Brevet FR2580068A1 — publié le 19861010

La présente invention concerne un stadia optoélec- tronique ou tige de mesure ou de relevé, destiné à une installation de relevé mettant en oeuvre un faisceau laser rotatif. Le stadia est monté à une certaine distance du laser rotatif afin que le faisceau laser vienne frapper périodiquement le stadia. Des essais ont déjà été réalisés avec des stadias comportant plusieurs cellules photoélectriques -sur leurs côtés, reliées à un dispositif d'affichage par l'intermé- diaire d'un circuit analogique. Les tolérances portant sur les différents composants et notamment les résistances de précision utilisées, présentent des inconvénients impor- tants si bien que de telles solutions ne sont pas utili- sables en pratique. Le document DE-OS-33 21 990 propose une installation de relevé optique par laser dans laquelle un faisceau laser tourne dans un plan horizontal et vient frapper un stadia ayant un système à code réflecteur. Le signal codé correspondant à la lumière réfléchie parvient à des photodétecteurs permettant une évaluation électronique. Une telle installation connue de nivellement a une construc- tion très compliquée et nécessite un réglage très précis non seulement du faisceau laser mais aussi des photodétec- teurs. Le problème que concerne l'invention est la réali- sation d'un stadia optoélectronique destiné à une instal- lation de relevé par mise en oeuvre d'un faisceau laser rotatif, ayant une construction relativement simple et donnant aussi une résolution convenable. Ce problème est résolu par mise en oeuvre de carac- téristiques selon lesquelles l'arrangement du circuit des éléments optoélectroniques forme au moins une matrice, les éléments optoélectroniques étant juxtaposés très près les uns des autres en formant au moins une rangée verti- cale, un signal de rangée et un signal de colonne formant ensemble un noeud donné de la matrice et identifiant ainsi une valeur particulière de la hauteur. Une rangée verticale d'élémentsoptoélectroniques au moins est montée d'un premier côté du stadia, de préférence sous forme de diodes photo- émissives qui sont connectées à une matrice, ensemble ou par étages. Dans tous les cas, deux éléments optoélectro- niques adjacents forment un noeud d'une matrice. Les élé- ments optoélectroniques peuvent être constitués par exemple de diodes photoémissives disposées par paires et ayant un espacement vertical entre centresde 5 mm, si bien que la résolution d'un stadia construit de cette manière est de 5 mm, cette valeur convient parfaitement au travail de relevé exécuté à l'endroit d'une construction. Une plus grande résolution peut naturellement être obtenue avec un arrangement plus dense de diodes photoémissives. Deux éléments optoélectroniques adjacents sont contactés par le faisceau laser si bien qu'un signal de ligne et un signal de colonne sont formés et identifient un noeud particulier de la matrice et en conséquence la lecture d'une hauteur particulière. Les signaux de colonne et de ligne sont évalués dans un appareil d'évaluation et la différence de hauteur ou la hauteur mesurée est de préférence affichée de manière numérique par un dispositif d'affichage. L'éva- luation est réalisée directement dans le stadia si bien que les erreurs de transmission à des cellules photoélec- triques distantes sont évitées. Les éléments optoélectro- niques peuvent être décalés sur différentes plaquettes de circuits qui forment dans chaque cas un arrangement matriciel. Une telle construction modulaire rend possible l'équipement de stadias ayant des longueurs différentes d'une manière simple avec un nombre correspondant de pla- quettes de circuits munies d'éléments optoélectroniques. A cet effet, les plaquettes de circuits ont des connexions à broches permettant un simple enfichage. Les lignes de données des signaux de ligne ou de colonnes de plusieurs plaquettes de circuits sont de préfé- rence connectées en parallèle et, en outre, la plaquette de circuit dont les éléments optoélectroniques sont frappés par le faisceau laser émet un signal qui identifie la plaquette. Ceci donne une construction électrique simple pour l'arrangement complet. L'arrangement des circuits sous forme matricielle, portant les éléments optoélectroni- ques, présente l'avantage de ne nécessiter qu'une dépense limitée en circuits pour une mesure précise de hauteur. Le stadia peut aussi comporter un microprocesseur qui permet une évaluation universelle de plusieurs valeurs mesurées, éventuellement sur appel. L'utilisation de diodes photoémissives comme élé- ments optoélectroniques est une solution peu coûteuse. Les diodes photoémissives peuvent aussi être choisies de manière que leur sensibilité spectrale soit adaptée à la lumière émise par le laser. Ceci rend possible une réduction importante des influences lumineuses perturbatrices du soleil et des autres sources lumineuses. Il est aussi possible de recouvrir les diodes photoémissives d'une feuille lamellaire connue qui transmet la lumière et dont les lamelles limitent l'angle d'incidence de la lumière. Des éléments amplificateurs utilisés pour les colonnes et pour les lignes de l'arrangement matriciel peuvent com- porter des filtres électriques perméables aux variations de tension de courte durée, afin que la luminosité du fond continu soit supprimée par filtrage. - Dans un mode de réalisation particulièrement avanta- geux de l'invention, la partie inférieure du stadia peut être allongée à l'aide d'un pied rigide ou rétractable et un signal d'identification de la longueur particulière du pied est transmis à l'appareil d'évaluation et la mesure est corrigée de manière correspondante. La longueur du pied est de préférence égale à la longueur d'une partie des éléments optoélectroniques logés sur une plaquette de circuit ou est un multiple entier de cette longueur. Ceci présente l'avantage de ne nécessiter la formation que d'un seul signal supplémentaire lors de l'utilisation d'un tel prolongement formé par un pied rigide ou pliant, ce signal identifiant la longueur du pied utilisé. Ce signal supplémentaire peut être traité de la même manière que les autres signaux identifiant les différentes plaquettes de circuits. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique du circuit électrique du stadia selon l'invention; la figure 2 est un mode de réalisation de dispositif d'affichage; la figure 3 représente l'arrangement fondamental des différents éléments optoélectroniques d'une matrice; la figure 4 est un circuit électrique représentant le circuit d'une ligne ou d'une colonne; et la figure 5 est une élévation frcntale simplifiée d'un stadia selon l'invention. Le diacramme synoptique représente sur la figure 1 représente un arrangement matriciel M d'éléments opto- électroniques dont les signaux S de colonne et les signaux Z de ligne sont transmis par un circuit 1 de sélection à une mémoire 2. Du côté de sortie, la mémoire 2 est con- nectée à un décodeur 3 qui peut aussi incorporer un circuit multiplicateur. Le signal binaire de test codé et éventuel- lement multiplié est transmis du décodeur 3 à une commande 4 d'affichage qui est connectée du côté de sortie à un dispositif d'affichage 5. La commande d'affichage détermine la différence entre une valeur mesurée précédemment (vue arrière) et une valeur mesurée ensuite (vue avant), ou il transfère la valeur qui vient d'être mesurée au dispo- sitif 5 d'affichage. La commande 4 d'affichage reçoit aussi des signaux supplémentaires A 1 à A n qui peuvent être considérés comme des signaux d'étages ou comme des signaux de plaquettes de circuits. Ces signaux sont nécessaLres lorsque les élé- ments optoélectroniques forment plusieurs arrangements matriciels, constitués d'étages. Par exemple, 128 éléments optoélectroniques peuvent être combiné; afin qu'ils forment une matrice M et peuvent être arranges en deux lignes sur une plaquette séparée de circuit. D autres plaquettes de circuits ayant 128 éléments optoélectroniques peuvent être disposées sous forme d'une longue ligne. Lorsque deux élé- ments opto-électroniques adjacents horizontalement sont frappés par le faisceau laser, la plaquette particulière de circuit émet un signal correspondant de plaquette de circuit ou d'étage. Les lignes de données des signaux de colonne et de ligne peuvent être disposées en parallèle pour toutes les plaquettes de circuits si bien qu'il est néces- saire par exemple de connecter seulement huit lignes de données à la mémoire pour les signaux de colonne et huit lignes de données pour les signaux de ligne. Le circuit 1 de sélection 1, la mémoire 2, le déco- deur 3 et la commande 4 d'affichage forment un appareil AW d'évaluation qui est placé au centre dans le stadia. Le circuit 1 d'évaluation est tel que, Lorsqu'un signal de colonne apparaît, la ligne correspondante est libérée et les autres l:gnes destinées aux signaux de colonne sont bloquées. La même opération a lieu avec les lignes des signaux Z de ligne. Ceci présente l'avantage de ne permettre l'association mutuelle que d'un signal S de colonne et d'un signal Z de ligne. Une superposition de signaux supplémen- taires de colonne ou de signaux supplémentaires de ligne, avec des erreurs résultantes, est évitée en conséquence. En outre, le circuit 1 de sélection ne transmet qu'un signal C d'acceptation à la mémoire 2 lorsqu'un signal S de colonne et un signal Z de ligne apparaissent pendant un temps déter- miné. La mémoire accepte alors ces signaux et les transmet au décodeur 3 afin qu'ils soient transformés en une valeur numérique correspondante de test. La figure 2 représente un mode de réalisation de commande 4 d'affichage qui comporte un amplificateur tampon 8, une mémoire supplémentaire 7 et un circuit 8 de sous- traction. La mémDire 7 peut par exemple cons'erver une première valeur de test (rue arrière) qui est trarsmise au circuit 8 de soustract.o- alors que l'amplificatEur tampon 6 est bloqué. Cet état est indiqué sur la figure par le commutateur ouvert 9. Dans -et état, un signal correspondant à la valeur "O" est appliqué aux entrées supérieures du circuit de soustraction si bien que la différence entre le contenu de la mémoire et le signal "O" est le même que le contenu de la mémoire. Le dispositif 5 d'affichage affiche dans ce cas la valeur contenue dans la mémoire 7. Cependant, lorsque l'amplificateur tampon 6 est ouvert, une seconde valeur de test (vue avant) peut attein- dre les entrées supérieures du circuit 8 de soustraction si bien que la différence entre la valeur conservée dans la mémoire 7 (vue arrière) et la valeur actuelle de test (vue avant) peut être formée dans le circuit 8 de sous- traction. La différence correspond à la différence mesurée de hauteur qui peut être affichée de cette manière dans le dispositif 5 d'affichage. La figure 3 représente l'arrangement fondamental des éléments optoélectroniques qui sont disposés en deux lignes et qui sont représentés sous forme d'un arrangement spatial simplifié de diodes photo-émissives D1 - 128. Les liaisons électriques sont assurées par les lignes Z1 - Z8, Spl - Sp8. Les diodes D1, D17... D113 appartenant à une ligne Zl sont bien espacées les unes des autres et, dans tous les cas, deux diodes adjacentes, par exemple D17 et D18, forment un noeud de la matrice. Le faisceau laser est suffisamment large pour qu'il frappe au moins deux diodes adjacentes. Lorsque deux diodes telles que D3 et D4 sont frappées par le faisceau laser, un signal de colonne est transmis dans la première colonne Spl et un signal de ligne est transmis dans la seconde ligne Z2. Ces deux signaux sont transformés dans le déco- deur 3 en un signal binaire codé qui détermine une hauteur correspondante. Les signaux d'étage Ai, A2 à An qui appa- raissent aussi indiquent quelle hauteur doit encore être ajoutée. La figure 4 représente l'arrangement du circuit de la première ligne Zl. La tension positive de travail +UBest transmise aux bornes d'une résistance R1, des diodes D1, D17 à D113 montées en parallèle et du circuit série /, 7 formé d'une résistance supplémentaire R2 et d'un condensa- teur C rejoignant l'entrée négative d'un comparateur K. La sortie du comparateur est renvoyée à l'entrée par une résistance supplémentaire R3. Une tension de référence Uref est appliquée à l'entrée positive du comparateur. Le signal de sortie du comparateur K est le signal de ligne Z de la ligne Z1 lorsque l'une des diodes D2, D17 à D113 est excitée par le faisceau laser. Les anodes de ces diodes sont reliés en commun à la tension négative de travail -UB. La figure 5 représente la construction externe fondamentale d'un stadia 10. Les diodes D sont partiellement représentées sous forme de points et recouvrent une distance de mesure de longueur 1. Cette longueur peut être par exemple de 3,2 m si bien que 10 étages al à alO ayant chacun une longueur de 32 cm sont nécessaires. Chaque étage al à alO peut avoir, avec un espacement de 5 mm, 128 diodes ou autres éléments optoélectroniques au total. Un pied 11 est placé à l'extrémité inférieure du stadia 10 et -permet un allonge- ment et il correspond exactement à la longueur de l'un des étages al-alO. Une correction correspondante de la mesure, lors de l'utilisation d'un pied par rapport à une mesure sans pied 11, peut être réalisée facilement d'une manière électronique. L'extrémité supérieure du pied Il peut être réalisée à cet effet de manière qu'un commutateur soit déclenché et permette la production d'un signal électrique. Ce signal est évalué dans l'appareil d'évaluation AW sous une forme telle que, lorsque le signal est présent, la lon- gueur du pied 11 s'ajoute au résultat mesuré. L'indication ou l'affichage des résultats mesurés peuvent par exemple être réalisés au dos du stadia 10 et/ou peuvent être transmis par un connecteur à un dispositif externe d'affichage ou d'évaluation. Les diodes photoémissives sont de préférence utili- sées pour la transformation du faisceau laser frappant le stadia en un signal électrique, ces diodes ayant une résis- tance qui varie dans le cas d'un éclairement par la lumière. Ainsi, ces diodes peuvent assurer une conversion optoélectri- que. Cependant, d'autres photorécepteurs peuvent aussi être utilisés. Il est aussi possible de remplacer l'arrangement des diodes formées en deux lignes par imbrication en une seule ligne. REVENDICATIONS 1. Stadia optoélectronique destiné à une installa- tion de relevé mettant en oeuvre un faisceau laser rotatif, le stadia ayant, sur une face, plusieurs éléments optoélec- troniques (D) qui sont connectés à un dispositif d'affichage (5) par l'intermédiaire d'un dispositif d'évaluation (AW), caractérisé en ce que l'arrangement des éléments optoélectro- niques (D) forme au moins une matrice alors que les éléments optoélectroniques sont juxtaposés très près les uns des autres en formant au moins une ligne verticale et, dans chaque cas, un signal de ligne et un signal de colonne for- ment un noeud déterminé de la matrice et identifient ainsi une valeur particulière de la hauteur. 2. Stadia selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux éléments optoélectroniques adjacents dans les deux lignes juxtaposées forment un noeud (D3,D4) de la matrice. 3. Stadia selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les lignes sont subdivisées en étages (al-alO) de même longueur, et les éléments optoélectroniques de chaque étage forment une matrice. 4. Stadia selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étage dont les éléments optoélectroniques sont frappés par le faisceau laser émet un signal supplémen- taire d'identification d'étage (Spl-Sp8). 5. Stadia selon la revendication 4, caractérisé en ce que les lignes correspondantes de données des signaux de colonne ou des signaux de ligne de tous les étages sont connectées en parallèle sans réaction alors que les signaux identifiant les étages sont transmis par des lignes séparées de données à l'appareil d'évaluation (AW). 6. Stadia selon l'une quelconque ds revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments optoélec- troniques d'une matrice sont placés sur une plaquette séparée de circuit, et plusieurs plaquettes de circuit sont super- posées et reliées électriquement par des connecteurs. 7. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments optoélec- troniques sont des diodes photoémissives (D), deux diodes déli- mitant un noeud d'une matrice. 8. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil d'évaluation (AW) contient une mémoire (7), utilisée pour conserver les valeurs mesurées de hauteur et un circuit de soustrac- tion (8), et la différence entre une valeur mémorisée et une valeur mesurée instantanée ou la valeur mesurée instan- tanée est affichée. 9. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil d'évaluation (AW) contient un calculateur qui évalue pLusieurs valeurs mesurées et affiche les résultats sur le dispositif d'affi- chage (5). 10. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il peut être agrandi à sa partie inférieure par utilisation d'un pied rigide ou pliant (11), et le signal identifiant la longueur parti- culière du pied est transmis à l'appareil d'évaluation et la mesure est corrigée de manière correspondante'. 11. Stadia selon la revendication 10, caractérisé en ce que le pied (11) a exactement la longueur d'un tronçon associé à la matrice ou un multiple entier de cette lon- gueur. 12. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance comprise entre les centres de deux éléments optoélectroniques super- posés est inférieure à la largeur du faisceau laser. 13. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une feuille lamellaire est disposée en amont des éléments optoélectroniques (D) et ses lamelles délimitent l'angle d'incidence de la lumière. 14. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des filtres électriques ne laissant passer que les changements de tension à fréquence élevée sont associés aux circuits électriques de colonne et de ligne. 15. Stadia selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sensibilité spectrale des éléments optoélectroniques est adaptée au spectre lumi- neux émis par le laser.