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角度偏移对微机械陀螺系统响应特性的影响 预览
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作者 张利娟 李欣业 张华彪 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期65-70,85共7页
微机械陀螺敏感结构加工误差的存在使得微机械陀螺的弹性主轴和驱动/敏感轴不能完全重合,将导致信号出现误差。针对加工误差引起的角度偏移,即弹性主轴和驱动/敏感轴的不重合对微陀螺系统响应特性的影响进行研究。同时考虑系统的刚度非... 微机械陀螺敏感结构加工误差的存在使得微机械陀螺的弹性主轴和驱动/敏感轴不能完全重合,将导致信号出现误差。针对加工误差引起的角度偏移,即弹性主轴和驱动/敏感轴的不重合对微陀螺系统响应特性的影响进行研究。同时考虑系统的刚度非线性,基于拉格朗日方程建立了系统的动力学方程,利用平均法进行求解,得到了关于定常解的代数方程。利用同伦延拓方法研究了角度偏差对系统零偏、机械灵敏度和非线性度的影响。结果表明只有一个角度偏移时,随着偏移角度绝对值的增大,零偏和非线性度增加,机械灵敏度降低。当驱动和敏感方向同时有角度偏移时,两方向偏移角度相反时,零偏、机械灵敏度和非线性度随偏移角度大小的变化非常剧烈,而偏移角度相近时,偏移角度大小的影响较为平缓。给出了系统零偏和非线性度取极小值,机械灵敏度取极大值时,两个方向偏移角度的关系曲线,为工程中微陀螺敏感结构的修型提供了一定的理论依据。 展开更多
关键词 机械陀螺 角度偏移 零偏 机械灵敏度 非线性度
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盘形谐振陀螺的机械灵敏度仿真优化 预览
2
作者 向磊 周鑫 许一 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第4期582-585,共4页
针对盘形谐振陀螺的机械灵敏度这一关键性能,采用结构优化法对盘形谐振陀螺的谐振环壁厚分布进行了优化。首先基于COMSOL with MATALB实现了盘形谐振陀螺品质因数Q、谐振频率f0、等效质量meff和角度增益Ag的有效计算,估算出了盘形谐振... 针对盘形谐振陀螺的机械灵敏度这一关键性能,采用结构优化法对盘形谐振陀螺的谐振环壁厚分布进行了优化。首先基于COMSOL with MATALB实现了盘形谐振陀螺品质因数Q、谐振频率f0、等效质量meff和角度增益Ag的有效计算,估算出了盘形谐振陀螺的机械灵敏度;然后以机械灵敏度为优化目标,采用移动渐近线法对盘形谐振子的谐振环壁厚分布进行了优化。壁厚分布优化使陀螺的机械灵敏度提升了20%。 展开更多
关键词 COMSOL 移动渐近线法 结构优化 盘形谐振陀螺 机械灵敏度
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基于杠杆的微机械陀螺结构设计与仿真 被引量:6
3
作者 李小卿 常洪龙 +2 位作者 焦文龙 谢建兵 袁广民 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2012年第5期313-317,共5页
提出了一种基于机械杠杆放大机构的微机械陀螺设计方案,用于提高微机械陀螺的灵敏度和精度。该杠杆放大机构使用在陀螺的驱动模态中,通过杠杆将驱动梳齿位移放大后传递到质量块上,在陀螺驱动模态谐振频率一定的情况下增大了质量块在驱... 提出了一种基于机械杠杆放大机构的微机械陀螺设计方案,用于提高微机械陀螺的灵敏度和精度。该杠杆放大机构使用在陀螺的驱动模态中,通过杠杆将驱动梳齿位移放大后传递到质量块上,在陀螺驱动模态谐振频率一定的情况下增大了质量块在驱动方向的运动速度,提高了陀螺敏感模态的科氏力及陀螺表头的机械灵敏度,从而提高陀螺系统的灵敏度和精度。在Coventor-ware中对陀螺结构进行了系统级仿真,仿真结果表明在杠杆动力臂和阻力臂长度之比为1∶5.2时,陀螺机械灵敏度放大了5.9倍。因此,通过在微机械陀螺驱动模态中使用杠杆结构可以提高其灵敏度和精度。 展开更多
关键词 机械陀螺 杠杆 放大 机械灵敏度 系统级仿真
基于F-P腔干涉的膜片式光纤微机电系统压力传感器 预览 被引量:3
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作者 郑志霞 黄元庆 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期共4页
基于法布里-帕罗腔的干涉原理,采用微机电系统技术加工制作了一种光纤微机电系统压力传感器,采用浓硼扩散自停止腐蚀和磁控溅射的方法,制备厚度为6μm、机械灵敏度为0.502μm MPa的传感器敏感膜.基于强度解调技术,利用干涉腔的反射功率... 基于法布里-帕罗腔的干涉原理,采用微机电系统技术加工制作了一种光纤微机电系统压力传感器,采用浓硼扩散自停止腐蚀和磁控溅射的方法,制备厚度为6μm、机械灵敏度为0.502μm MPa的传感器敏感膜.基于强度解调技术,利用干涉腔的反射功率与压力的关系对压力进行解调,分析了腔长变化对反射率的影响,确定传感器线性工作点的波长,建立稳定的压力传感测试系统,测试结果表明,该传感器压强最小分辨率为62 Pa,灵敏度达到0.51nW/WKPa,具有良好的线性度、灵敏度和重复性,适用于于人体内压力测量和口腔义齿压力测量. 展开更多
关键词 光纤F-P传感器 硼硅薄膜 机械灵敏度 反射率 强度解调
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高机械灵敏度悬空导电薄膜的制备方法研究 预览 被引量:4
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作者 郑志霞 冯勇建 《厦门大学学报:自然科学版》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期 51-54,共4页
微机电系统中的悬空薄膜的制备技术是微结构制备的关键技术之一.研究了周边固支方形薄膜的机械灵敏度及通过浓硼扩散自停止腐蚀法制备高灵敏度悬空导电薄膜.实验结果表明,当扩散温度为1175℃,扩散时间为3h,去除硼硅玻璃后四甲基氢... 微机电系统中的悬空薄膜的制备技术是微结构制备的关键技术之一.研究了周边固支方形薄膜的机械灵敏度及通过浓硼扩散自停止腐蚀法制备高灵敏度悬空导电薄膜.实验结果表明,当扩散温度为1175℃,扩散时间为3h,去除硼硅玻璃后四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液中腐蚀7.5h,可得到厚度为3μm,边长为5mm,方块电阻为1.12n/sq,致密均匀的悬空导电薄膜.给出了详细的制备工艺;针对扩散过程中出现的硼硅玻璃等问题,给出了切实可行的解决办法. 展开更多
关键词 机械灵敏度 悬空薄膜 浓硼扩散 自停止腐蚀
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光电子技术与器件 光学传感、传感器 预览 被引量:2
6
《中国光学》 CAS 2007年第6期55-56,共2页
关键词 位移传感器 磁性流体 变间距光栅 表面等离子体共振 机械灵敏度 剪应力 莫尔效应 光电子技术 光学传感 光子学
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应力对硅悬空薄膜的机械灵敏度的影响 预览
7
作者 宋义超 徐晨 +2 位作者 赵林林 李博 沈光地 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期 1852-1854,共3页
运用四周固支薄板小挠度理论,分析了存在较大残余应力的浓硼重掺杂硅悬空薄膜的力学特性.给出了小挠度下,在外界载荷作用下总应力表达式和薄膜机械灵敏度表达式,并分析了残余应力对二者的影响.研究表明,对存在较大残余应力的硅薄... 运用四周固支薄板小挠度理论,分析了存在较大残余应力的浓硼重掺杂硅悬空薄膜的力学特性.给出了小挠度下,在外界载荷作用下总应力表达式和薄膜机械灵敏度表达式,并分析了残余应力对二者的影响.研究表明,对存在较大残余应力的硅薄膜,总应力和机械灵敏度主要由残余应力决定,其中机械灵敏度较忽略残余应力时的值减小三个数量级. 展开更多
关键词 微电子机械系统 薄膜 总应力 机械灵敏度 残余应力
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残余应力对z轴硅微机械振动陀螺仪性能的影响 预览 被引量:4
8
作者 裘安萍 苏岩 +1 位作者 王寿荣 周百令 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期 228-232,共5页
z轴硅微机械陀螺仪采用体硅薄片溶解法制作,在加工过程中引入了残余应力.从理论上分析了残余应力对z轴陀螺仪工作模态的影响,并采用有限元软件进行了仿真.仿真结果和试验表明,第一回合设计的z轴陀螺仪驱动轴受到张应力作用,应力值约为20... z轴硅微机械陀螺仪采用体硅薄片溶解法制作,在加工过程中引入了残余应力.从理论上分析了残余应力对z轴陀螺仪工作模态的影响,并采用有限元软件进行了仿真.仿真结果和试验表明,第一回合设计的z轴陀螺仪驱动轴受到张应力作用,应力值约为20~30 MPa;检测轴受到压应力的作用.在此基础上提出了两种应力释放结构的设计方案,折叠梁结构的设计和应力释放槽的开设.由第二回合设计的z轴陀螺仪试验结果表明,陀螺仪结构内残余应力得到了较好地释放,大大提高了陀螺仪结构的机械灵敏度. 展开更多
关键词 残余应力 机械灵敏度 折叠梁 应力释放槽
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体硅工艺微振动传感器的研制 预览 被引量:1
9
作者 霍明学 曲凤秋 +4 位作者 王喜莲 刘晓为 陈强 陈伟平 张宏华 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第8期 1092-1094,共3页
体硅工艺微振动传感器与表面工艺微振动传感器相比,具有灵敏度高、噪声低等优点.本文研制的体硅工艺微振动传感器,其敏感单元为叉指电极结构,弹性梁采用新颖的多级折梁结构.利用硅深槽刻蚀技术(ICP)制作微振动传感器,ICP的最大刻蚀深度... 体硅工艺微振动传感器与表面工艺微振动传感器相比,具有灵敏度高、噪声低等优点.本文研制的体硅工艺微振动传感器,其敏感单元为叉指电极结构,弹性梁采用新颖的多级折梁结构.利用硅深槽刻蚀技术(ICP)制作微振动传感器,ICP的最大刻蚀深度可达400 μm,最小线条宽度小于1 μm.传感器的灵敏度可达56.8 fF/g,测量范围-5 g~5 g,抗过载能力高于1000 g,共振频率为2.5 kHz. 展开更多
关键词 体硅工艺 微振动传感器 多级折梁 ICP 硅深槽刻蚀技术 机械灵敏度
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侧孔式微型传声器设计及模拟 预览
10
作者 袁宁一 李格 +1 位作者 李金华 何云松 《江苏工业学院学报》 2003年第4期 44-46,共3页
提出了一种新的微型传声器电容结构,即侧孔式微传声器.侧面开孔一方面降低了振膜的初始应力,提高振膜的机械灵敏度.另一方面,侧面开孔可以减小气流阻力,提高微传声器的频率宽度,同时避免了背孔结构可能带来的"软背极板"效应.... 提出了一种新的微型传声器电容结构,即侧孔式微传声器.侧面开孔一方面降低了振膜的初始应力,提高振膜的机械灵敏度.另一方面,侧面开孔可以减小气流阻力,提高微传声器的频率宽度,同时避免了背孔结构可能带来的"软背极板"效应.使用有限元分析软件ANSYS和MATLAB软件对侧孔式微传声器的机械灵敏度和频率响应进行了理论模拟. 展开更多
关键词 侧孔式结构 微型传声器 设计 模拟 振膜 机械灵敏度 频率响应
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硅基微传声器的研究进展 预览 被引量:1
11
作者 陈兢 刘理天 李志坚 《中国集成电路》 2002年第4期40-43,共4页
基于MEMS技术的硅基微传声器的出现是现代声学器件的又一次革命。本文介绍了微传声器的发展现状,并对流行的电容式微传声器的原理进行了简要分析。清华大学微电子所研制的微传声器在结构上具有创新,制作工艺与标准IC电路兼容,多项指标... 基于MEMS技术的硅基微传声器的出现是现代声学器件的又一次革命。本文介绍了微传声器的发展现状,并对流行的电容式微传声器的原理进行了简要分析。清华大学微电子所研制的微传声器在结构上具有创新,制作工艺与标准IC电路兼容,多项指标已位于国际先进水平。 展开更多
关键词 电容式微传声器 驻极体传声器 机械灵敏度 制作工艺 前置放大器 硅基 频率响应 微电子 机械 噪声
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基于显微数字全息的FPA热机械灵敏度测量
12
作者 刘滨 钱晓凡 +2 位作者 曹强 荣文秀 张永安 《激光杂志》 北大核心 2017年第11期42-45,共4页
焦平面阵列是光学读出非制冷红外成像系统的重要部分。在理论分析的基础上设计了一个显微数字全息系统,测量了一种FPA的热机械灵敏度,结果为0.199deg/K。实验还发现FPA反光板上不同位置处热机械灵敏度是不同的,实验给出了热机械灵敏度... 焦平面阵列是光学读出非制冷红外成像系统的重要部分。在理论分析的基础上设计了一个显微数字全息系统,测量了一种FPA的热机械灵敏度,结果为0.199deg/K。实验还发现FPA反光板上不同位置处热机械灵敏度是不同的,实验给出了热机械灵敏度随到反光板固定端距离的变化函数关系式。 展开更多
关键词 信息光学 非制冷红外成像 焦平面阵列 机械灵敏度 数字全息
电容读出式非制冷红外焦平面阵列设计 预览 被引量:1
13
作者 李博翰 于晓梅 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期 762-767,共6页
设计了一种长支腿式电容读出式红外焦平面阵列结构,并分析了这种像元结构的热导率、热机械灵敏度和热时间常数,从中优化出了该模型的部分结构参数,并以此为依据对像元整体尺寸进行了设计。在该尺寸模型下,得到的像元热导率为3×10-7... 设计了一种长支腿式电容读出式红外焦平面阵列结构,并分析了这种像元结构的热导率、热机械灵敏度和热时间常数,从中优化出了该模型的部分结构参数,并以此为依据对像元整体尺寸进行了设计。在该尺寸模型下,得到的像元热导率为3×10-7 W/K,热机械灵敏度为162nm/K,热时间常数为35ms,该热时间常数满足人眼识别频率的需要。讨论了焦平面阵列能够高灵敏度工作的关键参数—噪声等效温差,分析计算显示,得到噪声等效温差为6mK。进行了仿真计算,得到的噪声等效温差为5mK,与计算结果非常吻合。实验表明,该系统的噪声等效温差足够小,可满足稳定输出信号的需要。最后,基于牺牲层工艺制备了长支腿结构焦平面阵列,验证了制备工艺的可行性。 展开更多
关键词 红外焦平面阵列 机械灵敏度 热时间常数 噪声等效温差
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带温度补偿结构的高灵敏度光读出红外成像阵列器件设计 预览
14
作者 李珂 冯飞 +1 位作者 熊斌 王跃林 《功能材料与器件学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期 46-52,共7页
本文提出了一种光读出红外成像阵列器件的结构设计,该设计提高了器件的热-机械灵敏度,同时能有效降低周围环境温度变化所带来的影响。理论计算表明,该阵列器件的关键性能指标热-机械灵敏度和噪声等效温差分别为2.39×10^-3和2... 本文提出了一种光读出红外成像阵列器件的结构设计,该设计提高了器件的热-机械灵敏度,同时能有效降低周围环境温度变化所带来的影响。理论计算表明,该阵列器件的关键性能指标热-机械灵敏度和噪声等效温差分别为2.39×10^-3和2.42,此外,ANSYS模拟仿真的结果验证了该设计能抑制周围环境温度波动对器件红外目标探测的影响。 展开更多
关键词 光读出红外成像阵列器件 热-机械灵敏度 噪声等效温差 温度补偿
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微机械光读出红外成像阵列器件机械特性对其性能的影响 预览 被引量:5
15
作者 杨广立 冯飞 +1 位作者 熊斌 王跃林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期 699-705,共7页
研究了具有“双材料梁-微镜一体化”特征结构的光读出红外成像阵列器件的机械特性对其性能的影响。通过理论计算和ANSYS模拟,分析了器件的热-机械灵敏度,对器件的结构参数进行了优化,并得到其热-机械灵敏度为2.14×10^-3rad/K... 研究了具有“双材料梁-微镜一体化”特征结构的光读出红外成像阵列器件的机械特性对其性能的影响。通过理论计算和ANSYS模拟,分析了器件的热-机械灵敏度,对器件的结构参数进行了优化,并得到其热-机械灵敏度为2.14×10^-3rad/K;从器件的频率和阻尼特性出发,研究了器件的机械特性对热振动噪声和机械稳定性能的影响。研究结果表明:绝热梁断裂所需冲击载荷为8945g;器件的工作气压确定在50-200Pa时,其热机械噪声和外界机械振动引起的噪声对器件性能的影响可忽略。该器件基本满足红外成像阵列器件的高灵敏度、低噪声的要求。 展开更多
关键词 红外成像器件 热-机械灵敏度 机械特性 热振动噪声 机械稳定性 机械
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一种非致冷光读出红外成像阵列器件的设计 预览 被引量:2
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作者 杨广立 冯飞 +1 位作者 熊斌 王跃林 《半导体光电》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期 327-330,337,共5页
提出了一种具有“双材料梁-微镜一体化”特征结构的光读出红外成像阵列器件。该特征结构集成了红外敏感、调制和输出读出可见光信号的双重功能。通过研究相关性能,完成了像素单元尺寸的优化设计。理论计算表明,其关键性能指标的热-机械... 提出了一种具有“双材料梁-微镜一体化”特征结构的光读出红外成像阵列器件。该特征结构集成了红外敏感、调制和输出读出可见光信号的双重功能。通过研究相关性能,完成了像素单元尺寸的优化设计。理论计算表明,其关键性能指标的热-机械灵敏度和噪声等效温差分别为2.14×10^-3rad/K和2.94 mK。 展开更多
关键词 双材料梁-微镜一体化 热-机械灵敏度 热时间常数 噪声等效温差 光读出红外成像阵列器件
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一种新颖的基于MEMS技术的光读出热成像系统性能分析与制作 预览 被引量:6
17
作者 冯飞 焦继伟 +1 位作者 熊斌 王跃林 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期 125-130,共6页
提出了一种新颖的光读出红外热成像系统设计.该系统利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像,其核心部件是一个基于微电子机械技术(MEMS)制作的法布里-泊罗(Fabry-Perot)微腔红外探测器列阵(F-PMCIRDA).通过对Au/SiNx双材料体... 提出了一种新颖的光读出红外热成像系统设计.该系统利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像,其核心部件是一个基于微电子机械技术(MEMS)制作的法布里-泊罗(Fabry-Perot)微腔红外探测器列阵(F-PMCIRDA).通过对Au/SiNx双材料体系的理论分析,得出了可动微镜的最大热-机械灵敏度、机械-光灵敏度及其温度响应分别为6.47×10-9m/K、1.53×108m-1、2.05×10-4.对系统噪声分析表明:在目前的设计中,系统的噪声等效温差(NETD)为5.1K,而其极限值有望达到58mK.采用体硅MEMS工艺,制作出了50×50的Fabry-Perot微腔列阵.实验表明,在红外辐射作用下,可动微镜有明显的位移,验证了工作原理. 展开更多
关键词 徽电子机械技术 法布里-泊罗微腔红外探测器列阵 噪声等效温差 光读出热成像 机械-光灵敏度 热-机械灵敏度
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光读出热成像芯片的优化设计与ANSYS模拟 预览 被引量:1
18
作者 冯飞 焦继伟 +1 位作者 熊斌 王跃林 《半导体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期 552-556,共5页
利用一种近似理论——悬臂梁理论对光读出热成像芯片进行了优化设计,所采用的Al/SiO2双材料体系,其关键性能指标——热-机械灵敏度可达6.60×10^-8m/K,与之相对应的最优厚度比为0.6.同时ANSYS模拟表明,可动微镜热-机械灵... 利用一种近似理论——悬臂梁理论对光读出热成像芯片进行了优化设计,所采用的Al/SiO2双材料体系,其关键性能指标——热-机械灵敏度可达6.60×10^-8m/K,与之相对应的最优厚度比为0.6.同时ANSYS模拟表明,可动微镜热-机械灵敏度为2.80×10^-8m/K.芯片实测热一机械灵敏度为2.02×10^-8m/K,测试结果进一步证实了理论分析与ANSYS模拟的结果.理论计算表明,可动微镜热响应时间常数为4.45×10^-4s。 展开更多
关键词 微机电系统(MEMS) 光读出热成像 可动微镜阵列 热-机械灵敏度 热响应时间常数
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基于法布里-珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件设计与制作 被引量:4
19
作者 冯飞 焦继伟 +1 位作者 熊斌 王跃林 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第10期1375-1380,共6页
提出了一种新颖的基于硅基法布里-珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件,该器件利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像,其焦平面阵列(FPA)是一个基于微机电系统(MEMS)制作的法布里-珀罗微腔阵列。阐明了器件的工作原理;完... 提出了一种新颖的基于硅基法布里-珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件,该器件利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像,其焦平面阵列(FPA)是一个基于微机电系统(MEMS)制作的法布里-珀罗微腔阵列。阐明了器件的工作原理;完成了可动微镜结构、热-机械、可见光读出部分设计。理论分析表明,对Al/SiO2双材料体系而言,SiO2厚度应大于0.3μm,其最佳厚度比为0.598,相应的最大热-机械灵敏度可达10^-8m/K。采用体硅微机电系统技术,实验制作出了50×50焦平面阵列。 展开更多
关键词 光读出热成像 法布里-珀罗微腔 微机电系统 热-机械灵敏度
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