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《傳感器原理與應(yīng)用》
內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn):傳感器的基本概念及其基本特性(靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性);傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)方法;各類(lèi)傳感器的轉(zhuǎn)換原理;特性分析及其設(shè)計(jì)方法;測(cè)量電路;實(shí)際應(yīng)用;實(shí)驗(yàn)。參考學(xué)時(shí):
56或64學(xué)時(shí),其中講課44~50學(xué)時(shí);實(shí)驗(yàn)12~14學(xué)時(shí)??己朔椒ǎ浩綍r(shí)(作業(yè)、考勤)15%+實(shí)驗(yàn)15%+期末考試70%《傳感器原理與應(yīng)用》
內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn):1Chapter1
1.明確傳感器的定義、組成及其分類(lèi);傳感器技術(shù)的特點(diǎn);傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用及其發(fā)展趨勢(shì);2.掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述方法;3.掌握傳感器動(dòng)態(tài)特性的描述方法(微分方程,傳遞函數(shù),頻率特性)及其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)(一階傳感器的時(shí)間常數(shù),二階傳感器的固有頻率n和阻尼比)的意義;4.掌握傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)(階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng))的分析方法;5.掌握傳感器動(dòng)態(tài)誤差的意義及其計(jì)算方法;6.了解機(jī)-電模擬的基本方法和意義。Chapter11.明確傳感器的定義、組成及其分類(lèi);2一階傳感器二階傳感器微分方程傳遞函數(shù)頻率特性幅頻特性相頻特性動(dòng)態(tài)誤差主要計(jì)算公式一階傳感器3
Chapter2
被測(cè)量應(yīng)變()電阻變化(R)電壓(U)1.掌握金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、原理(電阻-應(yīng)變效應(yīng),K=(R/R)/)及特性:2.掌握壓阻式傳感器工作原理,固態(tài)壓阻式傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其應(yīng)用;
Chapter2被測(cè)量應(yīng)變()4
Chapter2
3.掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量線路(直流惠斯通電橋)的結(jié)構(gòu)形式(特別是差動(dòng)結(jié)構(gòu))及特點(diǎn),一般情況下,電橋輸出電壓為4.掌握電阻應(yīng)變式傳感器的組成、應(yīng)用及其分析方法;彈性敏感元件+電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變式傳感器;彈性敏感元件的應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系:=/E;彈性敏感元件的泊松比:Δd/d=l/l=。5.了解電位計(jì)式傳感器結(jié)構(gòu)和基本特性(自學(xué))。Chapter23.掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)5
Chapter3
被測(cè)量L,M電磁感應(yīng)自感式傳感器(電感式傳感器)電感式傳感器—差動(dòng)變壓器互感式傳感器—電渦流式傳感器Chapter3被測(cè)量L,M6
Chapter3
1.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及其基本特性:
變氣隙型電感式傳感器螺管式電感傳感器電感量
靈敏度
非線性誤差差動(dòng)結(jié)構(gòu):靈敏度加倍;非線性誤差減小。Chapter31.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原7
Chapter3
2.掌握電感式傳感器的電橋測(cè)量電路的輸出特性:交流電橋輸出:差動(dòng)電阻平衡臂電橋:或差動(dòng)變壓器電橋:或Chapter32.掌握電感式傳感器的電橋8
Chapter3
3.掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)構(gòu)、工作原理、輸出特性及其差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路的工作原理,輸出信號(hào):4.掌握高頻反射式電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其基本特性;5.掌握各類(lèi)電感式傳感器的典型應(yīng)用(位移型傳感器)。Chapter33.掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)9
Chapter4
被測(cè)量(d,S,)CU(I,f)1.掌握不同類(lèi)型的電容傳感器構(gòu)成原理及其用途,并結(jié)合應(yīng)用設(shè)計(jì)電容式傳感器:平行板電容器電容量:
柱式電容器電容量:Chapter4被測(cè)量(d,S,10
Chapter4
空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器:靈敏度:非線性誤差:具有固體介質(zhì)的變間隙式電容傳感器:線位移變面積式電容傳感器:
Chapter4空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳11
Chapter4
角位移變面積式電容傳感器:
變介電常數(shù)式電容傳感器:(線性)
2.分析各種電容式傳感器測(cè)量電路特點(diǎn):交流不平衡電橋,二極管檢波電路,差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路,運(yùn)算法測(cè)量電路等;3.了解雜散電容產(chǎn)生原因及減少或消除雜散電容影響的方法;4.明確電容式差壓變送器結(jié)構(gòu)原理,掌握分析計(jì)算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。Chapter4角位移變面積式電容傳感器12
Chapter5
力(F)電荷(Q)1.掌握壓電材料壓電效應(yīng)的意義及描述方法(Q=dijF);2.掌握石英及壓電陶瓷材料的壓電機(jī)理及其壓電特性;3.掌握壓電式傳感器的等效電路(等效電容器Ca=S/h,或電荷源Q=dijF、電壓源Ua=Q/Ca)及測(cè)量電路的特點(diǎn);分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別:Chapter5力(F)電荷(Q13
Chapter5
電壓前置放大器傳感器的電壓靈敏度:輸入電壓Ui與作用力之間的相位差:理想情況:幅值比電壓靈敏度Chapter5電壓前置放大器14
Chapter5
測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù):,n=1/,幅值比,
相位差;低頻響應(yīng)動(dòng)態(tài)誤差:
電荷前置放大器輸出電壓:與之間的相位差:Chapter5測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù):15
Chapter5
4.學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)的頻率響應(yīng)特性及其應(yīng)用頻率范圍的確定方法。加速度計(jì)微分方程:靈敏度與頻率關(guān)系:
Chapter54.學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)16
Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)
1.掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)(恒定磁通式和變磁通式)及其工作原理(電磁感應(yīng)原理e=NdΦ/dt);2.掌握磁電式傳感器的設(shè)計(jì)方法和典型應(yīng)用(速度型傳感器);3.掌握磁電式振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和特性分析。Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)17
Chapter7
溫度電信號(hào)(電阻、電壓、電流等)1.掌握金屬熱電阻的測(cè)溫原理(電阻溫度效應(yīng)),明確鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測(cè)溫范圍、百度電阻比(W(100)=R100/R0)、分度號(hào)(Pt100、Pt50和Cu100、Cu50)和分度表;2.了解熱敏電阻的三種基本類(lèi)型和NTC熱敏電阻的基本特性;3.掌握PN結(jié)型溫度傳感器(晶體二極管、三極管和集成溫度傳感器)的測(cè)溫原理及特性;Chapter7溫度電信號(hào)(電阻、18
Chapter7
4.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電效應(yīng),明確熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分構(gòu)成;5.掌握熱電偶的測(cè)溫原理及其冷端溫度補(bǔ)償方法;6.了解熱電偶的基本定律及其分度號(hào)和分度表;7.熟悉各種熱電式傳感器在溫度測(cè)量和控制中的基本應(yīng)用方法和電路特點(diǎn)。
Chapter74.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電19
Chapter8
光電信號(hào)
1.明確光電傳感器由光源、光學(xué)元件和光電元件組成;2.熟悉光電元件的光-電轉(zhuǎn)換原理是光電效應(yīng),即外光電效應(yīng)(h=mv02/2+A0)和內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng));3.掌握主要光電元件(光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管、光電池等)的結(jié)構(gòu)和主要特性(特別是光譜特性、光電特性);4.理解發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光機(jī)理:電子空穴復(fù)活,所釋放出的光子能量h,即為PN結(jié)禁帶寬度Eg,所以Eg=h=hc/,從而,=hc/Eg,禁帶寬度Eg決定LED發(fā)射光的顏色;明確LED的伏安特性和光譜特性;Chapter8光電信號(hào)20
Chapter8
5.熟悉光電傳感器的四種基本類(lèi)型和主要應(yīng)用;6.熟悉光纖傳感器所用光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及其傳光原理(全反射原理);7.掌握光纖傳感器結(jié)構(gòu)類(lèi)型,明確光纖在傳感器中的作用;8.了解光纖傳感器在位移、壓力、流量、液位、溫度、等不同場(chǎng)合的應(yīng)用方法;9.了解紅外傳感器的基本原理及其主要應(yīng)用;10.了解電荷耦合器件(CCD)的圖像感光原理及圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)移原理。Chapter85.熟悉光電傳感器的四種基本21Capter9磁場(chǎng)電信號(hào)1.掌握霍爾效應(yīng)及霍爾元器件的工作原理,KH=RH/d=1/ned;2.熟悉霍爾傳感器的應(yīng)用方法;3.了解磁敏電阻的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用方法;4.了解磁敏二極管、三極管的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用方法。Capter9磁場(chǎng)電信號(hào)22Capter10被測(cè)量數(shù)字、頻率
1.掌握光柵傳感器結(jié)構(gòu)(照明系統(tǒng)、光柵副、光電元件)及莫爾條紋的形成機(jī)理和特性;2.掌握測(cè)量光柵傳感器位移的辨向原理及提高測(cè)量精度的細(xì)分技術(shù);3.了解感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)原理及其信號(hào)處理方法;4.掌握碼盤(pán)式角數(shù)字編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理;5.掌握幾種主要的頻率式數(shù)字傳感器(振筒式、振膜式、振弦式傳感器等)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及頻率信號(hào)的檢測(cè)方法和應(yīng)用。Capter10被測(cè)量數(shù)字、頻率23Capter11氣體成分、濃度電信號(hào)1.了解熱導(dǎo)式、熱線式、熱敏電阻式氣體傳感器的測(cè)量原理和基本檢測(cè)電路;2.掌握接觸燃燒式氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的氣體報(bào)警器;3.紅外氣體傳感器和濕式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和檢測(cè)原理。Capter11氣體成分、濃度電信號(hào)24Capter12濕度電阻、電容等
1.明確濕度的定義及其表示方法:絕對(duì)濕度V=mV/V(mg/m3);相對(duì)濕度=(V/W)T100%RH2.熟悉濕度傳感器的類(lèi)型(水分子親和力型和非水分子親和力型)及濕敏元件的主要特性參數(shù);3.掌握電解質(zhì)濕度傳感器、半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器、高分子材料濕度傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、感濕原理及其感濕特性。4.了解非水分子親和力型濕度傳感器的測(cè)濕原理和特點(diǎn);5.熟悉濕度傳感器的應(yīng)用方法及其濕度控制電路的設(shè)計(jì)。Capter12濕度電阻、電容等25Capter13(自學(xué))
1.了解超聲波的產(chǎn)生及其傳輸特性,熟悉超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用;2.了解微波的基本特性及微薄傳感器的的檢測(cè)應(yīng)用;3.了解超導(dǎo)效應(yīng)及超導(dǎo)傳感器的應(yīng)用;4.了解智能傳感器基本概念及其實(shí)現(xiàn)方法,明確傳感器的發(fā)展方向。Capter13(自學(xué))1.了解超聲波的產(chǎn)生及其傳26Capter14
1.明確傳感器標(biāo)與校準(zhǔn)的意義;2.掌握測(cè)量誤差和儀表誤差的基本概念;3.掌握傳感器靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的標(biāo)定方法和步驟;4.熟悉壓力、溫度、振動(dòng)等傳感器的標(biāo)定裝置與標(biāo)定方法。Capter141.明確傳感器標(biāo)與校準(zhǔn)的意義;27《傳感器原理與應(yīng)用》
內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn):傳感器的基本概念及其基本特性(靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性);傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)方法;各類(lèi)傳感器的轉(zhuǎn)換原理;特性分析及其設(shè)計(jì)方法;測(cè)量電路;實(shí)際應(yīng)用;實(shí)驗(yàn)。參考學(xué)時(shí):
56或64學(xué)時(shí),其中講課44~50學(xué)時(shí);實(shí)驗(yàn)12~14學(xué)時(shí)??己朔椒ǎ浩綍r(shí)(作業(yè)、考勤)15%+實(shí)驗(yàn)15%+期末考試70%《傳感器原理與應(yīng)用》
內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn):28Chapter1
1.明確傳感器的定義、組成及其分類(lèi);傳感器技術(shù)的特點(diǎn);傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用及其發(fā)展趨勢(shì);2.掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述方法;3.掌握傳感器動(dòng)態(tài)特性的描述方法(微分方程,傳遞函數(shù),頻率特性)及其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)(一階傳感器的時(shí)間常數(shù),二階傳感器的固有頻率n和阻尼比)的意義;4.掌握傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)(階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng))的分析方法;5.掌握傳感器動(dòng)態(tài)誤差的意義及其計(jì)算方法;6.了解機(jī)-電模擬的基本方法和意義。Chapter11.明確傳感器的定義、組成及其分類(lèi);29一階傳感器二階傳感器微分方程傳遞函數(shù)頻率特性幅頻特性相頻特性動(dòng)態(tài)誤差主要計(jì)算公式一階傳感器30
Chapter2
被測(cè)量應(yīng)變()電阻變化(R)電壓(U)1.掌握金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、原理(電阻-應(yīng)變效應(yīng),K=(R/R)/)及特性:2.掌握壓阻式傳感器工作原理,固態(tài)壓阻式傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其應(yīng)用;
Chapter2被測(cè)量應(yīng)變()31
Chapter2
3.掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量線路(直流惠斯通電橋)的結(jié)構(gòu)形式(特別是差動(dòng)結(jié)構(gòu))及特點(diǎn),一般情況下,電橋輸出電壓為4.掌握電阻應(yīng)變式傳感器的組成、應(yīng)用及其分析方法;彈性敏感元件+電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變式傳感器;彈性敏感元件的應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系:=/E;彈性敏感元件的泊松比:Δd/d=l/l=。5.了解電位計(jì)式傳感器結(jié)構(gòu)和基本特性(自學(xué))。Chapter23.掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)32
Chapter3
被測(cè)量L,M電磁感應(yīng)自感式傳感器(電感式傳感器)電感式傳感器—差動(dòng)變壓器互感式傳感器—電渦流式傳感器Chapter3被測(cè)量L,M33
Chapter3
1.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及其基本特性:
變氣隙型電感式傳感器螺管式電感傳感器電感量
靈敏度
非線性誤差差動(dòng)結(jié)構(gòu):靈敏度加倍;非線性誤差減小。Chapter31.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原34
Chapter3
2.掌握電感式傳感器的電橋測(cè)量電路的輸出特性:交流電橋輸出:差動(dòng)電阻平衡臂電橋:或差動(dòng)變壓器電橋:或Chapter32.掌握電感式傳感器的電橋35
Chapter3
3.掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)構(gòu)、工作原理、輸出特性及其差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路的工作原理,輸出信號(hào):4.掌握高頻反射式電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其基本特性;5.掌握各類(lèi)電感式傳感器的典型應(yīng)用(位移型傳感器)。Chapter33.掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)36
Chapter4
被測(cè)量(d,S,)CU(I,f)1.掌握不同類(lèi)型的電容傳感器構(gòu)成原理及其用途,并結(jié)合應(yīng)用設(shè)計(jì)電容式傳感器:平行板電容器電容量:
柱式電容器電容量:Chapter4被測(cè)量(d,S,37
Chapter4
空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器:靈敏度:非線性誤差:具有固體介質(zhì)的變間隙式電容傳感器:線位移變面積式電容傳感器:
Chapter4空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳38
Chapter4
角位移變面積式電容傳感器:
變介電常數(shù)式電容傳感器:(線性)
2.分析各種電容式傳感器測(cè)量電路特點(diǎn):交流不平衡電橋,二極管檢波電路,差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路,運(yùn)算法測(cè)量電路等;3.了解雜散電容產(chǎn)生原因及減少或消除雜散電容影響的方法;4.明確電容式差壓變送器結(jié)構(gòu)原理,掌握分析計(jì)算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。Chapter4角位移變面積式電容傳感器39
Chapter5
力(F)電荷(Q)1.掌握壓電材料壓電效應(yīng)的意義及描述方法(Q=dijF);2.掌握石英及壓電陶瓷材料的壓電機(jī)理及其壓電特性;3.掌握壓電式傳感器的等效電路(等效電容器Ca=S/h,或電荷源Q=dijF、電壓源Ua=Q/Ca)及測(cè)量電路的特點(diǎn);分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別:Chapter5力(F)電荷(Q40
Chapter5
電壓前置放大器傳感器的電壓靈敏度:輸入電壓Ui與作用力之間的相位差:理想情況:幅值比電壓靈敏度Chapter5電壓前置放大器41
Chapter5
測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù):,n=1/,幅值比,
相位差;低頻響應(yīng)動(dòng)態(tài)誤差:
電荷前置放大器輸出電壓:與之間的相位差:Chapter5測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù):42
Chapter5
4.學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)的頻率響應(yīng)特性及其應(yīng)用頻率范圍的確定方法。加速度計(jì)微分方程:靈敏度與頻率關(guān)系:
Chapter54.學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)43
Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)
1.掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)(恒定磁通式和變磁通式)及其工作原理(電磁感應(yīng)原理e=NdΦ/dt);2.掌握磁電式傳感器的設(shè)計(jì)方法和典型應(yīng)用(速度型傳感器);3.掌握磁電式振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和特性分析。Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)44
Chapter7
溫度電信號(hào)(電阻、電壓、電流等)1.掌握金屬熱電阻的測(cè)溫原理(電阻溫度效應(yīng)),明確鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測(cè)溫范圍、百度電阻比(W(100)=R100/R0)、分度號(hào)(Pt100、Pt50和Cu100、Cu50)和分度表;2.了解熱敏電阻的三種基本類(lèi)型和NTC熱敏電阻的基本特性;3.掌握PN結(jié)型溫度傳感器(晶體二極管、三極管和集成溫度傳感器)的測(cè)溫原理及特性;Chapter7溫度電信號(hào)(電阻、45
Chapter7
4.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電效應(yīng),明確熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分構(gòu)成;5.掌握熱電偶的測(cè)溫原理及其冷端溫度補(bǔ)償方法;6.了解熱電偶的基本定律及其分度號(hào)和分度表;7.熟悉各種熱電式傳感器在溫度測(cè)量和控制中的基本應(yīng)用方法和電路特點(diǎn)。
Chapter74.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電46
Chapter8
光電信號(hào)
1.明確光電傳感器由光源、光學(xué)元件和光電元件組成;2.熟悉光電元件的光-電轉(zhuǎn)換原理是光電效應(yīng),即外光電效應(yīng)(h=mv02/2+A0)和內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng));3.掌握主要光電元件(光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管、光電池等)的結(jié)構(gòu)和主要特性(特別是光譜特性、光電特性);4.理解發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光機(jī)理:電子空穴復(fù)活,所釋放出的光子能量h,即為PN結(jié)禁帶寬度Eg,所以Eg=h=hc/,從而,=hc/Eg,禁帶寬度Eg決定LED發(fā)射光的顏色;明確LED的伏安特性和光譜特性;Chapter8光電信號(hào)47
Chapter8
5.熟悉光電傳感器的四種基本類(lèi)型和主要應(yīng)用;6.熟悉光纖傳感器所用光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及其傳光原理(全反射原理);7.掌握光纖傳感器結(jié)構(gòu)類(lèi)型,明確光纖在傳感器中的作用;8.了解光纖傳感器在位移、壓力、流量、液位、溫度、等不同場(chǎng)合的應(yīng)用方法;9.了解紅外傳感器的基本原理及其主要應(yīng)用;10.了解電荷耦合器件(CCD)的圖像感光原理及圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)移原理。Chapter85.熟悉光電傳感器的四種基本48Capter9磁場(chǎng)電信號(hào)1.掌握霍爾效應(yīng)及霍爾元器件的工作原理,KH=RH/d=1/ned;2.熟
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