KR20240037824A - Particle Image Velocimetry Converying Device for Multiple Experimental Channels - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 상부가 개구되게 형성되고, 내부에 물이 수용되는 수용공간이 형성되며, 일정 길이를 갖는 제1실험수조; 상기 제1실험수조에 평행하게 구비되어 상부가 개구되게 형성되고, 내부에 물이 수용되는 수용공간이 형성되며, 일정 길이를 갖는 제2실험수조; 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조의 길이방향으로 구비되는 이동레일; 및 상기 이동레일을 따라 움직여 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조 중 하나를 촬영하는 입자영상유속계부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치에 관한 것이다.The present invention includes: a first experimental water tank that is formed with an open top, has an accommodating space for accommodating water therein, and has a certain length; A second test tank is provided parallel to the first test tank, has an open top, has a receiving space for water therein, and has a certain length; A moving rail provided in the longitudinal direction of the first and second test tanks; and a particle image velocity meter unit that moves along the moving rail to photograph one of the first experiment tank and the second experiment tank.
Description
본 발명은 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병렬로 설치된 개수로 실험수로를 입자영상유속계로 촬영할 수 있는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치에 관한 것이다.The present invention relates to a particle image velocimeter transfer device for multiple experimental water channels, and more specifically, to a multiple experimental water channel particle image velocimeter transfer device that can capture experimental waterways installed in parallel with a particle image velocimeter.
개수로 흐름은 중력에 의해 형성되는 유체의 흐름을 뜻하며, 대기에 접하는 자유수면을 지니는 특징이 있다. 대표적인 개수로 흐름의 예로는 자연계에서 쉽게 관찰할 수 있는 하천의 흐름이 있으며, 그 밖에 인공적으로 건설된 수로에서의 물의 흐름이 있다. 수로와 같은 인공적인 수공구조물을 설계 또는 건설할 때는 다양한 인자들이 정교하게 통제될 수 있는 실험장치를 이용하여 사전에 수리모형실험을 수행한 후, 그 결과를 바탕으로 설계의 적합성 또는 타당성을 검증하는 과정이 필수적이다.Open channel flow refers to the flow of fluid formed by gravity and has the characteristic of having a free water surface in contact with the atmosphere. Representative examples of open channel flow include river flow that can be easily observed in nature, and other examples include water flow in artificially constructed waterways. When designing or constructing an artificial hydraulic structure such as a waterway, a hydraulic model experiment is performed in advance using an experimental device where various factors can be precisely controlled, and then the suitability or feasibility of the design is verified based on the results. Process is essential.
이때 수리모형실험에서 주요한 측정항목은 유속이 될 수 있으며, 개수로 흐름에서 유속의 특성은 유량, 수심, 수로폭 등 다양한 인자에 영향을 받을 수 있다.At this time, the main measurement item in the hydraulic model experiment can be the flow velocity, and the characteristics of the flow velocity in an open channel flow can be influenced by various factors such as flow rate, water depth, and channel width.
여기서, 유속(Flow velocity)란, 유체의 입자가 단위시간(dt) 내에 이동한 거리(S)를 말한다. 이러한 유속을 측정하는 장비에는 회전형 풍속계, 열선유속계(Hot wire), 도플러 유속계(doppler velocimetry) 등이 사용된다.Here, flow velocity refers to the distance (S) that fluid particles move within unit time (dt). Equipment for measuring such flow velocity includes rotating anemometers, hot wires, and Doppler velocimetry.
상기 열거된 유속 측정장비를 활용한 측정방법은 수리모형실험 시 전통적으로 활용되어 왔으나, 1점식 계측방식으로써 공간적으로 한 지점에 대한 유속만을 취득할 수 있으며, 또한 개수로 내에 유속측정 장비가 잠기거나 흐름에 접촉하여 측정값에 불확실성을 가지는 단점이 있다. 반면, 최근 지속적으로 기술개발이 진행 중인 입자영상유속계(Particle image velocimetry)는 광학식 계측방식의 일종으로써 수체에 직접 접촉하지 않는 비접촉식 계측방식이며, 개수로 흐름에 대해 취득된 영상정보를 이용하여 특정구간에 대한 유속장을 일시에 계측할 수 있는 장점이 있다.Measurement methods using the flow velocity measurement equipment listed above have been traditionally used in hydraulic model experiments, but as a one-point measurement method, only the flow velocity for one point can be acquired spatially, and also when the flow velocity measurement equipment is submerged in an open channel or It has the disadvantage of having uncertainty in measured values due to contact with the flow. On the other hand, particle image velocimetry, which is currently undergoing continuous technological development, is a type of optical measurement method and is a non-contact measurement method that does not directly contact the water body. It uses image information acquired about open channel flow to measure specific sections. It has the advantage of being able to measure the flow field at a time.
다양한 수리적 조건에 대한 실험방식에 대해서는 실험수로의 지형학적 특성을 손쉽게 변형하여 특성별 개수로실험을 수행할 수 있는 장치가 개발되고 있다.Regarding experimental methods for various hydraulic conditions, devices are being developed that can easily modify the topographical characteristics of the experimental channel and perform open channel experiments for each characteristic.
예컨대 대한민국등록특허공보10-1161410호 등에 개시된 바와 같은 다절점 가변 경사 개수로 시스템이 있었다.For example, there was a multi-node variable slope open channel system as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1161410.
하지만 다절점 가변 경사 개수로 시스템의 경우 하나의 개수로만 모의가능하여 다양한 변수가 있는 개수로의 특성상 대조군이나 다른 변수의 모의하여 확인하기 어려운 단점이 있었다. However, in the case of the multi-node variable slope open channel system, only one number can be simulated, and due to the nature of the open channel with various variables, it has the disadvantage of being difficult to confirm by simulating the control group or other variables.
상기 이유로 해당 분야에서는 다양한 변수를 가진 개수로 내의 흐름을 분석할 수 있는 장치의 개발을 시도하고 있으나, 현재까지는 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.For the above reasons, attempts are being made in this field to develop devices that can analyze the flow in open channels with various variables, but satisfactory results have not been obtained to date.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 입자영상유속계로 병렬로 구성된 실험수로를 촬영할 수 있는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was proposed to solve the problems of the prior art as described above, and its purpose is to provide a particle image velocity meter transfer device for multiple experimental channels that can photograph experimental channels configured in parallel with particle image velocity meters.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,
상부가 개구되게 형성되고, 내부에 물이 수용되는 수용공간이 형성되며, 일정 길이를 갖는 제1실험수조; 상기 제1실험수조에 평행하게 구비되어 상부가 개구되게 형성되고, 내부에 물이 수용되는 수용공간이 형성되며, 일정 길이를 갖는 제2실험수조; 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조의 길이방향으로 구비되는 이동레일; 및 상기 이동레일을 따라 움직일 수 있는 입자영상유속계부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치를 제안한다.A first experimental water tank that has an open upper part, has a receiving space to accommodate water, and has a certain length; A second test tank is provided parallel to the first test tank, has an open top, has a receiving space for water therein, and has a certain length; A moving rail provided in the longitudinal direction of the first and second test tanks; and a particle image velocity meter movable along the moving rail. We propose a multi-experimental water particle image velocity transfer device characterized in that it includes.
상기 입자영상유속계부는, 상기 이동레일을 따라 움직일 수 있는 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트를 구동 가능한 모터; 상기 베이스플레이트에 구비되어 입자영상유속계를 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조 중 하나를 촬영 할수 있게 고정 가능한 고정지그; 상기 베이스플레이트에 구비되어 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조 중 하나에 레이저를 조사하는 레이저광원장치; 및 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조 중 하나의 하부에 구비되어 상기 레이저광원장치의 레이저를 수직 방향으로 반사하는 반사경; 을 포함할 수 있다.The particle image velocity meter includes a base plate movable along the moving rail; A motor capable of driving the base plate; A fixing jig provided on the base plate and capable of fixing the particle image velocity meter to one of the first and second experiment tanks; a laser light source device provided on the base plate to irradiate a laser to one of the first experiment tank and the second experiment tank; and a reflector provided at the bottom of one of the first and second experiment tanks to reflect the laser of the laser light source device in a vertical direction. may include.
상기 베이스플레이트의 구비되어 상기 베이스플레이트의 움직임에 따라 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조를 가릴수 있는 암막부를 더 포함하며, 상기 암막부는, 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조를 가릴수 있는 암막;상기 베이스플레이트에 구비되어 상기 암막을 지지 가능한 암막프레임;It further includes a blackout portion provided with the base plate and capable of blocking the first experiment tank and the second experiment tank according to the movement of the base plate, wherein the blackout portion can cover the first experiment tank and the second experiment tank. A blackout frame provided on the base plate and capable of supporting the blackout curtain;
상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조에 인접하게 구비되어 상기 암막프레임을 이송 가능한 복수개의 암막레일; 을 포함할 수 있다.A plurality of blackout rails provided adjacent to the first and second test tanks and capable of transporting the blackout frame; may include.
여기서, 상기 입자영상유속계부를 제어할수 있는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.Here, a controller capable of controlling the particle image velocity meter may be further included.
상기 제1실험수조 및 상기 제2실험수조는 삼면이 저철분 유리로 형성될 수 있다.The first experiment tank and the second experiment tank may be formed on three sides of low iron glass.
본 발명에서 제안하고 있는 개수로 내 흐름의 분석을 위해 입자영상유속계로 병렬로 구성된 실험수로를 촬영할 수 있는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치를 제공하는 것이다.The present invention proposes a particle image velocimeter transfer device for multiple experimental channels that can photograph experimental channels configured in parallel with a particle image velocimeter for analysis of flow in an open channel.
도 1은 본 발명에 의한 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치 전체 구조를 보인 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치의 입자영상유속계부 상세도이다.
도 3은 본 발명에 의한 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치의 암막부 상세도이다.
도4는 본 발명에 의한 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치 이송지그에 적용된 예시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치에 가변암이 적용된 예시도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the overall structure of a particle image velocity meter transfer device with multiple experimental water according to the present invention.
Figure 2 is a detailed view of the particle image velocity meter of the particle image velocity meter transfer device for multiple experiments according to the present invention.
Figure 3 is a detailed view of the blackout portion of the particle image velocity transfer device for multiple experiments according to the present invention.
Figure 4 is an exemplary diagram applied to the transfer jig of the particle image velocity meter transfer device with multiple experimental water according to the present invention.
Figure 5 is an example of a variable arm applied to a particle image velocity meter transfer device with multiple experimental water according to the present invention.
이하, 첨부 도면에 의거 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치(A)는, 제1실험수조(100), 제2실험수조(150), 이동레일(200), 입자영상유속계부(300)를 포함한다.As shown in Figure 1, the particle image velocity meter transfer device (A) with multiple experimental water channels according to the present invention includes a first
본 발명의 제1실험수조(100)는 상부가 개구되게 형성되고 내부에 물이 수용되는 수용공간이 형성되며, 일정 길이를 가질 수 있다.The first
이때, 제2실험수조(150)는 제1실험수조(100)와 평행하게 구비되어 상부가 개구되게 형성되고, 내부에 물이 수용되는 수용공간이 형성되며, 일정 길이를 갖을 수 있다.At this time, the
여기서, 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150)는 용량을 다르게 하여 다양한 조건을 모사할 수 있다.Here, the
이때, 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150)는 일 실시에로서 삼면이 저철분 유리로 형성될 수 있다.At this time, in one embodiment, the
본 발명의 이동레일(200)은 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150)의 사이에 구비되어 입자영상유속계부(300)가 구비될 수 있다The moving
본 발명의 입자영상유속계부(300)는 도2에 도시된 바와 같이 이동레일(200)을 따라 움직일 수 있는 베이스플레이트(310)가 구비될 수 있다The particle
이때, 베이스플레이트(310)를 구동 가능한 모터(320)가 구비될 수 있다.At this time, a
여기서, 모터(320)이외에도 베이스플레이트(310)를 구동 가능한 다양한 수단이 사용될 수 있다.Here, in addition to the
또한, 베이스플레이트(310)를 모터(320)로 구동하여 이동레일(200)을 따라 움직일 수 있는 있는 구조라면 통상의 어떠한 구조 및 방식의 것이어도 무방하다.Additionally, any conventional structure and method may be used as long as the
이때, 컨트롤러(500)가 입자영상유속계(50)의 촬영에 필요한 속도에 맞춰 모터(320)를 제어할 수 있다.At this time, the controller 500 may control the
여기서, 고정지그(330)가 베이스플레이트(310)에 구비되어 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150) 중 하나를 촬영할 수 있게 입자영상유속계(50)를 고정할 수 있다.Here, a
이때, 고정지그(330)를 분리하여 제1실험수조(100)나 제2실험수조(150)에 가깝게 작업자가 위치를 변경시킬 수 있다.At this time, by removing the
여기서, 베이스플레이트(310)에는 레이저광원장치(350)가 구비되어 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150) 중 하나에 입자영상유속계(50)의 촬영에 필요한 광원인 레이저를 조사할 수 있다.Here, the
이때, 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150) 중 하나의 하부에 구비되어 레이저광원장치(350)의 레이저를 수직 방향으로 반사하는 반사경(360)이 구비되어 제1실험수조(100)혹은 제2실험수조(150)의 미세입자에 레이저가 조사되고, 이를 입자영상유속계(50)의 촬영하여 분석하므로 개수로 내의 흐름을 분석할 수 있다At this time, a
여기서, 보다 정밀한 측정 및 촬영을 위해 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150) 그리고 베이스플레이트(310) 인근은 빛이 최대한 차단된 상태가 유지되어야 한다.Here, for more precise measurement and photography, light should be maintained in the vicinity of the
그리하여, 베이스플레이트(310)의 움직임에 따라 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150)를 가릴 수 있는 암막부(400)가 더 포함될 수 있다.Therefore, a
이때, 암막부(400)는 도3에 도시된 바와 같이 암막(410), 암막프레임(420), 암막레일(430)이 포함될 수 있다.At this time, the
여기서, 암막(410)은 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150)를 가릴 수 있으며 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150) 사이의 베이스플레이트(310)를 가릴 수 있다.Here, the
이때, 암막(410)의 면적은 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있으며 이를 한정하지 않는다At this time, the area of the
이때, 암막프레임(420)은 베이스플레이트(310)에 구비되어 암막(410)을 지지할 수 있다.At this time, the
여기서, 암막프레임(420)은 암막레일(430)을 따라 이송될 수 있다.Here, the
이때, 암막레일(430)은 제1실험수조(100)와 제2실험수조(150) 인근에 복수개로 구비될 수 있다.At this time, a plurality of
또한, 추가적으로 본 발명에 의한 입자영상유속계부(300)는, 이송지그(340)를 포함할 수 있다.Additionally, the particle
이때, 이송지그(340)는 도4에 도시된 바와 같이 입자영상유속계(50)의 위치를 상하좌우로 이송 시킬 수 있다.At this time, the
여기서, 이송지그(340)의 일 실시예로서 LM가이드(도면상 미도시)로 이송할 수 있다.Here, as an example of the
또한, 이송지그(340)는 베이스플레이트(310)의 중앙에 위치하고, 턴테이블(345)이 구비되며, 턴테이블(345)에 입자영상유속계(50)가 결합될 수 있다.In addition, the
그리하여, 턴테이블(345)의 회전함에 따라 입자영상유속계(50)로 제1실험수조(100) 혹은 제2실험수조(150)를 촬영할 때, 이송지그(340)를 분리하지 않고도 촬영할 수 있다.Therefore, when taking pictures of the
또한, 추가적으로 본 발명에 의한 입자영상유속계부(300)는, 가변암(370)을 더 포함할 수 있다.Additionally, the particle
여기서, 가변암(370)은 도5에 도시된 바와 같이 베이스플레이트(310)에 구비되어 반사경(360)을 신장 또는 수축에 의해 제1실험수조(100) 혹은 제2실험수조(150) 중 하나의 하부 중앙에 위치시킬 수 있다.Here, the
또한, 가변암(370)은 일 실시예로서 컨트롤러(500)로 신장또는 수축이 제어될 수 있다.Additionally, as an example, the
이때, 다른 일 실시예로서 컨트롤러(500)로에 교정센서(도면상 미도시)가 연결되어 반사경(360)의 위치 및 거리를 측정하여 제1실험수조(100) 혹은 제2실험수조(150) 하부의 센터에 레이저가 조사되도록 가변암(370)의 길이가 조절될 수 있다.At this time, as another embodiment, a calibration sensor (not shown in the drawing) is connected to the controller 500 to measure the position and distance of the
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 가능하며, 그와 같은 변경은 이하 청구범위 기재에 의하여 정의되는 본 발명의 보호범위 내에 있게 된다.The present invention as described above is not limited to the above-described embodiments, so changes can be made without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, and such changes may be made to the present invention as defined by the claims below. falls within the scope of protection of the invention.
10 : 유량공급탱크 50 : 입자영상유속계
100 : 제1실험수조 150 : 제2실험수조
200 : 이동레일 300 : 입자영상유속계부
310 : 베이스플레이트 320 : 모터
330 : 고정지그 340 : 이송지그
345 : 턴테이블
350 : 레이저광원장치 360 : 반사경
370 : 가변암 400 : 암막부
410 : 암막 420 : 암막프레임
430 : 암막레일 500 : 컨트롤러10: Flow supply tank 50: Particle image velocity meter
100: 1st experiment tank 150: 2nd experiment tank
200: moving rail 300: particle image flow rate meter
310: Base plate 320: Motor
330: Fixed jig 340: Transfer jig
345: turntable
350: Laser light source device 360: Reflector
370: variable arm 400: blackout section
410: Blackout 420: Blackout frame
430: Blackout rail 500: Controller
Claims (3)
상기 제1실험수조에 평행하게 구비되어 상부가 개구되게 형성되고, 내부에 물이 수용되는 수용공간이 형성되며, 일정 길이를 갖는 제2실험수조;
상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조의 길이방향으로, 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조의 사이에 구비되는 이동레일;
상기 이동레일을 따라 움직여 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조 중 하나를 촬영하는 입자영상유속계부; 및
상기 입자영상유속계부를 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함하고,
상기 입자영상유속계부는,
상기 이동레일을 따라 움직일 수 있는 베이스플레이트;
상기 베이스플레이트를 구동 가능한 모터;
상기 베이스플레이트에 구비되어 상기 제1실험수조 또는 제2실험수조를 촬영 가능한 입자영상유속계;
상기 베이스플레이트에 구비되어 상기 입자영상유속계의 위치를 상하좌우로 이송시킬 수 있는 이송지그;
상기 베이스플레이트에 구비되어 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조 중 하나에 레이저를 조사하는 레이저광원장치; 및
상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조 중 하나의 하부에 구비되어 상기 레이저광원장치의 레이저를 수직 방향으로 반사하는 반사경;을 포함하며,
상기 이송지그는,
상기 입자영상유속계가 결합되는 턴테이블을 구비하고,
상기 턴테이블의 회전에 따라 상기 입자영상유속계로 제1실험수조 또는 제2실험수조를 촬영가능하며,
상기 컨트롤러는,
상기 입자영상유속계의 촬영 속도에 따라 상기 모터를 제어하여 상기 베이스플레이트를 구동하는 것을 특징으로 하는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치.
A first experimental water tank that has an open upper part, has a receiving space to accommodate water, and has a certain length;
A second test tank is provided parallel to the first test tank, has an open top, has an accommodating space for water therein, and has a certain length;
A moving rail provided between the first experiment tank and the second experiment tank in the longitudinal direction of the first experiment tank and the second experiment tank;
a particle image flow meter that moves along the moving rail to photograph one of the first and second test tanks; and
It includes a controller capable of controlling the particle image flow rate meter,
The particle image flow rate meter is,
a base plate movable along the moving rail;
A motor capable of driving the base plate;
a particle image velocity meter provided on the base plate and capable of taking pictures of the first or second experiment tank;
A transfer jig provided on the base plate to transfer the position of the particle image velocity meter up, down, left and right;
a laser light source device provided on the base plate to irradiate a laser to one of the first experiment tank and the second experiment tank; and
It includes a reflector provided at the bottom of one of the first and second experiment tanks to reflect the laser of the laser light source device in a vertical direction,
The transfer jig is,
Equipped with a turntable to which the particle image velocity meter is coupled,
Depending on the rotation of the turntable, the first or second experiment tank can be photographed with the particle image velocity meter,
The controller is,
A particle image velocimeter transfer device with multiple experimental channels, characterized in that the base plate is driven by controlling the motor according to the imaging speed of the particle image velocimeter.
상기 베이스플레이트에 구비되어 상기 베이스플레이트의 움직임에 따라 상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조를 가릴수 있는 암막부를 더 포함하고,
상기 암막부는,
상기 제1실험수조와, 상기 제2실험수조 및 상기 베이스플레이트를 가릴수 있는 암막;
상기 베이스플레이트에 구비되어 상기 암막을 지지 가능한 암막프레임;
상기 제1실험수조와 상기 제2실험수조에 인접하게 구비되어 상기 암막프레임을 이송 가능한 복수개의 암막레일;을
포함하는 것을 특징으로 하는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치.
According to paragraph 1,
It further includes a blackout portion provided on the base plate and capable of blocking the first and second experiment tanks according to the movement of the base plate,
The blackout part,
A blackout screen capable of covering the first experiment tank, the second experiment tank, and the base plate;
A blackout frame provided on the base plate and capable of supporting the blackout;
A plurality of blackout rails provided adjacent to the first and second test tanks and capable of transporting the blackout frame;
A multi-experimental waterway particle imaging velocity transfer device comprising:
상기 제1실험수조 및 상기 제2실험수조는 삼면이 저철분 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 실험수로 입자영상유속계 이송장치.
According to paragraph 1,
The first experiment tank and the second experiment tank are a multi-experiment waterway particle image velocity meter transfer device, characterized in that three sides are formed of low iron glass.
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