KR100668800B1 - 파이프의 균열 위치 검출장치 - Google Patents

파이프의 균열 위치 검출장치 Download PDF

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한밭대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 파이프의 균열을 검출하기 위한 파이프의 균열 위치 검출장치에 관한 것으로서, 프레임 부재(100)와, 프레임 부재(100)의 내면에 원주방향으로 일정한 간격으로 설치되고 유압실린더에 의하여 지지되는 복수의 전방 바퀴 부재(122) 및 전방 이동 제어부(124, 126)를 구비하는 전방 이동 수단(120)과, 프레임 부재(100)의 내면에 원주방향으로 일정한 간격으로 설치되고 유압실린더에 의하여 지지되는 복수의 후방 바퀴 부재(132) 및 후방 이동 제어부(134, 136)를 구비하는 후방 이동 수단(130)과, 상기 후방 이동 제어부(134, 136)에서 검출된 상기 복수의 후방 바퀴 부재(132)의 회동수를 통하여 상기 프레임 부재(100)의 길이방향 이송 거리를 계산하고, 상기 초음파 신호 부재(140) 중에서 이상 신호를 센싱하는 초음파 소자의 반경방향 위치를 측정하는 제어부(160)와, 프레임 부재(100)에 구비되는 힌지 부재(170) 및 고정 부재(180)와, 제어부(160)로부터 프레임 부재(100)의 이송 거리와 이상 신호를 센싱하는 초음파 소자의 반경방향 위치를 수신받아 표시하는 디스플레이부(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
파이프, 초음파, 균열, 검출, 표시, 알람

Description

파이프의 균열 위치 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING THE LEAK POSITION OF A PIPE}
도 1은 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치를 펼쳐놓은 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치가 파이프의 균열위치를 검출하는 모습을 나타낸 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치가 파이프의 돌출부의 균열위치를 검출하는 모습을 나타낸 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치의 디스플레이부를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
1: 파이프 100: 프레임 부재
120: 전방 이동 수단 130: 후방 이동 수단
140: 초음파 신호 부재 160: 제어부
170: 힌지 부재 180: 고정 부재
220: 디스플레이부 240: 알람부
본 발명은 파이프의 균열을 검출하기 위한 파이프의 균열 위치 검출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 검출장치의 이동거리와 반경방향으로 복수개가 배치된 초음파 소자의 위치를 통하여 파이프의 균열 위치를 용이하게 알리는 파이프의 균열 위치 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 송유관, 지역난방 배관 등은 외부로부터 보호하기 위해 지하에 매설된다.
이러한 파이프 라인은 공급 설비로부터 수용 설비를 연결하기 때문에 대략 수km에서 수백km의 거리로 지하에 매설된다.
그러나, 상기의 파이프 라인은 지하에 매설되어 있는 이유로 인하여, 매설연수가 오래될 경우에 파이프 라인 연결부위와 용접부위의 부식 및 충격에 의한 파괴로 인하여 누수가 생길 수 있다. 이러한 누수는 막대한 열손실을 초래하기 때문에, 지하에 매설되어 있는 파이프 라인의 누수 여부 및 누수 위치를 확인하여 보수 또는 교체해야 할 필요가 있는 것이다.
본 발명은 파이프의 균열 위치를 검출장치의 이동거리와 이상 초음파 소자의 위치를 통하여 즉시 확인할 수 있도록 하는 파이프의 균열 위치 검출 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동 수단으로서 구비되는 바퀴가 유압실린더를 통하여 지지되도록 함으로써 파이프의 굴곡이 있는 부분까지도 용이하게 통과할 수 있는 파이프의 균열 위치 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파이프의 균열 위치를 디스플레이부를 통하여 표시할 뿐만 아니라, 알람으로 알려서 사용자가 즉시 파이프의 균열을 인지할 수 있도록 하는 파이프의 균열 위치 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반원통형상의 제1 프레임(102)과 반원통형상의 제2 프레임(104)으로 구성되는 프레임 부재(100)와, 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)의 내면 전방부에 원주방향으로 일정한 간격으로 설치되고 유압실린더에 의하여 지지되는 복수의 전방 바퀴 부재(122)와, 복수의 전방 바퀴 부재(122)를 구동시키면서 복수의 전방 바퀴 부재(122)의 회동수를 검출하는 전방 이동 제어부(124, 126)를 구비하는 전방 이동 수단(120)과, 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)의 내면 후방부에 원주방향으로 일정한 간격으로 설치되고 유압실린더에 의하여 지지되는 복수의 후방 바퀴 부재(132)와, 복수의 후방 바퀴 부재(132)를 구동시키면서 복수의 후방 바퀴 부재(132)의 회동수를 검출하는 후방 이동 제어부(134, 136)를 구비하는 후방 이동 수단(130)과, 제1 프레임(102)의 내면 중앙부에 원주방향으로 일정한 간격으로 배치된 복수의 제1 초음파 소자(142)와 제2 프레임(104)의 내면 중앙부에 원주방향으로 일정한 간격으로 배치된 복수의 제2 초음파 소자(144)로 구성되는 초음파 신호 부재(140)와, 상기 후방 이동 제어부(134, 136)에서 검출된 상기 복수의 후방 바퀴 부재(132)의 회동수를 통하여 상기 프레임 부재(100)의 길이방향 이송 거리를 계산하고, 상기 초음파 신호 부재(140) 중에서 이상 신호를 센싱하는 초음파 소자의 반경방향 위치를 측정하는 제어부(160)와, 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)의 길이방향 일단부에 제1 프레임(102)이 제2 프레임(104)에 대하여 회동가능하도록 설치된 힌지 부재(170)와, 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)의 길이방향 타단부에 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)을 고정시키는 고정 부재(180)와, 제어부(160)로부터 프레임 부재(100)의 이송 거리와 이상 신호를 센싱하는 초음파 소자의 반경방향 위치를 수신받아 표시하는 디스플레이부(220)를 포함하는 파이프의 균열 위치 검출장치를 제공한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치를 펼쳐놓은 사시도이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임 부재(100)는 반원통형상의 제1 프레임(102)과 반원통형상의 제2 프레임(104)으로 구성된다.
반원통형상의 제1 프레임(102) 및 제2 프레임(104)의 내면 전방부에는 전방 이동 수단(120)이 설치된다. 전방 이동 수단(120)은 원주방향으로 90°간격으로 배치된 4개의 전방 바퀴 부재(122)를 구비한다. 4개의 바퀴 각각은 바퀴 자체의 높이 조절이 가능하도록 유압실린더에 의하여 지지된다. 제1 프레임(102)의 내면에 설치된 2개의 전방 바퀴 부재(122)의 구동축은 전방 이동 제어부(124)에 연결되고, 제2 프레임(104)의 내면에 설치된 2개의 전방 바퀴 부재(122)의 구동축은 전방 이동 제어부(126)에 연결된다. 전방 이동 제어부(124, 126)는 바퀴의 구동축을 구동시키는 모터(미도시)를 구비하여 모터의 시동과 모터의 멈춤을 제어하고, 전방 이동 제어부(124, 126)는 제어부(160)와 연결된다.
반원통형상의 제1 프레임(102) 및 제2 프레임(104)의 내면 후방부에는 후방 이동 수단(130)이 설치된다. 후방 이동 수단(130)은 원주방향으로 90°간격으로 배치된 4개의 후방 바퀴 부재(132)를 구비한다. 4개의 바퀴 각각은 바퀴 자체의 높이 조절이 가능하도록 유압실린더에 의하여 지지된다. 제1 프레임(102)의 내면에 설치된 2개의 후방 바퀴 부재(132)의 구동축은 후방 이동 제어부(134)에 연결되고, 제2 프레임(104)의 내면에 설치된 2개의 후방 바퀴 부재(132)의 구동축은 후방 이동 제어부(136)에 연결된다. 후방 이동 제어부(134, 136)는 바퀴의 구동축을 구동시키는 모터(미도시)를 구비하여 모터의 시동과 모터의 멈춤을 제어하고, 후방 이동 제어부(134, 136)는 제어부(160)와 연결된다.
초음파 신호 부재(140)는 제1 프레임(102)의 내면 중앙부에 원주방향으로 일 정한 간격으로 배치된 복수의 제1 초음파 소자(142)와 제2 프레임(102)의 내면 중앙부에 원주방향으로 일정한 간격으로 배치된 복수의 제2 초음파 소자(144)로 구성된다. 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서는 복수의 제1 초음파 소자(142)가 4개 구비되고 복수의 제2 초음파 소자(144)가 4개 구비되어 8개의 초음파 소자가 원주방향으로 일정한 간격으로 배치된다. 8개의 초음파 소자는 본 발명의 일실시예로서 16개, 32개 등의 360°를 일정한 간격으로 분할하는 다양한 개수로 설치될 수 있다. 복수의 제1 및 제2 초음파 소자(142, 144)는 반사형 초음파 소자로서 35kHz∼38kHz의 주파수 범위를 갖는다.
제어부(160)는 전방 이동 제어부(124, 126)와의 신호 전달을 위한 제1 연결부(162)와, 후방 이동 제어부(134, 136)와의 신호 전달을 위한 제2 연결부(164)와 초음파 신호 부재(140)와의 신호 전달을 위한 제3 연결부(166)를 포함한다. 제1 연결부(162)와, 제2 연결부(164) 및 제3 연결부(166)는 각각 처리부(168)에 연결된다. 처리부(168)는 프레임 부재(100)를 관통하여 프레임 부재(100)의 외부로 돌출된 안테나(169)에 연결된다.
힌지 부재(170)는 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)의 길이방향 일단부에 설치되는 복수의 힌지(172)로 구성된다. 그에 따라, 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)은 상기 길이방향 일단부를 기준으로 서로 회동가능하게 결합된다.
고정 부재(180)는 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)의 길이방향 타단부에 설치된다. 고정 부재(180)는 제1 및 제2 프레임(102, 104)의 타단부에 각각 구비되는 플랜지(182)를 포함한다. 플랜지(182)는 반경방향 외부로 돌출된 사각기둥과 유 사한 형상으로 형성된다. 플랜지(182)에는 복수의 볼트공(184)이 형성된다. 복수의 볼트공(184)에는 각각 볼트(186)과 너트(188)가 결합(도 4 참조)되어 제1 프레임(102)과 제2 프레임(104)를 고정시킨다.
한편, 전방 이동 제어부(124, 126)와, 후방 이동 제어부(134, 136)와, 초음파 신호 부재(140) 및 제어부(160)는 배터리(도시생략) 또는 상용전원(AC110/220V)에 의해 동작될 수 있는 데, 무선으로 이동이 가능하도록 배터리에 의해 동작되는 것이 바람직하며, 배터리는 프레임 부재(100)에 설치된다.
또한, 전방 이동 제어부(124, 126)와, 후방 이동 제어부(134, 136)의 유압실린더의 높이를 조절하도록 각각의 유압실린더의 전단인 제1 프레임(102) 및 제2 프레임(104)의 내면에는 복수의 거리측정용 초음파 소자(146)가 설치되고, 거리측정용 초음파 소자(146)로부터 검출되는 신호를 통해 제어부(160)에서 파이프와의 거리를 검출하여 유압실린더의 높이를 조절하여 전방 바퀴 부재(122), 후방 바퀴 부재(132)가 파이프 상에서 이동되도록 한다.
디스플레이부(220)는 제어부(160)의 안테나(169)로부터 신호를 수신하기 위하여 구비된다. 디스플레이부(220)는 모니터 본체(222)와 모니터 본체(222)에 입출력을 위한 키보드(224) 및 검출장치의 상태를 표시하는 화면부(230)를 구비한다. 알람부(240)는 디스플레이부(220)와 연결선(242)을 통하여 연결된다.
지금부터는 상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치의 동작에 대하여 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 도 4는 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치가 파이프의 균열위치를 검출하는 모 습을 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치가 파이프의 돌출부의 균열위치를 검출하는 모습을 나타낸 측면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치의 디스플레이부를 나타내는 도면이다.
먼저, 복수의 전방 바퀴 부재(122)와 복수의 후방 바퀴 부재(132)는 각각 전방 이동 제어부(124, 126)와 후방 이동 제어부(134, 136)에 의하여 회전운동을 한다. 이러한 바퀴 부재의 회전운동에 따라, 프레임 부재(100)는 파이프(1)의 길이방향으로 이동된다. 프레임 부재(100)가 이동되는 과정에서 초음파 신호 부재(140)는 초음파 신호를 연속적으로 송수신한다.
프레임 부재(100)의 이동 중에 정상 초음파 소자(142a)로부터 초음파 발신 신호(U1)가 발사되면 파이프(1)의 외면으로부터 신호가 반사되어 초음파 수신 신호(U2)가 정상 초음파 소자(142a)에 수신된다. 이 경우, 신호가 반사된 거리는 정상 초음파 소자(142a)로부터 파이프(1)의 외면까지의 거리로 측정된다.
반면에, 이상 초음파 소자(144a)로부터 초음파 발신 신호(U3)가 발사되면 파이프(1)의 반대편 내면까지 신호가 전달 및 반사되어 초음파 수신 신호(U4)가 이상 초음파 소자(144a)에 수신된다. 이 경우에는 신호가 반사된 거리가 이상 초음파 소자(144a)로부터 파이프(1)의 내면까지의 거리로 측정된다.
따라서, 정상적인 파이프(1)로부터 반사된 초음파 신호의 수신시간과 균열이 생긴 부분으로부터 반사된 초음파 신호의 수신시간이 달라진다. 이를 통하여, 초음파 신호 부재(140)에 연결된 처리부(168)는 초음파 신호의 수신시간의 이상여부를 검출하여 이상 초음파 소자(144a)가 배치된 위치를 기억한다. 이와 동시에, 처리 부(168)는 전방 이동 제어부(124, 126) 및 후방 이동 제어부(134, 136)에 신호를 전달하여 복수의 전방 바퀴 부재(122) 및 복수의 후방 바퀴 부재(132)의 구동을 정지시킨다.
복수의 전방 바퀴 부재(122) 및 복수의 후방 바퀴 부재(132)가 구동 정지됨과 동시에 처리부(168)는 후방 이동 제어부(136)로부터 바퀴의 이동거리를 수신하고, 초음파 신호 부재(140)로부터 이상 신호가 발생된 초음파 소자의 위치를 수신하여 안테나(169)를 통하여 디스플레이부(220)에 전송한다. 디스플레이부(220)의 화면부(230)에는 이상 여부 발생을 알리는 화면이 나타나게 됨과 동시에, 알람부(240)를 통하여 파이프 균열을 알리는 경보음이 생성된다. 이를 통하여, 사용자는 파이프(1)에 균열이 생겼다는 것을 파악할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파이프의 균열 위치 검출장치는 파이프(1)의 돌출부(2)까지 지나가면서 파이프(1)의 균열을 검출할 수 있다. 즉, 복수의 전방 및 후방 바퀴 부재(122, 132)는 유압실린더에 의하여 지지되기 때문에, 복수의 전방 및 후방 바퀴 부재(122, 132)가 돌출부(2)를 지날 때 유압실린더에 의하여 높이가 줄어들면서 돌출부(2)에 접촉된다. 이때, 유압실린더는 제어부(160)의 제어에 따라 그 높이가 가변된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(220)의 화면부(230)에는 파이프(1)에 균열이 발생된 것이 측정되었을 경우, 현재 파이프(1)의 균열이 발생하였음을 알리는 균열알림문자를 균열알림부(232)에서 깜박거린다. 또한, 화면부(230)에는 복수의 전방 및 후방 바퀴 부재(122, 132)의 이동거리를 길이방향 이동거리 표시 부(234)를 통해 표시하고, 균열 발생을 감지한 초음파 소자를 이상초음파 소자 표시부(236)를 통해 표시한다. 따라서, 사용자는 파이프에 균열이 발생하였는지 여부와 균열이 발생한 파이프의 위치를 용이하게 파악할 수 있다. 즉, 몇 ㎝의 이동 거리에서 n번째 초음파 소자가 이상이 발생했는지를 표시한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 나타내는 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형과 수정을 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 파이프의 균열 위치를 검출장치의 이동거리와 이상 초음파 소자의 위치를 통하여 즉시 확인하는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 이동 수단으로서 구비되는 바퀴가 유압실린더를 통하여 지지되도록 함으로써 파이프의 굴곡이 있는 부분까지도 용이하게 통과할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라, 본 발명은 파이프의 균열 위치를 디스플레이부를 통하여 표시할 뿐만 아니라, 알람으로 알려서 사용자가 즉시 파이프의 균열을 인지할 수 있도록 한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (5)

  1. 반원통형상의 제1 프레임(102)과 반원통형상의 제2 프레임(104)으로 구성되는 프레임 부재(100)와;
    상기 제1 프레임(102)과 상기 제2 프레임(104)의 내면 전방부에 원주방향으로 일정한 간격으로 설치되고 유압실린더에 의하여 지지되는 복수의 전방 바퀴 부재(122)와, 상기 복수의 전방 바퀴 부재(122)를 구동시키면서 상기 복수의 전방 바퀴 부재(122)의 회동수를 검출하는 전방 이동 제어부(124, 126)를 구비하는 전방 이동 수단(120)과;
    상기 제1 프레임(102)과 상기 제2 프레임(104)의 내면 후방부에 원주방향으로 일정한 간격으로 설치되고 유압실린더에 의하여 지지되는 복수의 후방 바퀴 부재(132)와, 상기 복수의 후방 바퀴 부재(132)를 구동시키면서 상기 복수의 후방 바퀴 부재(132)의 회동수를 검출하는 후방 이동 제어부(134, 136)를 구비하는 후방 이동 수단(130)과;
    상기 제1 프레임(102)의 내면 중앙부에 원주방향으로 일정한 간격으로 배치된 복수의 제1 초음파 소자(142)와 상기 제2 프레임(104)의 내면 중앙부에 원주방향으로 일정한 간격으로 배치된 복수의 제2 초음파 소자(144)로 구성되는 초음파 신호 부재(140)와;
    상기 후방 이동 제어부(134, 136)에서 검출된 상기 복수의 후방 바퀴 부재(132)의 회동수를 통하여 상기 프레임 부재(100)의 길이방향 이송 거리를 계산하고, 상기 초음파 신호 부재(140) 중에서 이상 신호를 센싱하는 초음파 소자의 반경방향 위치를 측정하는 제어부(160)와;
    상기 제1 프레임(102)과 상기 제2 프레임(104)의 길이방향 일단부에 상기 제1 프레임(102)이 상기 제2 프레임(104)에 대하여 회동가능하도록 설치된 힌지 부재(170)와;
    상기 제1 프레임(102)과 상기 제2 프레임(104)의 길이방향 타단부에 상기 제1 프레임(102)과 상기 제2 프레임(104)을 고정시키는 고정 부재(180); 및
    상기 제어부(160)로부터 상기 프레임 부재(100)의 이송 거리와 이상 신호를 센싱하는 초음파 소자의 반경방향 위치를 무선 통신을 통해 수신받아 표시하는 디스플레이부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프의 균열 위치 검출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고정 부재(180)는,
    상기 제1 프레임(102)와 상기 제2 프레임(104)의 길이방향 타단부에 각각 형성된 플랜지(182)와;
    상기 플랜지(182)에 형성된 복수의 볼트공(184)과;
    상기 볼트공(184)에 끼워지는 복수의 볼트(186); 및
    상기 복수의 볼트(186)에 각각 결합되는 복수의 너트(188)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프의 균열 위치 검출장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 디스플레이부(220)에 연결되어 상기 파이프의 균열이 검출되었을 경우 경보음을 내는 알람부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프의 균열 위치 검출장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 디스플레이부(220)는,
    균열 발생을 균열알림문자로 표시하는 균열알림부(232)와;
    이동거리를 표시하는 길이방향 이동거리 표시부(234)와;
    균열 발생을 감지한 초음파 소자를 표시하는 이상초음파 소자 표시부(236)를 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프의 균열 위치 검출장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임 부재(100)는,
    상기 전방 이동 수단(120)과 후방 이동 수단(130)의 유압실린더의 높이를 조절하도록 각각의 상기 유압실린더의 전단에 복수의 거리측정용 초음파 소자(146)가 더 구비되고,
    상기 제어부(160)에서 상기 거리측정용 초음파 소자(146)로부터 검출되는 신호를 통해 거리를 측정하여 상기 유압실린더의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 파이프의 균열 위치 검출장치.
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