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[Terminé] Détecteur de métal PI

  1. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : [En cours] Détecteur de métal PI

    Ta signature semblait abusive avant lecture mais après lecture, elle est assez juste
    Ben tien, je veux!!
    (bon, faut pas se prendre la tête non plus, c'est juste pour déc***er; y a que ça de sérieux dans la vie)

    Suite:
    On peut envisager des modifications plus profondes de la bobine. Ici, je n'entrerai pas dans les détails (peut-être par la suite), mais disons qu'il est possible d'en changer la structure même:
    On peut p.ex. séparer Tx et Rx. Si c'est un simple dédoublement, cela n'a pas beaucoup d'intérêt, à part régler les problémes de niveau DC à l'entrée du préampli. Pour que cela devienne intéréssant, il faut faire deux bobines nettement séparées et différentes: p.ex. bobine réceptrice ayant la moitié du diamètre de l'émettrice.
    On peut aller encore plus loin, et mettre trois bobines (ou un arragement équivalent), pour équilibrer magnétiquement la réception:
    En fait, faire de l'Induction Balance.
    Cela permet d'éliminer le pulse de 400V à l'entrée du préampli, et donc d'augmenter plus confortablement la sensibilité.

    Durée d'impulsion:
    Fermons cette parenthèse et voyons l'impact de la largeur d'impulsion sur les performances du détecteur.
    Jusqu'ici, on s'était surtout contenté de l'adapter aux caractéristiques de la bobine, pour être sûr d'atteindre un courant suffisant.
    On peut aller au-delà, pour laisser au champ magnétique le temps de pénétrer des objets très massifs.
    Contrairement à ce que l'on pourrait penser, cela n'aura pas beaucoup d'impact sur la sensibilité: si un objet a une longue constante de temps à l'établissement, il en aura une une aussi longue pour la retombée, et donc le taux de variation du champ, qui nous intéresse pour la réception, ne sera pas augmenté.
    C'est un peu l'effet de peau à l'envers: les "couches" extérieures de l'objet vont agir comme un blindage vis-à-vis du coeur, et garder le champ interne prisonnier un certain temps, le relâchant petit à petit.

    Par contre, cet allongement peut avoir un autre intérêt: la réponse ne sera peut-être pas plus forte, mais elle sera plus longue.
    Cela permettra p.ex. d'étendre la plage de discrimination mais peut-être indirectement la sensibilité: si l'amplification de détection est basée sur un intégrateur, tout ce signal, même s'il est faible, contribuera à la réponse finale.
    Une détection par intégration aurait une bonne immunité au bruit, et permettrait donc de détecter des objets de grande taille extrêmement lointains.

    L'inconvénient principal de l'augmentation de durée est l'accroissement proportionnel de la consommation.

    Préampli:
    On peut s'étonner du faible gain attribué au préampli différentiel (U7). Cela est imposé par l'écrêteur à diodes qui précède: si on amplifie plus, le créneau résiduel saturera la sortie de l'ampli, ce qui est à éviter.
    Les sorties de saturation d'AOP ne sont souvent pas très nettes, et nous avons ici besoin d'une intégrité de signal irréprochable, il n'y a donc pas grand chose à faire (du moins simplement).

    Traitement / échantillonnage:
    Sur ce chapitre, par contre, il y a énormément à faire: ici, cet aspect est minimal, quelques monostables qui commandent des switches et échantillonneurs.
    Il est possible de faire beaucoup mieux, par exemple en utilisant un microcontroleur pour générer une séquence d'acquisition complexe, pour prendre des références, des valeurs, et déclencher des moyennages du signal. Une telle stratégie permettrait d'optimiser la sensibilité et la stabilité de détection, mais aussi et surtout d'affiner énormément la discrimination: si le calculateur dispose d'un certain nombre de valeurs du signal de retour à différents instants, il pourra, (avec un algorithme adéquat) extraire les différentes exponentielles caractéristiques, et "désenchevêtrer" les réponses de différents objets.
    C'est probablement ce domaine qui est le plus riche et le plus prometteur pour celui qui veut améliorer et personnaliser le projet.
    Il serait tentant d'entrer la totalité de la forme d'onde brute dans un convertisseur AD et de faire toute la suite du traitement en digital.
    Ce n'est probablement pas une bonne idée: les signaux, entre le début de la forme d'onde et sa "queue", ont une dynamique énorme, qui consommerait inutilement des bits, et certaines phases de l'acquisition devraient se faire très rapidement. Il faudrait donc un ou plusieurs convertisseurs relativement surdimensionnés, alors qu'un conditionnement intelligent permettrait une meilleure résolution avec beaucoup moins de moyens.
    Le controleur gérerait également la durée de l'impulsion émise, et pourrait l'adapter, peut-être automatiquement, en fonction des nécéssités de détection. Si l'on s'engage dans cette voie, les possibilités ne sont limitées que par l'imagination, la compétence et l'astuce du concepteur.....

    A suivre....

    -----

    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     


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  2. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : [En cours] Détecteur de métal PI

    Traitement/échantillonage: fin

    Il va de soi que si l'on génère les impulsions d'échantillonnage de manière "sophistiquée" (avec un µcontrôleur p.ex.), on pourra aussi le faire pour l'impulsion principale, et en controler la durée et la fréquence de répétition de manière intelligente:
    Par défaut, on peut adopter une stratégie d'économie d'énergie: des impulsions pas trop longues et pas trop fréquentes, et une adaptation dès qu'une réponse positive est soupçonnée, pour bénéficier à ce moment de la discrimination et de la sensibilité maximales.
    En temps normal, il n'est pas nécéssaire d'avoir une fréquence énorme, c'est surtout lorsqu'il s'agit de localiser précisément un objet que l'on a besoin du maximum de résolution temporelle (qui se traduit en résolution spatiale par les mouvements de balayage).

    Affichage, indications et mesure:

    Sur ce proto, ces fonctions sont réalisées de façon basique par le VCO.
    Cela peut facilement être amélioré; on peut songer à mettre un meilleur VCO, mais on peut aussi aller nettement plus loin: à la sortie de U9, on dispose d'une tension continue, qui peut également être appliquée à un galvanomètre, un bargraph, ou une entrée analogique de µcontroleur. On peut également comparer cette tension à un seuil fixe, réglable.
    L'option du bargraph est peut-être séduisante visuellement, mais en pratique n'est pas terriblement avantageuse: les LEDs consomment de l'énergie, et sont peu visibles en plein soleil... mais, chacun ses goûts.
    A ce niveau, il peut être intéréssant d'intercaler un ampli non-linéaire, ayant un transfert de type logarithmique. De type logarithmique, car la conformité à une loi précise n'est pas nécéssaire. Il est par contre utile de compresser la réponse, pour compenser la loi d'atténuation avec la distance, qui est je le rappelle, en exposant 6, et donne l'impression d'être extrêmement "abrupte" lorsqu'elle n'est pas corrigée. Ici, le VCO lui-même réalise plus ou moins cette fonction, grâce à la décharge exponentielle de C13, qui procure une grande dynamique.

    Il y a une autre possibilité si l'on veut augmenter énormément la puissance et la versatilité de cet appareil: on n'est pas obligé de se contenter d'une seule voie, et on peut multiplier les blocs "Sample-hold + DC amplifier" après l'amplification principale. il ne s'agit pas de juxtaposer "bêtement" un certain nombre de voies identiques, mais pour chacune de créer des signaux de référence et d'échantillonnage spécifiques. Ce qui permettra de disposer simultanémént des signaux correspondants à différents types de matériaux et d'objets, et donc d'effectuer des opérations algébriques, type soustraction par exemple, ou logiques, en appliquant des conditions. Cela permettrait d'affiner énormément la discrimination, voire même de séparer les réponses de différents objets superposés sur un même emplacement.
    Et si on combine cela avec la variation de durée d'impulsion, les possibilités deviennent presqu'infinies.
    On pourrait également arriver à un résultat similaire avec un seul échantillonneur, en faisant plusieurs passes échantillonnées différemment. L'inconvénient sera un temps de traitement d'autant plus long si la fréquence reste identique.

    Fonctions annexes:

    Si l'on souhaite créer un appareil de haut niveau, à la fois stable et performant, il est nécéssaire de soigner un peu plus que dans cet exemple les aspects de "cuisine interne" des circuits.
    On peut mentionner en particulier l'alimentation, qui devra être régulée, aussi bien pour la partie traitement que pour l'étage de puissance (et de préférence, les deux séparément).
    Le timing également doit être stable, pour éviter des effets de second ordre dus au jitter et aux dérives. Cela implique pratiquement de créer tous les signaux à partir d'un quartz, ce qui sera fait d'office si un µcontroleur gère l'ensemble.
    D'autre part, les switches 4053 sont courants et bon marché, mais ils sont un peu limite, et si on veut pousser la résolution, il sera profitable de les échanger contre des types plus luxueux, à faible injection de charge: voir chez Linear et Maxim p.ex.
    Un PCB propre et soigné, avec un bon plan de masse ne pourra pas faire de tort non plus, et un blindage général est souhaitable, ne serait-ce que pour être totalement immunisé contre les GSM: il ne faut pas oublier qu'il y a des amplis à très grand gain, qui ne demandent qu'à intermoduler et détecter l'enveloppe si on leur en donne l'occasion.
    Il faut malgré tout remettre les choses dans leur contexte, et préciser que, comparée à d'autres technos de détection qui exigent des précautions et un soin frisant la parano, celle-ci est remarquablement tolérante... mais il ne faut tout de même pas pousser le bouchon trop loin, et si on soigne le travail, on en sera récompensé.

    A suivre...
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  3. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Ce projet se termine ici.....

    .
    Encore quelques précisions:

    Sur la sensibilité d'abord.
    J'avais déjà précisé que l'on pouvait détecter une petite pièce de monnaie à environ 7cm.
    Il est aussi intéréssant de connaître la sensibilité "limite", c'est à dire celle obtenue pour un objet de taille "infinie". Entre guillemets, parce que pour des raisons de disponibilité en stock, cet infini se limitera à une tôle d'acier 8/10 de 30x30cm. Tout se dévalue....
    C'est cependant à peu près suffisant, sûrement en regard des 2cm de diamètre de la bobine, et presque par rapport aux ~25cm de portée obtenus.
    Cette performance peut sembler minable, mais elle est à mettre en rapport avec le diamètre de la bobine (voir notamment le #13, ci-dessus).

    La plage de discrimination telle qu'elle est implémentée permet, lorsqu'elle est réglée au maximum, la réjection totale de feuille d'aluminium alimentaire, avec encore une certaine marge: une double épaisseur commence tout juste à réagir.
    Dans ces conditions, la sensibilité générale est diminuée également: la distance limite tombe à 14cm.

    Enfin encore une précision sur la bobine:
    Son blindage n'est pas indispensable, contrairement aux autres technologies; cependant si l'on souhaite atteindre des sensibilités élevées avec un minimum de perturbations, il est utile de prévoir quelque chose malgré tout. Sûrement pas une feuille métallique comme c'est fait habituellement: ce n'est pas requis et serait même contre-productif dans une certaine mesure, par contre un spray graphite est tout à fait suffisant pour un blindage électrostatique "léger", et peut être appliqué très facilement. D'autant plus que la résistivité de la couche est telle qu'elle ne nécéssite pas d'être interrompue à un endroit pour éviter l'effet de spire en court-circuit: c'est un des avantages de la méthode PI, et découle de l'insensibilité à l'effet de sol.

    Voilà, n'hésitez pas à faire partager vos remarques, questions et implémentations perso, et à bientôt pour d'autres aventures!
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  4. th

    Date d'inscription
    novembre 2009
    Messages
    1

    Re : Ce projet se termine ici.....

    Salut, ton sujet est interressant et pourrait m'aider dans un projet..

    As-tu des sources à proposer?
     

  5. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : Ce projet se termine ici.....

    Peux-tu préciser ce que tu entends par "sources"?
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     


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  6. Ze Titi

    Date d'inscription
    décembre 2009
    Messages
    1

    Re : Ce projet se termine ici.....

    Vraiment génial ce topic.
    J'essaie de faire ce détecteur de métaux, mais avec un microcontrôleur. J'ai donc supprimé les parties Main Oscillator, Discrimination, Discri Delay, Sample Pulse O.S., Threshold et Output VCO.
    Je vais remplacer les interrupteurs commandés (CD4053) par des résistances de 0 Ohm. Le switch "Mute" sera donc toujours dans la position x, et le switch "Sample" sera toujours dans la position y. Est-ce bien cela ? Ou est-il préférable de laisser les CD4053 et de les commander avec le microcontrôleur ?
    Le signal à envoyer dans le CAN est-il bien celui avant R29 ? (R29 étant supprimée)
    Est-ce que tu pourrais donner tes fichiers .asc ?
     

  7. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : Ce projet se termine ici.....

    Citation Envoyé par Ze Titi Voir le message
    Vraiment génial ce topic.
    J'essaie de faire ce détecteur de métaux, mais avec un microcontrôleur. J'ai donc supprimé les parties Main Oscillator, Discrimination, Discri Delay, Sample Pulse O.S., Threshold et Output VCO.
    OK
    Je vais remplacer les interrupteurs commandés (CD4053) par des résistances de 0 Ohm. Le switch "Mute" sera donc toujours dans la position x, et le switch "Sample" sera toujours dans la position y. Est-ce bien cela ?
    NOK: le mute évite aux circuits d'ampli de saturer pendant la phase de stabilisation de la forme d'onde.
    Ou est-il préférable de laisser les CD4053 et de les commander avec le microcontrôleur ?
    Oui, c'est exactement ça.
    Le signal à envoyer dans le CAN est-il bien celui avant R29 ? (R29 étant supprimée)
    Oui
    Est-ce que tu pourrais donner tes fichiers .asc ?
    Oui, je suppose que le fichier du schéma global qui est juste graphique ne t'intéresse pas beaucoup, voici les schémas électriquement fonctionnels, mais partiels, qui permettent de tester la partie "physique" et échantillonnage du circuit. Je mets tout en vrac, vois ce que tu peux en faire, si tu as des questions tu peux revenir.
    (Changer .txt en .asc)
    Fichiers attachés
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  8. escartefigue33

    Date d'inscription
    janvier 2007
    Messages
    9

    Re : Ce projet se termine ici.....

    Bonjour Tropique,

    J'ai lu l'intégralité de tes messages, je n'ai pu en décrocher tellement j'ai trouvé celà enrichissant.
    Il est vraiment dommage que ce fil soit aujourdhui stoppé.
    J'ai personnellement animé le forum DDM-Elektor sur Yahoo pendant quelque temps, mais je suis loin d'avoir ton niveau.
    Hélas ce forum a été tué par le spamming.
    Les parties les plus intéressantes ont été rapatriées sur le forum d'Elektor.fr, Sur lequel nous avons tenté de relancer le sujet, malheureusement sans beaucoup d'amateurs à ce jour.
    Le support est le livre de Rolf Whilelm "détecteurs de métaux" dans lequel il est décrit plusieurs détecteurs PI ou balance d'induction parfaitement fonctionnels.

    Si tu veux bien nous faire l'honneur d'une petite visite, les gens de ta qualité sont toujours les bienvenus.

    http://www.elektor.fr/forum/forum/re...).678211.lynkx

    Cordialement,

    GéGé
    Dernière modification par escartefigue33 ; 26/05/2010 à 09h48. Motif: Ajout du lien
     

  9. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
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    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : Ce projet se termine ici.....

    Citation Envoyé par escartefigue33 Voir le message
    Bonjour Tropique,

    J'ai lu l'intégralité de tes messages, je n'ai pu en décrocher tellement j'ai trouvé celà enrichissant.
    Il est vraiment dommage que ce fil soit aujourdhui stoppé.
    J'ai personnellement animé le forum DDM-Elektor sur Yahoo pendant quelque temps, mais je suis loin d'avoir ton niveau.
    Hélas ce forum a été tué par le spamming.
    Les parties les plus intéressantes ont été rapatriées sur le forum d'Elektor.fr, Sur lequel nous avons tenté de relancer le sujet, malheureusement sans beaucoup d'amateurs à ce jour.
    Le support est le livre de Rolf Whilelm "détecteurs de métaux" dans lequel il est décrit plusieurs détecteurs PI ou balance d'induction parfaitement fonctionnels.

    Si tu veux bien nous faire l'honneur d'une petite visite, les gens de ta qualité sont toujours les bienvenus.

    http://www.elektor.fr/forum/forum/re...).678211.lynkx

    Cordialement,

    GéGé
    Je suis heureux d'avoir pu vous enrichir et vous divertir.

    D'autre part, c'est bien d'avoir une référence francophone pour un forum traitant spécifiquement de détection de métaux, il y a clairement une demande pour cela: il y a souvent des questions sur le sujet posées en électronique, et elles ne sont pas traitées de manière aussi approfondie que nécéssaire. Maintenant, on saura où les aiguiller si nécéssaire, les archives que vous avez sauvées devraient à elles seules répondre à la majorité des questions.

    Bon courage, je crois que le forum devrait redémarrer naturellement une fois qu'il sera suffisamment connu.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  10. weldod

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    juin 2010
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    Re : [Terminé] Détecteur de métal PI

    Bonjour,

    Avant tout, j'aimerais vous remercier pour ce topic très enrichissent et magnifiquement bien expliqué.

    Cependant, j'aimerais vous demander, si ce n'est pas trop en demander, s'il serait possible de fournir un schéma équivalent un peu moins compact et "spaghetti". Celui que je trouve compact se trouvant au message #7.

    Je vous remercie.

    Cordialement, Weldod
    Dernière modification par weldod ; 28/06/2010 à 13h43.
     

  11. Tropique

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    Re : [Terminé] Détecteur de métal PI

    Citation Envoyé par weldod Voir le message
    Cependant, j'aimerais vous demander, si ce n'est pas trop en demander, s'il serait possible de fournir un schéma équivalent un peu moins compact et "spaghetti". Celui que je trouve compact se trouvant au message #7.
    Désolé:

    Le chef n'a que des pâtes au menu (mais ce sont des P....i!)
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  12. weldod

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    Re : [Terminé] Détecteur de métal PI

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    Désolé:

    Le chef n'a que des pâtes au menu (mais ce sont des P....i!)
    Pourrais- je avoir un plat de résistance alors ? Un petit schéma bloc ? ou sinon les sources du schéma du message #7 ?

    Merci,

    Cordialement, Weldod
     

  13. Tropique

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    juin 2005
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    Re : [Terminé] Détecteur de métal PI

    Tu es le deuxième à demander "des sources".
    Le problème, c'est qu'il n'y en a pas, du moins pas dans le sens où tu l'entends probablement: le circuit est original, et n'est donc pas inspiré d'un schéma existant.
    Quant aux différents blocs de fonction, oscillateur, monostables, amplificateurs, VCO, etc, ils sont dans l'ensemble relativement standards et peuvent être trouvés dans de nombreuses références: notes d'application, cours, etc.
    Ce serait fastidieux et inutile de citer une source en exemple pour chacun d'eux, c'est quelque chose qui se trouve facilement dans des schémathèques, par exemple ceci:
    http://www.discovercircuits.com/list.htm
    Il n'y a pas de synoptique, et c'est vrai que c'est une lacune (même si les chronogrammes explicitent assez bien le fonctionnement).
    Je tenterai à l'occasion de la combler, cela facilitera la compréhension ( je ne fixe pas d'échéance, ça se fera quand ça se fera).
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  14. weldod

    Date d'inscription
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    Re : [Terminé] Détecteur de métal PI

    Encore merci pour ce topic, maitre !

    Je viendrai souvent le revoir et le conseillerai à mes collègues !

    Bonne chance et bonne continuation !

    Cordialement, Weldod
     

  15. weldod

    Date d'inscription
    juin 2010
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    Re : [Terminé] Détecteur de métal PI

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message

    Il peut paraitre logique d'utiliser deux bobines, une pour l'émission et l'autre pour la réception, mais en pratique, ce n'est pas obligatoirement le cas: parfois, une seule bobine remplit les deux rôles, parfois ce sont des arrangements de trois bobines, voire plus qui sont mis en oeuvre.
    Au niveau de l'émission du stimulus, et de la manière de traiter le signal de retour, pas mal de variantes sont également possibles: on peut travailler à fréquence fixe, de manière scalaire ou vectorielle.
    Une détection vectorielle permettra de traiter la phase du signal en plus de sa simple amplitude, et donnera des informations supplémentaires sur la nature de la cible.
    On peut également travailler à fréquence variable: l'exemple le plus rudimentaire étant le BFO, et les plus sophistiqués des analyseurs de réseau adaptés à cette fonction.
    Enfin, on peut se baser sur le domaine temporel plutot que fréquentiel: le détecteur Pulse Induction entre dans cette classe.
    On peut remarquer que les domaines fréquentiel et temporel sont théoriquement équivalents. Ils donnent en principe les mêmes informations sous des formes différentes, et on peut passer de l'un à l'autre par une convolution adéquate.
    En pratique, les conditions de fonctionnement sont telles que les résultats obtenus seront très différents. Nous reviendrons sur cet aspect.
    Toutes ces méthodes sont en principe utilisables avec différentes configurations de bobines, ce qui donne pas mal de combinaisons possibles. Une des configurations les plus répandues est l'Induction Balance, dont l'avantage principal est de permettre une bonne réjection du signal émis dans le signal reçu.
    Re bonjour Maitre Tropique,

    Je dois faire un travail de recherche pour mon apprentissage. J'ai choisit les détecteurs de métaux. Après quelques minutes de recherche, je vois qu'il y a différents types de détecteurs. Ci- dessus, vous parlez de différents types, Je connais la PI et le décalage de fréquence, pourriez vous me donner quelques autre types ?

    La performance n'est pas un problème, je veux juste montrer tout les types possible de détecteurs , même les moin performants.

    Merci

    Cordialement, Weldod
     


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