WO2018099360A1 - 微波介电加热原木检疫处理方法 - Google Patents

Abstract

一种微波介电加热检疫处理系统的处理方法，包括以温度检测为判据的闭环控制过程，对生物安全的防护方法，保障设备和人员安全的联锁控制方法，全过程监控方法，以及微波介电加热原木检疫自动化处理的工艺流程。微波介电加热检疫处理系统的处理方法达到了高效、安全可靠、自动化处理的目的。

Description

微波介电加热原木检疫处理方法 技术领域

本申请涉及一种原木检疫灭活领域，具体涉及一种微波介电加热原木检疫处理方法。

背景技术

原木是我国最主要的进口大宗商品之一，大量的原木进口隐藏着随原木进口带来的外来有害生物的传播与控制问题，即检疫处理问题。以往世界通行的检疫处理方法主要是采用化学药剂溴甲烷进行熏蒸处理。国内目前针对进口集装箱原木也是采取化学溴甲烷熏蒸技术进行原木病虫害处理，其处理方法主要存在三点弊端，一是溴甲烷为有毒气体，会带来严重的大气污染尤其对臭氧层的破坏；二是残留的溴甲烷对人员的健康会造成伤害，不符合职业健康要求；三是溴甲烷熏蒸处理一部集装箱原木需要24小时，生产效率很低。

根据1997年《蒙特利尔议定书哥本哈根修正案》，由于溴甲烷对大气臭氧层的影响，发达国家已达成在2005年完全停止使用溴甲烷的协议，发展中国家也应在2015年前完全停止溴甲烷作为熏蒸处理剂使用。

从保护环境的角度出发，检疫除害处理手段必将朝着以物理处理为主流的方向发展，国际植物保护组织鼓励缔约方在木材检疫处理中开展用微波介电加热方式替代溴甲烷熏蒸方式。微波辐射处理技术因其快速、高效和经济的优点，处于快速杀灭木材害虫检疫研究前沿。开发和研究微波检疫处理技术，不仅具有较好的经济价值，对提高口岸验放速度、增进“大通关”效能，对保护环境等，均具有十分重要的意义，社会效益十分巨大。

微波是波长在1mm～1m之间，频率在300MHz～300GHz具有穿透性的电磁波，微波技术主要应用于雷达、导航、通讯等领域。

微波辐射加热技术被开发应用仅仅60余年，上世纪50年代利用微波加热食品在美国取得了第一个专利。到60年代，微波加热技术已开始应用于干燥领域，但受当时技术条件限制，微波加热与传统手段相比所用设备复杂，投资大，效率低，微波应用在工业加热领域很少。随着技术发展，电子技术飞速发展，微波发生器的功率不断增大，微波加热技术已经日趋成熟，同时微波设备所用电子器件价格下跌，使得微波加热技术作为一种环境友好的作业方式，有了迅速的发展，民用应用最广泛的是家用微波炉；工业上在木材微波干燥有了很大的突破。到目前为止，微波辐射技术推广到冰冻食品解冻、面粉食品干燥、橡胶硬化处理、焦煤处理、化工 产品的催化加热、中草药的萃取、微波医疗、陶瓷烧结等等。

微波加热技术获得广泛应用的原因在于其对物体内部高效的穿透性的生热功能。微波辐射生热的机理：微波在传输过程中，产生交变的电磁场，当电介质处在交变的电磁场中，带有不对称电荷的分子受到交变电磁场的激励，产生转动，由于物资内部原有的分子无规律热运动和相邻分子之间作用，分子的转动受到干扰和限制，产生“摩擦效应”，结果一部分能量转化为分子热运动功能，即以热的形式表现出来，从而木材、煤炭等“电介质”被加热。

将微波技术应用于原木检疫处理应用尚未见报道，相近的应用有：由南京检验检疫局和烟台枫林微波厂合作承担的“微波在进出口木质包装除害处理中的应用”课题，该课题于2005年结束，设计制造的微波处理机已申请知识产权保护，主要针对进出境木质包装的除害处理。

学术研究上有利用家用微波炉对切片原木及害虫开展研究的论文，但未见有针对大体量进口原木实物进行检疫灭活的报道。

发明内容

本申请提供一种微波介电加热原木检疫处理方法，利用微波介电加热检疫处理系统设备完成对进口原木的检疫灭活处理，需要通过系统性、安全性、流程化设计，具备工业化使用的能力，达到原木检疫处理的高效率，能保障系统运行过程中设备状态受控、安全可靠，降低对操作人员数量配置及专业技术能力的要求。

具体技术方案如下：

一种微波介电加热原木检疫处理方法，微波介电加热原木检疫处理流程由两条工作流水线协同并行运作构成，第一条工作流水线为原木检疫处理流水线，所在区域为处理区，包括以下步骤：

(1)控制系统开机，微波发生器开机预热10min；

(2)屏蔽舱内外路视频监控开机对处理区域自动录像记录；4路微波泄露监控开机工作进入实时监控状态；

(3)水冷机开机，出水温度设置为室温值；

(4)屏蔽舱两侧舱门关闭；处理间两侧卷帘门打开；等待原木在托盘上以单层排列准备就绪的信号，该信号由待处理准备区操作人员给出；

(5)屏蔽舱进舱门打开，确认进舱门打开到位信号有效；

(6)原木及托盘在进舱链板驱动下以15m/min的速度进入屏蔽舱；在进舱同时，开启喷淋设备，使用自来水以5L/min的流量对进舱原木作雾化加湿；

(7)原木及托盘进舱后，喷淋设备关闭；

(8)光纤温度传感器布置到位；

(9)屏蔽舱进舱门关闭到位；

(10)8台微波发生器以每台75kW的微波功率输出；

(11)模式搅拌器以60r/min的速度旋转；原木随传送带以8m/min～15m/min的速度作往复运动；

(12)判断温度达到61℃以上，微波发生器进入待机状态；

(13)模式搅拌器停止、传送带往复运动停止；

(14)屏蔽舱出舱门打开到位；

(15)原木及托盘以15m/min的速度出舱进入出舱链板；

(16)完成对处理后原木的检查/拍照/数据记录；

(17)屏蔽舱出舱门关闭到位；

(18)重复步骤4～17，继续当天工作；

(19)当日工作结束，各设备关机断电；

(20)给屏蔽舱作排湿抽风、日常检查和维护；

(21)处理间卷帘门关闭。

第二条工作流水线为原木从集装箱出箱在托盘上作排列准备以及处理后原木装载运走的流水线，所在区域为待处理准备区，包括以下步骤：

(1)封闭厂房开门，批次装载原木的集装箱进入待处理准备间；

(2)空载托盘进入封闭厂房；

(3)关闭封闭厂房；

(4)集装箱载运原木开箱，在托盘上以单层状态平行排列，保证原木在托盘上达到80％～100％的容积装载量或6m³～10m³的原木体量；

(5)对待处理原木作检尺拍照记录，在原木上随机打孔，孔深5cm，孔径约1cm，用于光纤传感器放置；

(6)操作人员按下按钮，向控制中心人员给出原木在托盘上准备就绪的信号；

(7)在原木进屏蔽舱进行检疫处理过程中，同步进行下一托盘原木的准备工作；

(8)对处理后的原木进行装载用于运走准备；

(9)重复步骤4～8，直至当天作业结束；

(10)作日常的检查维护，空托盘返回封闭厂房。

进一步的，在屏蔽舱内均匀分布有12路光纤温度传感器，12路红外温度传感器，红外温度传感器用于测量原木表皮温度，红外温度传感器为固定安装，当某红外温度传感器测温范围不含或只有部分被测原木时，该路红外温度传感器不被系统所使用；光纤温度传感器用于测量表皮以里温度；两种温度传感器测温范围覆盖0℃～150℃；两种温度传感器通过4mA～20mA电流模拟量接口将温度值传输给控制系统，控制系统控制微波发生器输出微波功率进行检疫处理，同时实时监控温度值，具体包括以下步骤：

(1)八套微波发生器皆以满功率运行，各输出75kW微波功率；

(2)屏蔽舱内26路模式搅拌器启动运行，电机转速60r/min；

(3)原木及托盘随传送带在屏蔽舱内作往复运动，行程0.32m，速度8m～15m/min；

(4)控制系统采集红外温度传感器和光纤温度传感器温度值；

(5)控制系统判断是否所用温度传感器温度值皆达到61℃以上，若未达到继续以上1～5步；

(6)控制系统检测到所用温度传感器温度值皆达到61℃以上，保持1min；

(7)停止原木及托盘的往复运动；关闭模式搅拌器；

(8)所有微波发生器进入待机状态；

(9)本轮次处理结束。

进一步的，屏蔽舱进出舱门布置有关门到位干结点和开门到位干结点，进舱门的关门到位干结点与出舱门的关门到位干结点形成串联电路，连接到微波发生器控制电路，作为微波发生器输出微波的控制信号，只有当两侧舱门皆关闭到位即控制电路联通后，微波发生器才能输出微波信号，否则微波发生器的输出被锁死。

进一步的，待处理准备区为封闭的厂房空间，专用于集装箱载运原木的开箱、原木作处理排列准备的区域，为避免爬虫逃逸，在待处理准备区厂房沿墙体内部四周建设有环形水道，水道宽10cm深20cm，环形水道水量保持有10cm深度；待处理准备区内部沿墙体四周均布布置有生物信息素诱捕器30套、荧光高压灭虫器30套；与待处理准备区对接的处理区屏蔽舱8进出舱门不能同时开启，避免生物穿舱而过,以此保证无论爬虫还是飞虫皆无法逃逸。

进一步的，屏蔽舱为矩形六面体结构，屏蔽舱两侧为原木进出舱门；屏蔽舱内布置有托盘传送带及其支撑梁照明设备和视频监控设备，照明设备和视频监控设备由金属板形成的壳体密封，壳体透光的一面采用屏蔽玻璃提供微波衰减；

屏蔽舱的地面中间高两侧低，形成百分之三的坡度避免积水，屏蔽舱两侧地面开有两个Φ 30mm×60mm的圆形孔，用于排出积水；

屏蔽舱舱顶均布两扇通风窗作为强制排风口，屏蔽舱底部均布四扇通风窗作为自然进风口，排风口和进风口为截止波导风口，风口是大小为300mm×300mm、厚度为50mm的正方形铜质蜂窝状结构，排风口和进风口四周与屏蔽舱舱壁焊接，排风口上安装风机和风管形成抽风排湿系统，排风能力≥每次/3min；

屏蔽舱采用全焊接屏蔽。

进一步的，微波发生器在所述屏蔽舱两侧均布，通过标准BJ 9矩形波导与屏蔽舱天馈系统连接，上层天馈系统采用屏蔽舱舱顶开口吊装的固定方式；下层天馈系统由屏蔽舱内底面承载，从屏蔽舱侧面开口与微波发生器通过波导进行连接，每条天馈线上安装有三销钉调配器、波导密封窗、通风波导、弧光检测设备，三销钉调配器通过控制系统设备远程电控调配；波导密封窗采用聚四氟乙烯板，避免湿气进入所述微波发生器内部；鼓风机通过通风波导向天馈线引入干燥空气，避免屏蔽舱内水汽凝聚导致放电打火；弧光检测设备实时检测波导内打火情况，并将检测信号引入微波发生器。

进一步的，模式搅拌器包括：金属扇叶、电机、非金属传动杆、过壁圆波导；金属扇叶由交流电机驱动，电机通过非金属传动杆与金属扇叶连接，过壁圆波导通过法兰结构与屏蔽舱8相连接。

进一步的，玻璃钢托盘由横梁、底板和金属框架组成；横梁为玻璃钢材质，两端安装在金属框架上；底板为玻璃钢材质；框架为钢框架结构，用于固定所述横梁。

进一步的，天馈系统包含八个天馈单元，每个天馈单元均包括频率源、三销钉调谐器、屏蔽窗、通风波导、馈电直波导、E面弯波导、H面弯波导、弧光探测仪、天线、波导缝隙塞；

频率源置于金属屏蔽舱外面；天线置于金属屏蔽舱内，天线上部为第一波导缝隙天线，下部为第二波导缝隙天线。

本申请的有益效果是：

微波介电检疫处理方法代替药物熏蒸的检疫处理方式，实现对原木高效、快速的检疫处理，微波介电加热检疫处理方法以温度闭环控制实现对原木害虫100％的杀灭效果；屏蔽舱进出舱关门到位信号对微波发生器的高功率微波输出形成硬件闭锁，确保了处理过程人员和设备不受强微波信号的意外伤害，确保处理过程的安全性；通过待处理准备区内布置的环形水道、生物信息素诱捕、高压电击灭虫、屏蔽舱门只能单侧开门的手段，确保原木在处理准备区害虫无法逃逸，确保处理过程生物防护的安全性。

在正常工况下单套微波检疫处理设备按此方法年处理原木能力约9800个40英尺集装箱/年。

该微波介电加热原木检疫处理系统采用本方法可实现控制室一人在岗操作即可，操作人员经过简单培训即可上岗。

附图说明

图1为检疫加热处理的温度闭环控制流程图；

图2为处理设备分区和生物防护示意图；

图3为微波介电检疫处理工艺流程图；

图4是微波介电加热检疫处理系统总体示意图；

图5、图6天馈子系统布局图；

图7天馈线连接示意图；

图8漏功率安全监控原理图；

图9红外传感器安装原理；

图10为天馈系统示意图；

图中1封闭厂房；2环形水道；3生物诱捕设施；4进舱链板；5屏蔽舱进舱门；6屏蔽舱出舱门；7出舱链板；8屏蔽舱；9水冷机；10微波发生器；11托盘传送带；12玻璃钢托盘；14原木；18三销钉调配器；19波导密封窗；20通风波导；21鼓风机；22弧光检测设备；23聚四氟乙烯盖板；24截止圆波导；25通风孔；26红外传感器探头；27吹扫防护器；32喷淋设备；33漏功率监测设备；34控制系统设备；36模式搅拌器；37天馈子系统；38视频监控设备；39温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。

微波介电加热检疫处理方法通过以下方法实现处理过程的高效率，确保各设备参数受监控，安全性得到保障，降低对人力资源的要求，具体包括：

a)微波检疫加热处理采用以温度作为检测判据的闭环控制方法；

b)传输机械设备、屏蔽舱门、微波发生器10之间的安全联锁控制，避免设备意外碰撞，避免屏蔽舱8开舱门情况下高功率微波发射对人员和设备的伤害；

c)采用封闭厂房1内拆箱操作、避免双侧屏蔽舱门同时开启等手段避免生物逃逸，确保生物防护安全；

d)全过程及各设备的的安全监测与控制方法；

e)自动化的工艺处理流程。

微波检疫加热处理采用以原木14温度作为检测判据的闭环控制方法，通过分布于屏蔽舱8内的温度传感器39实时获得处理过程中原木14温度情况，当全部达到设定的温度值并保持一定时间，即确认完成检疫处理；为保证高微波功率工作环境下的安全性，采用了安全连锁的控制方法，保障人员和设备的绝对安全；为避免处理准备过程中，爬虫飞虫等发生逃逸现象，采用了在待处理准备区布置环形水道2、药剂诱杀、高压灭虫等设施，在处理区屏蔽舱8只能单侧开门不形成逃逸通道的方法，保障生物防护的安全；微波介电检疫处理系统的处理流程由两条工作流水线协同并行运作构成：一是待处理原木随玻璃钢托盘12随进舱链板4输送进屏蔽舱8、原木14在屏蔽舱8内完成介电加热检疫处理、原木14及玻璃钢托盘12随出舱链板7输送出舱；二是集装箱载原木14拆卸以单层状态装载在玻璃钢托盘12上转运到进舱链板4上、处理完原木14从出舱链板7上卸载装车。第一条工作流水线为主，第二条工作流水线为辅，通过人员和设备的配置使得第二天工作流水线效率与第一条工作流水线效率相匹配。

1)屏蔽舱8内均布有温度传感器39，包括接触式光纤温度传感器和非接触式红外传感器，接触式光纤温度传感器用于对原木14表皮以内的温度监测，非接触式红外传感器用于对原木14表皮部位的温度监测。所有温度传感器39的信息通过4mA～20mA模拟接口传输到控制系统设备34，原木14检疫处理效果以传感器温度作为判断依据，只有达到所要求的原木14检疫加热温度以上，才判断完成处理流程。

控制系统设备34软件按照附图1所示的闭环处理流程开展原木14的检疫处理过程。

2)传输机械设备、屏蔽舱门、微波发生器10之间的安全联锁控制。

屏蔽舱进舱门5和出舱门为升降式屏蔽门，屏蔽门提升到位设计有开门到位接触开关，只有完全开门到位后该接触开关才输出开门到位信号；屏蔽门关门到位设计有关门到位接触开关，只有屏蔽门关门到位后该接触开关才输出关门到位信号。

屏蔽门关门到位信号输出到微波发生器10，对微波发生器10微波输出形成硬联锁，只有关门到位信号正常，微波发生器10才能输出微波信号；在微波发生器10输出微波信号的过程中，若发生屏蔽门开门也会立即锁止微波输出，确保高功率微波信号只能限定在屏蔽舱8内部，保障外部人员和设备的安全。

屏蔽门开门到位信号输出到传输机械设备即进舱链板4和出舱链板7，只有对应侧的屏蔽门开门到位信号正常的情况下，才能使能对应侧链板的运动；当对应侧的屏蔽门开门到位信号没有给出时，对应侧链板被锁止。这样避免传输链板异常运动导致碰撞屏蔽舱门的情况发生，确保设备的安全。

为防止检疫处理过程中，屏蔽舱内玻璃钢托盘(12)往复运动误碰撞两侧屏蔽门，采取了两项措施：一是屏蔽舱顶上距离屏蔽门各0.6m位置，每侧安装两路激光位置传感器，用于检测玻璃钢托盘12运动位置，当某一侧激光位置传感器检测到玻璃钢托盘12，则玻璃钢托盘12停止下来，向另一侧反向运动；二是两端屏蔽门里侧面板上各安装3路行程开关，行程开关垂直门板向里侧伸出长度为20cm的非金属杆，行程开关高度与玻璃钢托盘12齐高，每侧3路行程开关为常闭触点，线路串行连接于传动系统电机控制回路，当玻璃钢托盘(12)失控撞向屏蔽门时，触碰行程开关立即断开传动系统电机控制回路，停止玻璃钢托盘12的运动。

屏蔽舱8内部的传送带的运动范围由屏蔽舱8内部的机械止挡所限制，避免超出运动范围导致碰撞屏蔽舱门。传送带两侧设计有导向轮，保证传送带往复运动中其承载的玻璃钢托盘12发生偏离碰撞屏蔽舱8侧壁。

3)采用封闭厂房1拆卸原木14、避免双侧屏蔽舱门同时开启等手段避免生物逃逸，确保生物防护安全

整个微波介电加热原木14检疫处理区域划分为三个区：待处理区、处理区和处理后区。其中待处理区用于对集装箱载原木14的开箱和码放操作，该区域存在生物逃逸的可能，另外处理区两侧舱门同时开启的情况下也会形成生物逃逸的通道。

为避免原木14生物逃逸确保生物防护安全，采取了以下措施：

a)集装箱进口原木14的拆卸操作在封闭的厂房即待处理区内进行，仓房四周建有环形水道2，避免爬虫逃逸，仓房四壁布置有生物诱捕设施3杀灭逃逸飞虫；见附图2所示。

b)处理区内屏蔽舱进舱门5和出舱门不能同时开启，避免生物穿舱而过。出舱门关闭后才能允许待处理原木14进入屏蔽舱8，舱内原木14完成检疫处理后出舱门打开，处理完的原木14出舱后出舱门关闭。见附图2所示。

3)全过程及各设备的的安全监测与控制功能

屏蔽舱8内部及外部均布置有视频监控设备38，视频信号汇总到控制中心可实现对现场情况的基本掌握；

屏蔽舱8四周布置有多套漏功率监控设备，监测设备各自独立工作，相互之间形成备份， 监测设备直接控制声光告警，并输出给控制中心，实现对现场微波泄露情况的实时监控；

各设备内部参数皆通过局域网输出到控制中心，便于控制中心监控工作情况，发现参数异常会自动警示，并提示操作人员故障信息供进一步排除故障。这些参数包括：微波发生器10内的高压、灯丝电流、灯丝电压、电磁体电压、电磁体电流、进出水温、水流量、输出微波功率、反射微波功率、弧光检测信号等；水冷机9的进出水温、水流量、水量、电压、电流、压缩机状态等；机械传输设备的工作电压、电流、位置信息、速度等；屏蔽舱门状态信息、模式搅拌器36状态、屏蔽舱内温度传感器39信息；屏蔽舱外温湿度信息等。

4)自动化的工艺处理流程

微波介电检疫处理系统的处理流程由两条工作流水线并行运作构成：一是待处理原木14随玻璃钢托盘12随进舱链板4输送进屏蔽舱8、原木14在屏蔽舱8内完成介电加热检疫处理、原木14及玻璃钢托盘12随出舱链板7输送出舱；二是集装箱载原木14拆卸以单层状态装载在玻璃钢托盘12上转运到进舱链板4上、处理完原木14从出舱链板7上卸载装车。

第一项处理过程由控制系统设备34全程控制、自动处理，各处理设备由控制系统综合控制、检测和调度，只有在故障情况下由人工介入进行处理。该项处理时间长度相对固定。

第二项处理过程配合第一项，人员和设备配置相对灵活，根据拆卸和装载的实际增减设备和人员以与第一项流程时间上相匹配，卸载原木14后的玻璃钢托盘12返回集装箱载原木14拆卸厂房实现流程的循环。

玻璃钢托盘12的结构和组装关系为：

横梁为玻璃钢材质FRP，共23根，横梁尺寸为3400mm(长)×60mm(宽)×270mm(高)，横梁两端通过安装孔安装在框架上，横梁主体厚度为60mm，底板安装平台在横梁两侧，宽度为20mm。每两根横梁之间可形成一个桥梁结构，底板平铺在安装平台上。横梁所用FRP玻璃钢板材由不饱和聚酯树脂、玻璃纤维、固化剂、促进剂组成，具体比例为不饱和聚酯树脂32％，玻璃纤维65％，固化剂0.3％和促进剂4.1％，固化剂为过氧化甲乙酮，固化剂加入量可根据实际温度适当加减，促进剂为E4，采用此组分能在保证透波率不低于95％的情况下保持板材的韧性和强度，使得单根玻璃钢横梁能承受一根1吨原木14从200mm高处落下的冲击，托盘上总计23根玻璃钢横梁整体可承受15吨原木14。

底板为玻璃钢材质FRP，共24块，底板尺寸为3400mm(长)×430mm(宽)，底板通过横梁上的安装平台放置在两个横梁之间，底板并不起支撑原木14的作用，其作用主要用于原木14碎屑掉落或原木14渗液影响下面波导天线的正常工作，避免有活体生物掉落在下面弱场 强区域，底板采取倾斜设计便于油污向一侧汇聚流出，最后经由屏蔽舱底部的排水孔排出。

框架为钢框架结构，采用的所有型材及钢板材质为Q235、Q345、SPAH，侧面橡胶垫片材质均为EPDM，框架外形四边框采用SPHA钢板，具有极强的耐大气和海水腐蚀能力，特别具有抗高温氧化能力，可以满足港口环境的要求；框架上的横梁安装框6处采用Q235型钢板，其屈服值在235MPa左右，具有较强的耐压特性，可满足承受原木14载重的要求；框架底边预留叉车作业孔，方便使用叉车进行转运操作，框架侧面设置吊装作业孔，方便正面吊设备进行起吊转运，叉车作业孔和吊装作业孔采用Q345型钢板，为低合金钢，其屈服值在345MPa左右，能在短时间内承受较大的压力，可以满足短时间作业要求；同时，所用EPDM橡胶垫片具有耐油、耐酸碱、耐寒热和耐老化等特性，可以满足屏蔽舱内由于微波照射产生的温度变化要求。框架外形尺寸为12192mm(长)×3400mm(宽)×526mm(高)，框架上设计横梁安装框，橡胶垫片通过胶粘接固定在横梁安装框内表面，橡胶垫片起缓冲作用；使用时，只需将横梁放置在安装框内，通过介质螺钉固定.玻璃钢托盘12上承重玻璃钢横梁的高度在12cm以上，也满足叉车属具对原木14在托盘上的装载和卸载操作的空间需要。

模式搅拌器36的结构和组装关系为：

金属扇叶为模具注塑成型，采用ABS塑料，外层电镀铜和铬，镀铜厚度大于30μm，以保证扇叶具有良好的导电特性，为达到最佳搅拌效果，叶片长度应为0.5×λ₀(λ₀为空气波长)，实际应用中，为在水平和竖直两个方向均达到最好的搅拌效果，将扇叶进行倾斜，扇叶与水平方向夹角为45度，叶片长度为

叶片之间夹角为90°，叶片厚度大于等于4mm，以保证其具有较高的结构强度。金属扇叶安装结构主体为方形通孔，尺寸为12mm×12mm，预留正公差，四周进行减重处理，侧面预留销1安装孔，直径为Φ6.4mm。

非金属传动杆采用工程塑料机加工而成，不进行任何电镀处理，为纯介质杆。传动杆直径为Φ20mm，长度为660mm，介质杆底端预留与扇叶装配的安装台，安装台同样为方形，尺寸为12mm×12mm，预留负公差，方便与传动杆的装配。安装台侧面预留销1安装孔，直径为Φ6.4mm，质杆顶端加工与电机装配的安装孔，安装孔为圆孔，尺寸为Φ7.4mm，孔深为20mm，侧面预留销2安装孔，直径为Φ3.5mm。

过壁圆波导采用的铝棒机加而成，内孔直径为Φ30mm，圆波导外径为Φ38mm，法兰盘直径为Φ90mm，厚度为4mm。法兰盘上均匀分布8个Φ4.5mm的通孔。电机与传动杆安装台直径为Φ7mm，侧面预留销2孔20直径为Φ3.5mm。

销1直径为Φ6mm，长度为50mm，其材质为工程塑料。销2直径为Φ3mm，长度为22mm， 其材质为铝棒。

微波介电检疫处理系统的结构和组装关系为：

微波介电检疫处理系统用于对各种进口原木14的检疫灭活处理，典型原木14如：黑胡桃、花梨木、樱桃木等，典型原木14直径范围在Φ0.2m～Φ1m，长度在3m～6m，含水率40％～100％。

系统对原木14介电检疫处理区域为屏蔽舱8，屏蔽舱8由2mm～3mm镀锌钢板焊接而成，为矩形结构，屏蔽舱8壳体内净尺寸为15m×4m×3m(L×W×H)，屏蔽舱8沿长度方向的两端面各设置一樘垂直升降屏蔽门，规格为3.6m×1.5m，分别用于原木14的进舱和出舱。

在屏蔽舱8的两侧面分别布置4套共8套大功率的微波发生器10，微波发生器10工作频率为915MHz，单套微波发生器10输出功率75kW，微波产生效率达85％，微波能量输出接口采用BJ 9矩形波导型式。

屏蔽舱8内顶部和底部居中分别布置四行BJ9矩形波导即天馈子系统37，相邻波导的中心距离650mm，每行波导长度为13m，采取中心馈电的方式，波导上开有辐射微波能量的裂缝，缝宽度30mm。该8行波导分别连接8套微波发生器10。为便于安装、维护，其中底部的波导从屏蔽舱8侧面开孔引出与微波源连接，顶部的波导从屏蔽舱8顶部开孔的方式引出与微波源连接，屏蔽舱8上的开孔通过焊接法兰盘与屏蔽舱8壁的方式密封，避免能量泄露。天馈子系统37工作频率为915MHz，驻波比带宽不小于20MHz，屏蔽舱8内承载原木14带来天馈子系统37驻波比恶化情况下，可通过其三销钉调配器18进行调节，达到驻波比不高于2。为避免原木14处理过程中热蒸汽经过波导裂缝串入波导内部，所有波导缝隙采用聚四氟乙烯盖板23进行封堵，另外利用风机、通风波导20和波导密封窗19向波导内引入正压，避免水蒸汽进入波导。

在屏蔽舱8顶部中间两行13米长波导之间的位置居中以1m为间隔打孔安装红外温度传感器探头共12个，为避免红外温度传感器探头上水汽凝结，红外温度传感器探头上安装有吹扫防护器27，通过鼓风机21不停引入干燥空气来防止水汽凝结；其余两波导之间位置以1m为间隔打孔安装2行×12个共24个模式搅拌器36；屏蔽舱8顶部中间靠近两侧板的位置打孔安装圆形截止波导，用于光纤温度传感器的光纤线过壁。

在屏蔽舱8内顶部靠近两端屏蔽门的位置分别安装各一个共2个视频探头，视频探头由透光的屏蔽玻璃提供防护。在屏蔽舱8外安装4套视频探头用于对微波发生器10设备、进舱链板13、出舱链板14的实时监控。所用视频探头像素达到200万。

沿屏蔽舱8长度方向，沿中心线分别布置进舱链板13、托盘传送带11、出舱链板14，其 长度为14.8m，其中托盘传送带11位于屏蔽舱8内，其传送带为非金属编织带，在屏蔽舱8内运行过程中不至于由高功率微波引起打火。进舱链板13、托盘传送带11、出舱链板14之间间距约2m，由进舱、出舱门隔断，板面的高度依次降低2cm，便于原木14托盘转移过程中的承接。进舱链板13、托盘传送带11、出舱链板14承载能力均不小于15吨，两幅板间约距3.6m。

在进舱链板13靠近进舱门一侧架设金属龙门架，在金属架上以0.7m的间距居中安装4个雾化喷头，喷头朝下；在金属架边布置水箱用于给喷头供水，自来水经过软水机后进入水箱，水箱容量400升，喷水量2l～18l可调节。雾化喷头随原木14进舱时开启，随原木14完全进舱后关闭。

在屏蔽舱8上层四角1.5m高度分别悬吊布置一个共四个漏功率监测设备33，用于实时监测屏蔽舱8微波泄露的电平情况，当监测到泄露微波信号超出国标规定的范围，立即发出声光告警信号，并反馈到微波发生器10立即关断微波信号的输出，保障安全。

原木14由专用玻璃钢托盘12承载，玻璃钢托盘12尺寸为12.8m长×3.8m宽×0.4m高，其外框架为钢结构焊接而成，表面镀锌，锌层厚度在50微米以上，底部有叉车孔位，上部有与集装箱相同的吊装孔位。玻璃钢托盘12盘面由3.2m长的玻璃钢横梁和玻璃钢平板构成，玻璃钢横梁其原木14承载能力15吨，玻璃钢平板用于避免杂物掉落到舱内地面。玻璃钢托盘12中间2.6m宽×12m长的区域为原木14承载区，原木14采用单层排列方式，单托盘平铺原木14体积约10立方米，工作时该区域对915MHz频率微波的透波率在95％以上，确保原木14受到上下双向微波的辐照处理。

微波介电检疫处理系统中各设备的控制统一以RJ45网线接口方式引入控制系统设备34，各温度传感器39以4mA～20mA电流模拟量的形式引入控制系统设备34，控制系统设备34通过主流PLC如Siemens PLC等搭建系统控制硬件平台，以WINCC组态软件搭建HMI操作平台。该系统实现流程化自动处理：当托盘上原木14准备就绪时启动原木14检疫处理流程，原木14随托盘在进舱链板13的驱动下进入屏蔽舱，屏蔽门关闭，微波发生器10运行，当检测到所用温度传感器39达到设定的61℃并保持1min后，关闭微波发生器10，出舱门开启，将原木14托盘传送出屏蔽舱8转移到出舱链板14上，出舱门关闭，完成一次处理流程。按照一年工作300天、作业效率90％估算，单套微波检疫处理设备可处理原木14约9800个40英尺集装箱/年。

天馈系统的结构和组成关系为：

天馈系统包含八个天馈单元，每个天馈单元均包括频率源109～116、三销钉调谐器101、 屏蔽窗102、通风波导20、馈电直波导106、E面弯波导104、H面弯波导105、弧光探测仪401、天线117～124、波导缝隙塞；各部件依次相连，组成双向均匀辐照天馈系统，其中弧光探测仪401置于每个H面弯波导105的斜臂上，107是支撑柱，用于支撑传送带；天馈系统中的天线和部分直波导放置于金属屏蔽舱108内，本申请中波导采用的是标准BJ 9的矩形波导，法兰盘采用的标准FDP 9法兰。屏蔽舱为15000mm(长)×4260mm(宽)×3000mm(高)的长方体结构，第一波导缝隙天线117～120之间的中心间距为650mm，第二波导缝隙天线121～124之间的中心间距为650mm，第一波导缝隙天线117～120与第二波导缝隙天线121～124之间的中心距离为2700mm，频率源109～112之间的中心间距为2310mm，频率源113～116之间的中心间距为2310mm，频率源109～112与频率源113～116之间的中心间距为8000mm。

频率源109～116用于产生高功率电磁波信号，为整个系统提供微波能量，频率源109～116置于金属屏蔽舱108外面，便于维修和检测，频率源109～116产生的高功率电磁波信号进入馈电网络，为天馈单元中的八根天线馈电，其中频率源109、110、113、114为下方的四根天线馈电，频率源111、112、115、116为上方的四根天线馈电；馈电网络的主要功能是将频率源产生的电磁波信号传输到天线，馈电网络包含频率源109～116向天线117～124馈电过程中信号所经过的全部部件，主要包括三销钉调谐器101、屏蔽窗102、通风波导20、馈电直波导106、E面弯波导104、H面弯波导105、弧光探测仪401；由于天线和频率源的位置已经固定，每个馈电波导的总长度不一样，因此，馈电网络的长度主要是靠直波导调节。天线117～124置于金属屏蔽舱内，位置已经固定，为避免打火以及维修便利性，其他部件均放在墙体外部，上部为第一波导缝隙天线117～120，下部为第二波导缝隙天线121～124，其作用是辐射微波能量。

屏蔽舱的结构和组成关系为：

屏蔽舱的壳体净尺寸为15m×4m×3m(L×W×H)。采用六面镀锌钢板焊接而成，形成电磁屏蔽结构，钢板依附在钢龙骨结构上。为减小屏蔽舱结构自身对微波能量的损耗，屏蔽钢壳体内侧需作良好的表面处理，提高导电性能和表面光洁度，舱内腔钢结构表面镀锌厚度：≥50μm；另外屏蔽钢壳体外侧作保温防护，避免热量的流失，提高能量使用效率。屏蔽舱的地面施工顺序应为舱内传送带支撑梁地桩首先完成施工，屏蔽舱在此基础上进行屏蔽钢板的拼装和焊接，确保整体的屏蔽性能。

为保证焊接质量，地面采用3mm镀锌钢板，墙面和顶面采用2mm镀锌钢板，满足屏蔽 舱在不同频段范围的屏效要求。其中，主立柱截面为80×60×4(mm³)，柱距2m均布；横龙骨截面为60×40×3(mm³)，间距1m布置；竖龙骨截面为50×30×3(mm³)，焊于竖龙骨之间，间距1m。顶面：考虑顶部设备(风扇及波导)重量略大，顶面设置6道顶主梁：截面为120×60×4(mm³)，跨度为3.6m，沿屏蔽舱宽度方向架设。顶圈梁：截面为120×60×4(mm³)，沿屏蔽舱顶部周圈设置；顶次梁：截面为60×40×3(mm³)，跨度为2m，间距1m；顶龙骨：截面为50×30×3(mm³)，跨度为1m，形成1m×1m网格。

地面满铺40×2(mm²)，间距500mm均布，地圈梁规格为150×100×4(mm³)。为了减少焊接变形，地面采用3mm厚屏蔽钢板。

考虑屏蔽舱内的排水，屏蔽舱地面钢板焊接时沿屏蔽舱长度方向考虑0.3％的坡度，并在最低处预留水波导将水做过壁处理后排出屏蔽舱外，土建预留相应管道汇入地下排水管网。

屏蔽舱屏蔽壳体采用成熟的二氧化碳保护焊接工艺，气候环境适应能力较强，不会因潮湿、电化学腐蚀、受力变形等影响屏蔽效能。

屏蔽门

屏蔽舱两端面各设置一樘垂直升降屏蔽门，规格为3.6m×1m。通过电动铰链拉动开启和闭合。屏蔽门主要用作屏蔽舱工作时原木进出屏蔽舱的通道，大门主体采用H型钢构支撑，门扇主体在钢构内的导轨上运行。完全自动化的推拉门是通过气动阀门和电器元件的组合控制的，所有的控制是通过安装在主控制面板上逻辑控制器来实现的，可通过电脑远程控制。屏蔽门的锁紧为双点斜楔锁紧结构。采用单刀插入式电磁密封技术，以铁为基体的镀铜复合刀口，可拆卸式铍青铜双排簧片，能有效地形成电磁密封腔，电磁密封可靠。簧片维修更换方便。内外门板为双层绝缘结构，具有较高的屏蔽效能。屏蔽门采用喷漆工艺，整体美观，外形漂亮，运行平稳，安全可靠。

屏蔽门采用电动平移(X、Y方向)的传动方式，锁紧采用气动锁紧，升降台采用液压油缸驱动模式。

开门动作：通过电脑操作界面给出开门信号，锁紧装置逐渐松开，启动电机，门就会沿开始X方向移动(垂直屏蔽板体方向)，齿轮和机架安装在门前。当门达到固定限位后,向上的提拉电机动作，门扇作Y方向运动，Y方向上运动达到另一个限位位置，门立即停止运动。开门动作完成后给出提示信号。

关门动作：通过电脑操作界面给出关门信号，门扇由高位向下缓慢运动(Y方向)至固定位置，再由此位置向侧推进(X方向)，直至门扇与门框接触，启动簧片锁进系统完成大门关 门动作。关门动作完成后给出提示信号。

大门的运行控制配有急停系统确保运行安全，备有断电应急保护装置，能使大门在断电的情况下完成一次安全操作。

大门的锁紧系统为气动锁紧，气缸系统配有储气设备，可使大门的气泵故障时运用储存的气使门扇与门框松开。

两侧屏蔽舱屏蔽门关闭到位、开门到位闭锁双路输出信号(短路接通为到位，断路为未到位)，屏蔽门关闭到位时给出机械安全限位。

由于传送带电机在舱外，传送带运动过程中必然要穿过屏蔽舱，带来屏蔽性能的减低。采用截止波导的过壁方式增强屏蔽性能。传送带截止波导波导管截面为100mm×50mm，深度为500mm。考虑皮带更换及维修，矩形波导部分为可拆卸形式，通过螺栓与其他固定部分连接。将皮带嵌入矩形波导内，将此部分用螺栓与固定部分连接。

舱内照明系统

照明设计按照《民用建筑照明设计标准》及《工业企业照明设计标准》执行。屏蔽舱顶部设置LED灯。满足屏蔽舱内平均照度大于100lux的要求。为防护高强度微波辐射，LED灯安装在屏蔽箱内，通过屏蔽玻璃将光线射入屏蔽舱。

舱内视频监控

屏蔽舱内设置高清固定摄像头，分别安装于屏蔽舱顶面角部，保证整个屏蔽舱范围无死角。该监控系统采用数字信号，具有较高的抗电磁干扰特性，将摄像头安装于屏蔽箱内，通过屏蔽玻璃采集屏蔽舱内视野，满足较高功率电磁环境下的使用要求。采用此种方案，屏蔽玻璃对显示画面清晰度有一定的影响。舱内视频监控受整个控制监控子系统远程控制。

防腐处理

由于屏蔽舱内的高温环境，选用耐高温专用的防腐涂料，该种材料采用互传网络结构无机聚合物，所有填料均由耐热、不燃的无机物组成。基料中含有大量-OH活性基团，它与填料中的活性组分及钢铁活性表面快速反应，生成三维结构的无机聚合物，将涂层与钢铁基体连成一体，形成具有电化学保护和物理屏蔽作用的耐热防腐涂层，特别适用于工作在高温，腐蚀环境下的钢铁结构的长效防护。

该种材料可实现常温下自固化，防腐性能好，使用寿命长，涂层硬度高，抗擦伤，抗冲击，耐老化等优点。

装饰装修

屏蔽舱龙骨焊接完成后在，在外侧安装玻镁板玻作为铝塑板的粘贴面，镁板具有耐高温、阻燃、吸声防震、防水防潮、防虫蛀、轻质防腐、无毒无味无污染等特性，在玻镁板安装完成后，在玻镁板上粘贴白色铝塑板作为装饰面。铝塑板具有艳丽多彩的装饰性、耐蚀、防火、防潮、隔音、隔热、质轻等特点，被广泛应用于各种建筑装饰上。

由于屏蔽舱内的高温环境，选用耐高温专用的NB(JYX-2)室内薄型钢结构防火防腐涂料，涂料由高分子乳液、成碳剂、膨胀催化剂、防火剂、颜料经搅拌、磨细产物，采用互传网络结构无机聚合物，涂料中的基料内含有大量-OH活性基团，它与填料中的活性组分及钢铁活性表面快速反应，生成三维结构的无机聚合物，将涂层与钢铁基体连成一体，形成具有电化学保护和物理屏蔽作用的耐热防腐涂层，特别适用于工作在高温，腐蚀环境下的钢铁结构的长效防护；该材料施工采用喷涂、刷涂方法，使用时应充分搅拌均匀，涂料稍稠时，可用适量自来水进行稀释，以方便喷涂为宜，施工前，应将电缆表面的浮沉、油污、杂物等清洗、打磨干净，待表面干燥时方可进行防火材料的喷涂，施工过程中，涂层未干时，应防水、防暴晒、防污染、防移动、防弯曲，如有损坏应及时修补；该涂料常温喷涂在钢结构表面，常温自干，与表面附着力非常好，坚硬耐磨耐划伤，不开裂，性能优良。

矩形波导过壁处理

为实现电磁波的舱内照射，屏蔽舱顶面和地面均有矩形波导贯穿，过壁处理可以采用以下方式：

为增强屏蔽性能，采用环装法兰盘过壁处理，将法兰盘按照指定位置与屏蔽壳体焊接，屏蔽体内外波导对应螺丝孔位旋紧。波导法兰与连接法兰之间加装丝网导电衬。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，微波介电加热原木检疫处理流程由两条工作流水线协同并行运作构成，第一条工作流水线为原木检疫处理流水线，所在区域为处理区，包括以下步骤：

   (1)原木(14)进舱预处理；

   (2)对原木(14)进行处理；

   (3)当日工作结束，各设备关机断电；

   第二条工作流水线为原木(14)从集装箱出箱在托盘上作排列准备以及处理后原木(14)装载运走的流水线，所在区域为待处理准备区，包括以下步骤：

   (1)封闭厂房(1)开门，批次装载原木(14)的集装箱进入待处理准备间；

   (2)对原木(14)进行待处理；

   (3)当天作业结束。
2. 如权利要求1所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，所述第一条工作流水线步骤(1)包括：

   (1-1)控制系统开机，微波发生器(10)开机预热10min；

   (1-2)在屏蔽舱(8)内外6路视频监控开机对处理区域自动录像记录；4路微波泄露监控开机工作进入实时监控状态；

   (1-3)水冷机(9)开机，出水温度设置为室温值；

   (1-4)屏蔽舱(8)两侧舱门关闭；处理间两侧卷帘门打开；等待原木(14)在玻璃钢托盘(12)上以单层排列准备就绪的信号，该信号由待处理准备区操作人员给出；

   (1-5)屏蔽舱进舱门(5)打开，确认进舱门打开到位信号有效；

   (1-6)原木(14)及玻璃钢托盘(12)在进舱链板(4)驱动下以15m/min的速度进入屏蔽舱(8)；在进舱同时，开启喷淋设备(32)，使用自来水以5L/min的流量对进舱原木(14)作雾化加湿；

   (1-7)原木(14)及玻璃钢托盘(12)进舱后，喷淋设备(32)关闭。
3. 如权利要求2所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，所述第一条工作流水线步骤(2)包括：

   (2-1)光纤温度传感器布置到位；

   (2-2)屏蔽舱进舱门(5)关闭到位；

   (2-3)8台微波发生器(10)以每台75kW的微波功率输出；

   (2-4)模式搅拌器(36)以60r/min的速度旋转；原木(14)随传送带以8～15m/min的速度作往复运动；

   (2-5)判断温度达到61℃以上，微波发生器(10)进入待机状态；

   (2-6)模式搅拌器(36)停止、传送带往复运动停止；

   (2-7)屏蔽舱出舱门(6)打开到位；

   (2-8)原木(14)及玻璃钢托盘(12)以15m/min的速度出舱进入出舱链板(7)；

   (2-9)完成对处理后原木(14)的检查/拍照/数据记录；

   (2-10)屏蔽舱出舱门(6)关闭到位；

   (2-11)继续当天工作。
4. 如权利要求3所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，所述第一条工作流水线步骤(3)包括：

   (3-1)对屏蔽舱(8)作排湿抽风、日常检查和维护；

   (3-2)处理间卷帘门关闭。
5. 如权利要求4所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，所述第二条工作流水线在步骤(2)包括：

   (2-1)空载玻璃钢托盘(12)进入封闭厂房(1)；

   (2-2)关闭封闭厂房(1)；

   (2-3)集装箱载运原木(14)开箱，在玻璃钢托盘(12)上以单层状态平行排列，保证原木(14)在玻璃钢托盘(12)上达到80％～100％的容积装载量或6m³～10m³的原木(14)体量；

   (2-4)对待处理原木(14)作检尺拍照记录，在原木(14)上随机打孔，孔深5cm，孔径约1cm，用于光纤传感器放置；

   (2-5)操作人员按下按钮，向控制中心人员给出原木(14)在玻璃钢托盘(12)上准备就绪的信号；

   (2-6)在原木(14)进屏蔽舱(8)进行检疫处理过程中，同步进行下一玻璃钢托盘(12)原木(14)的准备工作；

   (2-7)封闭厂房(1)开门，批次装载原木(14)的集装箱进入待处理准备间。
6. 如权利要求5所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，所述第二条工作流水线在步骤(3)包括：作日常的检查维护，空托盘返回封闭厂房(1)。
7. 如权利要求6所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，在所述屏蔽舱(8)内均匀分布有12路光纤温度传感器，12路红外温度传感器；所述红外温度传感器用于测量原木(14)表皮温度，红外温度传感器为固定安装，当某红外温度传感器测温范围不含或只有部分被测原木时，该路红外温度传感器不被系统所使用；所述光纤温度传感器用于测量原木(14)表皮以里温度；两种温度传感器(39)测温范围覆盖0℃～150℃；两种温度传感器(39)通过4mA～20mA电流模拟量接口将温度值传输给控制系统，控制系统控制微波发生器10输出微波功率进行检疫处理，同时实时监控温度值，具体包括以下步骤：

   (1)八套微波发生器(10)皆以满功率运行，各输出75kW微波功率；

   (2)屏蔽舱(8)内26路模式搅拌器36启动运行，电机转速60r/min；

   (3)控制系统采集红外温度传感器和光纤温度传感器温度值；

   (4)控制系统判断是否所用温度传感器(39)温度值皆达到61℃以上，若未达到继续以上1～4步；

   (5)控制系统检测到所用温度传感器(39)温度值皆达到61℃以上，保持1min；

   (6)停止原木(14)及玻璃钢托盘(12)的往复运动；关闭模式搅拌器(36)；

   (7)所有微波发生器(10)进入待机状态；

   (8)本轮次处理结束。
8. 如权利要求7所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，在实时监控温度值过程中，原木(14)及玻璃钢托盘(12)随传送带在屏蔽舱(8)内作往复运动，行程0.32m，速度8m～15m/min。
9. 如权利要求8所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，所述屏蔽舱(8)进出舱门布置有关门到位干结点和开门到位干结点，进舱门的关门到位干结点与出舱门的关门到位干结点形成串联电路，连接到微波发生器(10)控制电路，作为微波发生器(10)输出微波的控制信号，只有当两侧舱门皆关闭到位即控制电路联通后，微波发生器(10)才能输出微波信号，否则微波发生器(10)的输出被锁死。
10. 如权利要求9所述的微波介电加热原木检疫处理方法，其特征在于，所述待处理准备区为封闭的厂房空间，专用于集装箱载运原木(14)的开箱、原木(14)作处理排列准备的区域，为避免爬虫逃逸，在待处理准备区厂房沿墙体内部四周建设有环形水道(2)，水道宽10cm深20cm，环形水道(2)水量保持有10cm深度；所述待处理准备区内部沿墙体四周均布布置有生物信息素诱捕器30套、荧光高压灭虫器30套；与所述待处理准备区对接的处理区屏蔽舱(8)进出舱门不能同时开启，避免生物穿舱而过，以此保证无论爬虫还是飞虫皆无法逃逸。

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