KR20180130810A - Resonator of non-welding type and water level sensing device with the same - Google Patents

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KR20180130810A
KR20180130810A KR1020170066873A KR20170066873A KR20180130810A KR 20180130810 A KR20180130810 A KR 20180130810A KR 1020170066873 A KR1020170066873 A KR 1020170066873A KR 20170066873 A KR20170066873 A KR 20170066873A KR 20180130810 A KR20180130810 A KR 20180130810A
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Abstract

In manufacturing a sensing apparatus used for checking a water level in a ballast tank of a ship, the present invention relates to a non - welded resonator structure which is a structure which prevents damage of a piezoelectric element due to a welding impact by preventing occurrence of a welded unit and the like, and makes it possible to manufacture the sensing apparatus of relatively uniform quality, and a high-level alarm apparatus using the same. The resonator structure for a sound wave sensor according to the present invention comprises: a main body having a resonance unit and a sensor installation unit; a cylindrical sensor cover member which is spirally coupled to the outer surface of the resonance unit and has the sensor installation unit for surrounding the sensor installation unit; and an upper end cap to which a lower end is spirally coupled to an upper end of the sensor cover member and to which a connection line passing through an upper through hole can be connected to the outside.

Description

비용접형 공진구조체 및 그것을 이용한 고수위경보장치{Resonator of non-welding type and water level sensing device with the same} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an inexpensive resonant structure and a high-

본 발명은 비용접형 공진구조체 및 그것을 이용한 고수위경보장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inexpensive resonance structure and a high-level alarm device using the same.

보다 상세하게는 선박의 밸러스트탱크나, 액체를 저장하는 액체저장탱크에서 설정된 수위에 액체가 도달했는지 여부를 접촉에 의해 감지하여 경보신호를 생성할 수 있는 비용접형 공진구조체 및 그것을 이용한 고수위경보장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an inexpensive cost resonant structure capable of sensing an arrival of a liquid at a predetermined level in a ballast tank of a ship or a liquid storage tank for storing the liquid by contact and generating an alarm signal and a high- .

선박의 밸러스트탱크, 대용량의 액체저장탱크 등에는 내부에 물 또는 액체의 수위를 확인하기 위하여 수위를 확인할 수 있는 센서가 설치되어 경계수위에 도달했는지 여부를 확인하여 경보할 수 있다.A ballast tank of a ship, a large-capacity liquid storage tank, etc., may be provided with a sensor capable of checking the water level to check the level of the water or liquid, and can check whether the water level has reached the water level.

상기 센서에 의한 수위확인을 통하여 작업자는 탱크 내의 물 또는 액체의 주입작업을 중단하거나 그 속도를 조절할 수 있다.Through the confirmation of the water level by the sensor, the operator can stop the water or liquid injection operation in the tank or adjust the speed thereof.

도 1은 수위를 감지하기 위한 음파센서가 선박의 밸러스트 탱크에 설치된 구조를 도시하고 있다.1 shows a structure in which a sound wave sensor for detecting a water level is installed in a ballast tank of a ship.

도 1을 참고하면, 밸러스트 탱크(1)의 상단 천정부에 음파센서(2)가 설치되어 밸러스트 탱크(1)의 수면이 상승하여 음파센서(2)와 접촉하면, 그 접촉상태를 감지하여 수면의 상승상태를 경보하게 된다.1, an acoustic wave sensor 2 is installed on an upper ceiling portion of a ballast tank 1 so that when the water level of the ballast tank 1 rises and comes into contact with the acoustic wave sensor 2, Thereby alarming the rising state.

그러한 음파센서(2)의 구조에 대하여 도 2에서도 도시하고 있다.The structure of such a sound wave sensor 2 is also shown in Fig.

도 2는 한국등록특허공보 제10-1324889호에 기재된 것으로서, 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자(3)와, 상기 압전소자(3)의 하면에 접합되는 세라믹연결판(4)과, 상기 세라믹연결판(4)의 하면에 접합되어 압전소자(3)에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 봉형상의 금속제 기판(5)을 포함한다.Fig. 2 is a view showing a piezoelectric element 3 for generating sound waves or ultrasonic waves, a ceramic connecting plate 4 connected to a lower surface of the piezoelectric element 3, And a bar-shaped metal substrate 5 bonded to the lower surface of the connecting plate 4 for advancing sound waves or ultrasonic waves generated in the piezoelectric elements 3 from the inside.

또한, 그 금속제 기판(5)의 하단에는 금속공진체(6)를 부착하여 사용하되, 상기 금속공진체(6)는 상단에 기판(5)의 하단과 접합될 수 있도록 접합돌기체(7)가 돌출되도록 형성되어 있고, 접합돌기체(7)에 의해 기판(5)의 하단과 접합됨으로써 압전소자(3)에서 발진한 음파는 기판(5)을 거쳐 금속공진체(6)로 전달될 수 있다.The metal resonator 6 is attached to the lower end of the metal substrate 5 so that the metal resonator 6 can be joined to the lower end of the substrate 5 at the upper end thereof. And the acoustic wave oscillated by the piezoelectric element 3 is coupled to the lower end of the substrate 5 by the joint pawl body 7 to be transmitted to the metal resonator 6 through the substrate 5. [ have.

이에 따라, 금속공진체(6)로 전달된 음파는 금속공진체(6)의 하단에서 반사되어 반사파가 압전소자(3)를 향하여 다시 전달된다. 이 때, 금속공진체(6)의 하단이 수면에 접하지 않은 경우에 비하여 금속공진체(6)의 하단이 수면과 접한 경우에 반사파의 진폭이 현저히 감소하게 된다.Accordingly, the sound wave transmitted to the metal resonator 6 is reflected at the lower end of the metal resonator 6, and the reflected wave is transmitted toward the piezoelectric element 3 again. At this time, when the lower end of the metal resonator 6 is in contact with the water surface, the amplitude of the reflected wave is remarkably reduced compared with the case where the lower end of the metal resonator 6 is not in contact with the water surface.

그 감소된 진폭의 반사파는 압전소자(3)에 전달되어 압전소자(3)가 전기신호를 생성하고, 압전소자(3)에서 생성된 전기신호가 판별회로부로 전달됨으로써 진폭의 감소정도를 판별한다. 물과 접촉한 상태에서는 접촉하지 않은 상태의 전류값과 차이가 발생하므로 판별회로부는 경보수위에 도달했음을 판별할 수 있다.The reflected wave of the reduced amplitude is transmitted to the piezoelectric element 3 so that the piezoelectric element 3 generates an electric signal and the electric signal generated in the piezoelectric element 3 is transmitted to the discrimination circuit section to determine the degree of decrease in amplitude . In the state of being in contact with water, a difference is generated between the current value in the non-contact state, so that the determination circuit section can determine that the alarm level has been reached.

그러나, 그와 같은 종래 금속공진체의 경우, 음파 또는 초음파를 음파센서(2)의 기판(5)으로부터 전달받기 위해 접합돌기체(7)가 상단에 노출되도록 설치되어 있으나, 그 접합돌기체(7)는 금속공진체(6)의 몸체(9) 내에 매설된 상태로 형성됨으로써 접합돌기체(7)를 통해 전달되는 음파 또는 초음파가 감쇄되는 바, 공명부까지 전달되는 음파 또는 초음파 신호가 현저히 약화되어 반사되는 반사파도 그 세기가 현저히 저하되는 문제점이 있다.However, in such a conventional metal resonator, the joint pawl body 7 is provided so as to be exposed at the upper end to receive sound waves or ultrasonic waves from the substrate 5 of the acoustic wave sensor 2, 7 are embedded in the body 9 of the metal resonator 6 so that the sound waves or ultrasonic waves transmitted through the joint pillar body 7 are attenuated and the sound waves or ultrasonic signals transmitted to the resonance portion are significantly There is a problem that the intensity of the reflected wave reflected by the weakened wave significantly decreases.

도 3은 그러한 사항에 대하여 개선된 구조의 감지장치를 도시하는 것으로서, 한국등록특허공보 제10-1553592호에 기재된 것이다.FIG. 3 shows a sensing device with an improved structure for such a matter, which is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1553592.

도 3을 참조하면, 상기 공진구조체(10)는, 하부에는 밀폐된 공진공간(11a)이 내부에 설치된 원기둥 형상의 공진부(11)가 설치되고, 중간부에는 테이퍼(taper)경사면(12)이 형성되도록 그 직경이 점점 작아지며, 상부는 공진부(11)보다 작은 직경의 음파전달로드(13)가 수직으로 연장되어 있는 공진부재; 하단(14)이 공진부(11)의 외면에 접합되며, 음파전달로드(13)가 내부를 통과하여 상측에 노출되도록 끼워지는 튜브(tube)형상을 가진 중간연결부재(15); 및, 상기 중간연결부재(15)의 상단에 접합되어 음파전달로드(13)의 상단에 설치된 음파센서(18)를 외부에서 보호하기 위한 원통형상의 센서커버부재(16)를 포함한다.3, the resonator structure 10 is provided with a cylindrical resonance portion 11 having a closed resonance space 11a therein and a tapered inclined surface 12 at an intermediate portion thereof. And the upper portion of which is a resonance member in which a sound wave transmitting rod 13 having a diameter smaller than that of the resonance portion 11 is vertically extended; An intermediate connecting member 15 having a tube shape in which the lower end 14 is joined to the outer surface of the resonator 11 and the sound wave transmitting rod 13 is inserted so as to be exposed through the inside and exposed upward; And a cylindrical sensor cover member 16 bonded to the upper end of the intermediate connecting member 15 to protect the sound wave sensor 18 provided at the upper end of the sound wave transmitting rod 13 from the outside.

음파센서(18)에서 발진한 음파 또는 초음파는 음파전달로드(13)를 통해 공진공간(11a)에 전달되어 공진하고, 다시 반사되어 음파전달로드(13)를 통해 음파센서(18)로 전달된다.The sound wave or ultrasonic wave emitted from the sound wave sensor 18 is transmitted to the resonance space 11a through the sound wave transmitting rod 13 and is resonated and transmitted again to the sound wave sensor 18 through the sound wave transmitting rod 13 .

탱크 내에서 공진부(11)의 하단(11b)에 물이 접촉하는 경우, 음파센서(18)에서 발생된 음파 또는 초음파가 반사되어 되돌아 올 때, 그 진폭이 현저히 감소된다.When water comes into contact with the lower end 11b of the resonance part 11 in the tank, the amplitude is significantly reduced when the sound wave or ultrasonic wave generated by the sound wave sensor 18 is reflected and returned.

이에 따라, 감지된 진동으로 음파센서(18)에서 발생된 전기신호는 전류값으로 판별회로부로 전달되고, 공진부(11)의 하단이 물과 접촉하지 않은 상태의 전류값과 차이가 발생하므로 판별회로부는 경보수위에 도달했음을 판별하게 된다. Accordingly, the electric signal generated by the sound wave sensor 18 by the sensed vibration is transmitted to the discrimination circuit section as a current value, and a difference is generated between the current value in the state where the lower end of the resonance section 11 is not in contact with water, The circuit portion determines that the alarm level has been reached.

그러나, 상기 음파센서의 구조는 음파전달로드(13)의 상단과 음파센서(18)의 하단에서 용접이 이루어지고, 중간연결부재(15)의 하단(14)과 공진부재(10)의 테이퍼경사면(12)을 용접하여 용접부를 형성하는 구조이다.The structure of the sound wave sensor is such that the upper end of the sound wave transmitting rod 13 and the lower end of the sound wave sensor 18 are welded and the lower end 14 of the intermediate connecting member 15 and the tapered inclined surface (12) is welded to form a welded portion.

이러한 구조에서 생성되는 용접부는 그 생성시 발생하는 용접충격에 의해 압전소자의 압전특성이 손상되어 음파센서(18)의 성능을 저하시키는 원인이 되고, 그 생성되는 용접부의 두께의 조절도 어려워 음파센서의 품질을 균일화하기 어려운 문제도 있다.The welded portion generated in such a structure damages the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element due to the welding shock generated at the time of generation of the welded portion, thereby deteriorating the performance of the acoustic wave sensor 18. Also, it is difficult to control the thickness of the generated welded portion, There is also a problem that it is difficult to uniformize the quality of the product.

본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선박의 밸러스트 탱크 등에서 수위확인용으로 사용되는 감지장치를 제작함에 있어, 용접부 등이 발생하지 않도록 하여 용접충격에 의한 압전소자의 손상이 발생하지 않도록 하고, 비교적 균일한 품질의 감지장치의 제작이 가능하도록 한 구조의 비용접형 공진구조체 및 그것을 이용한 고수위경보장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a sensing device for use in a ballast tank for checking the level of water in a ship, And to provide a high-level alarm device using the non-built-in resonant structure.

이에 따라 본 발명에 따른 음파센서용 공진구조체는, 수직의 중심선을 따라, 하부에는 밀폐된 공진공간이 내부에 설치된 원기둥 형상의 공진부가 설치되고, 상기 공진부의 상측에는 테이퍼(taper)경사면이 형성되도록 그 직경이 점점 작아지며, 상기 테이퍼경사면의 상부는 상기 공진부보다 작은 직경의 음파전달로드가 수직으로 연장되어 있는 공진부와, 상기 음파전달로드이 상측에 일체로 연결되고 상측으로 가면서 테이퍼경사면이 형성되어 그 직경이 점차 증가하며 상단에 음파센서가 접합되기 위한 센서설치부를 구비한 본체와, 하단이 상기 공진부의 외면에 나선결합되고 내부에 상기 센서설치부가 위치할 수 있도록 상기 센서설치부를 감싸는 원통형상의 센서커버부재와, 하단이 상기 센서커버부재의 상단에 나선결합되는 것으로서 상단의 통공을 내부에서 통과해온 연결선이 외부로 연결될 수 있는 상단캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, in the resonance structure for a sound wave sensor according to the present invention, a cylindrical resonance portion having a closed resonance space is provided along the vertical center line, and a tapered inclined surface is formed on the resonance portion And the upper portion of the tapered inclined surface has a resonance portion in which a sound wave transmitting rod having a diameter smaller than that of the resonance portion is vertically extended, and a tapered inclined surface formed integrally with the sound wave transmitting rod on the upper side, And a sensor mounting portion for connecting the sound sensor to the upper end thereof. The lower end of the cylindrical portion is helically connected to the outer surface of the resonating portion and surrounds the sensor mounting portion, And a lower end of the sensor cover member is spirally coupled to an upper end of the sensor cover member, And a top cap to which a connection line passing through the inside can be connected to the outside.

또한, 본 발명은 상기 센서커버부재가 그 하단이 상기 공진부의 외면에 나선결합될 수 있도록 암나선이 형성되어 있고, 상기 공진부의 외면에는 상기 센서커버부재의 하단이 나선결합되도록 외주면에 나선이 형성되어 있으며, 상기 센서커버부재의 상단의 외주면에도 상기 상단캡이 나선결합될 수 있는 나선이 형성된 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the sensor cover member is formed with a female screw so that the lower end of the sensor cover member can be spirally engaged with the outer surface of the resonator unit, and a spiral is formed on the outer surface of the resonator unit so that the lower end of the sensor cover member is spirally engaged. And the upper surface of the sensor cover member is formed on the outer circumferential surface thereof with a helix to which the upper cap can be spirally engaged.

다른 관점에서 본 발명은 고수위 경보장치를 제공하는 것으로서, 수직의 중심선을 따라, 하부에는 밀폐된 공진공간이 내부에 설치된 원기둥 형상의 공진부가 설치되고, 상기 공진부의 상측에는 테이퍼(taper)경사면이 형성되도록 그 직경이 점점 작아지며, 상기 테이퍼경사면의 상부는 상기 공진부보다 작은 직경의 음파전달로드가 수직으로 연장되어 있는 공진부와, 상기 음파전달로드이 상측에 일체로 연결되고 상측으로 가면서 테이퍼경사면이 형성되어 그 직경이 점차 증가하며 상단에 음파센서가 접합되기 위한 센서설치부를 구비한 본체와, 하단이 상기 공진부의 외면에 나선결합되고 내부에 상기 센서설치부가 위치할 수 있도록 상기 센서설치부를 감싸는 원통형상의 센서커버부재와, 하단이 상기 센서커버부재의 상단에 나선결합되는 것으로서 상단의 통공을 내부에서 통과해온 연결선이 외부로 연결될 수 있는 상단캡, 및 상기 센서설치부의 상단에 접합된 음파센서를 포함하되, 상기 음파센서는, 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자와, 상기 압전소자의 하면에 접합되는 세라믹연결판과, 상기 세라믹연결판의 하면에 접합되어 압전소자에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 봉형상의 금속제 기판과, 상기 압전소자가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자가 수신한 음파 또는 초음파에 의해 생성된 전기신호를 전달받아 그 전기신호의 변화정도를 기준치와 비교하는 판별회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a high-level alarm device, wherein a cylindrical resonance portion having a closed resonance space is provided in a lower portion along a vertical center line, and a tapered inclined surface is formed on the upper side of the resonance portion And an upper portion of the tapered inclined surface has a resonance portion in which a sound wave transmitting rod having a diameter smaller than that of the resonance portion is vertically extended. The sound wave transmitting rod is integrally connected to the upper side of the sound wave transmitting rod, And a sensor mounting part for bonding the sound wave sensor to the upper end thereof. The lower end of the cylindrical body is coupled to the outer surface of the resonant part, and the sensor mounting part is disposed inside the cylindrical body. And the lower end of the sensor cover member is spirally coupled to the upper end of the sensor cover member And a sound wave sensor connected to the upper end of the sensor mounting part. The sound wave sensor includes a piezoelectric transducer installed at an upper end to generate a sound wave or an ultrasonic wave, A ceramic connecting plate joined to the lower surface of the piezoelectric element; a rod-like metal substrate bonded to the lower surface of the ceramic connecting plate to advance sound waves or ultrasonic waves generated in the piezoelectric element from the inside; And a discrimination circuit part which receives the electric signal generated by the ultrasonic wave or the sound wave received by the piezoelectric element and compares the degree of change of the electric signal with a reference value.

또한, 본 발명의 고수위 경보장치는 상기 센서커버부재는가 그 하단이 상기 공진부의 외면에 나선결합될 수 있도록 암나선이 형성되어 있고, 상기 공진부의 외면에는 상기 센서커버부재의 하단이 나선결합되도록 외주면에 나선이 형성되어 있으며, 상기 센서커버부재의 상단의 외주면에도 상기 상단캡이 나선결합될 수 있는 나선이 형성된 것을 다른 특징으로 한다.In the high-level alarm device of the present invention, the sensor cover member is formed with an arm spiral so that the lower end of the sensor cover member can be spirally coupled to the outer surface of the resonator unit. On the outer surface of the resonator unit, And a spiral wire is formed on an outer peripheral surface of the upper end of the sensor cover member so that the upper cap can be spirally engaged.

본 발명에 따른 공진구조체 및 그것을 이용한 고수위경보장치는, 본체와 센서커버부재의 결합이 용접의 필요가 없이 나선결합에 의해 이루어지도록 구성하고 있는 바, 용접시의 용접충격에 의한 압전소자의 손상을 방지할 수 있고, 용접두께의 조절에 대한 어려움도 해소할 수 있다.The resonator structure and the high-level alarm apparatus using the resonator structure according to the present invention are constructed so that the main body and the sensor cover member are coupled by spiral coupling without the need for welding. And it is possible to eliminate the difficulty in controlling the welding thickness.

이에 따라, 고수위경보장치의 제작이 보다 용이하게 이루어면서도 센서에 의한 수위측정이 보다 양호하게 이루어질 수 있다.Accordingly, the water level measurement by the sensor can be performed more satisfactorily while the manufacture of the high water level alarm device is made easier.

또한, 본 발명에 따른 공진구조체 및 그것을 이용한 고수위경보장치는, 공진부재의 음파전달로드가 타 부재의 간섭을 받지 않고 음파센서와 결합되도록 구성되어 있는 바, 공진부로 전달되고 반사되는 음파 또는 초음파의 감쇄가 최소화될 수 있다. 이에 따라, 음파센서에 의해 반사되는 음파 또는 초음파의 감지가 외란에 의해 크게 영향받지 않고 정확하게 이루어질 수 있다.The resonator structure and the high-level alarm device using the resonator structure according to the present invention are configured such that the sound wave transmitting rod of the resonance member is coupled to the sound wave sensor without being interfered with other members. Attenuation can be minimized. Accordingly, the detection of the sound wave or the ultrasonic wave reflected by the sound wave sensor can be accurately performed without being greatly affected by the disturbance.

도 1은 종래 수위를 감지하기 위한 음파센서가 선박의 밸러스트 탱크에 설치된 설명도
도 2는 종래 선박의 밸러스트 탱크에 설치되는 수위 감지센서의 일예를 도시하는 설명도
도 3은 종래 다른 구조의 수위 감지센서의 구성도
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보장치의 분해사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보장치의 단면구성도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보장치가 물을 저장하는 탱크의 내부에 설치되어 수위를 감지하는 작용에 대한 설명도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보장치의 감지특성을 종래와 비교하여 나타내는 결과 그래프1 is an explanatory view in which a sound wave sensor for detecting a water level is installed in a ballast tank of a ship
2 is an explanatory view showing an example of a water level sensor installed in a ballast tank of a conventional ship;
Fig. 3 is a block diagram of a water level sensor having a conventional structure
4 is an exploded perspective view of a high-level alarm device according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a high-level alarm device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an operation of detecting a water level by installing a high-level alarm device according to an embodiment of the present invention in a tank for storing water.
FIG. 7 is a graph showing a result of comparing the sensing characteristics of a high-level alarm device according to an embodiment of the present invention with a conventional one

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 고수위 경보장치는 공진구조체와, 그 내부에 설치된 음파센서(50)를 포함한다.4 and 5, the high-level alarm device of the present invention includes a resonance structure and an acoustic wave sensor 50 installed therein.

상기 공진구조체는, 수직의 중심선을 따라, 하부에는 밀폐된 공진공간(31)이 내부에 설치된 원기둥 형상의 공진부재(32)가 설치되고, 상기 공진부재(32)의 상측에는 테이퍼(taper)경사면이 형성되도록 그 직경이 점점 작아지며, 상기 테이퍼경사면(33)의 상부는 상기 공진부재(32)보다 작은 직경의 음파전달로드(34)가 수직으로 연장되어 있는 공진부(30)와, 상기 음파전달로드(34)이 상측에 일체로 연결되고 상측으로 가면서 테이퍼경사면(33)이 형성되어 그 직경이 점차 증가하며 상단에 음파센서(50)가 접합되기 위한 센서설치부(40)를 구비한 본체(20)와, 하단이 상기 공진부재(32)의 외면에 나선결합되고 내부에 상기 센서설치부(40)가 위치할 수 있도록 상기 센서설치부(40)를 감싸는 원통형상의 센서커버부재(60)와, 하단이 상기 센서커버부재(60)의 상단에 나선결합되는 것으로서 상단의 통공을 내부에서 통과해온 연결선(56a,56b)이 외부로 연결될 수 있는 상단캡(70)을 포함한다.The resonance structure is provided with a cylindrical resonance member 32 having a resonance space 31 sealed inside at its lower portion along a vertical center line and a tapered inclined surface 32 is formed on the upper side of the resonance member 32. [ And the upper part of the tapered inclined surface 33 includes a resonance part 30 in which a sound wave transmitting rod 34 having a diameter smaller than that of the resonance member 32 is vertically extended, And a sensor mounting portion 40 which is integrally connected to the upper side of the transmission rod 34 and has a tapered inclined surface 33 formed on its upper side to gradually increase its diameter and to connect the acoustic wave sensor 50 to the upper end thereof. And a cylindrical sensor cover member 60 which surrounds the sensor mounting portion 40 so that the lower end of the sensor cover 40 is spirally coupled to the outer surface of the resonant member 32 and the sensor mounting portion 40 is located therein, And a lower end of which is coupled to the upper end of the sensor cover member (60) And includes a top cap 70 to which the connection lines 56a and 56b, which have passed through the through hole at the top, can be connected to the outside.

상기 공진구조체는, 하부에 물이 유입되지 않도록 밀폐되어 공진공간(31)이 형성되고 전달되는 음파 또는 초음파의 공진이 발생하는 공진부재(32)가 설치된다. The resonance structure is provided with a resonance member 32 for generating resonance of a sound wave or an ultrasonic wave which is formed in a resonance space 31 and sealed so as to prevent water from flowing into the lower portion.

또한, 중간부분에 설치된 테이퍼(taper)경사면(33)은 그 직경이 점점 작아져 상부의 음파전달로드(34)와 연결된다.Further, the taper inclined surface 33 provided at the intermediate portion is smaller in diameter and connected to the sound wave transmitting rod 34 at the upper portion.

상기 공진공간(31)의 바닥부분(32a)은 그것의 측벽보다 얇은 두께로 형성되도록 하고, 이는 공진부재(32)가 물과 접촉한 상태인 경우, 바닥부분에 전달된 진동을 감쇄시키는 물의 영향을 확실히 받을 수 있도록 한 것이다. 즉, 두꺼운 두께보다 얇은 두께에서 접촉되는 물에 의해 진동감쇄특성이 뚜렷이 나타나므로 물의 접촉여부의 판별이 용이하다.The bottom portion 32a of the resonance space 31 is formed to be thinner than the side wall thereof so that when the resonance member 32 is in contact with water the influence of the water attenuating the vibration transmitted to the bottom portion To be sure. That is, since vibration damping characteristics are clearly shown by the water contacted at a thickness smaller than the thick thickness, it is easy to discriminate whether or not the water is in contact.

또한, 상기 공진공간(31)의 직경은 후술하는 압전소자(55)와 같은 직경으로 형성된다. 이는 진동을 발생시키는 압전소자(55)와 공진을 일으키는 공진공간(31)의 크기를 일치시켜 공진이 보다 원활이 발생하도록 한다. The diameter of the resonance space 31 is the same as the diameter of the piezoelectric element 55 described later. This allows the resonance to occur more smoothly by matching the size of the resonance space 31 causing resonance with the piezoelectric element 55 that generates vibration.

공진공간(31)의 상부는 종(鐘)형상의 공간을 가지는 것이 바람직하다.The upper portion of the resonance space 31 preferably has a bell-shaped space.

음파전달로드(34)은 원기둥형상인 공진부(30)보다 작은 직경으로 수직으로 세워진 형상이고, 튜브형상인 센서커버부재(60)의 내부에 위치한다.The sound wave transmitting rod 34 has a shape vertically erected at a smaller diameter than the cylindrical resonance portion 30 and is located inside the sensor cover member 60 in a tubular shape.

한편, 상기 센서커버부재(60)는 튜브(tube)형상이고, 공진부(30)의 음파전달로드(34)가 내부에 위치하며, 하단이 공진부재(32)의 외면에 나선결합되고 내부에 상기 센서설치부(40)가 위치할 수 있도록 센서설치부(40)를 감싸는 원통형상으로 이루어진다.The sensor cover member 60 is in the form of a tube and the sound wave transmitting rod 34 of the resonator unit 30 is located inside and the lower end of the sensor cover member 60 is spirally coupled to the outer surface of the resonator member 32, And a cylindrical shape surrounding the sensor mounting portion 40 so that the sensor mounting portion 40 can be positioned.

상기 센서커버부재(60)는 그 하단이 공진부(30)의 외면에 나선결합될 수 있도록 암나선(66)이 형성되어 있고, 공진부재(32)의 외면에는 센서커버부재(60)의 하단이 나선결합되도록 외주면에 나선(36)이 형성되어 있다.The sensor cover member 60 is formed with an arm spiral 66 so that the lower end of the sensor cover member 60 can be spirally engaged with the outer surface of the resonator unit 30. A lower end of the sensor cover member 60 is fixed to the outer surface of the resonator member 32, A spiral 36 is formed on the outer peripheral surface.

또한, 센서커버부재(60)의 상단의 외주면에도 상단캡(70)이 나선결합될 수 있는 나선(63)이 형성되어 있고, 상단캡(70)에도 그 나선(63)과 결합되는 암나선(73)이 형성되어 있다.A spiral 63 is formed on the outer circumferential surface of the upper end of the sensor cover member 60 so that the upper cap 70 can be engaged with the spiral. 73 are formed.

상기 상단캡(70)은 내부공간이 상하로 관통되도록 형성되어 하단이 상기 센서커버부재(60)의 상단에 나선결합되는 것으로서 상단의 통공을 내부에서 통과해온 연결선(56a,56b)이 외부로 연결될 수 있다.The upper cap 70 is formed so as to penetrate the inner space upward and downward and has a lower end spirally coupled to the upper end of the sensor cover member 60 so that the connection lines 56a and 56b, .

한편, 상기 음파센서(50)는 공진구조체(40)의 내부에 설치되는 것으로서, 상기 음파전달로드(34)의 상단에 접합된다.The sound wave sensor 50 is installed inside the resonance structure 40 and is joined to the upper end of the sound wave transmission rod 34.

상기 음파센서(50)는, 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자(55)와, 상기 압전소자(55)의 하면에 접합되는 세라믹연결판(53)과, 상기 세라믹연결판(53)의 하면에 접합되어 압전소자(55)에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 금속제 기판(51)과, 상기 압전소자(55)가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 압전소자(55)가 수신한 음파 또는 초음파에 의해 생성된 전기신호를 전달받아 그 전기신호의 변화정도를 기준치와 비교하는 판별회로부(80)를 포함한다.The acoustic wave sensor 50 includes a piezoelectric element 55 provided at the upper end to generate sound waves or ultrasonic waves, a ceramic connecting plate 53 connected to the lower surface of the piezoelectric element 55, A metal substrate 51 bonded to the lower surface of the piezoelectric element 55 for advancing a sound wave or an ultrasonic wave generated in the piezoelectric element 55 therein and a piezoelectric element 55 for transmitting an electric signal to oscillate a sound wave or an ultrasonic wave, And a discrimination circuit unit 80 for receiving the electric signal generated by the ultrasonic waves or the sound wave received by the ultrasonic sensors 55 and comparing the degree of change of the electric signal with a reference value.

상기 압전소자(55)는 양측에 접압을 인가하여 발진하는 통상의 PZT압전소자(55)가 사용되며, 직경이 약 8mm, 두께가 약 2.0~2.5mm 정도인 디스크형상으로 성형된다. 디스크형상의 상면 및 하면에 각각 전극단자(56a,56b)가 연결되어 전압이 인가되고, 상기 양측의 전극단자(56a,56b)는 판별회로부(80)에 연결되어 있다. A conventional PZT piezoelectric element 55 which oscillates by applying a contact pressure to both sides of the piezoelectric element 55 is used and formed into a disk shape having a diameter of about 8 mm and a thickness of about 2.0 to 2.5 mm. Electrode terminals 56a and 56b are connected to the upper and lower surfaces of the disk shape to apply a voltage and the electrode terminals 56a and 56b are connected to the discrimination circuit unit 80. [

판별회로부(80)는 압전소자(55)가 발진하여 음파 또는 초음파를 발생시킬 수 있도록 상기 양측의 전극단자(56a,56b)에 전기신호를 인가한다. 또한, 압전소자(55)가 반사음을 수신한 경우에 진동하면서 발생시키는 전기신호를 수신한 후, 수신된 전류값의 크기를 이용해 기준치와 비교한 후, 수면 또는 액체면과의 접촉여부를 판별한다. 기준치는 사전에 설정된 값일 수 있고, 수면과 접촉하지 않은 상태에서의 전류값을 저장하여 기준치로 사용될 수 있다.The determination circuit unit 80 applies an electric signal to the electrode terminals 56a and 56b on both sides so that the piezoelectric element 55 oscillates to generate a sound wave or an ultrasonic wave. After the piezoelectric element 55 receives an electric signal generated while vibrating in the case of receiving a reflected sound, it compares the received electric signal with a reference value using the magnitude of the received current value, and then determines whether or not it is in contact with the water surface or the liquid surface . The reference value may be a preset value and may be used as a reference value by storing the current value in a state in which it is not in contact with the water surface.

상기 세라믹연결판(53)은 압전소자(55)와 기판(51)의 전기적 접촉을 차단하고, 압전소자(55)에서 발진한 음파 또는 초음파를 기판(51)으로 전달하고 있다. 또한, 세라믹 연결판(30)은 금속제의 기판(51)과 압전소자(55)의 접합을 위한 매개부재의 역할을 한다. The ceramic connecting plate 53 interrupts electrical contact between the piezoelectric element 55 and the substrate 51 and transmits a sound or ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 55 to the substrate 51. Further, the ceramic connecting plate 30 serves as a mediating member for bonding the substrate 51 made of metal and the piezoelectric element 55.

세라믹연결판(53)은 디스크형상으로 제작되어 상면이 압전소자(55)의 하면과 저융점 접합제에 의해 접합되고, 하면은 기판(51)의 상단면과 고융점 접합제에 의해 접합된다. The ceramic connecting plate 53 is formed in a disk shape and the upper surface is bonded to the lower surface of the piezoelectric element 55 by the low melting point bonding agent and the lower surface is bonded to the upper surface of the substrate 51 by the high melting point bonding agent.

상기 압전소자(55) 및 상기 세라믹연결판(53)은 서로 동일한 직경의 디스크형상으로 이루어지고, 기판(51)의 상단면도 상기 직경과 동일한 원판면이 형성되어, 그 원판면에 세라믹연결판(53)과 압전소자(55)가 중심이 서로 일치하도록 적층된 구조를 이룬다.The piezoelectric element 55 and the ceramic connecting plate 53 are formed in the shape of a disk having the same diameter and the upper surface of the substrate 51 is also formed with a disk surface having the same diameter as the ceramic connecting plate 53, 53 and the piezoelectric element 55 are laminated so that their centers are mutually coincident.

다음은 본 발명의 실시예에 따라 본체(20)와, 센서커버부재(60) 및 상단캡(70)이 조립되는 과정을 설명한다.Next, a process of assembling the main body 20, the sensor cover member 60 and the upper cap 70 according to the embodiment of the present invention will be described.

도 4를 참조하면, 본체(20)의 센서설치부(40) 및 음파센서(50)가 센서커버부재(60)의 하단에 끼워져 삽입되고 센서커버부재(60)의 하단의 나선이 공진부(30)의 외면에 형성된 암나선(36)에 나선결합된다.4, the sensor mounting portion 40 and the sound wave sensor 50 of the main body 20 are inserted into the lower end of the sensor cover member 60 and the lower end of the sensor cover member 60 is inserted into the resonator portion 30 formed on the outer surface of the female thread.

이후, 음파센서(50)와 연결된 연결선(56a,56b)을 상단캡(70)의 내부공간(71)을 통해 통과시킨 상태에서 상단캡(70)을 센서커버부재(60)의 상단의 나선(63)과 나선결합시킨다.The upper cap 70 is connected to the upper end of the sensor cover member 60 in a state in which the connection lines 56a and 56b connected to the sound wave sensor 50 are passed through the inner space 71 of the upper cap 70 63).

이후, 음파센서(50)와 연결된 연결선(56a,56b)을 판별회로부(80)와 연결함으로써 조립이 완료된다.Then, the assembly is completed by connecting the connection lines 56a and 56b connected to the sound wave sensor 50 to the determination circuit unit 80. [

도 6은 전술한 과정에서 의해 구성된 수위 감지장치가 물을 저장하는 탱크의 내부에 설치되어 수위를 감지하는 작용을 도시하고 있다.FIG. 6 illustrates an operation in which the water level sensing apparatus constructed in the above-described process is installed inside a tank for storing water to sense the water level.

도 6의 (a)와 같이, 음파센서(50)에서 발진한 음파 또는 초음파는 공진공간(31)에 전달되어 공진하고, 다시 반사되어 음파전달로드(34)를 통해 음파센서(50)로 전달된다.As shown in FIG. 6A, a sound wave or an ultrasonic wave generated by the sound wave sensor 50 is transmitted to the resonance space 31 to be resonated, reflected again, and transmitted to the sound wave sensor 50 through the sound wave transmission rod 34 do.

도 6의 (b)와 같이, 탱크 내에 물이 채워져 공진부재(32)의 하단(32a)에 물이 접촉하는 경우, 압전소자(55)에서 발생된 음파 또는 초음파가 반사되어 되돌아 올 때, 그 진폭이 현저히 감소된다.When water is filled in the tank and water comes into contact with the lower end 32a of the resonance member 32 as shown in FIG. 6 (b), when the sound wave or ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 55 is reflected and returned, The amplitude is significantly reduced.

즉, 공진부재(32)의 하단(32a)에 접촉한 물은 진동을 감쇄시키므로 공진부재(32)에서 공진한 후 반사되어 압전소자(55)로 전달되는 반사파는 그 진폭이 그 시점이전보다 감소된 상태로 전달된다.That is, since the water in contact with the lower end 32a of the resonance member 32 attenuates the vibration, the reflected wave that is reflected by the resonance member 32 and then transmitted to the piezoelectric element 55 is reduced in amplitude .

이에 따라, 감지된 진동으로 압전소자(55)에서 발생된 전기신호는 전류값으로 판별회로부(80)로 전달되고, 공진부재(32)의 하단이 물과 접촉하지 않은 상태의 전류값과 차이가 발생하므로 판별회로부(80)는 경보수위에 도달했음을 판별하게 된다. 판별사항은 별도의 표시 또는 경보장치에 전달하여 관리자에게 통지할 수 있다.Accordingly, the electric signal generated by the piezoelectric element 55 in the sensed vibration is transmitted to the discrimination circuit unit 80 as a current value, and is different from the current value in the state where the lower end of the resonance member 32 is not in contact with water The determination circuit unit 80 determines that the alarm level has been reached. The distinction can be communicated to a separate display or alarm to inform the administrator.

도 7은 본 실시예의 고수위 경보장치에 의한 성능특성을 비교하여 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing comparison of performance characteristics by the high-level alarm device of the present embodiment.

도 7의 (a)는 본 실시예의 고수위 경보장치에 관한 것으로서, 주요공진이 235.9 kHz에서 발생하고 있음을 알 수 있다. 도 3에서 도시한 종래의 구조에 관한 도 7의 (b)와 비교할 때, 주파수응답의 형상은 보다 더 바람직한 형상을나타내고 있다. 또한 242.18 kHz 부근에서 나타나고 있는 공진주파수 역시 종래의 경우에 비해서는 특성이 향상되었다. FIG. 7A relates to the high-level alarm apparatus of the present embodiment, and it can be seen that the main resonance occurs at 235.9 kHz. Compared with Fig. 7 (b) of the conventional structure shown in Fig. 3, the shape of the frequency response shows a more preferable shape. Also, the resonance frequency appearing around 242.18 kHz is also improved compared to the conventional case.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the particular embodiments set forth herein. It goes without saying that other modified embodiments are possible.

20;본체 30;공진부
31;공진공간 32;공진부재
32a;바닥부분 33;테이퍼경사면
34;음파전달로드 36;나선
40;센서설치부 50;음파센서
51;기판 53;세라믹연결판
55;압전소자 56a,56b;연결선
60;센서커버부재 63;나선
66;암나선 70;상단캡
73;암나선 80;판별회로부20, a main body 30,
31, a resonance space 32,
32a, a bottom portion 33, a tapered inclined surface
34, a sound wave transmitting rod 36,
40, a sensor installation unit 50,
51, a substrate 53, a ceramic connecting plate
55, piezoelectric elements 56a, 56b,
60, a sensor cover member 63,
66; female thread 70; upper cap
73; female thread 80;

Claims (4)

수직의 중심선을 따라, 하부에는 밀폐된 공진공간(31)이 내부에 설치된 원기둥 형상의 공진부재(32)가 설치되고, 상기 공진부재(32)의 상측에는 테이퍼(taper)경사면이 형성되도록 그 직경이 점점 작아지며, 상기 테이퍼경사면(33)의 상부는 상기 공진부재(32)보다 작은 직경의 음파전달로드(34)가 수직으로 연장되어 있는 공진부(30)와,
상기 음파전달로드(34)이 상측에 일체로 연결되고 상측으로 가면서 테이퍼경사면(33)이 형성되어 그 직경이 점차 증가하며 상단에 음파센서(50)가 접합되기 위한 센서설치부(40)를 구비한 본체(20);
하단이 상기 공진부재(32)의 외면에 나선결합되고 내부에 상기 센서설치부(40)가 위치할 수 있도록 상기 센서설치부(40)를 감싸는 원통형상의 센서커버부재(60); 및,
하단이 상기 센서커버부재(60)의 상단에 나선결합되는 것으로서 상단의 통공을 내부에서 통과해온 연결선(56a,56b)이 외부로 연결될 수 있는 상단캡(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비용접형 공진구조체A cylindrical resonance member 32 having a closed resonance space 31 therein is provided along the vertical center line and a tapered inclined surface is formed on the upper side of the resonance member 32, And an upper portion of the tapered inclined surface 33 is divided into a resonance portion 30 in which a sound wave transmission rod 34 having a diameter smaller than that of the resonance member 32 is vertically extended,
A sensor mounting portion 40 for connecting the sound wave sensor 50 to the upper end of the sound wave transmitting rod 34 is integrally connected to the upper side of the sound wave transmitting rod 34 and the tapered inclined surface 33 is formed on the upper side to increase its diameter gradually A main body 20;
A cylindrical sensor cover member (60) which surrounds the sensor mounting portion (40) so that a lower end thereof is spirally coupled to the outer surface of the resonant member (32) and the sensor mounting portion (40) And
And an upper cap (70) having a lower end spirally coupled to an upper end of the sensor cover member (60), and connecting lines (56a, 56b) passing through the through hole at the upper end thereof can be connected to the outside. Resonance structure 제1항에 있어서,
상기 센서커버부재(60)는
그 하단이 상기 공진부(30)의 외면에 나선결합될 수 있도록 암나선이 형성되어 있고,
상기 공진부(30)의 외면에는 상기 센서커버부재(60)의 하단이 나선결합되도록 외주면에 나선이 형성되어 있으며,
상기 센서커버부재(60)의 상단의 외주면에도 상기 상단캡(70)이 나선결합될 수 있는 나선이 형성된 것을 특징으로 하는 비용접형 공진구조체The method according to claim 1,
The sensor cover member (60)
And a female thread is formed so that the lower end thereof can be coupled to the outer surface of the resonator unit 30,
A spiral is formed on the outer surface of the resonator unit 30 so that the lower end of the sensor cover member 60 is spirally coupled.
Wherein the upper cover (70) is formed with a spiral thread on the outer peripheral surface of the upper end of the sensor cover member (60) 수직의 중심선을 따라, 하부에는 밀폐된 공진공간(31)이 내부에 설치된 원기둥 형상의 공진부재(32)가 설치되고, 상기 공진부재(32)의 상측에는 테이퍼(taper)경사면이 형성되도록 그 직경이 점점 작아지며, 상기 테이퍼경사면(33)의 상부는 상기 공진부재(32)보다 작은 직경의 음파전달로드(34)가 수직으로 연장되어 있는 공진부(30)와,
상기 음파전달로드(34)이 상측에 일체로 연결되고 상측으로 가면서 테이퍼경사면(33)이 형성되어 그 직경이 점차 증가하며 상단에 음파센서(50)가 접합되기 위한 센서설치부(40)를 구비한 본체(20);
하단이 상기 공진부재(32)의 외면에 나선결합되고 내부에 상기 센서설치부(40)가 위치할 수 있도록 상기 센서설치부(40)를 감싸는 원통형상의 센서커버부재(60);
하단이 상기 센서커버부재(60)의 상단에 나선결합되는 것으로서 상단의 통공을 내부에서 통과해온 연결선(56a,56b)이 외부로 연결될 수 있는 상단캡(70); 및,
상기 센서설치부(40)의 상단에 접합된 음파센서(50)를 포함하되,
상기 음파센서(50)는,
상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자(55)와,
상기 압전소자의 하면에 접합되는 세라믹연결판(53)과,
상기 세라믹연결판의 하면에 접합되어 압전소자에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 금속제 기판(51)과,
상기 압전소자(55)가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자가 수신한 음파 또는 초음파에 의해 생성된 전기신호를 전달받아 그 전기신호의 변화정도를 기준치와 비교하는 판별회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고수위 경보장치A cylindrical resonance member 32 having a closed resonance space 31 therein is provided along the vertical center line and a tapered inclined surface is formed on the upper side of the resonance member 32, And an upper portion of the tapered inclined surface 33 is divided into a resonance portion 30 in which a sound wave transmission rod 34 having a diameter smaller than that of the resonance member 32 is vertically extended,
A sensor mounting portion 40 for connecting the sound wave sensor 50 to the upper end of the sound wave transmitting rod 34 is integrally connected to the upper side and the tapered inclined surface 33 is formed with the upper side thereof being increased, A main body 20;
A cylindrical sensor cover member (60) which surrounds the sensor mounting portion (40) so that a lower end thereof is spirally coupled to the outer surface of the resonant member (32) and the sensor mounting portion (40)
An upper cap (70) having a lower end spirally coupled to an upper end of the sensor cover member (60), and connecting lines (56a, 56b) passing through the upper through hole; And
And an acoustic wave sensor (50) joined to the upper end of the sensor installation part (40)
The sound wave sensor (50)
A piezoelectric element 55 provided at the upper end to generate a sound wave or an ultrasonic wave,
A ceramic connecting plate 53 bonded to the lower surface of the piezoelectric element,
A metal substrate 51 bonded to the lower surface of the ceramic connection plate for advancing sound waves or ultrasonic waves generated in the piezoelectric element from the inside,
A discrimination circuit unit for transmitting an electric signal to the piezoelectric element 55 to oscillate a sound wave or an ultrasonic wave and receiving the electric signal generated by the ultrasonic wave or the sound wave received by the piezoelectric element and comparing the degree of change of the electric signal with a reference value A high-level alarm device 제3항에 있어서,
상기 센서커버부재(60)는
그 하단이 상기 공진부(30)의 외면에 나선결합될 수 있도록 암나선이 형성되어 있고,
상기 공진부(30)의 외면에는 상기 센서커버부재(60)의 하단이 나선결합되도록 외주면에 나선이 형성되어 있으며,
상기 센서커버부재(60)의 상단의 외주면에도 상기 상단캡(70)이 나선결합될 수 있는 나선이 형성된 것을 특징으로 하는 고수위 경보장치The method of claim 3,
The sensor cover member (60)
And a female thread is formed so that the lower end thereof can be coupled to the outer surface of the resonator unit 30,
A spiral is formed on the outer surface of the resonator unit 30 so that the lower end of the sensor cover member 60 is spirally coupled.
And a spiral line is formed on an outer peripheral surface of the upper end of the sensor cover member (60) so that the upper cap (70) can be spirally engaged.
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