Desenvolvimento de um sistema de calibração horizontal para sistemas de nivelamento digitais

Abstract

Resumo: Com o avanço da tecnologia os sistemas de nivelamento digitais têm substituído os níveis ópticos mecânicos em diversas aplicações, principalmente devido à eficiência e automatização. Estes sistemas são compostos basicamente pelo nível digital e a mira de ínvar gravada em código de barras, onde a precisão das observações estão relacionadas com a escala da mira, bem com os dispositivos constantes nos níveis, por exemplo, o sensor CCD e o sistema de lentes. Com o passar do tempo, seja pelo desgaste ou devido a avarias que estes equipamentos podem sofrer, tanto a escala do nível (função dos elementos que compõem o instrumento) quanto da mira podem variar, degradando o resultado das observações. Deste modo, para alcançar e garantir precisão é necessário que os instrumentos sejam verificados e calibrados simultaneamente em laboratório, possibilitando a avaliação da influência dos componentes do sistema sobre o resultado das medidas. Nos últimos anos, diversos sistemas foram construídos para a calibração simultânea dos sistemas de nivelamento digitais em vários países, sendo denominados de comparadores verticais ou horizontais. Contudo, na bibliografia pesquisada, não foram encontrados no Brasil indícios sobre a investigação e construção destes sistemas, assim, propõem-se nesta pesquisa a adequação de uma estrutura de calibração existente no Laboratório de Instrumentação Geodésica (LAIG) da Universidade Federal do Paraná (UFPR), para transformá-la em um sistema de calibração horizontal, sendo proposta uma nova metodologia para o processo de calibração. Como resultados foram discutidas e apresentadas todas as fases do projeto e execução de um acessório para adequação do sistema de calibração horizontal, bem como analisados os fatores que possam influenciar as observações. Além disso, foram calibrados sete diferentes sistemas de nivelamento digitais, onde foram derivados seus respectivos desvios das leituras e fatores de correção. Tais investigações indicaram a potencialidade no processo de calibração proposto, cujos resultados são comparáveis com os sistemas empregados no exterior. Por fim, gerouse o certificado de calibração dos sistemas analisados e investigou-se a aplicação destes certificados nos resultados das observações de dois nivelamentos geométricos de primeira ordem, aplicados no monitoramento de estruturas e em uma rede geodésica de primeira ordem, localizados na Usina Hidrelétrica Governados José Richa (UHGJR) e no campus centro politécnico da UFPR, respectivamente. Ressaltase que a partir da calibração dos sistemas de nivelamento digitais é possível conhecer o comportamento dos instrumentos, quantificando os erros e alcançando resultados mais fiáveis devido a aplicação do certificado de calibração, sendo este, um documento oficial que possibilita ao usuário atender as obrigações e deveres relacionados as normas de qualidade.

Abstract: With the advancement of technology, digital leveling systems have replaced the mechanical optical levels in various application, mainly due to the efficiency and automation. These systems are basically composed of a digital level and an invar barcode leveling rod, where the precision of the observations are related to the rod scale, as well as the devices in the levels, for example the CCD sensor and the system of lenses. Over time, either by wear or due to damages that these devices may suffer, the scale of the level (function of the elements that form the equipment) and the rod may change, degrading the result of the observations. Thus, in order to achieve and guarantee precision, the instruments must be checked and calibrated simultaneously in laboratory, allowing the evaluation of the influence of the system components on the measurement result. In recent years, several structures were built for the simultaneous calibration of digital leveling systems in several countries and was called vertical or horizontal comparators. However, in the researched bibliography, no evidence was found in Brazil about the investigation and construction of these systems, thus, are proposed in this study the adequacy of an existing calibration structure in Geodetic Instrumentation Laboratory (LAIG) of the Federal University of Paraná (UFPR), to transform it into a horizontal calibration system, and a new methodology for the calibration process is proposed. As results were discussed and presented all phases of the design and construction of the accessory for adequacy of the horizontal calibration system are discussed and presented, as well as the factors that may influence the observations are analyzed. In addition, seven different digital leveling systems were calibrated, where their respective performances and scaling factors were derived. Such investigations indicated the potentiality in the proposed calibration process, whose results are comparable with the systems used foreign. Finally, calibration certificates of the analyzed systems were generated and the application of these certificates was investigated in the results of the observations of two first order differential leveling, applied to the monitoring of structures and a first-order geodetic network, located at the José Richa Governed Hydroelectric Plant (UHGJR) and at the UFPR polytechnic campus, respectively. It should be noted that from the calibration of the digital leveling systems it is possible to know the behavior of the instruments, quantifying the errors and achieving more reliable results due to the application of the calibration certificate. This is an official document that provide the user to meet the obligations and duties related to quality standards.