土工试验微机数据采集处理系统.docx
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土工试验微机数据采集处理系统
土工试验微机数据采集处理系统
新版使用说明书
【新版特征】
●数据采集过程用语音提示，简化了操作
●改进数据采集程序操作界面，扩大信息量增强系统功能
●系统软件的智能化程度有很大提高
●数据采集与数据处理软件合一，可同时进行采集和处理
●ＤＯＳ、ＷＩＮ９Ｘ／ＭＥ／ＮＴ／２０００全兼容
一九九九年十二月
要目
一、系统概述
１.１系统的基本配置２
１.２系统的基本操作４
二、系统的测量参数的检查标定
２.１通道测试的操作步骤４
２.２传感器参数的标定５
２.３容器校正及校正参数的输入６
三、数据采集
３.１一般操作规定７
３.２物理性试验８
３.３三轴试验１０
３.４直剪试验１３
３.５固结试验１５
四、数据处理
４.１数据处理系统主菜单与辅助功能键的作用１９
４.２文件操作说明２４
４.３人工输入数据的处理２４
４.４数据处理中的人工干预２７
五、试验成果输出形式的编排设计
５.１单个土样或单项试验成果的输出２７
５.２组合式试验成果汇总表的构成２８
５.３成果汇总表建表中的若干技术处理３１
５.４成果汇总表数据的读入与计算３２
５.５土工试验成果总表的分层统计３２
５.６关于土工成果的数据共享３３
六、试验成果的输出
６.１使用打印机的成果输出３３
６.２使用绘图仪的成果输出３５
七、系统常见故障的检查与排除３６
土工试验微机数据采集处理系统
使用说明书
一、系统概述
土工试验微机数据采集处理系统，是经过市场调查、结合多数土工试验室的现况，和计算机迅速发展提供的技术条件开发研制的成果。
经过多年运行、考验和不断完善，系统新的版本在硬件和软件上已有长足改进。
本系统可同时或单独地与三轴仪、直剪仪、固结仪、电子天平等，凡是能够采用电测的仪器连接。
采取分散采集，集中处理的原则。
吸取了分布式控制系统和集中式控制系统的优点。
严格遵循土工试验标准（ＧＢ１２９－８８）的规定，为各种图解成果提供丰富、实用的数学解析方法，和人工干预（修正）技术手段。
本系统具有通道测试、故障诊断、参数标定、时钟设置、档案管理等辅助功能。
采样程序中的语音提示和部分实时控制功能，有助于对固结的稳定、直剪的慢剪和往复剪、三轴ＣＤ的连续工作和一个试样多级加载的分级控制。
动态显示的应力～应变曲线反映土的性状，且为零点修正、过程监测、终点判断提供了依据。
本系统有很好的用户界面，翔实的记载着各种试验、采样信息和提供联机在线帮助。
全汉字菜单提示一看就懂，一学就会。
数据采集和数据处理是同一系统的两个部分。
可在数据采集的同时作数据处理，充分发挥计算机的使用效率。
本系统的功能已超越单纯地数据采集与处理字面上的含义。
具有丰富的数据管理功能，解决了不同试验、相关数据之间的传送。
在系统范围内最大限度地实现数据资源共享。
逐步成为土工试验强化技术管理的技术手段，提高成果质量和测试工作效率、降低劳动强度的辅助测试系统。
１.１系统的基本配置
１.１.１数据采集系统的硬件组成
主要硬件Ａ／Ｄ转换和前置处理电路，按照标准ＰＣ机系统总线设计成专用的数据采集功能卡（通道板）。
直接插入计算机主板上的扩展槽口上，使之成为土工试验数据采集专用机的同时，仍保留了ＰＣ机的所有功能。
它具有较高的集成度，运行效果与计算机的内存和ＣＰＵ的速度有关。
因此随着计算机的更新，系统亦自动升级。
具体的组成有:
５８６主机，主频２３３兆以上；
１６Ｍ以上内存，１Ｇ以上硬盘，３寸软驱；
ＶＧＡ彩显，二串一并，标准１０１键盘，鼠标；
１６位声卡，音箱；
Ａ／Ｄ模数转换、通道板，４０通道（可扩充）；
可选配打印机、ＵＰＳ、各种传感器、电子天平等。
１.１.２数据采集测量主要技术指标如下：
Ａ／Ｄ转换电路分辩率12位或1／4096、转换误差＜±1／2LSB、非线性＜０.０２５％ＦＳ、采样速度＜２０μs或＞５０kHz
系统测量综合指标：
试验项目
名称
非线性
重复性
１０天飘移
固结试验
变形测量
＜０.２%FS
＜０.２%FS
＜０.３%FS
直剪试验
剪应力
剪位移
＜０.５%FS
＜０.３%FS
＜０.２%FS
＜０.２%FS
＜０.５%FS
＜０.４%FS
三轴试验
轴位移
轴向力
孔压
＜０.３%FS
＜０.５%FS
＜０.５%FS
＜０.２%FS
＜０.２%FS
＜０.２%FS
＜０.４%FS
＜０.５%FS
＜０.５%FS
工作环境：
交流电源，电压２２０Ｖ±２０Ｖ；频率５０Ｈz±５Ｈz。
室内有专用接地线，无强电磁干扰。
工作温度，１０℃～４０℃，相对湿度小于８５％条件下性能有保证；
０℃～４５℃，相对湿度小于８５％条件下可以使用。
１.１.３系统软件程序名总汇，存放在“PACKLIST”文件内。
详细了解可打开它。
其中一部分是面向用户的应用程序，以文本文件编辑。
需要结合本单位、本地区实际，仿照程序原有格式修改；或经常更新、补充。
这些程序是：
WEIGHT.SEQ荷重序列设置文件；
CORRECT.GJY固结仪器变形量校正文件；
CONTAIN.DAT容器、器皿（铝盒、环刀、比重瓶）校正参数文件；
HYDROMET.DAT颗分（比重计、量筒）、渗透（测压管面积）校正参数文件；
CIZU.DAT自定义词组文件；
WLWP.TXT液塑限经验公式文件；
PRINTER.INI打印机参数设置文件；
TGTABLE.DOC成果、报告编辑中的数据变量（代码）说明文件；
TGTABLE.DAT土工试验成果总表表头格式文件；
TGFORMAT.DAT土工数据（与后续工序共享）传输格式文件；
STANDARD.*自动判定（国家或地区标准）准则文件；
TABLE?
.GJB各种固结试验成果表格式文件（中文）；
TABLE?
E.GJB各种固结试验成果表格式文件（英文）；
TABLE?
.SZB各种三轴试验成果表格式文件（中文）；
TABLE?
E.SZB各种三轴试验成果表格式文件（英文）；
TABLE?
.ZJB各种直剪试验成果表格式文件（中文）；
TABLE?
E.ZJB各种直剪试验成果表格式文件（英文）；
TABLE?
.KFB各种颗粒分析试验成果表格式文件（中文）；
TABLE?
.KFB各种颗粒分析试验成果表格式文件（英文）；
TABLE?
.JSB各种击实试验成果表格式文件（中文）；
TABLE?
.JSB各种击实试验成果表格式文件（英文）；
TABLE?
.STB各种滲透试验成果表格式文件（中文）；
TABLE?
.STB各种滲透试验成果表格式文件（英文）；
TABLE?
.SSB各种收缩试验成果表格式文件（中文）；
TABLE?
.SSB各种收缩试验成果表格式文件（英文）；
*.TAB各种土工试验成果总表格式文件；
*.RPT土工试验成果总表存盘文件；
*.ARD经数据处理后各项试验结果存盘文件；
１.２系统的基本操作
１.２.１常用键使用说明
⑴标准键盘原有作用不变；
⑵在特定窗口下对某些操作键设置的辅助功能见屏幕下的提示；
⑶在数据处理操作中常用功能键的使用说明如下：
＜←、↑、↓、→＞移动光标
＜Enter＞（←┘）光标移到下一单元
＜Tab＞光标横移到下一单元
＜Home＞光标移到行首
＜Ctrl＞＋＜Home＞光标移到表首
＜End＞光标移到行尾
＜Ctrl＞＋＜End＞光标移到表尾
＜Ctrl＞＋＜Delete＞删除土样从数据文件中
＜PageUp＞向上翻页
＜PageDown＞向下翻页
＜↓＞、＜↑＞在插入栏找项目
＜Ctrl＞＋＜→＞向右移一页
＜Ctrl＞＋＜←＞向左移一页
＜Ctrl＞＋＜↓＞向下一格复制同样的内容
＜Ctrl＞＋＜↑＞向上一格复制同样的内容
＜Ctrl＞＋＜Ｎ＞在光标位置上插一行
＜Ctrl＞＋＜Ｙ＞删除光标所在行
＜Backspace＞向前（左）删除一字符
＜Delete＞向后（右）删除一字符
＜Insert＞改变编辑（插入、覆盖、自动）方式
＜Ｆ9＞改变光标移动（行、列）方式；数据采集自动演示
＜ScrollLock＞灯亮为锁定表头，灯灭解除
＜Alt＞＋＜Ｆ1＞转入词组（设在CIZU.DAT文件中的内容）输入方式
＜Alt＞＋＜Ｆ2＞转入区位码汉字输入方式
＜Alt＞＋＜Ｆ3＞转入拼音码汉字输入方式
＜Alt＞＋＜Ｆ4＞转入简拼码汉字输入方式
＜Alt＞＋＜Ｆ5＞转入五笔字形汉字输入方式
＜Alt＞＋＜Ｆ6＞退出汉字输入方式
＜Esc＞退回上一级菜单
二、系统测量参数的检查标定
２.１通道测试的操作步骤
通道是指计算机与仪器上某一传感器相连的测量部件。
一台仪器有几个传感器就有几个通道。
通道测试就是用来测试和标定每个通道所对应的传感器的性能和参数，以便了解传感器的性能与工作是否正常。
⑴打开＜通道测试＞菜单，用翻页键选择出要检查的通道。
在窗口下方会显示出这一通道所连的仪器，传感器的种类及通道的功能。
⑵菜单下方有一矩形区域，显示传感器的波形。
工作正常的传感器在量程范围内，波形基本为一条直线。
反之，波形会上下随机摆动。
如迂干扰则波形明显呈正弦波。
使用“上下”键可以调整采样频率。
⑶菜单内其它项的意义如下：
环系数──指测力环系数，力的单位是N／mm；应力的单位是kpa／mm。
若传感器不是测钢环变形的，则为１。
偏移量──输入传感器的相对零点，单位是Ｖ。
输入量──传感器所测量（经过换算）的当前值：
输入量＝（输出量－偏移量）÷灵敏度×环系数
输出量──传感器的输出值。
所有传感器都经过放大电路处理，
变成统一的电压输出，在－５Ｖ～＋５Ｖ之间。
灵敏度──传感器的灵敏度系数，单位是V／ｄ。
ｄ为标定范围（位移传感
器ｄ＝ｍｍ；压力传感器ｄ＝ｋｐａ；排水传感器ｄ＝ｍｌ）
灵敏度＝（输出量－偏移量）÷ｄ；
Ｍ──位移传感器（轴位移、剪位移、沉降位移）的当前值
Ｆ──测力环（力）的当前值
Ｕ──孔压传感器的当前值
Ｖ──体变传感器的当前值
ｄ──当前变形量（三轴：
轴向变形；固结：
沉降变形）
Ｇ──当前固结度
２.２传感器参数的标定
２.２.１传感器的参数标定
传感器参数是评判传感器性能的定量指标。
此项功能提供了传感器标定时，对线性度、重复性、回差的数据处理。
标定过程分自动（ＡＵＴＯ）、手工（ＭＡＮＵＡＬ）。
前者需借助自动测试装置，数据由系统自动采集。
手工标定步骤是：
⑴打开＜参数标定＞菜单。
用翻页键在“通道号”栏里选择待标定传感器所在通道号，回车（转入下一栏目）。
⑵继续输入“传感器型号”、“传感器编号”，用回车换栏。
⑶用翻页键继续选择“传感器量程”、“标定点个数”、“重复次数”、“标定方式”等内容，用回车换栏。
⑷开始标定时先对好零点，不断按屏显“输入量”提示值施加标定增量。
每加一次增量按一次回车，程序自动记录各标定点输出值。
标定过程中如某点出错，可按＜Insert＞键选择下一点，或按＜Delete＞键选择前一点。
⑸标定完毕后，屏幕上立刻显示出传感器的线性度、重复性和回差，以及相应的误差曲线。
按任意键后可选择是否存盘、打印或继续标定下一个传感器。
当选择存盘功能以后，所有标定数据会自动填入传感器相应通道，以备采样时自动进行传感器非线性校正时使用（标定完后需在＜通道测试＞功能里选择存盘功能，否则无效）。
２.２.２传感器系数的标定
传感器系数就是把传感器测得的电量还原为被测物理量的转换系数。
标定传感器系数的过程，是以高于系统测试精度的计量仪器量的变化，测传感器电量变化。
再按规定计算传感器系数输入采样程序。
人工计算结果可以直接输入＜通道测试＞相应的栏内。
由于系统设置了几个专用功能键，在标定中简化了操作。
Ａ.传感器系数标定步骤如下：
⑴打开＜通道测试＞菜单，用翻页键选择要测试传感器的通道号，确认传感器工作正常后方可进行标定。
⑵测量装置：
位移传感器用百分表校验仪、千分尺；压力传感器用三等活塞压力计；排水（体变）传感器用滴定管；连接部分可自行加工。
⑶将传感器置于测量装置上调整初始值于量程下限附近。
按“Ｆ６”键，使“输入量”清零，这时“偏移量”自动置为“输出量”。
记下这时标定装置的读数“ｄ１”。
⑷单方向移动标定装置使传感器产生变化，其增量达量程的上限附近。
记下这时标定装置的读数“ｄ２”。
⑸按“Ｆ８”键，根据提示输入标定范围ｄ＝ｄ２－ｄ１（ｄ值在不同的传感器上分别是ｍｍ、ｍｌ、ｋｐａ）。
⑹按“Ｆ７”键，传感器系数即自动计算并填入菜单“灵敏度”内。
⑺验证系数的正确性。
移动标定装置，“输入量”所显示的变化应与移动的增量相符，误差在精度范围之内。
否则应重新标定。
⑻系数标定完成之后，按“Ｆ５”键使“偏移量”清零。
⑼全部标定完按“Ｆ２”键将数据存盘。
否则标定无效。
Ｂ.系数标定中的几点注意事项
⑴位移传感器标定时应注意“ｄ１”，恰使“输出量”显示在－２.５～－４.５Ｖ间，“ｄ２”则显示在＋２.５～＋４.５Ｖ之间。
⑵力的测值，是通过测力环的变形乘测力环的系数得到的。
通常需分别标定位移传感器系数和测力环系数。
前者按位移传感器标定，标定时将“环系数”置为１。
后者按土工要求标定，人工输入测力环系数。
分开标定的优点是按需要更换不同量程的钢环方便，如三轴、无侧限等试验。
此外，也可把测力计（钢环）上安装位移传感器视为一个整体，即力的测量传感元件。
通过标定建立力与电量（N～V）的换算系数。
标定时用三等测力计输出力值，观测位移传感器的变化，具体步骤如上。
其优点是消除分开标定的转换误差，但不便更换钢环，适用于直剪试验。
注意：
标定完后，在把百分表装入钢环时，指针应指在３mm（10mm百分表）的位置左右，以确保传感器在有效的量程范围之内。
⑶压力传感器的标定当缺少活塞压力计时，也可用液压稳压装置上的０.４级压力表来标定。
方法是先在压力室内注满排气水，打开孔压阀，让加在压力室里的压力能传递到孔压传感器。
２.３容器校正及校正参数的输入
在数据采集与处理中各种仪器、器皿的校正值，是程序在运行中自动检索、赋值、计算的必要条件。
这些数据分别贮存在指定的文件中，是系统软件的组成部分。
由用户按以下要求校正或输入校正值。
２.３.１物理试验所使用的器皿：
铝盒、环刀和比重瓶的“质量”、“面积”、“高度”，及不同温度比重瓶的瓶水质量等校正参数。
在物理试验采样操作界面里按辅助功能〈Ｆ５〉键，弹出“容器校正”窗口。
列表显示容器各种参数供查阅和校正。
操作要点如下：
⑴操作前需检查弹出式菜单上的‘称重：
＿＿g’是否与天平同步显示；凡是质量的校正值，可在称量时自动采样（稳定后按确认键Insert）。
⑵为防止不同种类容器、器皿同号，可在编号前面冠以不同字符加以区分。
⑶环刀的面积、高度需另行计量，用键盘输入；铝盒没有体积参数则空缺。
⑷比重瓶的校正值包含两个内容：
比重瓶净重，用于秤土时由瓶加土重计算土粒质量；不同温度下的瓶加水质量。
校正参数的输入是，在〈容器编号〉里输比重瓶号，则在〈重量〉里记录的是瓶的净重；若是不同温度的瓶水质量，需在〈容器编号〉里输入〈比重瓶号－序号〉（如〈201-3〉，201是比重瓶号减号后是输入的第３个温度校正值）字样，字长不超过８位。
在〈面积〉里填入这一序号瓶水质量的水温，在〈重量〉里记录这一温度的瓶加水质量。
程序根据每个瓶累积的记录自动生成隐形的温度校正曲线，用于插值计算试验温度时的瓶水质量。
⑸从‘容器校正’退出，校正数据自动存盘，保存在CONTAIN.DAT文件中。
２.３.２固结试验的容器变形校正值，保存在CORRECT.GJY文件中。
按照规定格式输入后存盘，分３０和５０两种面积。
２.３.３比重计、侧压管等校正参数，应根据HYDROMET.DAT文件中的格式逐项输入。
具体应用详见４．３．４⑸、⑹。
三、数据采集
在主菜单环境下，由〈系统操作〉→〈数据采集〉，通过〈Ｆ６〉键选择某项试验采集程序。
进入采集程序的操作界面可以看到，只有‘三轴试验’是一页显示一台仪器的采样记录，其它试验都是一页显示一个土样的测试信息，所以直剪试验的一页包含了４台仪器的采样记录。
３.１一般操作规定
⑴屏幕上边框的各种图标提示了供鼠标用的快捷操作。
由左至右它们的意义是文件、打开、关闭、存盘、打印、物理性试验、固结试验、三轴试验、直剪试验、通道测试、向前翻页、向后翻页、暂停、就绪、向前翻页、向后翻页。
⑵在各项试验中，方法决定操作程序。
因此‘试验方法’必须在通道‘就绪’前输入。
其它试验参数亦应及时输入，确保采样、贮存数据正确。
⑶‘试验编号’和‘土号’最多可输入１２个字符，由字母和数字单独或组合构成。
如果没有输入试验编号或土号，存盘时程序自动以“NONAME”和“No.?
”代替；即使是重号，后者不会覆盖前者而存放在两个序号中。
⑷对于同一项试验，用翻页键〈PageUp〉、〈PageDown〉查找某个土的试验信息。
⑸受显示采集数据窗口的限制，通过鼠标或〈Insert〉、〈Delete〉键可将窗口左右移动检查数据。
⑹用〈↓〉、〈↑〉键移动光条至待输入（选择）参数栏目；〈→〉、〈←〉键移动光标至待输入的字节。
⑺直剪和固结试验里的荷重序列，在文件WEIGHT.SEQ中事先设定，供输入时选择。
需要修订时可用程序读入文件，修改后存盘。
固结试验里最多２６种荷重序列，直剪试验里最多８种荷重序列。
⑻为保证测试在量程范围之内，并有足够的行程，程序对传感器的初始位置有一个规定。
见（２.２.２Ｂ）达不到要求通道不能‘就绪’。
当试验迂大量程变化、超出传感器测量范围时，可短暂停止采样、待传感器调整后恢复采样。
其中变化程序自动计算修正。
⑼除物理试验，在操作各个进程中均有语音提示。
固结、三轴试验还伴有传感器上信号灯区别各试验阶段，便于操作。
⑽在力学测试过程中，由于某种原因应力～应变曲线初始段不过零点，影响三轴成果计算、直剪进程、固结Ｃv判求。
采样程序提供一种补救办法：
用〈仪器状态〉→〈修正零点〉，照屏下提示（删点）来平移坐标使曲线变化通过原点。
这些只在位移３～５mm前操作有效。
⑾为配合试验操作，在屏幕最末行有六个辅助功能键的提示。
不同试验，键的功能亦不同。
其中‘系统帮助’提供了各项试验采样操作时的在线帮助。
⑿同一个工程不同试验采集的数据、同一个土样不同的数据文件均以扩展名加以区别。
其约定方式如下表：
项目
采集文件
结果文件
表格文件
档案文件
报告文件
数据共享
标准
ASCII
文本文件
物理试验
.ＤＡＴ
.ＴＰＢ
颗分试验
.ＫＦＤ
.ＫＦＢ
.ＡＲＤ
固结试验
.ＧＪＤ
.ＧＰＤ
.ＧＪＢ
.ＡＲＤ
.ＤＡＤ
三轴试验
.ＳＺＤ
.ＳＰＤ
.ＳＺＢ
.ＡＲＤ
直剪试验
.ＺＪＤ
.ＺＰＤ
.ＺＪＢ
.ＡＲＤ
成果汇总
.ＴＡＢ
.ＲＰＴ
击实试验
.ＪＳＤ
.ＪＳＢ
.ＡＲＤ
渗透试验
.ＳＴＤ
.ＳＴＢ
.ＡＲＤ
收缩试验
.ＳＳＤ
.ＳＳＢ
.ＡＲＤ
３.２物理性试验
物理试验程序窗口，如图所示：
它包括有关质量的试验记录和土的岩性描述，以及容器、器皿的校正。
用〈Tab〉键在含水量密度、稠度、比重栏间切换，〈↓〉〈↑〉键逐项移动光条，〈→〉〈←〉键逐字移动光标，转入岩性描述按Ｆ３，转入下一个土样的操作用翻页键。
采样操作步骤见程序流程示意图。
主要操作说明如下：
物理试验采样程序流程示意图
启动程序预热天平1
┌──────────────────-─────→↓←-─────────┐
│输入试验编号（文件名）2│
│3A↓│
│┌┬─────────→在土号栏输号←─┬─y有文件?
3│
↑││↓│↓n↑
│││有号?
n───→转入新的一页│
││↑18↓y│↓│
│││转盒号记录所在页←──n是碗号?
12│输入土号←4──────┐│
│↑│↓┌──→↓y↑↓││
│││19秤试样干土重│碗号记录所在页│输入孔号深度5↑│
│││↓│↓│↓││
│││20显示含水量│输液塑限盒号13│输入器皿编号←6────┐││
│││↓│↓│↓│││
││└──y继续秤?
│秤试样湿重14│参数检索7↑││
││n↓│↓│8↓│││
││┌n是液塑限联合法?
│15测锥深?
n─┐│器皿有质量?
n→记录碗号│││
│││y↓│y↓││y↓│││
│││21图解液塑限成果│输入锥沉深度││秤湿土重│││
│││↓│↓││9↓│││
││└-→显示塑性指数22└-n已有3个样?
6││器皿有体积?
n→记录湿重│││
││↓y↓←──┘│y↓││││
││┌n测比重?
y─┐继续秤?
y──┘显示湿密度10││││
││↓↓n│↓←─────┘│││
││Gs经验值23输瓶号25│17秤下一个试样?
y─────┘││
││↓↓│n↓││
││算饱和度←24┐秤瓶土重26│退按F3对土岩性描述11││
││↓│↓│出↓││
│└y换一个土?
│排气处理27└→采转下一个土的记录?
y────┘│
│↓n│↓┌→样←┐n↓│
└y换一个工程?
│秤瓶水土重28│程│换一个工程│
│n│↓│序└─-n继续试验?
y────────┘
││输水温29││
││↓│└───-→系统待命
│└-显示比重│
└───→───────┘
⑴要检验电子天平数据传送是否正常，即‘称重’窗口与电子天平数码管显示一致且同步。
如有异常则按Ｆ４‘天平设置’键，检查各项选择是否正确；检查连接导线、接口是否正常。
⑵作为数据文件名的试验编号，可输入〈系统操作〉→〈系统参数〉→〈工程编号〉、或试验参数里。
试验日期由计算机系统自动给出。
⑶每输入一个编号程序都进行检索，若无则当作新的文件转入开土记录；已有编号则需判断在土号栏里的输入是否有过记录，再转入下一步操作。
如3、3A所示。
通过开土，程序将土号与各种容器、器皿编号建立起符合数据管理的相关记录。
之后只要在土号栏里输入任何一个编号，程序即显示编号所在页（即找到土号）并把光条停在编号对应的位置。
因此由环刀号识别（直剪或固结）试样的土号，避免无记录表的困惑。
开土序号是自动递增的。
⑷程序根据容器编号检索其参数，并由此判断是何种试样。
如８、９、１０、１２－１
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