传感器课程设计压电陶瓷

压电陶瓷传感器结构
压电陶瓷传感器是一种利用压电效应测量压力变化的传感器，它的主要结构包括以下几部分：
1. 压电陶瓷片：压电陶瓷片是压电传感器的核心部件，一般采用具有压电性能的陶瓷材料制成。

当外力施加在陶瓷片上时，会产生电荷积聚，从而产生电压信号。

2. 机械支撑结构：为了使压力能够均匀地传递到压电陶瓷片上，传感器通常会采用机械支撑结构来支撑压力加载区域。

这样可以确保传感器对压力的测量更为准确。

3. 金属壳体：为了保护压电陶瓷片以及其他电子元件，压电传感器常常会采用金属壳体作为外壳。

金属壳体还可以提供电磁屏蔽的功能。

4. 电路板：压电传感器还包括一个电路板，用于放置和连接陶瓷片、信号放大器和数据处理电路。

电路板上的元件可以将陶瓷片产生的微小电荷转化为可用的电压信号。

总体来说，压电陶瓷传感器结构简单，但功能强大，可以广泛应用于压力、力、加速度等物理量的测量。

低温共烧压电陶瓷传感器的结构设计和原理以低温共烧压电陶瓷传感器的结构设计和原理为题，本文将详细介绍该传感器的结构设计和工作原理。

一、结构设计低温共烧压电陶瓷传感器是一种常用的传感器，广泛应用于温度测量和控制的领域。

该传感器主要由压电陶瓷材料、导电膜和金属外壳组成。

1. 压电陶瓷材料：压电陶瓷材料是低温共烧压电陶瓷传感器的核心部分。

压电陶瓷材料具有压电效应，即在受到外力作用时会产生电荷。

常用的压电陶瓷材料有PZT（铅锆钛）系列和PMN-PT（铅镁酸铅）系列等。

这些材料具有良好的温度稳定性和压力灵敏性，可实现精确的温度测量和控制。

2. 导电膜：导电膜是将压电陶瓷材料与电路连接的关键部分。

导电膜通常采用金属薄膜制成，如铜薄膜、银薄膜等。

导电膜的主要作用是将压电陶瓷材料产生的电荷传递到外部电路中，实现电信号的输出。

3. 金属外壳：金属外壳是低温共烧压电陶瓷传感器的保护层，具有良好的机械强度和耐高温性能。

金属外壳能有效地保护传感器内部的压电陶瓷材料和导电膜，防止其受到外界环境的影响。

二、工作原理低温共烧压电陶瓷传感器的工作原理基于压电效应。

当传感器受到外力作用时，压电陶瓷材料会发生形变，从而产生电荷。

具体工作原理如下：1. 压电效应：压电陶瓷材料在受到外力作用时，会产生电荷。

这是由于压电陶瓷材料的晶格结构变化引起的。

当外力作用导致晶格结构变形时，材料内部的正负电荷分布也发生改变，从而产生电荷。

2. 电荷传递：产生的电荷通过导电膜传递到外部电路中。

导电膜与压电陶瓷材料紧密贴合，能够有效地传递电荷。

传感器外部的电路会根据接收到的电荷信号进行相应的处理，从而实现温度的测量和控制。

3. 温度测量和控制：低温共烧压电陶瓷传感器的温度测量和控制原理基于压电陶瓷材料的压力灵敏性。

当温度发生变化时，外界环境对传感器施加的压力也会发生相应的变化，从而引起压电陶瓷材料的形变。

通过测量压电陶瓷材料形变产生的电荷，可以间接地获得温度信息。

压电陶瓷传感器的应用研究压电陶瓷传感器作为一种新型的传感器，已经被广泛应用于诸多领域，如智能家居、工业自控、医疗卫生等。

本文将从压电陶瓷传感器的原理、特点、应用以及发展前景几个方面进行探讨。

一、压电陶瓷传感器的原理压电陶瓷是一种能够将机械能转化为电能的材料，其基本原理是在外力的作用下，晶体内部会产生一定的电场，使得晶体本身呈现两极性。

当加上外加电场时，晶体会发生相应的变形。

反之，当外力作用于晶体时，晶体也会发生相应的电荷分布。

在压电陶瓷传感器中，压电陶瓷作为感受元件，当受到外力作用时，会产生相应的电荷变化，并输出电信号。

该信号可以被数字电路或模拟电路处理，并转化为实际的物理量，如温度、压力等。

二、压电陶瓷传感器的特点1. 高准确性：由于压电陶瓷传感器具有响应速度快、输出稳定、灵敏度高等特点，因此其测量精度和准确性也得到了保证。

2. 可靠性高：压电陶瓷主要由氧化铁细小晶粒组成，且具有高的硬度和抗酸碱性，因此其耐用性和可靠性非常高。

3. 安装简单：压电陶瓷传感器的安装简单方便，不需要过多的外部设备和引线，具有很好的自适应性和自动补偿功能，可以极大地缩小传感器的尺寸。

三、压电陶瓷传感器的应用压电陶瓷传感器目前已经被广泛应用于各个领域，例如：1. 工业自控领域：包括制造业、航空航天、汽车工业等，可以用于实时监测各种物理状态，如压力、温度、流量等。

2. 医疗卫生领域：应用于医疗设备和医疗器械，如心率监控仪、血压计等，可以监测人体各种指标。

3. 智能家居领域：应用于智能家居系统，如烟雾探测器、光感应器、门窗传感器等，可以实现对家庭环境和设备的智能管理和控制。

四、压电陶瓷传感器的发展前景随着现代科技的快速发展，压电陶瓷传感器的应用前景也越来越广阔。

随着人们对传感器测量精度和准确性的要求不断提高，压电陶瓷传感器的研究和应用也将得到更深入的发展。

同时，随着新型材料和新工艺技术的不断出现，压电陶瓷传感器的性能将进一步提高，应用领域也会更加广泛。

压电陶瓷材料的制备及其在传感器中的应用随着现代科技的不断发展，传感器技术已经成为了人们生活中的重要组成部分。

而在优秀传感器的制作过程中，非常关键的一步就是材料的选择。

而适用于传感器制作中的一个材料种类，就是压电陶瓷材料。

它具有压电效应，能将外界压力和变形转化成电信号，从而应用于压位传感器、加速度计、声波振荡器等领域。

本篇文章将介绍压电陶瓷材料的制备方法及其应用。

一、压电陶瓷材料的制备压电陶瓷材料的制备方法通常是由粉末冶金技术加工而成。

在此制备过程中，关键因素包括原材料的选择及其成分比例、加工工艺中的温度、压缩程度、均匀性等多个方面。

首先，研磨原材料。

原材料一般包括铅酸钛和亚铁酸锆等材料。

这些原材料通常需要经过粉碎、筛选等处理过程，使其粒子尺寸均匀并符合生产要求。

其次，按照比例混合原材料。

在混合过程中，要保证各种原材料的成分比例正确，以保证制出的陶瓷材料具有一定的压电性能。

混合后的材料需要进行研磨成细粉末。

然后，将混合的材料研磨成细粉末，以提高其成形性。

在研磨过程中，一般需要添加一定量的有机添加剂，以提高粉末流动性，并降低粉末压缩时的剪切力。

接下来，制备陶瓷坯料。

将加工好的材料放入模具中，并进行初步压缩。

接着，以恰当的温度进行烧成处理，以在高温环境下使陶瓷材料不同程度地结晶，获得所需的物理和化学性质。

这个过程中的温度和时间掌握的好坏，对于陶瓷材料的性能有很大的影响。

最后，通过多次加工和磨削等工序，使其外形尺寸精度和表面质量符合要求。

二、压电陶瓷材料在传感器中的应用在制备好陶瓷材料之后，接下来可以考虑将其应用于传感器领域。

压电陶瓷晶体的压电效应及其高灵敏度和耐热性，使得它在传感器领域中具有广泛应用。

我们将介绍陶瓷材料在压力传感器、加速度计等领域的应用。

1. 压力传感器压电陶瓷材料在压力传感器中主要用于测量压力信号。

压力传感器一般由压电陶瓷片组成，其压电特性能够将受力压缩的信号转化为电信号输出。

由于压电陶瓷材料具有高灵敏度和高温稳定性，因此被广泛应用于汽车制造、火箭、飞机等领域。

压电陶瓷的应用实例压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，广泛应用于传感器、换能器、马达和声波器件等领域。

它的压电效应表现为在施加机械应力或者电场时产生电荷，比如压电陶瓷在马达中能够将电能转化为机械能，广泛应用于汽车雨刷器、燃油喷射系统和阻尼器件中。

以下将介绍压电陶瓷在压电传感器、声波器件和医疗设备中的应用实例。

一、压电传感器应用实例1.1 压力传感器压电陶瓷作为一种良好的压电材料，可以应用在压力传感器中。

通过将压电陶瓷固定在传感器结构上，当外部施加压力变化时，压电陶瓷将产生相应的电荷信号。

这种压电传感器可以用于测量汽车发动机的油路压力、液压系统的压力、化工设备的压力等。

在工业自动化控制系统中，通过安装压电陶瓷传感器可以实现对压力的准确测量和监控，保障生产设备的安全运行，并且实现智能化的生产管理。

1.2 加速度传感器压电陶瓷还可以用于制作加速度传感器，通过压电陶瓷的压电效应可以实现对加速度的测量。

加速度传感器在汽车安全系统中应用广泛，例如车载气囊系统、车辆稳定控制系统等，通过安装压电陶瓷传感器可以实现对车辆的加速度变化进行实时监测，从而保障车辆和乘车人员的安全。

二、声波器件应用实例2.1 超声波清洗压电陶瓷作为一种能够产生超声波的材料，可以应用于超声波清洗设备中。

通过在超声波清洗设备中引入压电陶瓷换能器件，其在外加电压的作用下将电能转化为超声波能量，从而实现对工件表面的高效清洗。

超声波清洗广泛应用于电子元件、精密零部件、医疗器械、眼镜等领域，通过使用压电陶瓷换能器件可以实现清洗效果更加彻底、清洗时间更短、清洗效率更高的优势。

2.2 超声波医疗器械压电陶瓷还应用于超声波医疗器械中，例如超声波图像设备、超声波治疗仪器等。

通过在超声波医疗器械中使用压电陶瓷换能器件，可以实现对超声波的产生和控制，从而实现对人体组织的成像和治疗。

超声波成像中通过压电陶瓷换能器件产生的超声波可以实现对内部器官的清晰成像，帮助医生进行准确诊断。

压电式传感器教学案第一篇：压电式传感器教学案压电传感器教学案使用教材：自动检测与传感器的应用（自动检测与转换技术）课题压电传感器（一）——压电效应及压电材料教材分析《自动检测与传感器应用》是建立在对各类传感器原理分析与检测系统设计的基础之上。

以分析传感器敏感机理、研究传感器信号提取与处理方法为主，侧重对典型传感器的认知及其性能的分析，同时注重将新型传感器、新知识、新概念引入课程教学，以拓宽学生视野。

本章节介绍的压电传感器是经典传感器之一，广泛应用于动态测量领域。

本次课主要介绍压电传感器的工作原理及压电材料部分。

学情分析与教学方法设计由于本课程是自动化专业的一门重要的专业技术主干课，具有极强的综合性，属于多学科交叉的学科，学生虽然在前段时间已经学习了三种经典的传感器，但由于先导基础知识不扎实，因而在教学过程中以教师启发讲授分析讲述为主，辅以PPT，适当引导学生，激发学生的学习兴趣与积极性，使学生能熟悉传感器的工作原理及应用等教学目标压电传感器及其特点（明确）压电式传感器的工作原理（掌握）3、常用压电材料及其性能特点（通过学习会选择应用）重点与难点压电式传感器的工作原理、常用压电材料及其性能特点教学准备通过网络来搜集与本节有关的资料，自制PPT电子教学教案、授课提纲（具体教学内容见PPT 《21压电传感器（一）》）总概述：压电传感器特点及应用工作原理：——压电效应正压电效应（顺压电效应）逆压电效应（电致伸缩效应）压电材料压电材料的特性：压电材料的分类压电晶体（单晶体）：石英晶体经过极化处理的压电陶瓷（多晶体）压电半导体材料新型压电材料：有机高分子压电材料压电材料的选择教学过程（学生完成部分）：过程分配教学内容教学方法复习与引入问：学过哪几种传统的传感器？其对应的敏感元件是哪些？答：式传感器、式传感器及式传感器。

问：家里的燃气灶是如何实现点火的？十字路口的车速测量与闯红灯是如何实现的？中国三大鸣沙山：甘肃敦煌“鸣沙山”、内蒙古达拉特奇“响沙湾”、宁夏中卫“沙坡头”学生回答学生思考新课要点压电式传感器：压电式传感器是一种典型的（属于发电型传感器）。

题目基于压电陶瓷制作声控延时小夜灯摘要随着电力电子的蓬勃发展和迅速换代促进了压电陶瓷压电式传感器的发展,压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。

用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。

压电陶瓷声控延时照明夜灯是采用压电陶瓷片作为声控元件，由数字集成电路和晶闸管等组成的控制电路，电路功能说明图(压电陶瓷声控延时小夜灯电路原理图)所示是光控、声控延时照明楼道灯电路。

该灯白天由于光线的照射，始终处于关闭状态，一到晚上，该灯只要收到猝发声响（如脚步、击掌声等），灯就会自动点亮，延时一段时间后又会自行熄灭。

这是一种十分实用的节能照明灯电路，不仅适用于住宅楼的楼道，也同样适用于其他公共照明场所。

关键词：压电式传感器晶闸管目录一、设计目的------------------------------------------------------- 1二、设计任务与要求 ------------------------------------------------- 12.1设计任务----------------------------------------------------- 32.2设计要求----------------------------------------------------- 4三、设计步骤及原理分析 --------------------------------------------- 53.1设计方法---------------------------------------------------- 103.2设计步骤---------------------------------------------------- 113.3设计原理分析------------------------------------------------ 11四、课程设计小结与体会 -------------------------------------------- 12五、参考文献------------------------------------------------------- 13前言当你夜晚走在大街小巷、上厕所等，是否在为找不到开关而绞尽脑汁？是的，在日常生活中我们可以发现很多时候我们需要灯的时候却没有或者不能够实现智能控制，而声控灯的设计就能够满足人们的需求。

压电陶瓷传感器结构压电陶瓷传感器是一种常见的传感器类型，由压电陶瓷材料制成。

它广泛应用于各种领域，如声波传感、压力测量以及振动监测等。

压电陶瓷传感器的结构复杂而精密，以下将详细介绍其主要结构。

首先，压电陶瓷传感器的核心组件是压电陶瓷片。

该陶瓷片通常采用铅错钛酸钿(PZT)等材料制成，具有压电效应，即在材料被压缩或扩张时，能够产生电荷。

这种电荷可以用来测量外部力的大小或将压力转化为电信号。

其次，压电陶瓷片常常与金属层堆叠在一起，形成压电复合片。

金属层在传感器的结构中起到连接和支撑的作用。

止匕外，金属层还能够传导从压电陶瓷片中产生的电荷，使之能够流动到传感器的接口部分。

在压电陶瓷片和金属层之间，常常有绝缘层进行隔离。

绝缘层的作用是防止金属层与压电陶瓷片之间发生短路现象，并起到保护传感器内部结构的作用。

常见的绝缘材料包括陶瓷薄膜和聚合物等。

另外，传感器中的导电层和导电线起着将电荷导出的作用。

导电层位于压电陶瓷片和绝缘层之间，负责在压电效应产生电荷后，将电荷传递到导电线上。

导电线则将电荷导出到传感器的接口，以便与外部电路进行连接并进行信号传输和处理。

最后，传感器的外壳是为了保护内部结构以及电路的完整性。

外壳通常采用金属或塑料材料制成，具备耐高温、耐腐蚀和机械强度较高的特点。

外壳还能够将压力均匀传递到压电陶瓷片上，以确保传感器的精度和稳定性。

综上所述，压电陶瓷传感器的结构包括压电陶瓷片、金属层、绝缘层、导电层、导电线和外壳等组件。

这些组件相互配合，共同构成了一个功能完备、高效可靠的传感器。

在实际应用中，我们应根据具体需求选择合适的压电陶瓷传感器，并合理使用和维护，以获得更精确的测量结果和更长久的使用寿命。

低温共烧压电陶瓷传感器的结构设计和原理低温共烧压电陶瓷传感器是一种常见的压力传感器，它具有结构简单、灵敏度高、温度稳定性好等优点，广泛应用于工业自动化控制、医疗设备、环境监测等领域。

本文将从结构设计和工作原理两个方面介绍低温共烧压电陶瓷传感器。

一、结构设计低温共烧压电陶瓷传感器主要由压电陶瓷片、电极、导线、外壳等组成。

1. 压电陶瓷片：压电陶瓷片是传感器的核心部件，它具有压电效应，能够将机械压力转变为电信号。

常见的压电陶瓷材料有PZT（铅锆钛酸钠）、PZT-5H和PZT-5A等。

2. 电极：电极是安装在压电陶瓷片上的金属片，用于提供电场。

通常采用银浆涂覆在陶瓷片的两侧，形成正负极。

3. 导线：导线用于将传感器的电信号传输到外部电路。

通常采用铜线或银线，通过焊接或插接与电极连接。

4. 外壳：外壳用于保护传感器内部结构，通常采用不锈钢或塑料材料制成。

外壳的设计要考虑到传感器的尺寸、密封性和耐腐蚀性等要求。

二、工作原理低温共烧压电陶瓷传感器的工作原理是基于压电效应。

当外界施加压力或力量作用在压电陶瓷片上时，陶瓷片会发生形变，产生电荷。

这是因为压电陶瓷材料在受力作用下会发生极化，使得正负电荷分布不均匀，产生极化电荷。

具体来说，当外界施加压力使压电陶瓷片发生形变时，陶瓷片内部的正负电荷会发生位移，导致表面出现电荷分布不均匀的情况。

这个不均匀的电荷分布会引起电场的变化，从而产生电压信号。

传感器的电极会收集这个电压信号，并通过导线传输到外部电路进行放大、处理和判断。

通过测量电压信号的大小，就可以得知施加在传感器上的压力或力量的大小。

需要注意的是，低温共烧压电陶瓷传感器的工作温度通常在-40℃至+125℃之间，因此在设计和选择材料时要考虑到其温度稳定性和耐热性能。

低温共烧压电陶瓷传感器的结构设计和工作原理是基于压电效应，通过压电陶瓷片的形变产生电荷分布不均匀，从而产生电压信号。

这种传感器结构简单、灵敏度高，广泛应用于各个领域。

传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies) 2008年第27卷第5期Tonpilz型压电陶瓷超声传感器的设计滕　舵,陈　航,朱　宁,杨　虎,诸国磊(西北工业大学航海学院,陕西西安710072)摘　要:超声传感器是一种电声转换器件,其敏感元件压电陶瓷控制传感器的主要性能。

设计了一种谐振频率为140k Hz的Tonpilz型压电陶瓷超声传感器,从压电方程入手,建立了不同的理论模型,对等效网络法和有限元法2种不同的设计方法进行了比较。

相应的试验表明:有限元法的分析结果直观明了、建模快捷、分析准确,其误差可控制在5%以内。

设计研制的Tonpilz型传感器工艺简单、造价低廉、性能稳定。

关键词:传感器;压电陶瓷;超声;等效网络;有限元中图分类号:TB565 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2008)05-0084-03Design of Tonpilz type piezoelectric ceramicultrasonic transducerTEN G Duo,CH EN Hang,ZHU Ning,YAN G Hu,ZHU Guo2lei(College of Marine,N orthw estern Polytechnical U niversity,Xi’an710072,China)Abstract:The ultrasonic transducer is an electroacoustic device.Its performance is determined mainly bythe properties of its sensitive element,namely piezoelectric ceramics.A140k Hz Tonpilz piezoelectricceramic ultrasonic transducer is investigated.Derived f rom the piezoelectric constitutive equation,theequivalent circuit model and finite element model are constructed respectively.The difference between abovetwo models is described.A comparison shows that the method of FEA has a good accuracy,and its analysiserror can be controlled within5%.So FEA is suitable for such type piezoelectric transducer.Sometransducer prototypes are made according to the design result.The corresponding test shows a goodperformance.K ey w ords:transducer;piezoelectric ceramic;ultrasonic;equivalent network;finite element0　引　言压电陶瓷超声传感器是一种可以综合利用压电陶瓷正向和反向压电效应实现电声能量相互转换的器件,其在超声医疗、无损探伤、石油探井以及海洋军事等方面均有重要应用[1]。

压电陶瓷传感器
通过控制它的成分和烧结条件等手段，陶瓷的微观结构比较容易调节。

微观结构对陶瓷的所有特性都有重大影响，包括它们的电学、磁性、光学、热学和机械性能。

由于陶瓷材料的耐高温和抗恶劣环境影响能力很强，所以常常将它们用于高温环境下的处理过程。

陶瓷主要是由价格便宜的材料制备而成的，这就是说用它生产的传感器价格也将比较低廉。

1.压电陶瓷传感器工作原理
有自发极化的晶体，通常其表面俘获大气中的电荷而保持电平衡状态。

当温度变化时，处于电平衡状态的晶体，其内部的自发极化发射随温度变化相应地变化。

因为晶体表面电荷的变化跟不上晶体内部自发极化的变化，故可在晶体表面观测到电荷。

若在热释电体的两侧安装电极，并在两电极间接上负载，则因温度变化而释放的表面电荷将通过负载形成热电流。

2.压电陶瓷传感器的特点
能充分吸收人射的红外线。

为了使吸收的单位热能对应大的温度上升幅度，热释电材料体积比热应小，且便于加工成微型或薄膜化元件。

与温度变化相对应的表面电荷变化应大，即热释电系数=dPr/dT 大。

室温的Pr（剩余极化）大，（居里温度）适当高时，λ 变大。

当Tc低，λ 大时，T c低使工作温度受到限制，且的温度变化率大。

与表面电荷变化相应的电容应小，使之能产生大的电压。

3.压电陶瓷传感器应用
压电材料有单晶和多晶两种。

前者以石英晶体为代表，其特点是温度稳定性和老化性能好，且Q值极高；后者以钛锆酸铅压电陶瓷为代表，其特点是容易制作，性能可调，便于批量生产。

压电材料已广泛用于力敏、声敏、热敏、光敏、湿敏和气敏等传感器。

压电陶瓷超声波传感器的工作原理及结构特征
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，由于其工作可靠、安装方便、防水型、发射夹角较小、灵敏度高等特点，广泛应用在物位液位监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域。

众所周知，压电陶瓷是制作超声波传感器探头的常用材料。

下面就了解一下压电陶瓷超声波传感器的工作原理及结构特征。

当电压作用于压电陶瓷时，压电陶瓷就会随电压和频率的变化产生机械变形。

另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。

利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。

相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。

基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。

将超声波传感器的一个复合式振动器被灵活地固定在底座上。

该复合式振动器是谐振器以及由一个金属片和一个压电陶瓷片组成的双压电晶片元件振动器的一个结合体。

谐振器呈喇叭形，目的是能有效地辐射由于振动而产生的超声波，并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。

压电陶瓷超声波传感器使用有一点需要注意的是，在高频率探测中，必须使用垂直厚度振动模式的压电陶瓷。

在这种情况下，压电陶瓷的声阻抗与空气的匹配就变得十分重要。

因为压电陶瓷的声阻抗是空气声阻抗的105，这就会导致在压电陶瓷振动辐射表面上的大量损失，这时就需要将一种特殊材料粘附在压电陶瓷超声波传感器上，作为声匹配层，可实现与空气的声阻抗相匹配，这样才能达到测量的目的。

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