JPS60162121A - 火炎監視装置 - Google Patents
火炎監視装置Info
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- JPS60162121A JPS60162121A JP59015266A JP1526684A JPS60162121A JP S60162121 A JPS60162121 A JP S60162121A JP 59015266 A JP59015266 A JP 59015266A JP 1526684 A JP1526684 A JP 1526684A JP S60162121 A JPS60162121 A JP S60162121A
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- JP
- Japan
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- flame
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- image
- pixel
- monitoring device
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
- F23N5/082—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2239/00—Fuels
- F23N2239/02—Solid fuels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2239/00—Fuels
- F23N2239/06—Liquid fuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の利用分野）
本発明は、バーナの火炎監視装置に係り、特に微粉炭あ
るいは重油の燃焼状態の良否を判定するに好適な火炎監
視装置に関する。
るいは重油の燃焼状態の良否を判定するに好適な火炎監
視装置に関する。
（発明の背景）
従来の火炎の監視・診断方法としては、火炎の平均輝度
を計測する方法が一般に知られている。
を計測する方法が一般に知られている。
しかし、前記従来法は、火炎の点火および消火の監視に
は利用できても、燃焼状態の良否を判定する情報として
は利用できなかった。
は利用できても、燃焼状態の良否を判定する情報として
は利用できなかった。
たとえば・特開昭５’ｌ−１１２６１４号公報には、火
炎のフリッカ−特性を赤外波長帯と可視波長帯とで計測
し、燃料に応じて、これら信号のうち高感度である信号
を利用する方法が開示されている。
炎のフリッカ−特性を赤外波長帯と可視波長帯とで計測
し、燃料に応じて、これら信号のうち高感度である信号
を利用する方法が開示されている。
しかし、前記の従来例では、火炎の全体を平均輝度でと
らえているため、火炎の空間的な広が９や燃焼状態を特
徴量として計測することは出来ないという欠点がある。
らえているため、火炎の空間的な広が９や燃焼状態を特
徴量として計測することは出来ないという欠点がある。
火炎の空間的な広が９や燃焼状態を監視するためには、
火炎を画像として計測する必要がある。
火炎を画像として計測する必要がある。
（発明の目的）
本発明は、前述の欠点を除去するためになされたもので
あり、その目的は、火炎を空間的な広がりのある画像と
してとらえることにより、微粉炭あるいは重油の燃焼状
態の良否を判定することのできる火炎監視装置を提供す
ることにある。
あり、その目的は、火炎を空間的な広がりのある画像と
してとらえることにより、微粉炭あるいは重油の燃焼状
態の良否を判定することのできる火炎監視装置を提供す
ることにある。
（発明の概要）
本発明は、前記の目的を達成するために、燃焼状態の良
否を判定するには、火炎全体の形状だけでなく色相をも
識別することが必要となるという事実に着目し、固体ふ
く射による火炎画像とラジカル（中間生成物あるいは化
学種）の発光による火炎画像とを分離して計測するよう
に構成した点に特徴がある。
否を判定するには、火炎全体の形状だけでなく色相をも
識別することが必要となるという事実に着目し、固体ふ
く射による火炎画像とラジカル（中間生成物あるいは化
学種）の発光による火炎画像とを分離して計測するよう
に構成した点に特徴がある。
バーナの火炎を分光分析すると、第１図に示されるよう
に、ラジカルの発光による線スペクルＣＩ。
に、ラジカルの発光による線スペクルＣＩ。
Ｃ２，Ｃ３などが、固体ふく射による連続スペクトルＫ
に重畳して計測される。
に重畳して計測される。
特に、可視領域（４００〜８００ｎｍ）での画像計測で
は、波長が大きくなるにつれて、固体ふく射による発光
強度が大きくなるので、ラジカルの発光スペクトルは計
測されにくくなる。
は、波長が大きくなるにつれて、固体ふく射による発光
強度が大きくなるので、ラジカルの発光スペクトルは計
測されにくくなる。
つぎに、微粉炭燃焼の火炎画像を計測した例を第２図お
よび第３図囚（Ｂ）に示す。
よび第３図囚（Ｂ）に示す。
第２図は、火炎の噴出方向（すなわち、バーナの軸方向
）と直交する平面内の、火炎中心を通るＸ−Ｘ軸にそっ
て、バーナの火炎の分光分析した結果を、２つの相異な
る波長λ とλ８について示したものである。
）と直交する平面内の、火炎中心を通るＸ−Ｘ軸にそっ
て、バーナの火炎の分光分析した結果を、２つの相異な
る波長λ とλ８について示したものである。
また、第３図は、第２図と同じ２種の波長λ１゜λ、に
おける分光分布の測定結果を、火炎の噴出方向−すなわ
ち、バーナの軸（Ｙ−Ｙ軸）を含む平面について示した
ものである。第３図の（４）は波長λ１ についての分
布であシ、同図の（Ｂ）は波長λ２ についての分布で
ある。
おける分光分布の測定結果を、火炎の噴出方向−すなわ
ち、バーナの軸（Ｙ−Ｙ軸）を含む平面について示した
ものである。第３図の（４）は波長λ１ についての分
布であシ、同図の（Ｂ）は波長λ２ についての分布で
ある。
これらの図から分るように、Ｃ２ラジカルの線スペクト
ルが強く現れる波長λ１ （＝５１８ｎｍ ）の火炎画
像と、ラジカルの線スペクトルを含まない他の波長λｓ
（＝５５０ ｎ ｍ ）の火炎画像とを比較すると、
半径方向Ｘ−Ｘ軸にそった発光強度分布に大きな相違が
みられる。
ルが強く現れる波長λ１ （＝５１８ｎｍ ）の火炎画
像と、ラジカルの線スペクトルを含まない他の波長λｓ
（＝５５０ ｎ ｍ ）の火炎画像とを比較すると、
半径方向Ｘ−Ｘ軸にそった発光強度分布に大きな相違が
みられる。
すなわち、第２図の両分右曲線を重畳して示した第４図
から明らかなように、火炎の中心部Ｏから半径（Ｘ−Ｘ
）方向に離れたところでは、波長λ２ の火炎画像の輝
度の方が高いが、火炎の中心部（第４図のＯ近傍では反
対に、波長λ１の火炎画像の輝度の方が高い。
から明らかなように、火炎の中心部Ｏから半径（Ｘ−Ｘ
）方向に離れたところでは、波長λ２ の火炎画像の輝
度の方が高いが、火炎の中心部（第４図のＯ近傍では反
対に、波長λ１の火炎画像の輝度の方が高い。
この理由はつぎのように考えられる。すなわち、火炎の
中心部では、空気比が低いために、燃料が不完全燃焼し
ており、微粉炭の揮発分から２ジカルを発生している。
中心部では、空気比が低いために、燃料が不完全燃焼し
ており、微粉炭の揮発分から２ジカルを発生している。
すなわち、この部分では、ＮＥＴ、やＣＮなどのような
、ＮＯｘ の還元性物質が発生しておｐ、いわゆる還元
炎となっている。
、ＮＯｘ の還元性物質が発生しておｐ、いわゆる還元
炎となっている。
一方、中心部から半径（Ｘ−Ｘ）方向に離れたところで
は、外側からの空気の拡散により微粉炭の固定炭素分（
チャー）が完全燃焼している。
は、外側からの空気の拡散により微粉炭の固定炭素分（
チャー）が完全燃焼している。
しかし、この部分では空気過剰の傾向を生じ易く、した
がって、ＮＯｘ を発生し易く、いわゆる酸化炎となっ
ている。
がって、ＮＯｘ を発生し易く、いわゆる酸化炎となっ
ている。
本発明は、以上のような考察に基づ−・てなされたもの
であり、バーナの燃焼状態を火炎の分光分析によって判
断する手法を提供するものである。
であり、バーナの燃焼状態を火炎の分光分析によって判
断する手法を提供するものである。
（実施例）
以下に、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。第
５図は本発明の一実施例の概略構成を示すものであシ、
微粉炭バーナ出口近くに発生する火炎の模式断面図およ
びブロック図である。なお・同図において、第２，４図
と同一の符号は、同一または同等部分をあられしている
。
５図は本発明の一実施例の概略構成を示すものであシ、
微粉炭バーナ出口近くに発生する火炎の模式断面図およ
びブロック図である。なお・同図において、第２，４図
と同一の符号は、同一または同等部分をあられしている
。
第５図において、微粉炭バーナ１へは、第１通路２を介
して一次燃料（微粉炭）および−次空気が、第２通路を
介して二次燃料および二次空気が、また第３通路４を介
して三次空気が、それぞれ供給される。
して一次燃料（微粉炭）および−次空気が、第２通路を
介して二次燃料および二次空気が、また第３通路４を介
して三次空気が、それぞれ供給される。
そして、バーナ１からは燃料の燃焼によって火炎１０が
噴出する。
噴出する。
また、第５図において、５は光入射端５１および光出射
端５２を有するイメージガイド（オグティカルファイバ
など）である。前記光入射端５１および光出射端５２は
レンズ機能を有することができる。
端５２を有するイメージガイド（オグティカルファイバ
など）である。前記光入射端５１および光出射端５２は
レンズ機能を有することができる。
画像分光手段６は、ハーフミラ−６１１反射ミラー ６
２．および、それぞれλ１．λ２の波長光のみを透過さ
せる帯域フィルタ ６３Ａ、６３Ｂよりなる。６４Ａ、
６４Ｂは第１および第２の光電変換器、６５Ａ、６５Ｂ
は第１および第２の画像メモリである。
２．および、それぞれλ１．λ２の波長光のみを透過さ
せる帯域フィルタ ６３Ａ、６３Ｂよりなる。６４Ａ、
６４Ｂは第１および第２の光電変換器、６５Ａ、６５Ｂ
は第１および第２の画像メモリである。
また、６６は前記第１および第２の画像メモリ６５Ａ、
６５Ｂの書込み、読出しアドレスを指示するためのアド
レスカウンタである。６７は第１ａよび第２の画像メモ
１Ｊ６５Ａ、６５Ｂの対応するアドレスのデータを比較
する演算器、６８は前記演算の結果を表示または記録す
る表示・記録器である。
６５Ｂの書込み、読出しアドレスを指示するためのアド
レスカウンタである。６７は第１ａよび第２の画像メモ
１Ｊ６５Ａ、６５Ｂの対応するアドレスのデータを比較
する演算器、６８は前記演算の結果を表示または記録す
る表示・記録器である。
動作時にはイメージガイド５の光入射端５１の視野を、
微粉炭バーナ１の出口近くの安定した火炎１０に合わせ
、イメージガイド５を介して、バーナから陥れて温度の
低い雰囲気のもとに設備されている火炎監視装置へ、火
炎画像を誘導する。
微粉炭バーナ１の出口近くの安定した火炎１０に合わせ
、イメージガイド５を介して、バーナから陥れて温度の
低い雰囲気のもとに設備されている火炎監視装置へ、火
炎画像を誘導する。
このように誘導された火炎画像は、ハーフミラ−６１１
反射ミラー６２．ならびにラジカルの線スペクトル波長
λ１および固体ふ（射だけの波長λ２ をそれぞれ透過
するフィルタ（例えば、干渉フィルタ）により構成され
る画像分光手段６へ導入される。
反射ミラー６２．ならびにラジカルの線スペクトル波長
λ１および固体ふ（射だけの波長λ２ をそれぞれ透過
するフィルタ（例えば、干渉フィルタ）により構成され
る画像分光手段６へ導入される。
前述のように、各波長 λ８．λ２ ごとに分光された
火炎画像は、例えば、それぞれに対応して設けられた２
台のＩＴＶカメラなどから成る、第１および第２０光電
変換器６４Ａ、６４Ｂによシ、画素ごとの輝度が検出さ
れ、その後デジタル値に変換されて出力される。前記デ
ジタル値は、アドレスカウンタ６６の制御の下に、それ
ぞれ第１画像メモ１Ｊ６５Ａ、第２画像メモ１Ｊ６５Ｂ
に記憶される。
火炎画像は、例えば、それぞれに対応して設けられた２
台のＩＴＶカメラなどから成る、第１および第２０光電
変換器６４Ａ、６４Ｂによシ、画素ごとの輝度が検出さ
れ、その後デジタル値に変換されて出力される。前記デ
ジタル値は、アドレスカウンタ６６の制御の下に、それ
ぞれ第１画像メモ１Ｊ６５Ａ、第２画像メモ１Ｊ６５Ｂ
に記憶される。
前述のようにして、第１画像メモ１Ｊ６５Ａ、第２画像
メモ１Ｊ６５Ｂに記憶された火炎の発光強度を示すデジ
タル値は、その後さらに、これらのメモリの、互いに対
応する画素位置から読出されて演算器６７に供給される
。
メモ１Ｊ６５Ｂに記憶された火炎の発光強度を示すデジ
タル値は、その後さらに、これらのメモリの、互いに対
応する画素位置から読出されて演算器６７に供給される
。
演算器６７では、各画素位置ごとに、波長 λ１のデー
タと、波長λ２ のデータとが比較（例えば、減算また
は除算）され、該当画素位置の火炎が酸化炎であるか、
あるいは還元炎であるかの判定がなされる。
タと、波長λ２ のデータとが比較（例えば、減算また
は除算）され、該当画素位置の火炎が酸化炎であるか、
あるいは還元炎であるかの判定がなされる。
すなわち、波長λ１のデータが波長λ２のデータよりも
大きければ、その画素位置の火炎は還元炎であり、また
反対に波長λ１のデータが波長λ２のデータよりも小さ
ければ、その画素位置の火炎は酸化炎であると判断され
る。
大きければ、その画素位置の火炎は還元炎であり、また
反対に波長λ１のデータが波長λ２のデータよりも小さ
ければ、その画素位置の火炎は酸化炎であると判断され
る。
前記演算の結果は、数値そのものとして、あるいは酸化
炎か還元炎かを我わす信号に変換された（例えば、ラプ
ラシアン処理と２値化処理の適用により）データとして
、表示・記録器６８に供給され、そこで所望の表示、記
録が行なわれる。
炎か還元炎かを我わす信号に変換された（例えば、ラプ
ラシアン処理と２値化処理の適用により）データとして
、表示・記録器６８に供給され、そこで所望の表示、記
録が行なわれる。
なお、本発明者らの実験によれば、バーナ軸上に光入射
端５１の焦点を合わせたときに、最も良い結果が得られ
た。
端５１の焦点を合わせたときに、最も良い結果が得られ
た。
（変形例）
本発明は、以下のように変形して実施することができる
。
。
（１）第１光電変換器６４Ａ、第２光電変換器６４Ｂ
の出力をデジタル値に変換しないで、アナログ値のま＼
で、同−画素のデータについて比較を行ない、その結果
を直接記憶、記録または表示する。
の出力をデジタル値に変換しないで、アナログ値のま＼
で、同−画素のデータについて比較を行ない、その結果
を直接記憶、記録または表示する。
（２）帯域フィルタ ６３Ａ、６３Ｂを、機械的に交互
に切換えて光路中に挿入するようにし、ハーフミラ−６
１や反射ミラー６２を不要とし、また光電変換器が一個
で済むようにする。
に切換えて光路中に挿入するようにし、ハーフミラ−６
１や反射ミラー６２を不要とし、また光電変換器が一個
で済むようにする。
（効 果）
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、火炎
画像の分光分析に基づいて火炎の状態を適確に監視する
ことができる効果がある。
画像の分光分析に基づいて火炎の状態を適確に監視する
ことができる効果がある。
のみならず、前述のようにしてめられる酸化炎および還
元炎の形状、寸法、位置と、燃焼ガスの成分ＣＮＯｘ
、Ｃｏ 、未燃分）との相関を、予じめ実験的にめてお
けば、前記の演算結果に基づいて、燃焼状態の評価を行
なうことができる。
元炎の形状、寸法、位置と、燃焼ガスの成分ＣＮＯｘ
、Ｃｏ 、未燃分）との相関を、予じめ実験的にめてお
けば、前記の演算結果に基づいて、燃焼状態の評価を行
なうことができる。
さらに、火炎の前記諸データと燃料量や空気量などの操
作パラメータとの相関をあらかじめめておくことにより
、火炎形状や燃焼状態を自動制御することも可能である
。
作パラメータとの相関をあらかじめめておくことにより
、火炎形状や燃焼状態を自動制御することも可能である
。
第１図は微粉炭バーナにおける火炎の分光分布の一例を
示すスペクトル図、第２図は微粉炭バーナにおける相異
なる２つの波長帯域における火炎の発光強度分布の一例
を示すスペクトル図、第３図は第２図における火炎の発
光強度の平面的分布の一例を示す図・第４図は第２図の
分布波形を重畳して示した分布図、第５図は本発明の一
実施例を示すブロック図および断面図である。 １・・・微粉炭バーナ、 ２・・・第１通路、 ３・・
・第２通路、 ４・・・第３通路、５・・・イメージガ
イド、 ６・・・画像分光手段、 ６４Ａ、６４Ｂ・・
・・・第１および第２の光電変換器、 ６５Ａ、６５Ｂ
・・・・・第１および第２の画像メモリ、 ６６・・・
アドレスカウンタ、 ６７・・・演算器、 ６８・・・
表示・記録器 代理人弁理士 平 木 道 人 牙 ］ ロ 米 ２ 回 第５図 牙 ３ 図 （Ａ）（Ｂ） 米 ４ 回 ｘ ’ ｘ
示すスペクトル図、第２図は微粉炭バーナにおける相異
なる２つの波長帯域における火炎の発光強度分布の一例
を示すスペクトル図、第３図は第２図における火炎の発
光強度の平面的分布の一例を示す図・第４図は第２図の
分布波形を重畳して示した分布図、第５図は本発明の一
実施例を示すブロック図および断面図である。 １・・・微粉炭バーナ、 ２・・・第１通路、 ３・・
・第２通路、 ４・・・第３通路、５・・・イメージガ
イド、 ６・・・画像分光手段、 ６４Ａ、６４Ｂ・・
・・・第１および第２の光電変換器、 ６５Ａ、６５Ｂ
・・・・・第１および第２の画像メモリ、 ６６・・・
アドレスカウンタ、 ６７・・・演算器、 ６８・・・
表示・記録器 代理人弁理士 平 木 道 人 牙 ］ ロ 米 ２ 回 第５図 牙 ３ 図 （Ａ）（Ｂ） 米 ４ 回 ｘ ’ ｘ
Claims (4)
- （１） 火炎の画像を形成する手段と、ラジカルの発光
波長帯で、火炎画像の各画素ごとの発光輝度を検出する
第１輝度検出手段と、固体ふく射の発光波長帯で、火炎
画像の各画素ごとの発光輝度を検出する第２輝度検出手
段と、火炎画像の、互いに対応する画素ごとに、前記第
１および第２の輝度検出手段の出力を比較演算する手段
と、前記比較演算の結果に基づいて、火炎画像の各画素
ごとに、その部分の火炎が酸化炎か、あるいは還元炎か
を判定する手段とを具備したことを特徴とする火炎監視
装置。 - （２）前記の比較演算は減算であることを特徴とする特
許 - （３）前記の比較演算は除算であることを％徴とする前
記特許請求の範囲第１項記載の火炎監視装置。 - （４） 火炎の画像を形成する手段と、ラジカルの発光
波長帯で、火炎画像の各画素ごとの発光輝度を検出する
第１輝度検出手段と、固体ふ《射の発光波長帯で、火炎
画像の各画素ごとの発光輝度を検出する第２輝度検出手
段と、火炎画像の、互いに対応する画素ごとに、前記第
１および第２の輝度検出手段の出力を比較演算する手段
と、前記比較演算の結果に基づいて、火炎画像の各画素
ごとに、その部分の火炎が酸化炎か、あるいは還元炎か
を判定する手段と、前記の判定の結果を記憶、記録また
は表示する手段とを具備したことを特徴とする火炎監視
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59015266A JPS60162121A (ja) | 1984-02-01 | 1984-02-01 | 火炎監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59015266A JPS60162121A (ja) | 1984-02-01 | 1984-02-01 | 火炎監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60162121A true JPS60162121A (ja) | 1985-08-23 |
| JPH059695B2 JPH059695B2 (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=11884051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59015266A Granted JPS60162121A (ja) | 1984-02-01 | 1984-02-01 | 火炎監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60162121A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62276421A (ja) * | 1986-05-24 | 1987-12-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃焼診断装置 |
| GB2344883A (en) * | 1998-12-16 | 2000-06-21 | Graviner Ltd Kidde | Flame monitoring method and apparatus |
| US20100050912A1 (en) * | 2006-12-22 | 2010-03-04 | Khd Humboldt Wedag Gmbh | Method for controlling the operation of a rotary furnace burner |
| US8070482B2 (en) * | 2007-06-14 | 2011-12-06 | Universidad de Concepción | Combustion control system of detection and analysis of gas or fuel oil flames using optical devices |
-
1984
- 1984-02-01 JP JP59015266A patent/JPS60162121A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62276421A (ja) * | 1986-05-24 | 1987-12-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃焼診断装置 |
| GB2344883A (en) * | 1998-12-16 | 2000-06-21 | Graviner Ltd Kidde | Flame monitoring method and apparatus |
| GB2344883B (en) * | 1998-12-16 | 2003-10-29 | Graviner Ltd Kidde | Flame monitoring methods and apparatus |
| US20100050912A1 (en) * | 2006-12-22 | 2010-03-04 | Khd Humboldt Wedag Gmbh | Method for controlling the operation of a rotary furnace burner |
| US8070482B2 (en) * | 2007-06-14 | 2011-12-06 | Universidad de Concepción | Combustion control system of detection and analysis of gas or fuel oil flames using optical devices |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH059695B2 (ja) | 1993-02-05 |
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