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传感器原理及应用
出版时间：2012-9&&出版社：电子工业出版社&&作者：彭杰纲 编&&页数：287&&字数：523000&&
　　《传感器原理及应用》对现代传感器的数据采集和信号处理进行阐述，且注重对至少应用和工程实践能力的培养。本书共11章，主要内容包括：传感器的概念、分类、基本特性、标定和技术现状，传感器的功能材料及加工工艺，温敏传感器，力敏传感器，磁敏传感器，光敏传感器，声敏传感器，湿敏传感器，生物传感器，以及传感器的信号处理和智能化等。本书提供配套电子课件。　　《传感器原理及应用》可作为高等学校工科测控技术与仪器、自动化、机电一体化及仪器仪表等专业高年级本科生和研究生的教材，也可供相关工程技术人员学习参考。
第1章 绪论1.1 传感器的概念1.1.1 传感器的基本组成1.1.2 传感器的定义1.2 传感器的分类1.3 传感器的基本特性1.3.1 传感器的静态特性1.3.2 传感器的动态特性1.4 传感器的标定1.4.1 传感器的静态特性标定1.4.2 传感器的动态标定1.5 传感器技术现状1.5.1 发达国家传感器技术水平1.5.2 我国传感器研究现状1.5.3 传感器技术发展方向1.6 重要的传感器信息来源习题第2章 传感器的功能材料及加工工艺2.1 传感器使用的材料.2.1.1 导体、半导体和电介质2.1.2 有机高分子敏感材料2.1.3 磁性材料2.2 传感器的加工工艺2.2.1 结构型传感器的加工工艺2.2.2 微机械加工工艺第3章 温敏传感器3.1 基本概念3.1.1 温标3.1.2 热力学相关概念3.1.3 温敏传感器的分类3.2 热电偶传感器3.2.1 热电效应3.2.2 热电偶基本定律3.2.3 热电偶的结构3.2.4 热电偶冷端温度误差及其补偿3.2.5 热电偶实用测量电路3.3 电阻型温度传感器3.3.1 热电阻3.3.2 热敏电阻3.4 半导体pn结型温度传感器3.4.1 温敏二极管3.4.2 温敏三极管3.4.3 温敏晶闸管（可控硅）习题第4章 力敏传感器4.1 应变式电阻传感器4.1.1 电阻应变片的种类4.1.2 金属电阻应变片4.1.3 半导体应变片4.1.4 电阻应变片的测量电路4.1.5 电阻应变式传感器应用4.2 压电式力传感器4.2.1 压电效应和压电材料4.2.2 压电传感器的等效电路与测量线路4.2.3 压电式传感器的应用举例4.2.4 压电式传感器的主要性能及其影响因素4.3 电容式力传感器4.3.1 电容式传感器的特点4.3.2 电容式压力传感器4.3.3 电容式集成压力传感器4.4 电感式压力传感器4.5 谐振式压力传感器4.5.1 工作原理和特性4.5.2 谐振式压力传感器的特性4.5.3 谐振式压力传感器的类型4.6 光纤力学传感器4.7 压电涂层压力传感器4.8 力敏z-元件及触觉传感器4.9 陶瓷压阻式压力传感器习题第5章 磁敏传感器5.1 概述5.2 霍尔元件5.2.1 霍尔效应5.2.2 影响霍尔效应的因素5.2.3 霍尔元件基本结构5.2.4 霍尔元件基本特性5.2.5 霍尔元件的电磁特性5.2.6 霍尔元件不等位电势补偿5.2.7 霍尔元件温度补偿5.2.8 霍尔集成电路5.2.9 霍尔式传感器的应用5.3 半导体磁阻器件5.3.1 磁阻效应5.3.2 磁阻元件5.3.3 磁敏电阻的应用5.4 结型磁敏器件5.4.1 磁敏二极管5.4.2 磁敏三极管5.5 铁磁性金属薄膜磁阻元件5.5.1 铁磁体中的磁阻效应5.5.2 铁磁薄膜磁敏电阻的结构与工作原理5.5.3 铁磁薄膜磁敏电阻的技术性能及特点5.6 压磁式传感器5.6.1 压磁式传成器的基本原理5.6.2 压磁传感盟的主要特性5.6.3 压磁式传感器的应用举例5.7 新型磁传感器5.7.1 mos磁敏器件5.7.2 高分辨率磁性旋转编码器5.7.3 涡流传感器5.7.4 韦根德磁敏器件5.7.5 磁通门传感器习题第6章 光敏传感器6.1 概述6.1.1 光谱6.1.2 光学传感器的相关计量单位6.1.3 光源6.2 光电效应传感器6.2.1 外光电效应及器件6.2.2 内光电效应（光电导）及器件6.3 光生伏特效应器件6.3.1 光生伏特效应6.3.2 光电池6.4 光敏二极管6.4.1 结构原理6.4.2 光电二极管应用实例6.5 光敏晶体管6.5.1 光敏晶体管和光敏二极管基本特性6.5.2 光电三极管应用实例6.6 色敏光电传感器6.6.1 双结型色彩传感器6.6.2 非晶态集成色彩传感器6.6.3 应用实例6.7 光电耦合器件6.7.1 光电耦合器6.7.2 光电开关6.8 红外热释电光敏器件6.8.1 红外热释电光敏效应6.8.2 热释电传感器的结构6.8.3 热释电红外传感器的应用6.9 固态图像传感器6.9.1 ccd图像传感器6.9.2 mos固态图像传感器6.9.3 ccd与cmos图像传感器的性能比较6.10 光纤传感器6.10.1 概述6.10.2 光纤的结构和传输原理6.10.3 光纤传感器习题第7章 声敏感传感器7.1 声波的基本性质7.2.1 声压及其描述7.2.2 声功率和声强7.2.3 声波的反射、折射、透射和吸收7.2 声敏感传感器7.2.1 电阻变换型声敏传感器7.2.2 压电声敏传感器7.2.3 电容式声敏传感器（静电型）7.2.4 音响传感器7.3 水声传感器7.3.1 水声传感器的性能指标7.3.2 水声传感器用郎之万型换能器7.3.3 海底地貌仪7.3.4 多普勒计程仪7.3.5 相关计程仪7.4 超声波传感器7.4.1 超声波及其物理性质7.4.2 超声波对超声场产生的作用（效应）7.4.3 超声波传感器7.4.4 超声波传感器的应用7.5 声表面波传感器7.5.1 表面声波的类型7.5.2 saw传感器的结构与工作原理7.5.3 高分辨率saw温度传感器7.5.4 saw气体传感器7.5.5 saw压力传感器7.5.6 声板波传感器7.6.7 apm传感器原理第8章 气体传感器8.1 概述8.2 气体传感器的主要参数与特性8.3 半导体气体传感器8.3.1 电阻型半导体气敏元件8.3.2 半导体气敏二极管和mosfet气体传感器8.4 固态电解质气体传感器8.4.1 浓差电池式zro2氧传感器8.5 接触燃烧式气体传感器8.5.1 检测原理与结构8.5.2 气敏特性8.6 新型气体传感器8.6.1 红外吸收式传感器8.6.2 热导率变化式气体传感器8.6.3 气敏半导体材料吸附机理及器件8.6.4 气一磁传感器8.7 气体传感器的应用习题第9章 湿敏传感器9.1 湿度的基本概念9.1.1 相对湿度和绝对湿度9.1.2 露点9.2 湿度传感器的特性参数9.3 湿度传感器的分类9.4 陶瓷式湿度传感器9.4.1 陶瓷电阻式湿度传感器9.4.2 陶瓷电容式湿度传感器9.5 有机物及高分子聚合物湿度传感器9.5.1 高分子电阻式湿度传感器9.5.2 高分子电容式湿度传感器9.6 半导体结型和mos型湿度传感器9.6.1 湿敏二极管9.6.2 湿敏mos场效应管9.7 固体电解质界限电流式高温湿度传感器9.7.1 固体电解质界限电流式湿度传感器的结构与工作原理9.7.2 固体电解质界限电流式湿度传感器的特性9.8 溶性电解质湿度传感器9.8.1 登莫式9.8.2 浸渍式9.8.3 光硬化树脂电解质湿敏元件习题第10章 生物传感器10.1 生物传感器的基本概念10.2 生物传感器的特点10.3 生物反应基本知识10.3.1 酶反应10.3.2 微生物反应10.3.3 免疫学反应10.3.4 生物传感器膜技术和固定化技术10.3.5 基本电极10.3.6 测量方式10.4 生物传感器的工作原理及类型10.4.1 酶传感器及其应用10.4.2 微生物传感器及其应用10.4.3 免疫传感器及其应用10.4.4 半导体生物传感器及其应用10.4.5 组织传感器10.4.6 细胞传感器10.4.7 基因芯片习题第11章 传感器的信号处理和智能化11.1 传感器的信号处理11.1.1 信号变换电路11.1.2 阻抗匹配器11.1.3 噪声及其抑制11.2 传感器的数字化11.2.1 模拟信号数字变换系统11.2.2 数据变换系统的 抗混滤波11.3 智能传感器11.3.1 智能传感器的结构11.3.2 智能传感器的功能11.3.3 网络化的智能传感器11.4 无线传感器网络11.4.1 无线传感器网络的概述11.4.2 无线传感器网络体系结构11.4.3 无线传感器网络的关键技术习题参考文献
1.发射换能器主要技术指标 （1）发射声功率 发射声功率是标志发射器在单位时间内向介质辐射声能大小的物理量。发射声功率一般随工作频率而变化，在其机械谐振频率下可获得最大的发射声功率。根据用途不同，水声换能器的发射声功率一般在几瓦至几十千瓦。目前发射换能器正向着低频大功率和高可靠性的方向发展。 （2）发射效率 作为能量传输网络，效率的概念有三个，即机电效率、机声效率和电声效率。机电效率，是指换能器中将电能转换为机械能的效率，它等于机械振动系统所取得的全部有功功率与输入换能器的总信号电功率之比。机声效率，是指换能器的机械振动系统将机械能转换为声能的效率，它等于发射器的发射功率与机械振动系统所消耗的有用机械功率之比。电声效率，是指换能器中将电能转换成声能的总效率，它等于发射声功率与输入换能器的总信号电功率之比。所以，换能器的电声效率等于它的机电效率与机声效率的乘积。换能器的效率与换能器的类型、结构和材料等多方面的因素有关，且与工作频率有关；一般来说，压电换能器的电声效率最高可达90%以上，一般在40%～75%之间；磁致伸缩换能器的电声效率很低，一般在20%～60%的范围内。 （3）发射器的灵敏度 发射器的灵敏度有电压灵敏度和电流灵敏度之分，是在换能器测量中常用的一个指标。发射电压灵敏度，是指在给定的方向上，离发射器有效声中心1 m远处所产生的声压与输入端的信号电压之比值。发射电流灵敏度，是指在某一指定方向上，离发射器有效声中心1 m远处所产生的声压与输入端的工作电流之比值。在不同的方向上，距发射器的有效声中心均为1m远的地方所产生的声压大小是不同的，通常在测量换能器的性能时，都是测量换能器轴线方向上1m远处的声压与输入电流之比，它的单位为Pa/A。发射换能器的指标还有很多，例如，发射器表面的振幅分布和非线性失真系数等，在此不做详细讨论。
《普通高等教育"十二五"规划教材o电气工程、自动化专业规划教材:传感器原理及应用》详细介绍传感器的基本原理和相关应用，共11章。第1章是传感器概论及相关基础知识；第2章对与传感器密切相关的材料及加工工艺技术做了系统的介绍；第3～10章按综合分类法介绍传感器原理及应用，主要内容包括：热学量（热敏）、力学量（力敏和声敏）、磁学量（磁敏）、光学量（光敏）、化学量（气敏和湿敏）及生物量（生物传感器）等传感器的原理、结构、性能指标及其应用电路；第11章介绍传感器的信号处理、智能化及无线传感器网络，为后续的仪器电路、无线传感器网络等课程做了铺垫。《普通高等教育"十二五"规划教材o电气工程、自动化专业规划教材:传感器原理及应用》语言简明扼要、通俗易懂，具有很强的专业性、技术性和实用性，是作者多年教学和科研经验的积累和总结。《普通高等教育"十二五"规划教材o电气工程、自动化专业规划教材:传感器原理及应用》可作为高等学校工科测控技术与仪器、自动化、机电一体化及仪器仪表等专业高年级本科生和研究生的教材，也可供相关工程技术人员学习参考。
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&&&&终于买到了，速度够慢的，等的心都伤了。。。。
&&&&印刷还行，教科书也就这样。
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&-&&-&&-&&-&移动设备开发（61）
一、生物传感器研究起源&&&&&&20世纪的60年代, Updike和 Hicks把葡萄糖氧化酶 (GOD)固定化膜和氧电极组装在一起,首先制成了第一种生物传感器,即葡萄糖酶电极。到 80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是: 1985年《生物传感器》 国际刊物在英国创刊; 1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版;1990年,首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开,并且确定以后。生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域,它与生物信息学、 生物芯片、 生物控制论、 仿生学、 生物计算机等学科一起,处在生命科学和信息科学的交叉区域。它们的共同特征是:探索和揭示出生命系统中信息的产生、 存储、 传输、 加工、 转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是:广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合,研究和开发具有识别功能的换能器,并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术,研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、 细胞、细胞器、 组织、 器官等,以及人工合成的分子印迹聚合物 (molecularly im2p rinied polymer,MIP)。由于研究 DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片 (DNA芯片、 蛋白质芯片)独立学科领域。二、 生物传感器的原理&&&&&&待测物质经扩散作用进入生物活性材料,经分子识别,发生生物学反应,产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号,再经二次仪表放大并输出,便可知道待测物浓度三、 生物传感器的种类&&&&&&(1)按照其感受器中所采用的生命物质分类,可分为:微生物传感器、免疫传感器、 组织传感器、 细胞传感器、 酶传感器、 DNA传感器等。&&&&& (2)按照传感器器件检测的原理分类,可分为:热敏生物传感器、 场效应管生物传感器、 压电生物传感器、 光学生物传感器、 声波道生物传感器、酶电极生物传感器、 介体生物传感器等。&&&&& (3)按照生物敏感物质相互作用的类型分类,可分为亲和型和代谢型两种。四、 生物传感器的特点&&&&&&(1)采用固定化生物活性物质作催化剂,价值昂贵的试剂可以重复多次使用,克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。&&&&& (2)专一性强,只对特定的底物起反应,而且不受颜色、 浊度的影响。&&&&& (3)分析速度快,可以在一分钟得到结果。&&&&& (4)准确度高,一般相对误差可以达到 1%&&&&& (5)操作系统比较简单,容易实现自动分析&&&&& (6)成本低,在连续使用时,每例测定仅需要几分钱人民币。&&&&& (7)有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。五、 现今生物传感器介绍&&&&&&(1) SPR生物传感器。药物分析用生物传感器其典型代表产品是 SPR生物传感器,这是一种表面膜共振分析,是实时测定生物分子结合的技术,在九十年代初由发玛西亚公司引入,以抗原抗体结合分析为例,将抗原 (或抗体)通过表面化学方法固定在芯片的金箔表面,然后让抗体 (或抗原 )流过抗原抗体的结合将改变膜表面液体性状,从而影响金箔共振性质,这改变可被实时检测并记录下来 (这被称之结合相)。如改让缓冲液流过,结合的抗体 (或抗原)将解离并被带走,这同样改变膜表面液体性状,检测并记录下来的金箔共振性质改变就是解离相。它主要用于部份新药研发中药物作用的分子活性基团的识别。&&&&& (2)固定化酶生物传感分析仪。固定化酶生物传感分析仪是最早出现且精度最高的生物传感器。固定化酶生物传感器最重要服务对象包括:临床、 食品分析、 发酵工业控制、 环境监测、 防卫安全检测等领域。例如在发酵工业的氨基酸工业 (味精、 天冬氨酸、 丙氨酸、 赖氨酸等)、 抗生素工业 (葡萄糖等的在线监测和控制系统 )、 酒类工业 (酒精生物传感器 1min可得到结果)、 酶制剂工业 (糖化酶快速分析)、 淀粉糖工业 (葡萄糖、 淀粉、 糖化酶的分析)、 生物细胞培养 (葡萄糖、 乳酸、 谷氨酰胺分析)、 石化工业中微生物脱硫细胞培养监控、 维生素 C的生产、 发酵甘油的生产等,生物传感器检测技术是生物加工类企业改造的重要途径之一,在线生物传感器分析是建立生产模拟系统和实时检测的新工具。&&&&& (3)血糖—乳酸生物传感自动分析仪。具有自动识别试管位置功能的样品盘、 自动定量吸入样品的取样系统和相应的生物传感敏感膜。组装成整机,能实现微量取样、 快速响应、 高精度,操作完全自动化的有竞争力的新生物传感器。&&&&& (4)高精度血糖分析仪。高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪。其分精度可以达到 0. 5～2% ,比家用保健类生物传感器几乎高一个数量级,比目前医用生化分析仪的精度也高 2～3个百分点。这在血糖分析领域是非常重要的,它们可以用作血糖分析的标准方法。尤其是在市场销售的手掌型血糖分析仪出现质量事故时,需要另一种有说服力的分析方法证明其分析结果时,固定化酶葡萄糖生物传感分析仪可以作为一种理想的仲裁工具。它们既可作为医用类型的分析仪,还可用作生物技术产业的过程监控、 食品分析、 和科研工具。多种酶传感器研究开发比较成熟,已形成商品六、 家用医疗保健类生物传感器&&&&&&手掌型血糖分析器:糖尿病人可以自测的手掌型血糖分析器已经达到大规模应用的程度。在上世纪 70年代血糖自我监测仪器就已问市,使血糖的检验由医院延伸到家中。上个世纪 80年代,新一代血糖及操作技术简单化,使得自我监测血糖的准确度提高了。这是研究者最初沿着干化学试剂条测定尿糖浓度的思路,采用酶法葡萄糖分析技术,并结合丝网印刷和微电子技术制作的电极,以及智能化仪器的读出装置,三者完美地组合成微型化的血糖分析仪。&&&本文引用通告地址：
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DNA生物传感器的原理与应用
    
最近，在美国化学协会召开的一个会议上，DNA再一次成为众人关注的焦点。但是这一次有些不同，DNA分子所充当的角色不再是生命遗传物质，而变成了传感器的敏感元件。用DNA分子制造的传感器可以被广泛应用到疾病的诊断与治疗中。可以说未来它将与我们的健康息息相关。　　人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律时或者在生产活动中，它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，我们就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，相当于人的感官。传感器是一个装置，它是一种将非电量信号转变成电信号的装置，这样就能满足信号的传输、处理、储存、显示、记录和控制等要求。　　传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程，甚至文物保护等等极其广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。&&& 传感器分类多种多样，我们提到的DNA分子制作的传感器被称之为基因传感器，它是生物传感器的一种。DNA生物传感器是一种能将目标DNA的存在转变为可检测电信号的传感装置。它由两部分组成，一部分是识别元件，即DNA探针，另一部分是换能器。识别元件主要用来感知样品中是否含有待测的目标DNA；换能器则将识别元件感知的信号转化为可以观察记录的信号。通常是在换能器上固化一条单链DNA，通过DNA分子杂交，对另一条含有互补序列的DNA进行识别，形成稳定的双链DNA，通过声、光、电信号的转换，对目标DNA进行检测。　　DNA生物传感器原理是通过固定在传感器或称换能器探头表面上的已知核苷酸序列的单链DNA分子和另一条互补的ss－DNA分子杂交，形成的双链DNA会表现出一定的物理信号，最后由换能器反应出来。　 但是DNA分子非常微小而脆弱，我们如何固定并使用它呢？生物敏感材料的固定化技术是基因传感器研究的重要一环，也是制备生物传感器的关键。这项技术决定了传感器的功能、性能和质量。说得具体一点还关乎传感器的灵敏度、线性范围、稳定性及使用寿命。现在固定DNA探针的技术有共价键结合法、自组装膜法、电集合法、表面富集法这么几种主要方法。　　共价键结合法是通过共价键使生物活性分子与电极表面结合而进行固定的方法。固定电极之前首先要对电极进行活化预处理，再引入活性键合基团，然后进行表面的共价键合，把含预定功能团的探针分子固定到电极表面。　　当然我们还使用自组装法来固定DNA。这项技术一般利用一段带巯基的DNA片段，在金电极表面形成自组装单分子膜来固定核酸探针。　　除了这两种方法外，还有几种常用的固定方法，就不一一介绍。&&& DNA传感器是一类特殊的传感器，它是在生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透的基础上成长起来的。它特异性强，DNA分子双链之间具有非常高的特异性识别能力；分析速度快，可以在1分钟得到结果；准确度高，误差极小；操作系统比较简单，容易实现自动分析；成本低，在连续使用时，测定价格低廉。特别是它具有高度自动化、微型化与集成化的特点。　　随着分子生物学的发展，人们逐渐意识到除外伤以外，包括传染性疾病、遗传性疾病及恶性肿瘤等所有的疾病都与基因有关系，因此应用在基因检测方面的DNA传感器就显得十分重要。　　比如，乙型肝炎是乙肝病毒（HBV）所引起的一种传播快、潜伏期长、危害广的传染病,我国慢性无症状HBV感染者或慢性无症状HBV携带者已超过1.2亿，是HBV感染者中存在数量最大的群体。如果采用上面介绍过的自组装单分子膜技术，将巯己基修饰的探针的单链DNA探针固定在金电极表面，制得DNA电化学传感器，以某种电活性物质为指示剂，就可以获得特异性好、灵敏度高、响应时间短的DNA传感器。它对血清样品中乙肝病毒DNA的响应则更理想。换句话说，DNA传感器能帮助我们正确、快速、高质量地检测出受试者体内是否已经感染慢性无症状HBV或者已经携带这种病毒。　　生物传感器在近几十年获得可喜的发展。尤其分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合后，这种发展正在加速进行，并在国民经济的各个部门，如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等领域显露出广泛的应用前景。　　比如，葡萄糖的含量是衡量成熟度和贮藏寿命的一个重要指标，已开发的生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖。食品工业中对食品鲜度尤其是鱼类、肉类的鲜度检测是评价食品质量的一个主要指标。现在已经有人开发出测定鱼降解过程中产生的肌苷一磷酸等物质的浓度，进而评价鱼鲜度的传感器。　　近年来，环境污染问题日益严重，人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，生物传感器满足了人们的要求。目前，已有相当部分的生物传感器应用于水环境监测、大气环境监测等领域。　　军事医学中，对生物毒素的及时快速检测是防御生物武器的有效措施。生物传感器已应用于监测多种细菌、病毒及其毒素，如炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶尔森菌、埃博拉出血热病毒、肉毒杆菌类毒素等。　　此外，在法医学中，生物传感器可用作DNA鉴定和亲子认证等。
收录时间:日 23:27:26 来源:传感器之家 作者:匿名
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