校准系统

校准系统（通用9篇）

校准系统 篇1

1 问题的提出

飞机载荷校准系统是一套大型的测试设备。该系统由控制子系统、数采子系统和液压子系统等组成。其中包括20通道自动协调加载系统、512通道数据采集系统、200升/分液压源各一套及液压作动器20套。各部分通过电缆和油管连接成一个整体。

该套设备主要用于:飞机结构零部件及整机的载荷校准试验、静力试验;刚度测量 (位移传感器测量变形) ;温度测量 (结构件的环境温度飞机结构零部件的疲劳试验) 。

由于该设备属专用测试设备, 测量参数跨越电学、热力学等专业, 且其体积庞大, 无法搬运到实验室, 而且数采子系统 (以下简称MGCPLUS系统) 的精度直接影响着整套系统的运行, 目前又没有相应的校准方法, 通过对其原理的分析研究, 提出了以下校准方法。

2 MGCPLUS系统简介

本系统的测试通道包括472路应变、24路电压、8路Pt电阻、8路热电偶。各类测试通道的技术指标分别为:

应变测试通道:ML801 (放大器) +AP815 (连接适配器) 的精度为±0.2%;

电压量测试通道:ML801 (放大器) +AP801 (连接适配器) 的精度为±0.05%;

Pt电阻温度通道:ML801 (放大器) +AP835 (连接适配器) 的精度为±0.05%;

热电偶温度通道:ML801 (放大器) +AP809 (连接适配器) 的精度为±0.05%。

注:Pt电阻温度通道和热电偶温度通道的校准在本文中不考虑。

3 校准原理及步骤

3.1 校准原理

3.1.1 校准所用设备

a) 标准模拟应变量校准器;

b) 直流电压源或多功能校准器。

3.1.2 校准原理示意图

采用直接测量法, 设备连接如图1所示。分别由标准模拟应变量校准器和直流电压源或多功能校准器提供标准的应变和电压信号输入到应变测试通道和电压量测试通道, 由采集器MGCPLUS采集记录校准数据, 并对数据进行处理和分析, 得出该通道的相应测量点的不确定度。

3.2 校准步骤

3.2.1 应变测试通道的校准

a) 按图1将MGCplus采集器与标准模拟应变量校准器采用全桥连接, 而且尽可能采用六线连接, 再与采集控制计算机正确连接, 通电预热1小时;

b) 依据通道的测试量程及用户的要求选取如下校准点0με、100με、200με、500με、1000με、2000με、5000με;

c) 由标准模拟应变量校准器分别输出以上应变量到某一通道, 采集器MGCPLUS采集记录实测数据。逐一对所有应变测试通道进行校准, 并分别记录实测数据;

d) 交换标准模拟应变量校准器的A、C两端, 完成反向校准。

3.2.2 电压测试通道的校准

a) 按图1将MGCplus采集器与直流标准源或多功能校准器以及采集控制计算机正确连接, 通电预热1小时。

b) 依据通道的测试量程及用户的要求均匀选取如下校准点0V、2V、4V、6V、8 V、10 V。

c) 由多功能校准器分别输出以上电压信号到某一通道, 采集器MGCPLUS采集记录实测数据。逐一对所有电压测试通道进行校准, 并分别记录实测数据。

d) 将直流电压标准源 (或多功能校准器) 的输出设置反向, 完成反向校准。

4 测量不确定度的评定

4.1 以应变量测试为例, 首先构造其数学模型:

应变量测试通道的数学模型为

式中:

△ε—应变量的测量误差, με;

εx—MGCPLUS数采子系统的示值, με;

ε0—标准应变量校准器的输出值, με。

4.2 测量不确定度的评定

a) 读数重复性引入的测量不确定度分量

选取一校准点1000με为评定点, 对其进行7次测量, 求出7次测量结果的平均值。

用贝塞尔公式计算其实验标准偏差:

由于校准结果为单次测量结果, 因此由读数重复性引入的测量不确定度分量为

b) 标准模拟应变量校准器的不准确引入的测量不确定度分量

标准模拟应变量校准器在1000με的允许误差极限为±0.05%读数, 则区间半宽度为a=0.5με, 一般取均匀分布, , 则:

c) MGCplus系统面板指示表的分辨力引入的测量不确定度分量

MGCplus系统面板指示表在1000με时的分辨力为0.001με, 其区间半宽度为a=0.001με/2=0.0005με, 取均匀分布, , 则:

d) 当时的环境条件满足测试需求, 故环境条件引入的测量不确定度分量可忽略不计。

以上各分量独立且互不相关, 则应变量测试通道在1000με时的合成标准不确定度为:

扩展不确定度 (k=2) :

应变量校准结果的表达:

电压测试通道的不确定度分析可参考应变测试通道的不确定度分析。

5 校准时应注意的问题

a) 校准所用设备的准确度至少应为被校准参数准确度的1/3;

b) 检测应变参数时, 组桥类型最好为全桥;

c) 对应变量采集通道进行校准时, 应变电桥激励电压的测试反馈补偿很重要, 因此校准试验或测试应变试验中尽可能采用六线连接, 以保证精度;

d) 校准或试验过程中地线一定要采用电阻小的导线, 接地电阻要小于4Ω。

6 结束语

本文提出的校准方法解决了飞机载荷校准系统数采子系统的现场校准问题, 在实际运用中得到了有效的验证, 取得了较好的效果。

校准系统 篇2

检定：查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。

校准：在规定条件下，为确定测量仪器（或测量系统）所指示的量值，或实物量具（或参考物质）所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作

检定与校准的相同之处

 都是计量器具的评定形式，是确保仪器示值正确的两种重要的方式。

 都属于计量范畴

检定与校准的不同之处

3.1 目的不同

 检定—对测量仪器进行强制性全面评定，评定计量器具是否符合规定要求，作出是

否合格的结论。

 是自上而下的量值传递过程。

 校准—对照计量标准，评定测量仪器示值的准确性，同时可将校准结果（修正值或

校准因子）用于测量过程中。

 是自下而上的量值溯源过程。

3.2 对象不同

 检定—我国计量法明确规定的强制检定的计量器具。

 《中华人民共和国计量法》第九条

 县级以上人民政府计量行政部门对社会公用计量标准器具，部门和

企业、事业单位使用的最高计量标准器具，以及用于贸易结算、安

全防护、医疗卫生、环境监测方面的列入强制检定目录的工作计量

器具，实行强制检定。未按照规定申请检定或者检定不合格的，不

得使用。

 校准—强制性检定之外的计量器具。

3.3 性质不同

 检定—为强制性的执法行为，属于法制计量管理的范畴。

 校准—非强制性，为组织自愿的溯源行为。

3.4 依据不同

 检定—国家计量检定规程（JJG）（规定：计量特性、检定条件、检定项目、检定方

法、检定结果的处理、检定周期），为法定技术文件。

 校准

 国家计量技术规范（JJF）（规定：计量特性、校准条件、校准项目、校准

方法、校准结果处理、建议复校时间间隔）

 组织根据实际需要自行制定的校准规范。

3.5 方式不同

 检定—有资质的计量部门或法定授权单位进行。

 校准—外校、自校或两者结合3.6 周期不同

 检定—按国家计量检定规程规定进行。

 校准—可根据使用计量器具使用的频次或风险程度确定校准的周期。可定期校准、不定期校准或在使用前校准。

3.7 内容不同

 检定—按国家计量检定规程，对计量器具全面评定。

 校准—项目少于检定，主要针对计量器具的示值误差，一般仅涉及定量试验。

3.8 结论不同

 检定：做出结果判定

 合格—《检定证书》

 不合格—不合格通知书

 校准：不做结果判定

 《校准证书》或《校准报告》。

3.9法律效力不同

 检定—具法律效力

 校准—不具法律效力

4计量器具的检定与校准工作思路

 国家强制检定目录：送检

 玻璃量器：获得计量标准考核证书，自建标。

 国家强制检定目录外，有国家计量检定规程（JJG）：送检

 国家强制检定目录外，有国家计量校准规范（JJF）：外校

 国家计量检定规程（JJG）与国家计量校准规范（JJF）均不包含：自校

 注意：送检或外校时应与检定或校准机构充分沟通，使检定

结果满足检验检测工作的需要。

关于校验

JJG1001和ISO等国际标准中均没有“校验”这一术语的定义，但由于检定和校准均有局限性，在它们之外，国内外实际上都存在“校验”这种方式，“校验”一词已被广泛应用。国内在JJG1021—1990《产品质量检验机构计量认证技术考核规范》及其它一些文件资料中规定：在没有检定规程时，应由企业编写校验方法进行校验。

校准系统 篇3

关键词：数字仪表,自动校准,现场校验

一、基于自动校准的数字仪表自动校准系统的基本构成

一个基于自动校准的数字仪表自动校准系统, 一般由四部分组成:第一是微机或微处理器, 它是整个系统的核心;第二是被控制的测量仪器或设备, 称为可程控仪器;第三是接口;第四是软件。其中, 基于自动校准的数字仪表自动校准系统结构如图1所示。

1. 微机 (或微处理器)

这是整个系统的核心。在软件控制下, 微机控制够个自动校准系统正常运转, 并对测量数据进行某种方式的处理, 如计算、变换、数据处理、误差分析等;最后将测量结果通过打印机、显示器、磁盘磁卡或电表、数码显示等方式输出。

2. 可程控仪器或设备

在自动测试过程中, 测量仪器或设备的工作, 如测量功能、工作频段、输出电平、量程等的选择和调节都是由微机所发控制指令的控制下完成的。这种能接受程序控制并据之改变内部电路工作状态, 以及完成特定任务的测量仪器称为仪器的可程序控制, 简称可程控, 或称程控仪器。显然程控仪器是组成自动校准系统的基本部分。

3. 接口

一个自动校准系统中, 各仪器和设备之间的接口的总体称为该自动校准系统的接口系统。显然, 接口系统是自动校准系统达到自动测试目的, 使自动校准系统各仪器和设备之间进行有效通信的重要环节。接口的主要任务是在下列方面提供仪器与计算机连接需要的兼容:一是机械兼容, 对接口的最简单的要求是提供机械兼容, 就是要有适当的连接器和它们之间的连线;二是电磁兼容, 就是使计算机和探器之间有适配的电器特性即在逻辑电平方面要相符合;三是数据兼容, 一旦接口已使计算机和仪器实现了机械和电器兼备它们就能通过数据线交换电信号信息, 但需要某种格式翻译, 有种种编程能力的计算机通常能执行这种功能, 考虑到速度, 往往把这个任务交给接口完成。

4. 软件

软件技术是整个系统的核心技术。常用的开发软件有Lab VIEW、Lab Windows CVI、VEE等等。这些软件已相当完善, 而且还在升级、提高。以Lab VIEW为例, 这是基于图形化编程语言G的开发环境, 用于如GPIB、VXI、PXI、PCI仪器及数据采集卡等硬件的系统构成, 而且, 具有很强的分析处理能力。Lab View软件的结构组成如图2所示。编程设计图形化软件模块用于提供图形化编程环境, 通过调用控件、库函数原码模块进行仪器面板设计和数据分析处理;仪器驱动程序提供用户接口开发工具标准软件模块。

二、基于自动校准的数字仪表自动校准系统的基本功能

1. 信号采集与控制功能

数字仪表自动校准系统是由计算机和仪器硬件组成的硬件平台, 实现对信号的采集、测量/转换与控制的。硬件平台由两部分组成:一是计算机可以是笔记本计算机、PC机或工作站;二是仪器硬件:可以是插入式数据采集板 (含信号调理电路、A/D转换器、数字I/O、定时器、D/A转换器等) , 或者是带标准总线接口的仪器, 如GPIB仪器、VXI仪器、RS-232仪器等) 。

2. 数据分析处理功能

数字仪表自动校准系统充分利用了计算机的存储、运算功能, 并通过软件实现对输入信号数据的分析处理。处理内容包括进行数字信号处理数字滤波统计处理、数值计算与分析等。数字仪表自动校准系统比传统的以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能。

3. 测量结果的表达

数字仪表自动校准系统充分利用计算机资源如内存、显示器等, 对测量结果数据的表达与输出有多种方式, 这也是传统仪器远不能及的。例如, 数字仪表自动校准系统可以实现:通过总线网络进行数据传输;通过磁盘、光盘硬拷贝输出;通过文件存于硬盘内存中;计算机屏幕显示。

三、结束语

一般数字仪表在使用前都要进行刻度校准。在使用中, 随着仪表温度升高, 数字仪表元件的参数往往会发生变化, 还有诸如电网干扰、噪声等因素的影响, 原来校准好的状态会受到破坏, 导致前后测量的数据不一致。基于自动校准的数字仪表自动校准系统不仅可以自动校准, 还可以在测量过程中定期校准。这样测量的一致性条件校好, 减小了误差。同时对可节约人力、物力, 提高工作效率, 发挥了非常重要的作用。

参考文献

[1]刘洋.浅析数字仪表自动校准系统的构成[J].自动化与仪表, 2012 (13) .

[2]杨秀英.数字仪表自动校准系统的使用方法分析[J].天津电力技术, 2009 (12) .

[3]王胜利.电能表现场校验技巧说明[J].黑龙江电力, 2010 (12) .

岗位规范光学校准(检定) 篇4

本规范规定了岗位职责和岗位标准。

本规范适用于岗位的初级、中级、高级职务人员。引用标准

Q/AG L07 1.1－2003职工政治思想和职业道德通用标准、国防计量检定人员管理办法。岗位职责（概括和列举该岗位的工作职责）

校准（检定）、检测人员必须接受培训，持证上岗，其职责是：

3.1 执行国家和国防有关计量法令、法规以及国际单位、国家法定计量单位制；

3.2 熟悉掌握本专业范围内的工作，对出具的校准（检定）测试数据负全责；

3.3 负责本专业测量设备的使用、维护和保养，并按要求按时溯源，发现量值不准确，测量设备不稳定等问题及时向专业室负责人汇报，同时查找原因，采取相应措施；

3.4 掌握本专业测量设备的工作原理、操作程序并正确使用，按时完成校准（检定）、检测任务，并参与所辖各光学计量技术机构业务指导工作；

3.5 参与编写本专业的检定规程和校准规范、测试方法等；

3.6 参与对新购置的计量器具进行验收，并负责编写验收报告，建立技术档案和编写使用操作规范；岗位标准

4.1政治思想与职业道德

执行Q/AG L07 1.1－2003职工政治思想与职业道德通用规范。

4.2文化程度

4.2.1 具有中专（高中）以上或相当的文化程度。

4.2.2 经国家或国防考核机构考核合格，持有检定员证，方可承担考核项目的校准、检定、1

测试工作。

4.3专业理论知识

4.3.1初级职务

4.3.1.1 了解国家和国防有关计量法规、法令和计量单位制，了解计量基础知识。

4.3.1.2了解所从事校准、检定、测试项目的基础知识；

4.3.1.3了解所从事校准、检定、测试项目的依据文件（规程、方法、规范）；

4.3.2中级职务

4.3.2.1掌握国家和国防有关法规、法令和计量单位制。

4.3.2.2 具有计量测试技术理论、测试方法等基础知识；

4.3.2.3具有所从事校准、检定、测试项目的专业知识；

4.3.2.4熟悉所从事校准、检定、测试项目的国内外先进测试方法、现状及发展趋势。

4.3.2.5掌握一门外语，并能熟练地查阅本专业文献资料。

4.3.3高级职务

4.3.3.1 精通国家和国防有关法规、法令和计量单位制。

4.3.3.2 精通本专业计量测试理论、方法等方面的基础知识；

4.3.3.3 精通并熟练掌握计量标准、校准装置、检测设备研制过程所需要基本知识；

4.3.3.4 掌握本专业国内外现状和发展趋势；

4.3.3.5 掌握一门外语，并能熟练地查阅和翻译专业文献资料。

4.4实际工作能力

4.4.1初级职务

4.4.1.1 能完成本人承担的光学计量校准、检定、测试任务；

4.4.1.2 能解决标准装置、校准仪器等在使用过程中出现的一般技术问题；

4.4.1.3 能制定阶段工作计划和阶段技术总结；

4.4.1.4 了解本专业有关的新技术和新方法。

4.4.2中级职务

4.4.2.1 能完成本人承担的光学计量校准、检定、测试任务；

4.4.2.2 能提出本专业研究课题，提出论证方案；

4.4.2.3 能处理检定测试过程中出现的主要技术问题；

4.4.2.4 能制定阶段工作计划和完成阶段技术总结；

4.4.2.5 熟悉本专业有关的新技术和新方法；

4.4.2.6 能指导初级人员的工作和学习。

4.4.3高级职务

4.4.3.1 熟练地完成本人承担的检定、校准、检测任务；

4.4.3.2 能根据国内外现状和发展趋势，提出新的研究课题，完成技术方案和实施方案论证，并组织实施；

4.4.3.3 能处理和解决光学计量标准、标准装置和测试设备在使用过程中出现的技术关键；

4.4.3.4 能制定项目研制计划和进行工作总结；

4.4.3.5 能指导初、中级职务人员的工作和学习；

4.4.3.6 能掌握本专业新技术的发展趋势，开展新方法的研究；

4.4.3.7 能撰写高水平的技术总结报告和科技论文。

4.5 工作经历

4.6 身体条件

身体键康

附加说明：

本规范由人事劳资教育处提出；

本规范由人事劳资教育处归口；

本规范起草单位：第八研究室

本规范主要起草人：×××、×××；

浅谈温度系统如何正确校准 篇5

在国外,温度系统已不再用离线校准,而使用在线原位校准,技术、设备都较成熟,已应用于航空航天工业,汽车工业,钢铁,化工等很多领域。被国际广泛参照和认可的美国国家标准AMS2750,在1980年首发就提出温度系统校准(简称SAT)概念,用于温度系统校准的设备研发领域也得到长足发展,如早先的HART和现在的FLUKE,都是享誉国际的品牌。

在国内,到目前为止还没有一套完整的规范指导或参照执行。极少开展的单位也只能依照各自的企标,所用于温度系统的在线原位校准设备也从国外进口。

2 温度系统的分立元件法校准

温度系统的分立元件法校准也称为离线校准。根据国家标准,温度系统中的传感器(热电偶或铂电阻)从安装位置取下来,送计量部门校准合格后再返回工作现场。测量仪表不需要拆卸,现可以用过程校验仪在现场校准。但我们发现经计量部门校准合格的仪表和传感器,组合成温度系统时两者的综合误差却较大,在现场使用效果不佳。分析其原因:使用过程中热电偶容易发生腐蚀老化,导致偶丝不均质,引起误差;热电偶保护管的绝缘物为Mg O粉末,当温度超过800℃时,其绝缘强度急剧降低,当温度超过1000℃时,其绝缘强度很低,极易发生误差。即出现热电偶校准合格,使用中却出现超差现象。

3 温度系统的在线原位校准

为了克服离线校准的一些弊端,需引进在线原位校准。所谓在线原位校准:即在现场实时工作状态下进行温度系统校准,利用现场加热设备做热源或经权威计量部门校准的标准器在现场对温度系统实施在线原位校准。常见的在线原位校准有下面三种方式。

⑴干体炉校准,目前使用最频繁的在线原位校准的方式。干体炉一般为国外厂家生产的低温、中低温和高温干体炉,性能指标优越,能满足现场使用条件。特点:便携,升降温快速,可以对多数型号和类型的温度传感器进行校准。校准人员在现场将温度系统的温度传感器插入干体炉中,当温度到达校准温度并稳定后,记录温度读数就可以了。

⑵热管恒温槽,温度范围(50℃~300℃),温场均匀度为0.06℃。针对航空专用的短型温度传感器校准需要传热介质热容量大和便于携带的特点,本单位利用热管技术,研发了热管恒温槽。其原理是把一定数量的液态工质密封在金属腔体内,在腔体下端将工质加工至蒸发,携带热量的工质蒸汽流向腔体上端,在热量传递给金属腔壁向外散发的同时,工质蒸汽冷凝液体,在重力的作用下又流回加热端,再被加热变成蒸汽,周而复始地自动运行。热管恒温槽校准技术解决了航空环控、燃油等专业试验台的温度系统现场校准,还可运用于航空各机载设备以及特种行业中温度系统的在线校准。

⑶便携式在线校准仪和带有校准孔的热电偶,主要针对热处理炉的温度系统。GJB509B热处理工艺质量控制要求:温度系统校验应在炉子处于稳定状态下,与被校传感器的测量端的距离必需小于76mm。为此,适应热处理工艺质量要求,对此温度系统在线原位校准不能使用常用的方式,需用便携式在线校准仪和带有校准孔的热电偶。便携式在线校准仪组成:高精度的Ⅰ级N型或K型传感器、高精度补偿导线和0.2级以上的高精度便携式数显仪表。带有校准孔的热电偶,这种传感器可用于对炉温的控制和记录,又可在需要进行温度系统校准时,提供校准孔。两者配合使用,可以随时监控温度变化情况,又能适应和满足各种温度系统的准确度要求,十分方便实用。

4 结束语

为了提高产品质量、节能降耗,企业对温度系统的准确度要求越来越高。现存的分立元件校准方式远不能满足生产与科研需要,对温度系统必需在线原位校准。采用本文提到的方式,可以正确校准目前大多数温度系统。

摘要：简述分立元件法校准和在线原位校准的优缺点,介绍在线原位校准的三种方式得出温度系统的正确校准方法:分立元件法校准(或称离线校准)和在线原位校准。目前多数采用分立元件法。

关键词：温度系统,分立元件法校准,在线原位校准

参考文献

[1]王魁汉,等.温度测量实用技术[M].机械工业出版社,2006,12.

[2]王魁汉,等.带有温度校准、检测孔的热电偶[P].2008-04-16.

结构光深度获取系统校准方法 篇6

继彩色数码相机引起的数字成像革命之后,深度相机成为电子信息领域、计算机领域、光学成像领域研究的热门话题[1]。对于深度信息的获取,可分为飞行时间法[2,3]、立体匹配[4,5]、结构光投影[6]等几种。飞行时间法通过测量激光脉冲在被测物和探测器之间的往返时间来获得深度信息,由于其对传感器的时间分辨率要求较高,增加了测量成本。立体匹配通过对两个或多个摄像机获得的二维图片做相关运算,根据几何关系来获取深度信息,其测量结果易受人们的先验知识、图片复杂度、场景反射率等因素的影响,测量精度有限。结构光通过分析物体深度对光场的调制,来计算深度信息,具有测量成本低、精度可观等优点。

基于相位调制的结构光测量法通过投影周期性正弦条纹来实现深度获取[7],其测量精度与相位解调方式有关,相移法采用点对点的方式计算相位[8],测量精度最高。但由于涉及多帧投影、多帧采集,限制了测量的实时性。针对此问题,Zhang等提出采用高速投影和采集设备[9];Guan等人提出采用正交复合光的投影思想[10],曹等提出基于像素匹配的方法[11]。后两种方法均要求投影仪(DLP)与CCD的光瞳中心处于同一高度位置,增加了实际测量过程中系统校准的难度[12]。目前测量系统的装调大多依赖于工作者的经验,且没有固定评价标准。基于此,本文提出一种有效的校准方法,指导系统的装调过程。

1 基于正交光栅与立方体物体的系统粗校准

基于相位调制的结构光深度获取装置示意图如图1所示,其中DLP投影计算机编码生成的周期性条纹用于形成结构光场,CCD采集受场景深度信息调制的变形光场用于相位计算,通过相位深度映射获取场景深度信息。

本文针对该系统中DLP、CCD光瞳中心(光心)等高校准的问题,提出利用正交光栅投影实现辅助校准的方法。正交光栅像的透过率函数满足:

其中:N为光栅像的帧数,(x p,yp )为投影系统坐标系;a、b、c为权重分量;v、h为光栅竖直、水平方向的频率, (2π/ N) 为相移量,其中一帧光栅像的光强分布如图2(a)所示。将此光栅投影于物体表面,调整DLP、CCD的相对位置,尽量保证正交光栅的栅线方向在CCD成像面是水平或竖直。如果DLP、CCD光心等高,则水平方向条纹不受物体深度调制[12],同时遮挡问题仅发生在物体的左右边缘。

图 2 正交光栅图(a)和立方体物体(b) Fig.2 Orthogonal grating (a) and cubic object (b)

系统校准过程中选立方体为辅助物,如图2(b)所示。校准过程中,DLP投影其中一帧正交光栅像,将立方体置于图1的参考面上,并使其上下、左右边缘与水平、竖直方向的栅线平行。观察CCD采集到的变形光场中立方体的阴影位置及立方体表面光栅栅线的变形情况,调整CCD、DLP的位置实现粗校准。立方体水平方向上不存在阴影且水平条纹没有变形时粗调完成,如图3(c)所示,图3(a)、(b)为不满足情况的图形,其中图(a)左边缘、上边缘存在阴影,DLP光心高于CCD光心,图(b)左边缘、下边缘存在阴影,DLP光心低于CCD光心。

2 相位计算用于指导精校准

待粗校准完成后,投影仪按顺序投影式(1)编码生成N帧正交光栅图,CCD拍摄到的立方体物体表面的变形光场像强度可表示为

CCD采集到的受立方体深度调制的水平方向上条纹的相位可通过下式计算得到:

上式计算结果减去参考面的相位,即可得到立方体深度引起的相位变化,由的值指导系统精调:

若,DLP高于CCD;若,DLP低于CCD;若,DLP、CCD等高。其中δ 为一接近于0的小量。校准系统结构图如图4所示。

3 实验论证

为了验证该系统校准方案的有效性,进行了实验验证。以文献[11]提到的在线检测系统为例,采用本文所提方法进行系统校准后对“米奇”物体进行了测量,并与未进行系统校准2次实验结果进行对比,实验结果如图5所示,其中(a)为待测物体,(b)、(c)为系统未校准得到的测量结果,(d)为系统采用本文所提方法进行校准后得到的测量结果,(e)为3组实验数据在305列处的对比图。从图(e)可以看出,未校准的系统由于受到DLP、CCD光心不等高而产生附加相移的影响[12],或多或少存在周期性系统误差,采用本文方法进行校准后,测量结果中物体表面较为光滑,更接近真实值。实验结果论证了系统校准的必要性和有效性。

为了进一步定量分析本文所提方法的有效性,在以上实验条件下对高度为5 mm、10 mm、16 mm的平面进行了测量。通过实验误差分析,测量均方根(root-mean-square,RMS)如表1所示。实验数据说明采用本文提出的校准方法可使系统的测量精度提高。

(a) 被测物体;(b)、(c)、(d) 深度测量结果;(e) 305 列深度对比(a) Measured object; (b), (c) and (d) Depth measurement results; (e) Comparison of the depth in column 305

4 结 论

以立方体物体与正交光栅组合形成辅助模型,实现对结构光深度测量系统DLP、CCD光瞳中心等高的校准。粗校准以光场中阴影位置及光栅栅线的变形为指导;精校准以立方体引起水平方向条纹的相位变化值为依据。经过定性与定量的实验数据分析,论证了该方法的有效性。

参考文献

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校准系统 篇7

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)系统能够提供一种物理上安全的密钥分发方式,在国家政府、军队、金融、科研等信息安全领域有着重要的应用价值,因而成为量子保密通信领域的研究热点[1]。

由于传输路径的差异、各路激光器响应时间的不严格一致性,使得QKD系统发送方同一时刻发出的八路光信号在设备出口处会有明显的时间间隔,这会给窃听者提供一定的分析价值,系统存在安全隐患。为了保证QKD系统的安全性,必须对QKD系统发送方的八路光源信号进行时序校准处理,达到任意两路光源信号在时间上不可分辨性,从而使窃听者无法辨别发送方发送的状态信息。传统的QKD光源时序校准方法操作复杂、精度不高,且需要借助于专用的校准设备。因此,开发一套高精度、高效率的QKD光源时序自动校准系统迫在眉睫,并且对加快量子通信产业化进程也有重要意义。

本文使用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX与现场可编程门阵列FPGA,设计了一套能够满足量子密钥分发光源时序校准要求的高精度、高效率时序校准系统。

1 总体设计

量子密钥分发光源时序校准系统以TDC-GPX为核心器件,以FPGA为主控制单元,配以其他外围辅助单元完成整个校准功能,系统总体实现框图如图1所示。系统主要由光电转换单元、信号调理单元、TDC-GPX时间测量单元、FPGA主控制单元、板级通信单元组成。光电转换单元采用PIN光电管分别将同步光、信号光(信号态和诱骗态下各四路)脉冲转换成脉冲电信号;信号调理单元由交流耦合电路、高速比较器ADCMP572、电平转换芯片MC100EPT21组成,最终调理成TDC-GPX能够识别的LVTTL信号;时间测量单元采用德国ACAM公司的高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX,将各路信号光相对于同步光的时间准确测量出来;主控制单元选用Altera公司的型号为EP4CE10E22C8N的FPGA,主要完成对TDC-GPX的工作模式配置、数据读写操作及后期的数据处理等;板级通信单元主要通过FPGA实现本校准系统与QKD发送方设备的FPGA、ARM通信。

在主控制单元完成对时间测量单元的初始参数及模式配置后,时间测量单元测出八路信号光相对于同步光之间的时间间隔;主控制单元分别读取时间测量单元中八路信号光与同步光的时间间隔值并进行特定的数据处理,然后将处理后的结果命令帧通过串口下发给QKD发送方FPGA。此FPGA按照接收到的命令帧产生各路延时电驱动信号延迟各路信号对应的激光器发光,经过一次延时调整后,系统自动进行第二次信号光与同步光的时间间隔测量,由主控制单元读取第二次测量结果并进行数据处理后通过串口再次下发延时命令。如此反复,经多次测量、偏差比较、反馈控制后,八路信号之间的偏差值会越来越小,直至八路信号之间时间间隔小于给定技术指标后校准完成,校准完成后主控制单元将最终的校准参数一方面写到Flash存储器中用于保存校准参数,另一方面将校准参数通过串口写入QKD发送方ARM中。

2 关键技术及实现

2.1 前端信号调理

信号调理单元主要由交流耦合电路、高速比较器、电平转换芯片构成,其结构框图如图2所示。

在量子密钥分发系统中,同步光经过光电转换单元输出的信号为差分小信号,共模幅值为1 V,差分幅值为400 m V左右。为了甄别出此小幅值信号,需要通过交流耦合的方式接入高速比较器[2]。为了消除噪声,比较器需要设置一定的滞回比较阈值,设定其值为±20 m V[3],比较器输出的是CML差分信号,通过电平转换芯片将其转换成LVTTL单端信号作为TDC-GPX的输入信号。同步光信号调理电路原理图如图3所示。

图4为经信号调理单元调理前后的波形图,示波器Ch2、Ch3为信号调理前的差分小信号,Ch1为调理后的单端LVTTL信号。

2.2 TDC-GPX模式配置

TDC-GPX采用起停型的测量方式,共有4种测量模式,在本量子密钥分发光源时序校准系统中设置同步光、信号光频率都为100 k Hz;选用TDC-GPX的I模式进行测量,设置信号的输入类型为LVTTL单端输入,TDC-GPX的起始、停止输入信号全部为上升沿触发;设置Start Retrig=1,开启内部再触发,此时测量的是每个停止信号相对于前面最近的起始信号之间的时间间隔;考虑到TDC-GPX的测量精度与芯片内部PLL有关[4],设置与PLL相关的HSDiv=205、Ref Clk Div=128、MTimer=40。

2.3 FPGA流程控制

基于Quartus II平台,通过编写Verilog HDL逻辑代码,实现对整个量子密钥分发光源时序校准系统的自动控制,相应的程序流程图如图5所示。系统上电后,FPGA对TDC-GPX的寄存器进行配置,完成TDC-GPX的初始化;然后FPGA发出指令给QKD发送方设备,使其发出同步光和第1种类型光,当TDC-GPX的FIFO不为空时,FPGA将FIFO中的时间间隔数据读取出来并进行特定的数据格式转换、数据处理;将第1种类型光延时一个固定的时间,关闭第1种类型光、发出第X种类型光(X的初始值为2);逐一判断第X种类型光与第1种类型光的时间偏差Δtx是否小于给定的指标δ,不满足时进行延时调整,直至所有类型光全部满足要求为止;最后将8种类型光对应的延时时间写入Flash,固化到QKD发送方设备的ARM中。

3 TDC-GPX性能测试

TDC-GPX作为整个校准系统的核心器件,其性能的好坏直接决定了校准系统的校准结果,为此进行了TDC-GPX的测量精度及线性度的测试。

3.1 精度测试

时间测量的精度是指在可重复的条件下,对相同的时间间隔重复测量所得标准差的分布,通常取最坏情况的值为测量精度[5,6]。本测试系统通过信号发生器产生两路窄脉冲信号,一路作为TDC-GPX的START信号,另一路作为TDC-GPX的STOP信号,STOP信号相对于START信号的时间间隔可调。

在本测试实验中设置STOP信号与START信号间的标准时间间隔分别为10 ns、20 ns、50 ns、100 ns,对每组标准时间间隔分别进行测量10 000次,测试结果如表1所示,图6给出了标准时间间隔为20 ns时的测试结果数据分布。分析测试结果知,TDC的测量精度小于80 ps,可以满足量子密钥分发光源时序校准的要求。

3.2 线性度测试

在5 ns~9μs的测试时间区间内,抽取12个标准时间间隔进行测试,测试结果如表2所示。采用最小二乘法得出数据拟合方程如下所示:

式中,x为标准时间间隔,单位为ns;y为TDC测量值,单位为ns;曲线斜率为0.999 994,由于所使用的信号发生器自身的精度、测试系统板布线不严格一致等方面的影响[7],测试数据始终存在0.421 848 ns左右的偏差[5,8,9,10]。图7为对应的数据拟合曲线图,从数据拟合曲线图及数据拟合曲线方程可以看出TDC-GPX在整个测试区间内具有良好的线性度。

4 系统应用

将校准系统用于实际量子密钥分发待校准设备中进行校准测试,图8为校准前八路光信号之间的时间关系分布图,图9为校准后八路光信号之间的时间关系分布图。图中幅度较高的为四路信号态信号,幅度较低的为四路诱骗态信号,从图中可以看出校准前的八路信号之间会有明显的时间偏差,而校准后的八路信号之间达到了时间上的不可分辨性,可以满足量子密钥分发系统对光源时序的要求。

5 结论

以TDC-GPX为核心研制了一套量子密钥分发光源时序自动校准系统,对TDC-GPX进行了精度和线性度测试。测试结果表明在整个测试区间内线性度良好,测量精度小于80 ps。将校准系统用于实际量子密钥分发待校准设备中进行校准测试,最终结果表明校准性能良好,可以满足量子密钥分发系统对光源时序的要求。

摘要：针对量子密钥分发终端设备中八路量子态光信号在设备出口处存在固有时间偏差的问题,设计了一套以TDC-GPX为核心的量子密钥分发光源时序校准系统。系统对量子态光信号进行光电转换、信号调理,使用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX分时对调理后的脉冲电信号进行采集,并通过FPGA进行数据处理,调整八路光信号的发光时间,使其满足在时间上的不可分辨性。测试结果表明,系统测量精度小于80 ps,用于实际量子密钥分发待校准设备中的校准性能良好,满足校准要求。

关键词：量子密钥分发,TDC-GPX,时序校准,信号调理,FPGA,高精度

参考文献

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舰船机电系统安全阀在线校准浅析 篇8

舰船机电系统由主辅过热蒸汽系统、微过热蒸汽系统、低压蒸汽系统、废气系统、凝水—给水系统、氧气系统、压缩空气系统等系统以及涡轮增压机组、汽轮给水机组、各类燃油泵、滑油泵和各类气瓶等附属设备组成。为确保这些系统、设备正常工作或避免因变工况、在非设计工况运行时出现过载造成自身以及用户设备故障或损坏, 多配有压力调节设备-安全阀。在设备出厂时, 感压元件指标符合规定要求, 能够正确判断压力值并做出相应动作。但随着时间的推移以及开启次数的增加, 感压元件的性能会有所下降, 从而出现误差;同时, 长期不动的安全阀也可能出现阀门粘连情况, 这些情况发生会导致安全阀误动作、不动作等致命的控制错误, 甚至造成事故, 危及设备和人身安全。

(1) 舰船舰电系统安全阀数量多, 直接影响设备、人身安全, 必须进行检测。

据统计每条舰船上安全阀数量十分可观, 而且这些安全阀都关系着主要设备的安全, 一旦出现问题, 将会导致不可预估的损失。

(2) 在舰船修理期间完成安全阀检测不能满足设备对仪表技术指标的要求。

TSG ZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》规定: “安全阀定期校验, 一般每年至少一次。”但是, 目前舰船机电系统安全阀的检测大都随舰的修理完成。根据调研舰船计划大修时间间隔三到五年, 时间过长, 难以保证安全阀在检测合格到期后的技术状态, 进而导致设备可靠性降低。

(3) 安全阀检测优先采用现场检测

舰船在航期间设备检测分为实验室检测和现场检测两种。实验室检测需经历拆卸、检测、安装以及运输等过程, 会造成设备使用可用度下降;现场检测具有以下优点: (1) 设备使用可用度提高; (2) 潜在故障率降低。安全阀检测采用在线检测方式是最优化选择。

一、安全阀的工作原理

安全阀是一种保护阀。工作时, 当腔体压力达到规定值时阀门开启排出介质, 当压力恢复正常后阀门关闭。它是一种保障人员和设备安全的重要设备, 广泛用于易发生危险的承压管道及压力容器上。

以活塞式弹簧安全阀为例简述如下: 

活塞式弹簧安全阀是由阀座、阀口、阀体、阀杆、弹簧和活塞等部分组成 (见图1) 。阀座与压力腔体相连, 腔体产生的压力直接作用在活塞上, 活塞通过压缩的弹簧与阀杆相连, 阀杆可在阀体内上下运动。

当腔体压力较小, P﹒S﹤kx+mg时, 活塞位置不变;

式中:P为腔体压强;S为安全阀密封面面积;mg为阀杆、活塞和弹簧的重力。

当腔体压力增大, P﹒S﹥kx+mg时, 压力克服弹簧的弹力使活塞上移露出阀口, 腔体内压力介质从阀口排出, 达到降压目的。

当腔体内压力减小, P﹒S﹤kx+mg时, 弹簧的弹力使活塞下移, 关闭阀口, 腔体内的压力介质停止流出, 保护管路压力。

(kx+mg) /S是个阀口开关的临界值。它是安全阀生产的一个重要指标, 我们称为整定压力。

二、安全阀检测项目

根据TSG ZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》附件E“安全阀校验与修理”, 安全阀的校验项目为:

2.1校验前的检查。安全阀校验前要对安全阀进行清洗, 并且进行宏观检查, 然后将安全阀解体, 检查各零部件。发现阀瓣和阀座密封面、导向零件、弹簧、阀杆有损伤、锈蚀、变形等缺陷时, 应改进行修理或更换。对于阀体有裂纹、阀瓣与阀座粘死、弹簧严重腐蚀变形、部件破损严重并且无法维修的安全阀应予以报废。

2.2整定压力校验。缓慢升高安全阀的进口压力, 当达到整定压力的90%时, 升压速度应当不高于0.01 MPa/s。当测到阀瓣有开启或见到、听到试验介质的连续排出时, 则安全阀的进口压力被视为此安全阀的整定压力。当整定压力小于或者等于0.5 MPa时, 实际整定值与要求整定值的允许误差为±0.015 MPa;当整定压力大于0.5 MPa时为±3%整定压力。

2.3密封性能试验。整定压力调整合格后, 应该降低并且调整安全阀进口压力进行密封试验。当整定压力小于或者等于0.3 MPa时, 密封性能试验压力应当比整定压力低0.03 MPa;当整定压力大于或0.3 MPa时, 密封性能试验压力为90%整定压力。

由于在线检测不拆卸安全阀, 所以本装置主要完成最关键的整定压力检测。检测前的检查可通过观察外观完成, 密封性能试验可由舰员在日常工作中通过观测有无介质渗透完成。

三、安全阀在线检测

3.1在线检测原理。安全阀的开闭动作是由进口端介质的压力和弹簧预紧力决定 (见图2) 。当介质压力升高到提升力比弹簧预紧力大时, 阀芯克服弹簧预紧力自动开启, 泄放多余的介质;当压力降至提升力比弹簧预紧力小时, 在弹簧作用下阀芯不动作或自动关闭, 介质不流出。

在冷态时为安全阀阀杆提供附加拉力, 当附加拉力刚刚克服弹簧预紧力时, 阀芯自动开启。下式表示阀门开启瞬间的这种力的平衡关系:

式中 S-为安全阀的密封面面积

F0-为安全阀开启时刻的附加外力;

PS-为安全阀的整定压力;

不难得出:

S可查出, 所以只要测出F0即可计算得出安全阀的整定压力PS。

3.2安全阀在线检测装置组成。安全阀在线检测装置由支撑框架、位移传感单元、拉力产生单元、力传感器、限位强关组件、多规格连接组件、螺旋杆式手动油压泵、处理器及显示装置构成 (见图3) 。

支撑框架可为安全阀检测中固定拉力产生单元等装置提供支撑。支撑框架取消了现有货架产品上的左右旋螺纹式定位器, 采用弹簧进行中心阀杆中心定位大大减轻框架重量、减小几何尺寸。

位移传感单元由位移传感器、传输线和处理器组成。其作用是将位移信号变为电信号传输到处理器中;通过AD转换和反运算得到位移的数值, 显示在屏幕上。位移传感器单元固定于支撑框架上, 使用简便、不用拆卸。

拉力产生单元和螺旋杆式手动油压泵组合产生一个向上的拉力拉动阀杆, 主要是使用千斤顶的原理, 由螺旋杆式手动油压泵产生一个持续均匀增加的油压, 进而达到产生持续均匀增加的拉力。

力传感单元由力传感器、传输线路和处理器组成。其作用是测量拉力值, 并将力信号转化为电信号传输到处理器中;通过AD转换和反运算得到力的数值, 显示在屏幕上。

限位强关组件是保证安全阀回座的安全保护装置。其原理是测得整定压力后, 反向增加一个外力使安全阀强制回座。

多规格连接组件是连接阀杆和拉力产生单元的装置。其作用是适用于各种安全阀阀杆螺纹需求, 确保拉力产生单元能够与阀杆固定连接, 而不需要另行挟带转接螺母。

处理器及显示装置是本装置的核心部件, 采用平板式电脑。内置检测软件, 可录入被校安全阀基本信息;开始检测后, 将拉力信号随时间变化的曲线以及位移信号实时显示于屏幕上并记录其数值;当有位移信号产生时, 获取对应时间的拉力值F0;根据公式PS =F0 / S, 计算得安全阀整定压力值;检测结束后, 检测曲线自动保存, 检测数据自动存储在检测数据库内;具备过程重现、查询等功能。安全阀在线检测记录和报告可以在现场实时生成, 并通过USB接口连接打印机出具记录和报告。

3.3在线检测工作过程

3.3.1选择拉力传感器。根据安全阀的整定压力数值选择相应量程的拉力传感器 (见表1) :

其中S为安全阀密封面面积, 单位为m2。

3.3.2连接设备。将支撑框架安装牢固;安装拉力产生单元、力传感器、限位强关装置和多规格连接系统;用高压软管连接螺旋杆式手动油压泵和拉力产生单元;用导线把位移传感器和力传感器连接到处理器上;打开检测程序, 准备开始检测。

3.3.3安全阀整定压力检测。输入安全阀信息;通过数据库得出其中径及密封面积;点击“开始”按钮, 开始采集数据;压动预压杆, 产生一个预压值;操作螺旋杆均匀增压, 观察屏幕上位移曲线和拉力曲线;到达整定压力值时, 阀门微开, 位移曲线阶跃跳动;检测软件获得对应点的拉力值, 并计算出整定压力值;缓慢泻压, 将拉力降为0;施加反向力, 使安全阀回座;打印原始记录和证书。

本装置采用两路高速数据采集及信息处理技术, 以时间为横轴同时实时显示位移和拉力数据并在电脑屏幕上显示拟合曲线 (见图4) 。

四、结论

安全阀在线检测是目前解决舰船安全阀校验的一种有效途径, 研制一套面向舰船机电系统的易操作、高效能、便携式、智能化、安全的在线检测设备, 可为深化舰船计量工作、实施舰船仪器仪表在航期间检测保障提供一种便捷有效的技术手段, 能够有效提高舰船设备科学使用管理和维修保障水平。

参考文献

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[2]TSG R7001-2004, 压力容器定期检验规则[S].

关于自动测试系统的校准问题分析 篇9

近年来无线电设备自动测试系统在我国无线电管理行业的技术管理、支撑部门以及先进的检测实验室中被大量采用, 它能最大限度的节省测试时间, 提高检测效率。

但是, 自动测试系统往往都是由多台仪表和切换控制箱通过线缆连接集成的。因此, 如何保证自动测试系统的测试结果准确可靠至关重要。而自动测试系统的校准方法和校准数据是保证测试结果准确可靠的关键。

2 问题描述

最近, 在用手机自动测试系统测试GSM手机的" 发射机输出功率" 项目时, 在DCS1800频段885信道, 发现自动测试数据和手动测试数据相差较大。二者详细数据见表1, 从表中可以看到: 误差是系统的, 为保证测试结果准确可靠, 必须修正。

注: 自动测试数据和手动测试数据相差在 ± 0. 2dB 以内属于可接受范围。

3 原因排查

首先, 我们仔细检查测试系统各仪表间的连接线缆和转接头是否松动; 然后用系统自带的校准软件重新校准系统, 校准过程状态正常; 比较本次校准数据和以前校准数据也基本一致。但是复测手机, 以上问题依旧存在。

为排除该误差是否由手机性能不稳定引起, 我们反复多次自动、手动测试手机并比较对应数据, 发现数据一致性较好, 但是自动、手动间误差依旧存在! 因此可以排除误差是由手机状态不稳定的随机性造成的。

接下来, 我们对自动测试线路进行了手动校准。如下图1所示, 手机自动测试路线为: 手机→控制箱→连接线缆→综测仪8820。

手动校准方法如下:

( 1) 先将手机直接和综测仪8820连接, 在有问题的频点测试最大发射功率并记录。

( 2) 再将手机与控制箱连接, 在同一个频点测试。调节综测仪的损耗补偿值, 直到测出与 ( 1) 相同的最大发射功率值。此时综测仪上显示的损耗值即为该频点的线路损耗。

比较自动校准数据和手动校准数据, 发现二者的差值正好就是自动测试数据和手动测试数据的误差! 将有问题的自动校准数据用手动校准数据替代, 重新测试, 此时的自动测试数据和手动测试数据基本一致, 二者详细数据见表2。

注: 自动测试数据和手动测试数据相差在 ± 0. 2d B 以内属于可接受范围。

4 原因分析

那么在高频点, 自动校准值和手动校准值差异较大的原因是什么?

手机射频性能测试的测试频段分为GSM900 ( 890MHz ~ 915MHz ) 和DCS1800 ( 1710 MHz ~1785MHz) , 这两段对应的具体测试频点和校准频点如表3所示。

通过分析表3可以总结出以下原因:

( 1) 校准源信号大小不同:

自动校准的源信号是用信号源HP83630B发出的, 大小为10d Bm。

手动校准的源信号是用手机本身发出的, 大小为30d Bm。

从表3中可以看到, 源信号的较大差异引起两种校准方法结果的较大差异, 而且随着频率的增高这种差异越来越明显。

( 2) 测试频点和校准频点的不同:

一般情况下, 软件设计多从总体规划考虑, 因此校准软件的校准频点和测试软件的测试频点不可能完全一样, 测试时测试软件会自动调用最接近测试频点的校准值。这种差异在低频对测试结果影响不大, 但是随着频率增高, 影响会变得越来越明显。

5 结 论

综上所述, 导致在高频点自动测试和手动测试结果差异较大的主要原因是 - - 自动和手动校准信号源大小的差异。这种差异对不同型号的仪表和连接线缆的影响都不一样, 而且会随测试频率的变化发生非线性的变化, 规律较难归纳。如果当测试结果精度要求不高时一般可以忽略, 但是像手机检测这类高精度的测试, 则必须认真考虑。

虽然自动测试系统给测试带来了很大的便利, 但是不能完全相信和依赖它。我们在日常测试中应该经常做自动测试和手动测试比对试验, 如发现有频点出现异常, 应该用被测件或与之发射功率大小相近的信号源做手动校准, 然后修改自动校准文件中的问题数据, 以保证最终测试结果的真实性和可靠性。

摘要：自动测试系统校准的方法和数据是保证测试结果准确可靠的关键。对于手机射频测试项目"发射机输出功率"中出现自动测试和手动测试结果差异较大的异常现象, 本文分析了原因, 提出了解决方案, 并在验证后给出了正确的测试数据, 确保测试结果的真实性和可靠性。

关键词：自动测试,手动测试,校准

参考文献

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