なお、9は第1図または第2図に承される所要
の各部へ電源を供給するためのバッテリ電源回路である
この実施例に示される測定装置は、圧力等の機械的な変
位量を容量値に変換して検出し、該検出結果をさらにデ
ィジタル蓋に変換して測定するものである。ここで、そ
の検出原理について第3図を参照して説明する。
同図に)には2つの同定電極ELF間に可動電極ELM
が配置され、該可動電極ELMは圧力等の機械的な変位
に応じて脂の左右(矢印R#照)方向に移動する@この
場合、各電極間の容量CA4 e CA2は一万が増大
すれば他方は減少する、っまり差動的に変位する。ここ
で、各電極の面積を81電極間の誘電率を1、可動電極
ELVと固定電極ELFとの間隔をdとし、例えば同図
(4)の点線で示される如く可動電極KLvがΔdだけ
変位したときの容量値Cム1 e CA2は CAI−#A/(d−Δd) CA2−1m iム/(d+Δd) として求められる。ここで、これらの容量の和および差
を考えると、 CAI + CA2 = gA @ 2d /(d2−
A42)CA2−CA2 = gA # 2Δd/(d
2−Δd2)となり、したがってその比をとると、 (CA1  ”2 )/ (CA1 + CA2)−j
d/dが得られ、変位量Δdを容量値(CAI −CA
2 )/(CAl+Cム2)によって求めることができ
る〇同様にして、第31iJ(至)では2つの固定電極
ELFに対して可動電極ILVが図の如く配置され、外
部圧力等の変位によって図の点線位置にΔdだ−け変位
し念場合は次のようになる。この場合、容量Cム1は固
定、ch2Fi可変であって、七れぞれの値は上記と同
様にして CA1−Cム/ d 、 CA2− #A/ (d+Δ
d)と表わすことができる。そこで、これらの差を考え
ると、 CA1−CA2− tAeΔd/d(d十Δd)であり
、したがってCA1−CA2とCA2との比をとると、 (CA4  CA2)/CA2−Δd/dとなシ、いず
れにしても変位量Δdを静電容量値の関数として表わす
ことができる。これらの式からも明らかなように、変位
量は静電容量のみの関数となるから、電極間の誘電率や
浮遊容量の影響を受けず、このため機械的な変位量を容
量によって正確に検出することが可能となる。
次に、このような検出原理にもとづく測定動作について
、主として第2図および第4図を用いて説明する。
初期状態においては、μm00M演算回路7からはモー
ド選択信号POI 、 PO2は与えられず、リセット
信号PO3によってカウンタ(CTI)4およびタイマ
ー5/fiリセツト状態にある。ここで、 [41/(
イ)の如きコンデンサC1の測定モード信号が4見られ
、第4−(ロ)の如くリセット信号PO3が解除される
とコンデンサC1、スイッチ8W21 、8W11、抵
抗R1電源VDDなる経路が形成されるので、コンダン
?01 が第4図eうで示されるように充電される。1
1時間後にこの充電々圧が7リツプフαツグQ1のスレ
ッシュホールド電圧VTRを超えると、該フリッグ70
ッグQ1がセットされ、その出力1子Qより出力が得ら
れる。この出力は抵抗RfおよびコンデンサCfに与え
られるとともに、アナログスイッチSW1にも与えられ
る。その結果、スイッチ8W12か開放されて抵抗R4
とコンデンサCfによる充を回路が形成される。なお、
このとき5w1iが点線の位置へ切り替えられ、コンダ
ン+jC1の放電が行なわれる。コンデンサc1の光電
々圧が第4図に)で示されるように、所定時間tc I
K所定の値になると、7リツグフロツグQ1はクリアさ
れ、その結果、フリップ7oツブQ1からは第41(へ
)の如き一定幅(tC)の出力パルスが得られる。なお
、7リツプ70ツブQ1のリセットによってアナログス
イッチ8W1もオフとなるので、スイッチ8W12は第
2図の図示位置に復帰し、コンデンサCfの放電呵路を
形成する。上述の時間tlはコンダン?c1および抵抗
凡の大きさに比例するから、7リツグフロツプQ1の出
力からはコンデンサC1の容量値に比例した周波数のパ
ルス信号が得られることKなる。このパルス信号はカウ
ンタ4によって計数され、所定数に達すると第4図(へ
)に示される如きパルス(カウントUP出力)を発して
タイマー5による計数を停止させる(第4図(ト)参照
)・タイマー5Fi先のリセット信号PO3の解除とと
もにパルス発生回路6からのクロックパルスを計数して
おり、皺計数結果がカウンタ4からのカウントUP信号
を受けたμ−〇〇M演算回路7によシ端子PIO〜P1
15を介して読取られる。
こ\で、上記7リツプフロツグQ1のスレッシュホール
ド電圧をVTHとすれば、 tl VTR−VDD (1e″″RCJ として表わされ、シ良がってコンテン?C1の充電時間
tl(第4WAに)参照)Fi、の如(表わされる。
また、上記の時間tcも同様にして として表わされる。なお、FLf、CfO値は既知であ
るから、このtcは一定値である・ したがって、コンデンサCiの充、放電動作をnr=カ
ウントする迄の基準クロック発生回路6からのクロック
パルスを数えることにより、すなわちタイマー5からの
計数出力によってコンデンサC1による充放電時間〒1
を求めることがで龜る〇この充放電時間’rIIIi第
4図に)からも明らかなように、充電(tl)Fin回
であるのに対して放電(tc)はn−1回であるから TI−nt工+(!l−1)tc  ・・・−・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)として求め
ることができる。なお、このようにa回カウントするの
は、時間測定カウンタ(Cf2゜Cf3)の分解能を上
げるためであり、その数nFi基準クロック発生回路6
の出力周波数、抵抗Rの抵抗値ま念はコンデンサC1の
容量値等に応じて適宜選択される。
このようにして、コンデンサC1の充放電時間T1を測
定したl(なお、測定されるのは厳密には充電時間t1
だけである。)、μm00M演算回路7からの指令信号
PO1’tたFiP02によりスイッチ5W21を切換
えてコンデンサC2の測定モードとし、コンデンサC2
の充放電時間を測定する。
この場合の動作の態様は全く同様であるから説明は省略
するが、そのタイムチャートは第4図の右側半分にC2
モードとして示されている。なお、この場合の充放電時
間T2Fi(1)式と同様にしてT2=nt2+(n 
 1)tc  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(II)となる。
μ−〇〇M演算回路7では上記(1) 、 (1)式よ
り次の如き演算を行なう。
この(1)式は先の原理図KtIPける説明からも明ら
かなように変位に比例するから、μm00M演算回路7
では上記の如き演算を行なうととKよってその変位を測
定できることがわかる。
な訃、上記では;ンデン?C1,02の容量を差動的に
変化させることによ〕機械的な変位量、例えば差圧ΔP
を測定するようにし九が、第5図に示されるように、コ
ンデンサの一方(C2)を固定とし、他方(C1)を可
変とするものKついても同様に測定しうろことは、先の
原理図の説明からも明らかである・ただし、この場合は
上記の差圧ΔPのかわ9に圧力Pを求める仁ととなるが
、その演算式は上記と同様にして次のように表わされる
◇上記の実施例においては、機械的な変位量を静電容量
値に変換して検出するようにしたが、これを抵抗1周波
数または電圧に変換して検出することも可能である。
第6〜8B!JFi検出部の他の実施例を示す回路図で
、第6図は抵抗に変換する場合、第7図は周波数に変換
する場合、そして第8図は電圧に変換して検出する場合
をそれぞれ示すものである。
これらの図において、コンデンサCの容量値および抵抗
RCの抵抗値はともに既知であシ、またスイッチ8W1
1 、8W21およびフリップフロップQ1は第2図実
施例に示されるものと同様のものである。
第6図(a)〜(、)における検出原理はいずれも容量
による検出原理と全く同様であって、充電または放電時
間が抵抗とコンデンサとの積に比例することを利用して
、こ−では抵抗値を求めるようKしたものである。すな
わち、同図(a)に示されるものはスイッチ8W21を
Rx側に倒してその充放電時間T1を求め、次KRC側
に倒して同様に充放電時間丁2を求め、 なる演算によってRxの抵抗値を求める。
同じく、同図(e)K示されるものFi先の実施例にお
けるコンデ:/ ? C1e C2を抵抗R1,R2に
おきかえたものに相当するから、その演算式もの如く全
く同様に表わされることになる。
ま象、同図咎)に示されるものはライン抵抗RLが変動
する場合である。し九がって、スイッチ8W21を順次
切り替えることによってTLz + 2R4。
2RjおよびRCによるそれぞれの充放電時間T1゜T
2およびT5を求め なる演算式よプ抵抗値Rxtlll定する。
第7−においては、検出部にてすでに周波数に変換され
ているから、第2図実施例の如き周波数変換回路は不要
となり、検出部からの出力は適宜増巾されて直接カウン
タへ導入される。この場合、カウンタが所定数Nを計数
する迄にどれだけの時間でかか\るかを演算することに
よってその周波数(N/’r)を求めることができる。
第8図は電圧ΣIK変換して検出する場合であって、コ
ンデンサCK一定の電流(1)を流して充電を行ない、
該充電された電#IK比例する電圧を演算増巾器OP2
の一方に与え、演算増巾器OP2のもう一方の入力には
演算増巾器OPIによって増巾された入力(測定)電圧
Klを導入し、充電々圧が該入力(測定)電圧を超えた
ときに、71JツプフΩツブQ1をセットするようにし
たものである。
コンデンサCによる充電は一定の態様で行なわれるOK
対し、測定入力電圧レベルE1が変動するので、これに
よって電圧値に応じ九周波数信号を得ることができる。
こ\で、スイッチ8W21が一定の状態にあるときの時
間測定出力をT2、また一定とは反対側に切シ替えられ
喪ときのそれをT工とすると、 T2−Tl−CX/I @ El なる演算によって電圧gl を求めることができる。
こ\に、■はコンデン?Cに与えられる一定の電流、C
XはコンデンサCの容量値である。
このように構成される測定装置のクロック発生回路6お
よび演算・処理回路(μm00M演算回路)7を間欠駆
動する方法について、第2図および第9rI!Jを参照
して説明すゐ。なお、第9図は間欠駆動方法を説明する
ためのタイムチャートである。
測定装置は集中管理室側に設けられている中央処理装置
からの指令にもとづいて所定の動作を行なうが、該指令
は光伝送回路8内のフォトダイオードPDによって受信
される。該指令(第9図(→の信号ST#照)がフォト
ダイオードPDによって受信されると、トランジスタT
Rが導通し、これによってインバータ!Nにローレベル
の信号が与えられるので、インバータ!ドでは該信号を
反転してμm00M演算回路70入力端子81およびフ
リラグフロップFFのCP端子にハイレベルの信号を印
加する。このためフリラグフロップFFがセットされ、
令息スタンバイ状llKあったμmC0M演算回路7は
第9図(ロ)の如くスタンバイ状態が解除される。7リ
ツプフロツプF’Fのセット出力(端子Qからの出力)
は抵抗R11B 、CBlmからなる遅延回路によって
一定時間(第9図(−ウのt参照)遅延されるので、ク
ロック発生回路6はこの遅延時間後に動作を開始する(
ji!9図e)参照)。クロック発生回路6が動作を開
始すると、μmC0M演算回路7も第9図に)の如く動
作を開始し、中央処理装置からの指令にもとづいて所定
の演算・処理を行なう。所定の演算・処理が終了すると
、μmC0M演算回路7は端子PO4を介してフリラグ
フロップFFをリセットする(第9図の矢印R6を参照
)0このリセット信号(端子Qからの出力)を受けてβ
−COM演算回路7はスタンバイモードに移行するが、
前述の如くフリラグフロップFFとりaツク発生回路6
との間には遅延回路が挿入されているので、クロック発
生回路6およびμmC0M演算回路7Fi直ちKは動作
を停止せず、所定時間(1)遅れて復旧する。つまり、
遅延回路によってμm00M演算回路7が所定の演算・
処理を終了してからスタンバイモードに移行するに必要
な時間(t)を確保した後に停止するようにしたもので
ある。
以上は、中央処理装置と測定装置とが1対1で接続され
た場合の単独運転について説明したが、第10図に示さ
れるように中央処理装gtK対して複数個の測定装置が
接続される場合の並列運転動作について説明する。すな
わち、第10図は複数の測定装#による測定情報伝送シ
ステムを示すシステム構成図である。
同図においてCIは集中管理室、CPUは中央処理装置
、COは電気−光、光−電気変換器等によって構成され
る変換部tたけ伝送部、SCは光ファイバOF8または
OFMからの光信号を分岐または結合するスターカブラ
(商品名)、TJ〜TRユは測定装置であり、複数の測
定装置TR1〜TRnと中央処理装置CPUとの間では
光ファイバOFS 、 OFMおよび光分岐、結合手段
SCを介して双方向の情報伝送が行なわれる。なお、こ
のシステムの動作については、こ\では必要がないので
省略する。
このようなシステムにおいては、中央処理装置CPUに
対して複数の測定装@ TR1−TRユが接続されてい
るから、中央処理装置CPUFi複数の測定装置に対し
て共通な起動情報、測定装置に固有のアドレス清報等を
送出することにより、所望の測定装置を選択して情報の
授受を行なう。したがって、複数の測定装置が並列運転
される場合の間欠駆動方法について第11−を参照して
説明する。なお、第11図は並列運転における間欠動作
を説明するためのタイムチャートである。前述のように
、複数の測定装置が中央処理装置CPUからの起動情報
(同図(5)のST参照)によって共通に起動され、こ
れによってスタンバイ状態が解除されるとともに1所定
の遅延時間後にクロック発生回路が起動されるところま
では各測定装置に共通である。しかし、複数の測定装置
の中にはアドレス指定されるもの(同図(B)参照)と
、されないもの(同図(q参照)とがあるから、前者が
所定の演算処理動作を行なった1にスタンバイ状態へ移
行するのに対しく矢印H1参照)、後者は所定の時間後
に(矢印H2を参照)スタンバイ状態へ移行する点にお
いて若干具なっている。つまシ、いずれにしても不要な
動作を行わないようにして、その消費電力を低減させる
ものである。
以上のように、この発明によれば、バッテリによって動
作する測定装置内の消費電力が比較的大きなりロック発
生回路とディジタル演算処理部とを必要なときにのみ駆
動するようにしたから、バッテリ駆動を可能にし九利点
にさらに加えてその消費電力を大巾に低減することがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を概略的に示すブロック図、
第2図はこの発明の実施例を詳細に示す回路構成図、第
3図は機械的な変位量を静電容量値に変換して検出する
原理を説明するための原理図、第4図は第2図の動作を
説明するためのタイムチャート、第5図は容量検出部の
他の実施例を示す回路図、第6図は抵抗検出部の実施例
を示す回路図、第7図は周波数検出部の実施例を示す回
路図、第8図は電圧検出部の実施例を示す回路図、第9
 、111/はこの発明による間欠駆動方法を説明する
九めのタイムチャー)、jl!101/は中央処理装置
に対して複数台の測定装置を接続し、これらの間で情報
の授受を行なうようにしたシステムを示すシステム構成
図である。 符号説明 1・・・検出部、2・・・検出部選択回路、3・・・周
波数変換回路、4・・・カウンタ、5・・・タイマー、
6・・・基準クロック発生回路、7・・・−一〇〇M演
算回路、8・・・光伝送回路、9・・・バッテリ電源回
路、10・・・キーボード、li−・LED異常検出回
路、12・・・スタンバイモード[a路、Ql 、FF
・・・フリップフロッグ回路、8W1 、 BW2−・
・アナログスイッチ、CTI〜CT3・・・カウンタ、
 IJD−・発光ダイオード、PD・・・フォトダイオ
ード、TR−・トランジスタ、IN・・・インバータ 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎   清 第3図 (A)       CB) 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. バタテリ電源回路と、該電源により駆動されてクロック
    信号を発生するクロック信号発生回路と、該クロック信
    号および前記電源の供給を受けて検出され九物理量をデ
    ィジタル演算、処理する演算・処理回路とを備え、上位
    処理装置からの指令にもとづいて所定の動作を開始する
    ようにし九バッテリ内蔵形ディジタル式測定装置であっ
    て、上位処理装置からの前記指令によってセットされ、
    前記演算・処理回路の動作終了によってリセットされる
    双安定回路と、骸回路の出力を所定時間遅延して前記ク
    ロック信号発生回路に供給する遅延回路とを有してなり
    、前記演算・処理回路の動作終了時には該回路に与えら
    れるクロック信号を前記遅延回路によって所定時間遅ら
    せて停止させることにより、演算・処理回路が動作準備
    状態に移行するに要する所定の動作時間を確保し九のち
    に停止するようにしたことを特徴とするバッテリ内蔵形
    ディジタル式測定装置。
JP56120724A 1981-07-30 1981-08-03 バツテリ内蔵形デイジタル式測定装置 Pending JPS5822966A (ja)

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