FR2617284A1 - Hydrophone device for measuring pressure in marine seismic tests - Google Patents
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Abstract
Description
Lors de la mise en oeuvre d'essais en sismique marine, il est opportun de connaitre le signal de pression d'essai émis par la source de pression ainsi que les paramètres susceptibles de modifier celui-ci. When carrying out tests in marine seismic, it is advisable to know the test pressure signal emitted by the pressure source as well as the parameters likely to modify it.
Parmi ces paramètres figurent notamment la profondeur de la source de pression immergée. Le plus souvent, les sources de pression sont des sources étendues, c'est-à-dire des sources à plusieurs points d'émission réparties en alignement sur une certaine longueur. La mesure du signal source ou onde de pression délivrée par chaque source et de la profondeur de celle-ci est réalisée par deux types de capteurs ou hydrophones distincts répartis au voisinage de chacun des points d'émission. Il est donc nécessaire de prévoir deux capteurs différents par point d'émission, I'un étant sensible à la pression statique du milieu marin et l'autre à la pression dynamique engendrée par le point d'émission constitutif de la source. Among these parameters are notably the depth of the submerged pressure source. Most often, the pressure sources are extended sources, that is to say sources with several emission points distributed in alignment over a certain length. The measurement of the source signal or pressure wave delivered by each source and of the depth thereof is carried out by two different types of sensors or hydrophones distributed in the vicinity of each of the emission points. It is therefore necessary to provide two different sensors per emission point, one being sensitive to the static pressure of the marine environment and the other to the dynamic pressure generated by the emission point constituting the source.
La présente invention a pour but de remédier à l'inconvénient précité par la mise en oeuvre d'un hydrophone pouvant être utilisé comme capteur unique au voisinage d'un point d'émission d'une source étendue. The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawback by using a hydrophone which can be used as a single sensor in the vicinity of an emission point of an extended source.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un hydrophone permettant de détecter et mesurer à la fois la pression statique du milieu marin environnant et la pression dynamique engendrée par le point d'émission de pression d'essai. Another object of the present invention is the implementation of a hydrophone making it possible to detect and measure both the static pressure of the surrounding marine environment and the dynamic pressure generated by the point of emission of test pressure.
Un autre objet de la présente invention est également la mise en oeuvre d'un hydrophone de haute qualité et présentant un haut degré de fiabilité de tenue à la corrosion. Another object of the present invention is also the implementation of a high quality hydrophone and having a high degree of reliability in terms of corrosion resistance.
Le dispositif hydrophone pour la mesure de pression d'essais en sismique marine objet de l'invention est remarquable en ce qu'il comporte, dans un corps d'hydrophone en matériau souple, un corps rigide support permettant, avec le corps d'hydrophone en matériau souple, de ménager une chambre de transmission de pression. Des moyens manomètriques sont montés dans le corps rigide, la face sensible de ces derniers étant en contact avec le milieu de la chambre de transmission de pression. The hydrophone device for the pressure measurement of marine seismic tests object of the invention is remarkable in that it comprises, in a hydrophone body of flexible material, a rigid support body allowing, with the hydrophone body made of flexible material, to provide a pressure transmission chamber. Pressure gauges are mounted in the rigid body, the sensitive face of the latter being in contact with the middle of the pressure transmission chamber.
Des moyens de filtrage mécanique des ondes de pression sont prévus pour assurer la transmission et le filtrage des ondes de pression d'essai et de la pression statique vers la face sensible des moyens manométriques. Means for mechanical filtering of the pressure waves are provided to ensure the transmission and filtering of the test pressure waves and of the static pressure towards the sensitive face of the manometric means.
Le dispositif hydrophone objet de l'invention trouve application principalement, bien que de façon non limitative, aux techniques d'essais en sismique marine, essais permettant d'obtenir toute valeurs de signatures géophysiques en exploitation ou en expérimentation. The hydrophone device which is the subject of the invention finds application mainly, although in a nonlimiting manner, to test techniques in marine seismic, tests making it possible to obtain any values of geophysical signatures in operation or in experimentation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins dans lesquels :
La figure 1 représente en coupe selon un plan de symétrie longitudinal d'un hydrophone selon l'invention,
.La figure 2 représente en a, b, c, d, la fonction de transfert en amplitude et phase d'un hydrophone selon l'invention, tel que réalisé conformément à la figure 1, les différentes fonctions de transfert ayant été établies en milieu aérien respectivement entre 0 et 25 Hz, 0 et 250 Hz, O et
I kHz, O et 5000 Hz.The invention will be better understood on reading the description and on observing the drawings in which:
FIG. 1 represents in section along a longitudinal plane of symmetry of a hydrophone according to the invention,
. Figure 2 shows in a, b, c, d, the amplitude and phase transfer function of a hydrophone according to the invention, as produced in accordance with Figure 1, the different transfer functions having been established in the middle aerial respectively between 0 and 25 Hz, 0 and 250 Hz, O and
I kHz, O and 5000 Hz.
Le dispositif hydrophone pour la mesure de pression d'essais en sismique marine objet de l'invention, sera tout d'abord décrit en liaison avec la figure 1. The hydrophone device for measuring pressure in marine seismic tests which is the subject of the invention will first be described in conjunction with FIG. 1.
Sur la figure précitée, on a représenté un hydrophone objet de l'invention, en coupe selon un plan de symétrie longitudinal. In the aforementioned figure, a hydrophone object of the invention is shown, in section along a longitudinal plane of symmetry.
Ainsi qu'il apparaît sur la figure précitée, le dispositif hydrophone objet de l'invention comporte dans un corps d'hydrophone noté 1, en matériau souple, un corps 2 rigide support, permettant avec le corps hydrophone 1 en matériau souple de ménager une chambre 3 de transmission de pression. As it appears in the aforementioned figure, the hydrophone device which is the subject of the invention comprises, in a hydrophone body denoted 1, made of flexible material, a rigid support body 2, allowing, with the hydrophone body 1 made of flexible material, to provide a pressure transmission chamber 3.
Le dispositif hydrophone objet de l'invention comporte également des moyens 4 manomètriques, montés dans le corps rigide, et dont la surface sensible 20 est en contact avec le milieu de la chambre 3 de transmission de pression. The hydrophone device which is the subject of the invention also comprises manometric means 4, mounted in the rigid body, and the sensitive surface 20 of which is in contact with the middle of the chamber 3 for transmitting pressure.
En outre, des moyens 5 de filtrage mécanique des ondes de pression sont prévus, ces moyens de filtrage 5 assurant la transmission et le filtrage des ondes de pression d'essais, et la transmission de la pression statique du milieu vers la face sensible des moyens manométriques. In addition, means 5 for mechanical filtering of the pressure waves are provided, these filtering means 5 ensuring the transmission and filtering of the test pressure waves, and the transmission of the static pressure from the medium to the sensitive face of the means. pressure gauges.
Selon une caractéristique avantageuse du dispositif hydrophone objet de l'invention, le corps d'hydrophone I en matériau souple peut être constitué en un matériau plastique tel que le polychlorure de vinyle ou de préférence le polyuréthane ou analogue. According to an advantageous characteristic of the hydrophone device which is the subject of the invention, the hydrophone body I of flexible material can be made of a plastic material such as polyvinyl chloride or preferably polyurethane or the like.
Selon une autre caractéristique avantageuse du dispositif hydrophone objet de l'invention, les moyens manométriques 4 sont constitués par un système à capsule piézo-électrique. Dans un mode de réalisation non limitatif, les moyens manométriques 4 ont été réalisés au moyen d'un transducteur de pression piézo-résistif de la série PA-10 distribué par la société DRUCK- UND KRAFTMESSTECHNICK domiciliée en Suisse. Ces types de transducteurs piézo-résistifs présentent l'avantage d'une bonne linéarité, celle-ci étant inférieure à plus ou moins 5 millivolts sur 50 % de la plage de mesure maximum, ainsi qu'un faible degré d'hystérésis et un bon degré de répétabilité ainsi qu'un bon degré de stabilité à long terme.Ces transducteurs de pression piézo-résistifs peuvent être facilement utilisés dans les plages de température allant de - 10 C à 80"C. Ils présentent en outre une faible dérive en température. According to another advantageous characteristic of the hydrophone device which is the subject of the invention, the manometric means 4 are constituted by a piezoelectric capsule system. In a nonlimiting embodiment, the manometric means 4 were produced by means of a piezoresistive pressure transducer of the PA-10 series distributed by the company DRUCK-UND KRAFTMESSTECHNICK domiciled in Switzerland. These types of piezoresistive transducers have the advantage of good linearity, which is less than plus or minus 5 millivolts over 50% of the maximum measurement range, as well as a low degree of hysteresis and good degree of repeatability as well as a good degree of long-term stability. These piezoresistive pressure transducers can be easily used in temperature ranges from - 10 C to 80 "C. They also have a low temperature drift .
Selon une autre caractéristique avantageuse du dispositif hydrophone objet de l'invention, les moyens 5 de filtrage mécanique constituent un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est voisine de 500 Hz. According to another advantageous characteristic of the hydrophone device that is the subject of the invention, the mechanical filtering means 5 constitute a low-pass filter whose cut-off frequency is close to 500 Hz.
Ainsi qu'on l'a représenté en figure 1, le filtre passe-bas précité peut comporter au moins un disque noté 50, de matériau poreux assurant la transmission des ondes de pression de fréquence inférieure à 500 Hz entre la chambre de transmission de pression 3 et une chambre intermédiaire notée 200, comportant la face sensible des moyens manométriques 4. As shown in FIG. 1, the aforementioned low-pass filter may comprise at least one disc denoted 50, of porous material ensuring the transmission of pressure waves of frequency less than 500 Hz between the pressure transmission chamber 3 and an intermediate chamber denoted 200, comprising the sensitive face of the manometric means 4.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la chambre 3 de transmission de pression et la chambre intermédiaire 200 peuvent être remplies d'un fluide, tel que par exemple un gaz, le fluide remplissant les deux chambres précitées baignant en outre le disque 50 en matériau poreux. According to a nonlimiting embodiment, the pressure transmission chamber 3 and the intermediate chamber 200 can be filled with a fluid, such as for example a gas, the fluid filling the two aforementioned chambers further bathing the disc 50 of material porous.
Selon une autre variante de réalisation particulièrement avantageuse non limitative, la chambre 3 de transmisson de pression et la chambre intermédiaire 200 sont remplies d'un fluide visqueux,- noté 30, baignant le disque 50 en matériau poreux. According to another particularly advantageous non-limiting variant, the chamber 3 for transmitting pressure and the intermediate chamber 200 are filled with a viscous fluid, - denoted 30, bathing the disc 50 made of porous material.
Dans un mode de réalisation avantageux, tel que précédemment cité, le fluide visqueux 30 peut être constitué par une huile de viscosité absolue n, comprise entre
-3 -1 -1 20.10~3Kg m~l 5-1 4 n 4 200.10 Kg.m . s (relation 1)
Le disque en matériau fritté 50 peut par exemple, être constitué par un disque en métal fritté, présentant une porosité p comprise entre
0,10 # p # 0,50 (relation 2)
Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse, le corps d'hydrophone 1 en matériau souple est formé par une enveloppe tubulaire 11, laquelle est fixée au corps rigide support 2 par exemple, par l'intermédiaire de brides de fixation 10.En outre, les extrémités de l'enveloppe tubulaire Il sont munies chacune d'un embout noté 100, 101, I'un des embouts constituant embout de traction 100 et de connexion, l'autre embout 101 constituant embout de remplissage en fluide visqueux. Bien entendu, I'enveloppe tubulaire 11 peut également être fixée sur les embouts 100 et 101, par l'intermédiaire de brides de fixation 10.In an advantageous embodiment, as mentioned above, the viscous fluid 30 can consist of an oil of absolute viscosity n, between
-3 -1 -1 20.10 ~ 3Kg m ~ l 5-1 4 n 4 200.10 Kg.m. s (relation 1)
The sintered material disc 50 may for example be constituted by a sintered metal disc, having a porosity p of between
0.10 # p # 0.50 (relation 2)
According to a particularly advantageous embodiment, the hydrophone body 1 made of flexible material is formed by a tubular casing 11, which is fixed to the rigid support body 2 for example, by means of fixing flanges 10. Furthermore, the ends of the tubular casing They are each provided with an end piece denoted 100, 101, one of the end pieces constituting the traction end piece 100 and of connection, the other end piece 101 constituting the end piece for filling with viscous fluid. Of course, the tubular casing 11 can also be fixed on the end pieces 100 and 101, by means of fixing flanges 10.
Le fonctionnement du dispositif hydrophone pour mesure de pression d'essais en sismique marine, objet de l'invention, est le suivant. The operation of the hydrophone device for measuring pressure in marine seismic tests, object of the invention, is as follows.
Les signaux émis lors d'une explosion locale d'un point d'émission en sismique marine se rapprochent sensiblement d'une impulsion de DIRAC et le spectre de fréquence émis est donc à très large bande, sensiblement de 0 à 20 kHz. Seule une petite partie de fréquence basse de ce spectre est utile en géophysique, la bande comprise entre 0 et 250 Hertz. The signals emitted during a local explosion of an emission point in marine seismics approach substantially a pulse of DIRAC and the frequency spectrum emitted is therefore very wide band, appreciably from 0 to 20 kHz. Only a small part of the low frequency of this spectrum is useful in geophysics, the band between 0 and 250 Hertz.
Il est donc inutile de transmettre les fréquences situées au delà de cette bande utile au système capteur ou système manométrique, pour filtrer celles-ci ensuite électroniquement. Le filtrage mécanique mis en oeuvre dans le dispositif hydrophone objet de l'invention permet d'optimaliser le rapport de la sensibilité à la valeur pleine échelle du signal obtenu.It is therefore useless to transmit the frequencies located beyond this useful band to the sensor system or manometric system, to filter these then electronically. The mechanical filtering implemented in the hydrophone device which is the subject of the invention makes it possible to optimize the ratio of the sensitivity to the full scale value of the signal obtained.
Compte tenu des longueurs d'onde des signaux se propageant dans le milieu marin, I'utilisation d'une cascade de résonnateurs d' Helmolz n'est pas réalisable dans un encombrement restreint, ce qui exclut l'utilisation précitée. Given the wavelengths of the signals propagating in the marine environment, the use of a cascade of Helmolz resonators is not feasible in a small space, which excludes the aforementioned use.
Conformément au résultat établit par BIOT M.A, dans la publication "Theory of Propagation of Elastic Waves in a Fluid saturated
Porous Solid", il a été établi que l'onde de pression incidente dans un milieu poreux remplie d'un fluide ou d'un liquide, se transmet sous la forme de deux ondes de pression caractérisées par une atténuation dépendant du carré de la fréquence et des Vitesses de propagation différente.In accordance with the result established by BIOT MA, in the publication "Theory of Propagation of Elastic Waves in a Fluid saturated
Porous Solid ", it has been established that the pressure wave incident in a porous medium filled with a fluid or a liquid, is transmitted in the form of two pressure waves characterized by an attenuation depending on the square of the frequency and speeds of different propagation.
L'origine de cette atténuation réside dans l'accélération du fluide, par effet de viscosité et couplage mécanique au squelette du matériau poreux. The origin of this attenuation lies in the acceleration of the fluid, by viscosity effect and mechanical coupling to the skeleton of the porous material.
Conformément au modèle de BIOT précédemment cité, l'amplitude transmise par le matériau poreux baignant dans le fluide visqueux est de la forme
(3) A = A .eapf2.x
0
L'atténuation correspondante pour un . matériau fritté d'épaisseur x s'écrit
a.x.f2
(4) At = - P x 20
Ln10 où Ln est le symbole du logarithme Népérien.In accordance with the BIOT model previously cited, the amplitude transmitted by the porous material immersed in the viscous fluid is of the form
(3) A = A .eapf2.x
0
The corresponding attenuation for one. sintered material of thickness x is written
axf2
(4) At = - P x 20
Ln10 where Ln is the symbol of the natural logarithm.
Dans les relations 3 et 4 précictées, le coefficient a désigne p le coefficient d'absorption d'onde longitudinale dans le matériau poreux, x désigne l'épaisseur de ce matériau poreux, c'et-à-dire la dimension du matériau poreux et du disque fritté 5, selon l'axe longitudinal du dispositif hydrophone représenté en figure 1 et f représente la fréquence de l'onde acoustique considérée. In relations 3 and 4 above, the coefficient a denotes p the longitudinal wave absorption coefficient in the porous material, x denotes the thickness of this porous material, that is to say the dimension of the porous material and of the sintered disc 5, along the longitudinal axis of the hydrophone device shown in FIG. 1 and f represents the frequency of the acoustic wave considered.
La condition de validité du modèle de BIOT est donnée par la relation 5
f < 0,15 2TT
2n.p.k
Dans la relation 5 précitée, n représente le coefficient de viscosité absolue du fluide, contenu dans la chambre de transmission de pression 3 et la chambre intermédiaire 200,
p représente la porosité du matériau fritté et du disque fritté,
p représente la masse volumique du fluide précité, et
k représente la perméabilité de celui-ci.The condition of validity of the BIOT model is given by the relation 5
f <0.15 2TT
2n.pk
In the aforementioned relation 5, n represents the coefficient of absolute viscosity of the fluid, contained in the pressure transmission chamber 3 and the intermediate chamber 200,
p represents the porosity of the sintered material and of the sintered disc,
p represents the density of the above-mentioned fluid, and
k represents the permeability thereof.
Avec un fluide dont le rapport \' de la viscosité absolues à la masse volumique p est égale à 140 mm2 x s pour une perméabilité k l6.l0l0 m2 et pour un matériau fritté de porosité p = 0,35, la condition de validité indiquée précédemment deviens (relation 6) f < 740 Hz
Le disque de métal fritté était constitué dans le prototype de réalisation par un disque d'épaisseur I = 3 mm présentant un module d'élasticité de 3000 daN/mm2 et une porosité p = 0,35, la perméabilité k étant égale à 16 Da.With a fluid whose ratio \ 'of the absolute viscosity to the density p is equal to 140 mm2 xs for a permeability k l6.l0l0 m2 and for a sintered material of porosity p = 0.35, the condition of validity indicated previously become (relation 6) f <740 Hz
The sintered metal disc was formed in the prototype embodiment by a disc of thickness I = 3 mm having an elastic modulus of 3000 daN / mm2 and a porosity p = 0.35, the permeability k being equal to 16 Da .
Une bonne atténuation des composantes de fréquence aux fréquences élevées, composantes de l'onde de choc correspondant à l'émission d'une impulsion de DIRAC, ont été obtenues en utilisant un fluide de couplage constitué par une huile de masse volumeP = 1005 kg/m3 et de viscosité n à 8 C, sensiblement égale à 140.10 6 m2/s. Good attenuation of the frequency components at high frequencies, components of the shock wave corresponding to the emission of a pulse of DIRAC, were obtained by using a coupling fluid constituted by an oil of mass volume P = 1005 kg / m3 and viscosity n at 8 C, substantially equal to 140.10 6 m2 / s.
La masse volumique P du métal fritté baignant dans l'huile constituant le fluide visqueux correspondant au mode de réalisation précité présentait une valeur de (7) p = (1 - )p s + #p f = 5564.75 kg/m3
La vitesse de propagation de l'onde longitudinale dans le métal fritté baignant dans l'huile présentait alors une valeur (relation 8):
c p = 2321,87 m/s.The density P of the sintered metal immersed in the oil constituting the viscous fluid corresponding to the aforementioned embodiment had a value of (7) p = (1 -) ps + #pf = 5564.75 kg / m3
The speed of propagation of the longitudinal wave in the sintered metal immersed in oil then had a value (relation 8):
cp = 2321.87 m / s.
Compte tenu des valeurs précédentes, le coefficient d'absorption d'onde longitudinale a p s'écrit
22 P k (relation 9) ap = Cp ' p . p
Cp
Pour une épaisseur du matériau fritté de 3 mm compte tenu des paramètres correspondants de l'huile utilisée, le coefficient précité avait pour valeur 52,64 lo-12 s2
Des résultats d'essais du dispositif hydrophone objet de l'invention tel que représentés en figure 1 seront donnés en liaison avec les figures 2a, 2b, 2c, 2d.Taking into account the previous values, the longitudinal wave absorption coefficient ap is written
22 P k (relation 9) ap = Cp 'p. p
Cp
For a thickness of the sintered material of 3 mm taking into account the corresponding parameters of the oil used, the aforementioned coefficient had the value of 52.64 lo-12 s2
Test results of the hydrophone device object of the invention as shown in Figure 1 will be given in conjunction with Figures 2a, 2b, 2c, 2d.
Les essais ont consistés dans un premier temps à déterminer la réponse amplitude et phase de l'hydrophone en fonction de la fréquence comprise entre 15 Hz et 5 kHz, pour une pression d'essais en milieu aérien. The tests consisted first of all in determining the amplitude and phase response of the hydrophone as a function of the frequency between 15 Hz and 5 kHz, for a test pressure in an air environment.
Les figures précitées représentent les diagrammes amplitude, module en décibels et phase en degré, en fonction de la fréquence pour le dispositif hydrophone objet de l'invention. L'excitation de l'hydrophone a été réalisée par un bruit rose dont le niveau de pression sonore a été fixé à 125dBlin, soit 2 10 5 Pa à 0,10 m. La figure 2a représente la fonction de transfert pour les fréquences comprise de 0 à 25 Hz, la figure 2b pour les fréquences comprises entre 0 et 250 Hz, la figure 2c représente la fonction de transfert pour les fréquences comrpise entre 0 et 1000 Hz et la figure 2d représente la fonction de transfert pour les fréquences comprises entre 0 et 5000 Hz.The aforementioned figures represent the amplitude diagrams, module in decibels and phase in degrees, as a function of the frequency for the hydrophone device which is the subject of the invention. The hydrophone was excited by a pink noise, the sound pressure level of which was set at 125dBlin, or 2 10 5 Pa at 0.10 m. Figure 2a shows the transfer function for frequencies from 0 to 25 Hz, Figure 2b for frequencies between 0 and 250 Hz, Figure 2c shows the transfer function for frequencies between 0 and 1000 Hz and the Figure 2d shows the transfer function for frequencies between 0 and 5000 Hz.
Après leur estimation, les courbes précédentes indiquent une réponse que l'on peut considérer linéaire de 0 à 220 Hz, puis légèrement croissante jusqu'à 560 Hz, et décroissante au-delà. After their estimation, the previous curves indicate a response that can be considered linear from 0 to 220 Hz, then slightly increasing up to 560 Hz, and decreasing beyond.
On a ainsi décrit un dispositif hydrophone pour mesure de pression d'essais en sismique marine particulièrement performant dans la mesure où celui-ci permet à la fois la mesure de la pression statique, c'est-à-dire de la profondeur d'immersion de l'hydrophone et la transmission des signaux utiles d'essais en sismique marine compris dans une bande de 0 à 250 Hz, les composantes à fréquence élevée de l'onde de choc engendrées par l'émission locale de la source, selon une impulsion de
DIRAC sensiblement, étant filtrées et non transmises par le dispositif
hydrophone objet de l'invention. We have thus described a hydrophone device for measuring pressure in marine seismic tests which is particularly effective insofar as it allows both the measurement of the static pressure, that is to say the depth of immersion of the hydrophone and the transmission of useful marine seismic test signals included in a band from 0 to 250 Hz, the high frequency components of the shock wave generated by the local emission of the source, according to a pulse of
DIRAC substantially, being filtered and not transmitted by the device
hydrophone object of the invention.
Claims (9)
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---|---|---|---|
FR8708965A FR2617284B1 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | HYDROPHONE DEVICE FOR MEASURING TEST PRESSURE IN SEISMIC MARINE |
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Publications (2)
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FR2617284B1 FR2617284B1 (en) | 1989-12-08 |
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Family Applications (1)
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FR8708965A Expired FR2617284B1 (en) | 1987-06-25 | 1987-06-25 | HYDROPHONE DEVICE FOR MEASURING TEST PRESSURE IN SEISMIC MARINE |
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