IARA ALVES MARTINS DE SOUZA
A calibrao de instrumentos de medies topogrficas
e geodsicas: A busca pela acreditao laboratorial
Dissertao apresentada Escola de
Engenharia de So Carlos, da Universidade de
So Paulo, como parte dos requisitos para a
obteno do ttulo de Mestre em Cincias,
Programa de Ps-Graduao em Engenharia de
Transportes rea de Infraestrutura de
Transportes.
ORIENTADOR: Prof. Dr. Irineu da Silva
So Carlos 2010
DEDICATRIA
Aos meus pais, Jos Martins e Iran, os quais, nunca mediram esforos para que eu
pudesse realizar meus sonhos... Pelo amor incondicional, palavras de incentivo, apoio
e extrema confiana em todos os momentos da minha vida. Amo vocs.
Aos meus amados irmos Willian, Zezinho, Bete, Marcelo, Kado e Amanda, nem
mesmo o tempo e a distncia so capazes de diminuir o amor que sinto por vocs.
Agradeo pelos momentos de alegria, pelo apoio e torcida.
Aos meus amados sobrinhos, Matheus, Mariana, Vitria, Henrique e Phillipe, que
mesmo sem notar, me deram foras para continuar, e por serem a alegria constante
do meu viver.
s minhas queridas cunhadas Vanderlia, Marilda e Simone, por me darem sobrinhos
to queridos, pela amizade, carinho e por estarem sempre torcendo por mim.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por permitir a realizao de um sonho... Ao meu orientador Irineu da Silva. Agradeo pela valiosa orientao, discusses enriquecedoras e pacincia frente s minhas dificuldades. Obrigada pelas contribuies concedidas durante todas as etapas de realizao deste trabalho. Aos professores do Programa de Ps-graduao em Engenharia de Transportes pelos conhecimentos transmitidos, em especial, aos professores Paulo Csar Lima Segantine e Ricardo Ernesto Schaal que, direta ou indiretamente, proporcionaram valiosas sugestes e discusses nas etapas deste trabalho. Aos meus queridos amigos Rochele, Cassiano, Isabela, Luciana e Monique. A existncia de vocs tem sido para mim, nesses ltimos anos, um grande motivo para me manter firme no princpio de que realmente tudo nessa vida vale a pena... Obrigada por vocs existirem e que um dia eu possa retribuir toda ajuda, carinho, ateno e alegria recebida e principalmente por me aceitarem exatamente como sou. Eu no conseguiria sem vocs! Vivian, Juliane, Cssia, Renata, Francielle e Nayra. Apesar de no participarem efetivamente na elaborao deste trabalho, vocs foram as amigas queridas que me deram foras para continuar. Sempre torcendo pelo meu sucesso e me incentivando, mesmo que distncia. Tantas palavras de carinho e afeto, quantas coisas partilhadas... Obrigada por fazerem parte da minha vida. s minhas novas amigas de repblica Ana Paula e Marcela, pelo auxlio, amizade e compreenso durante esses ltimos meses. Aos funcionrios do Departamento de Transportes pela disposio e ateno sempre carinhosa. Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior CAPES, pela concesso de bolsa de estudos. todos os outros amigos que compartilharam caminhada e que no tiveram seus nomes citados,
Meu muito obrigada!
RESUMO
SOUZA, I. A. M. A calibrao de instrumentos de medies topogrficas e geodsicas: Em busca da acreditao laboratorial. 176 p. Dissertao (Mestrado). Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2009. um dever dos profissionais que trabalham na rea de Mensurao discutir os temas
que envolvem a manuteno/calibrao de instrumentos geodsicos em ambiente
laboratorial e o uso de padres especficos voltados para as reas de instrumentao e
de Sistema de Gesto da Qualidade. Para isso, importante mensionar as normas ISO
17123:2001, NBR ISO/IEC 17025:2005, ABNT NBR ISO 9001:2000 e os mtodos
compactos para laboratrio voltados para testar estaes totais e instrumentos EDM.
Neste contexto, o principal objetivo desta pesquisa discutir os temas relacionados
manuteno/calibrao de instrumentos geodsicos em laboratrio, mostrando a
importncia da implantao do Sistema de Gesto da Qualidade (SGQ). Tambm so
discutidas as vantagens decorrentes desta implantao, bem como a organizao
estrutural e de pessoal para tal sistema, apresentando as normas especficas usadas
para a realizao de trabalhos em agrimensura. Para compreender melhor a temtica da
dissertao foram pesquisados alguns laboratrios internacionais que trabalham com a
manuteno/calibrao de instrumentos geodsicos, que so acreditados pela norma
ISO 17025:2005, so certificados pelas normas ISO 9001:2000 e realizam os seus
procedimentos de acordo com os requisitos da norma ISO 17123:2001. Dessa forma, as
avaliaes sobre a estrutura organizacional do laboratrio, a estrutura de pessoal e o
SGQ implantado, foram realizadas de forma mais segura. Os laboratrios pesquisados
realizam suas atividades de acordo com os requisitos das normas ISO 9001:2000, ISO
17025:2005 e ISO 17123, garantindo qualidade aos trabalhos nos laboratrios. A
calibrao realizada de forma correta e regular contribui para a promoo da qualidade
das atividades nos laboratrios.
Palavras-chave: calibrao instrumental, laboratrio de instrumentos geodsicos,
Sistema de Gesto da Qualidade, acreditao, certificao.
ABSTRACT
SOUZA, I. A. M. The calibration of instruments topographical and geodetic measurements: The search of laboratory accreditation. 176 p. Dissertao (Mestrado). Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2009. It is the duty of professionals working in the area of Measurement discuss issues
involving the maintenance / calibration of geodetic instruments in the laboratory and
the use of specific standards directed to the areas of instrumentation and Quality
Management System. Therefore, it is important to dimensional standards ISO
17123:2001, ISO / IEC 17025:2005, ISO 9001:2000 and compact laboratory
methods aimed at testing EDM instruments and total stations. In this context, the
main objective of this research is to discuss issues related to maintenance /
calibration of geodetic instruments in the laboratory, showing the importance of
implementing the Quality Management System (QMS). Also discussed are advantages
of this deployment, as well as the structural organization and personnel for such a
system, with specific standards used to perform work in surveying. To better
understand the theme of the thesis were searched some international laboratories
that work with the maintenance / calibration of geodetic instruments, which are
accredited to ISO 17025:2005 are certified by ISO 9001:2000 and realize their
procedures in accordance with the requirements of ISO 17123:2001. Thus, the
ratings on the organizational structure of the laboratory, the personnel structure and
quality management system in place, were held more securely. The laboratories
surveyed perform their activities in accordance with the requirements of ISO
9001:2000 and ISO 17025:2005 and ISO 17123, ensuring quality to work in
laboratories. The calibration performed correctly and regularly contributes to the
promotion of quality activities in the laboratories.
Keywords: instrument calibration, laboratory instruments geodesic, Management
System Quality, accreditation, certification.
LISTA DE FIGURAS FIGURA 3.1: DIFERENA ENTRE PRECISO E EXATIDO (ACURCIA) ............... 37
FIGURA 3.2: PRINCIPAIS COMPONENTES DE UMA ESTAO TOTAL. ............... 45
FIGURA 3.3: SISTEMA DE CODIFICAO ABSOLUTO. . ..................................... 47
FIGURA 3.4: MODELO DE LIMBO INCREMENTAL (RELATIVO). ......................... 47
FIGURA 3.5: LUNETA ..................................................................................... 48
FIGURA 4.1: SEO TRANSVERSAL DE UM TEODOLITO APRESENTANDO O ERRO
DE COLIMAO HORIZONTAL ..................................................... 78
FIGURA 4.2: EFEITO DO ERRO DE COLIMAO EM RELAO DISTNCIA DA
MIRA AO INSTRUMENTO .......................................................... 81
FIGURA 4.3: EFEITO DO ERRO DE COLIMAO EM VIRTUDE DO NVEL LOCALIZAR-
SE NA METADE DO ALINHAMENTO FORMADO PELOS PONTOS A E B.
.............................................................................................. 81
FIGURA 4.4: CONFIGURAO USADA NA VERIFICAO DA HORIZONTALIDADE
DA LINHA DE COLIMAO DO INSTRUMENTO .............................. 82
FIGURA 4.5: ILUSTRAO DA ENTRADA E SADA DO RAIO DE MEDIO.. ........ 90
FIGURA 4.6: PRIMEIRA CONFIGURAO DA LINHA DE ENSAIO PARA TESTAR O
PROCEDIMENTO SIMPLIFICADO, ADAPTADO NORMA ISO 17123-2. 94
FIGURA 4.7: SEGUNDA CONFIGURAO DA LINHA DE ENSAIO PARA TESTAR O
PROCEDIMENTO SIMPLIFICADO, ADAPTADO NORMA ISO 17123-2. 95
FIGURA 4.8: CONFIGURAO DA LINHA DE ENSAIO PARA TESTAR O
PROCEDIMENTO COMPLETO, ADAPTADO NORMA ISO 17123-2. ..... 97
FIGURA 4.9: CONFIGURAO DO TESTE DE MEDIO PARA DIREES
HORIZONTAIS .......................................................................... 102
FIGURA 4.10: CONFIGURAO PARA MEDIO DE NGULOS VERTICAIS,
ADAPTADO NORMA 17123-3, 2001. ........................................... 108
FIGURA 4.11: DISPOSIO DOS COLIMADORES HORIZONTAIS PARA MEDIES
ANGULARES, ADAPTADO ........................................................... 116
FIGURA 4.12: DISPOSIO DOS COLIMADORES VERTICAIS PARA MEDIES
ANGULARES, ADAPTADO DE COMPACT METHOD OF TESTING TOTAL
STATION, 2003 ......................................................................... 116
FIGURA 4.13: COLIMADOR MONTADO NO SUPORTE ........................................ 117
FIGURA 4.14: CONFIGURAO DO EQUIPAMENTO DE MEDIO PARA AVALIAR AS
MEDIES DE DISTNCIA ......................................................... 118
FIGURA 4.15: ERROS PASSVEIS DE OCORRER NOS INSTRUMENTOS EDM ........ 127
FIGURA 4.16: DUPLICAO DA DISTNCIA CALIBRADA ................................... 128
FIGURA 4.17: CONFIGURAO DA LINHA BASE PROJETADA ............................. 129
FIGURA 5.1: HIERARQUIA BSICA PARA UM LABORATRIO DE
MANUTENO/CALIBRAO DE INSTRUMENTOS TOPOGRFICOS E
GEODSICOS ............................................................................ 136
FIGURA 5. 2: DIMENSES DA QUALIDADE ...................................................... 144
LISTA DE TABELAS
TABELA 3.1: CLASSIFICAO DE TEODOLITOS ................................................... 35
TABELA 3.2: CLASSIFICAO DE NVEIS ............................................................ 35
TABELA 3.3: CLASSIFICAO DE MED ................................................................ 36
TABELA 3.4: CLASSIFICAO DE ESTAES TOTAIS ........................................... 36
TABELA 3.5: DIMENSES DOS PRISMAS DO FABRICANTE LEICA E SUAS
CONSTANTES ............................................................................... 69
TABELA 4.1: RESUMO DOS TESTES ESTATSTICOS ........................................... 100
TABELA 4.2: AVALIAO DOS TESTES ESTATSTICOS ....................................... 106
TABELA 4.3: AVALIAO DOS TESTES ESTATSTICOS ....................................... 113
TABELA 4.4: COMPARAO DA ACURCIA PARA NGULOS ................................ 123
TABELA 4.5: COMPARAO DA ACURCIA PARA DISTNCIAS............................ 124
TABELA 4.6: COMPARAO DE TEMPO ............................................................. 124
TABELA 4.7: OS VALORES DA CONSTANTE ZERO .............................................. 131
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas
ACL Acredited Calibration Laboratory
ADM Absolute Distance Measurement
AMC Autorised Metrology Centre
ANA Agncia Nacional de guas
ATR Automatic Target Recognition
CMI Czech Metrology Institute
COFRAC French Committee of Accreditation
Dimci/
Inmetro
Diretoria de Metrologia Cientfica e Industrial
DIN Deutsches Institut fr Normung
EDM Electronic Distance Measurement
ESRF European Synchrotron Radiation Facility
FIG Fdration Internationale des Gomtres
GPS Global Positioning System
GUM Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais
Renovveis
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica
IEC International Electrotechnical Commission.
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
INM Instituto Nacional de Metrologia
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade
Industrial
ISO International Organization for Standardization
MQ Manual da Qualidade
NBR Norma Brasileira
PCO Phase Center Offset
PCV Phase Center Variations
PI Posio Invertida
PD Posio Direta
PQ Poltica da Qualidade
RBC Rede Brasileira de Calibrao - RBC
RBLE Rede Brasileira de Laboratrios de Ensaio
RTS Robotic Total Station
SCC Standards Council of Canada
SGQ Sistema de Gesto da Qualidade
SNR Signal-to-Noise Ratio
SI Sistema Internacional
SQ Sistema da Qualidade
TC 172/SC 6 Technical committees 172/SC6
UKAS The United Kingdom Accreditation Service
UNIFEI Universidade Federal de Itajub
VIM Vocabulrio Internacional de Metrologia
VUGTK Institute of Geodesy, Topography and Cartography
LISTA DE SMBOLOS
VV Eixo Vertical
KK Eixo de Colimao
ZZ Eixo Horizontal
'ZZ Eixo Principal
'OO Eixo Colimao
'HH Eixo Horizontal
d j Desnvel de A e B
d1 Mdia aritmtica do primeiro conjunto de medidas realizado
entre os pontos A e B
d j Leituras de medidas realizadas
r j Resduo
v Grau de liberdade gon Grado
Tolerncia
d j Diferena entre a linha de r e a de vante
s Desvio padro experimental
Zero point offset
s Desvio padro experimental do Zero point offset
s e ~
s Desvios-padro determinados a partir de dois grupos
diferentes de medidas
m Nmero de sries de medies
i Nmero de medies
n Conjunto de direes
t Foco (alvo)
k Nmero do alvo
s e s Desvios-padro estabelecidos por duas diferentes amostras de
observaes
95,01 = Nvel de confiana das observaes
Desvio-padro pr-determinado pelo fabricante do aparelho
i Erro do ndice vertical
xk Valores mdios dos ngulos verticais resultante de n
conjuntos.
ri2 Somatrio dos resduos das inmeras medies da srie
si Desvio padro experimental de um ngulo vertical
( )Hzs Desvio padro experimental de uma direo horizontal r ji, Resduos da medida de direo Hz para a mdia do conjunto
( )Vs Desvio padro experimental de uma medida angular zenital f Grau de liberdade
iAddC Constante aditiva
Known Distncia de referncia (adotado como verdadeiro)
Meas Distncia medida
i Nmero de alvos (=nmero de distncias de referncia)
j Nmero de medidas por alvo
( )AddCs Desvio-padro experimental da constante aditiva
( )Ds
Desvio-padro relacionado sua repetibilidade (preciso) para
medir distncias em cada uma das posies
Measi Mdia de cada distncia
SUMRIO 1. INTRODUO .............................................................................. 19
1.1 Consideraes preliminares ............................................................................... 19
1.2 Objetivos ............................................................................................................... 20
1.3 Justificativa e motivao para a pesquisa ....................................................... 21
1.4 Estrutura da pesquisa ......................................................................................... 22
2. REFERENCIAL TERICO .............................................................. 25
2.1 Reviso da literatura ........................................................................................... 25
3. CONCEITOS FUNDAMENTAIS E DETALHES DA INSTRUMENTAO
USADA NA PESQUISA .................................................................. 33
3.1 Conceitos fundamentais ..................................................................................... 33
3.2 Detalhes da instrumentao utilizada na pesquisa ........................................ 44
3.2.1 Teodolitos eeEstaes totais ............................................................... 44
3.2.1.1 Sistema de eixos dos teodolitos e estaes totais ................................. 45
3.2.1.2 Crculos graduados ............................................................................ 46
3.2.1.3 Luneta de visada ............................................................................... 48
3.2.1.4 Nveis de bolha tubulares e nveis digitais ............................................ 49
3.2.1.5 Parafusos de chamada ....................................................................... 51
3.2.1.6 Parafusos calantes ou niveladores ....................................................... 52
3.2.1.7 Base nivelante ................................................................................... 53
3.2.1.8 Visor para leitura das medies .......................................................... 53
3.2.1.9 Compensador de Inclinao ............................................................... 54
3.2.1.10 EDM ou Medidor Eletrnico de Distncia .............................................. 54
3.2.2 Nveis ............................................................................................... 55
3.2.2.1 Sistema de eixos ............................................................................... 56
3.2.2.2 Nveis ticos mecnicos ..................................................................... 58
3.2.2.3 Nveis Digitais ................................................................................... 58
3.2.2.4 Nveis a laser .................................................................................... 59
3.2.3 Antenas receptoras GNSS .................................................................. 60
3.2.4 Colimadores ...................................................................................... 63
3.2.5 Prismas circulares ............................................................................. 65
3.2.5.1 Prisma do tipo 360 para estao total robtica ................................... 65
3.2.6 Trip ................................................................................................ 69
3.2.7 Nvel de bolha para basto (Nvel de cantoneira) ................................. 70
4. CALIBRAO INSTRUMENTAL.....................................................73
4.1 Por que importante calibrar um instrumento? ............................................ 73
4.1.1 Quando devemos calibrar um instrumento de preciso? ....................... 74
4.1.2 Requisitos a serem considerados ao realizar uma calibrao em
instrumentos topogrficos e geodsicos? ............................................. 75
4.2 Erros instrumentais ............................................................................................. 75
4.2.1 Erros passveis de calibrao em teodolitos e estaes totais ................ 76
4.2.2 Erros passveis de calibrao em nveis ............................................... 80
4.2.3 Erros passveis de calibrao nas antenas de receptores GNSS .............. 83
4.2.4 Acurcia alcanada com os acessrios dos instrumentos topogrficos e
geodsicos: trips, bases nivelantes e prismas ..................................... 84
4.3 Normas e procedimentos voltados para a calibrao dos instrumentos
topogrficos e geodsicos ................................................................................. 90
4.3.1 As normas tcnicas especficas voltadas para a calibrao dos
instrumentos topogrficos e geodsicos .............................................. 91
4.3.1.1 Norma Tcnica: ISO 17123-2:2001 Optics and optical instruments
Field procedures for testing geodetic and surveying instruments Part 2:
Levels .............................................................................................. 93
4.3.1.2 Norma tcnica: ISO 17123-3:2001 Optics and optical instruments
Field procedures for testing geodetic and surveying instruments Part 3:
Theodolites ...................................................................................... 100
4.3.1.3 Mtodo compacto adaptado da norma ISO 17123-3 para laboratrios:
Compact Method of Testing Total Stations ......................................... 113
4.3.1.4 Mtodo compacto laboratorial para testar instrumentos EDM: New
Compact Method for Laboratory Testing EDM Instruments .................. 125
5. LABORATRIO DE MANUTENO ............................................. 133
5.1 O que um laboratrio de calibrao de instrumentos topogrficos e
geodsicos .......................................................................................................... 133
5.2 Estrutura mnima necessria para a concepo de um laboratrio de
manuteno/calibrao de instrumentos topogrficos e geodsicos ........ 134
5.2.1 A estrutura organizacional e de pessoal com suas respectivas atribuies
...................................................................................................... 135
5.2.1.1 Cargos e atribuies possveis em um laboratrio e suas respectivas
atribuies ...................................................................................... 136
5.2.1.2 Operaes possveis em laboratrios de calibrao em instrumentos
topogrficos e geodsicos ................................................................ 139
5.3 Sistema de Gesto da Qualidade nos laboratrios de calibrao em
instrumentos topogrficos e geodsicos ....................................................... 139
5.3.1 O que o Sistema de Gesto da Qualidade (SGQ)? ............................ 140
5.3.2 Por que implantar o Sistema de Gesto da Qualidade? ....................... 140
5.3.3 Sistema de Gesto da Qualidade nos laboratrios de calibrao .......... 142
5.3.4 Vantagens da implantao do SQ ...................................................... 146
5.4 Certificados de calibrao: Forma legal do laboratrio de calibrao de
instrumentos topogrficos geodsicos apresentar os resultados obtidos nas
manutenes/calibraes realizadas nos instrumentos .............................. 148
5.4.1 Exemplos de certificados de calibrao: os certificados de calibrao
emitidos pela fabricante Leica Geosystems ........................................ 150
5.4.1.1 Certificados de inspeo do fabricante M ........................................... 151
5.4.1.2 Certificados do fabricante O ............................................................. 153
5.4.1.3 Certificados de servios .................................................................... 153
5.4.1.4 Precaues e restries ao uso dos certificados de calibrao .............. 154
5.4.2 Exemplo de laboratrio que trabalha com a reparao e calibrao de
instrumentos topogrficos e geodsicos ............................................. 155
5.4.2.1 BMP Renta Ltda: Laboratrio de Calibracion ....................................... 155
6. CONCLUSES............................................................................ 159
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................ 163
APNDICE A ............................................................................................ 171
APNDICE B ............................................................................................ 175
ANEXO A ................................................................................................. 181
ANEXO B ................................................................................................. 185
ANEXO C ................................................................................................. 187
ANEXO D ................................................................................................. 191
ANEXO E ................................................................................................. 195
ANEXO F ................................................................................................. 197
19
1.
1.1 Consideraes preliminares
Para atingir a maior preciso1 de medio a partir de instrumentos geodsicos,
fundamental a calibrao dos mesmos. Um aparelho mal calibrado no capaz de
medir de acordo com a sua exatido2 especificada.
Existe um nmero crescente de fatores que justificam a importncia da calibrao
em um instrumento, dentre eles, a verificao do bom funcionamento dos
equipamentos, a necessidade de satisfazer os requisitos de normas de qualidade e,
tambm, garantia da confiabilidade e da rastreabilidade das aes.
A realizao da calibrao instrumental voltada para a rea de Mensurao deve ser
feita nos laboratrios de calibrao.
Os laboratrios de instrumentos topogrficos e geodsicos so laboratrios que
ofeream servios que baseiam suas atividades nas normas nacionais ou
internacionais (ISO, IEC, etc.). um laboratrio que tenha profissionais que
conheam e entendam os termos fundamentais da metrologia, que saibam a
diferena existente entre ajuste e calibrao e que tenham a capacidade de estimar
o erro e a incerteza de medio que devero ser informados nos certificados de
calibrao emitidos. O laboratrio deve oferecer aos seus clientes uma estrutura
organizacional que venha garantir a eficincia da calibrao realizada e os que
buscam trabalhar com a manuteno/calibrao de instrumentos topogrficos e
1 CARVALHO, R. F. L. Ferramentas Estatsticas para a escolha, validao, comparao e monitoramento de mtodos analticos. Grau de concordncia entre repetidas medidas da mesma propriedade. 2 Grau de concordncia entre o valor mdio obtido de uma srie de resultados de testes e um valor de referncia aceito.
Captulo 1
INTRODUO
20
geodsicos devem trabalhar segundo as regras da norma internacional ISO 171233.
Deve obter a acreditao atravs da norma NBR ISO/IEC 17025:2005 Requisitos
gerais para a competncia de laboratrios de ensaio e calibrao e tambm possuir
um Sistema de Gesto da Qualidade (SGQ) orientado a formar conscincia da
qualidade em todos os processos organizacionais. Para isso deve instaurar o sistema
nos requisitos da norma ABNT NBR ISO 9001:2000 Sistemas de gesto da
qualidade Requisitos.
1.2 Objetivos
O objetivo geral desta pesquisa discutir os temas relacionados
manuteno/calibrao de instrumentos geodsicos em laboratrio, mostrando a
importncia da implantao do SGQ, as vantagens decorrentes desta implantao e a
organizao estrutural e de pessoal para tal sistema e, obviamente, apresentar as
normas especficas relacionadas a calibrao de equipamentos relacionados a
topografia e geodsia.
Os objetivos especficos desta dissertao so:
Apresentar a importncia da calibrao dos instrumentos topogrficos e geodsicos;
Apresentar as normas especficas e os mtodos voltados para a calibrao de
instrumentos topogrficos e geodsicos;
Apresentar as instituies de ensino nacionais que trabalham com a
manuteno/calibrao de instrumentos topogrficos e geodsicos
Definir o que um laboratrio de manuteno/calibrao de instrumentos
topogrficos e geodsicos, apresentando a estrutura (organizacional e de pessoal)
mnima necessria para a concepo de um laboratrio;
Apresentar as atribuies e operaes possveis em um laboratrio de
manuteno/calibrao;
3 1- ISO 17123 Optics and optical instruments Field procedures for testing geodetic and surveying instruments, 2001.
21
Definir o que um Sistema de Gesto da Qualidade (SGQ), explicando a importncia
da implantao do mesmo em um laboratrio de instrumentos topogrficos e
geodsicos, bem como apresentar as vantagens da sua implantao;
Definir um certificado de calibrao, apresentando quais so as informaes
mnimas necessrias, as precaues ao utilizar um certificado de calibrao e os
tipos de certificados emitidos pela fabricante Leica Geosystems;
Por fim, apresentar de forma ilustrativa o BMP Renta Ltda, um laboratrio chileno
especfico em calibrao de instrumentos topogrficos e geodsicos.
1.3 Justificativa e motivao para esta pesquisa
uma tarefa dos profissionais que trabalham na rea de Mensurao discutir os
temas que envolvam a manuteno/calibrao de instrumentos geodsicos em
ambiente laboratorial e o uso de padres especficos voltados s reas de
instrumentao e de sistema de gesto da qualidade. Para isso, esta pesquisa
discute as normas ISO 17123, NBR ISO/IEC 17025:2005, ABNT NBR ISO 9001:2000
e os mtodos compactos para laboratrio voltados para testes em estaes totais e
instrumentos EDM. Com esta abordagem, este trabalho busca discutir os temas que
envolvem as normas especficas e os mtodos voltados para a calibrao
instrumental.
A rea de Mensurao vem, nos ltimos anos, sendo submetida a uma rpida
evoluo tanto na parte tcnica, como na parte de equipamentos. Os profissionais
desta rea vm utilizando equipamentos que permitem atingir resultados mais
rapidamente e de forma mais precisa. Contudo, uma discusso sobre como us-los
corretamente e quais as suas aplicabilidades para o objetivo proposto torna-se
necessrio.
A norma ISO 17123, tema sobre a qual versa esta pesquisa, ainda um padro que
precisa ser mais explorado pelos profissionais da rea de Mensurao. Portanto, de
significativa relevncia a produo de um trabalho que tenha o propsito de
22
disseminar a idia da padronizao laboratorial e a criao de padres especficos
para a instrumentao usada por esses profissionais.
1.4 Estrutura da pesquisa
Esta dissertao est estruturada em 5 captulos. A seguir apresentada uma
exposio de cada captulo.
No captulo 2 apresenta-se a fundamentao terica, por meio da reviso
bibliogrfica e dos conceitos fundamentais sobre os instrumentos topogrficos e
geodsicos, Sistema de Gesto da Qualidade (SGQ) e padronizao.
No captulo 3 descreve-se sobre a importncia da calibrao instrumental,
apresentam-se os erros que so passveis de calibrao em teodolitos, estaes
totais, nveis e antenas de receptores GNSS. feita uma anlise da acurcia dos
instrumentos auxiliares, trip, base nivelante e prisma. So apresentadas as normas
ISO 17123-2 e ISO 17123-3 com os seus procedimentos voltados para a calibrao
dos instrumentos topogrficos e geodsicos. Tambm apresentado o mtodo
compacto adaptado da norma ISO 17123-3 para laboratrios e o mtodo compacto
usado para a verificao da acurcia dos instrumentos EDM. Por fim neste captulo
so apresentados exemplos de instituies nacionais que trabalham com a
manuteno/calibrao de instrumentos topogrficos e geodsicos.
No captulo 4 define-se um laboratrio de manuteno/calibrao de instrumentos
topogrficos e geodsicos. Apresenta-se a estrutura mnima (fsica e de pessoal)
necessria para a concepo de um laboratrio de manuteno/calibrao de
instrumentos topogrficos e geodsicos e as atribuies possveis neste laboratrio.
Explica-se como o SGQ voltado para um laboratrio de calibrao e o motivo pela
implantao e as vantagens decorrentes da mesma. Define-se o certificado de
calibrao, qual a sua funo, e os requisitos para a emisso. Ao final feita uma
apresentao dos certificados emitidos pela Leica Geosystems e uma exposio de
23
forma ilustrativa do BMP Renta Ltda., que um laboratrio especfico para calibrao
de instrumentos topogrficos e geodsicos.
O captulo 5 trata das concluses obtidas a partir do desenvolvimento desta
pesquisa.
Por fim, no captulo 6 apresentam-se as referncias bibliogrficas que serviram de
apoio para a elaborao deste texto.
24
25
2. REFERENCIAL TER
ICO
2.1 Reviso da Literatura
A qualidade sendo usada como um instrumento estratgico da gesto global das
empresas um dos fatores determinantes para a competitividade das mesmas.
A idia de Qualidade vem sofrendo mudanas ao longo dos ltimos anos. Existem
diversas definies para esse termo, o que torna difcil tomar uma em particular para
adot-la como uma definio padro. Podemos considerar o sculo XX como sendo o
sculo da Qualidade, perodo em que os conceitos deste tema sofreram uma
evoluo considervel em funo das caractersticas do tipo de servios prestados
pelas empresas. O foco nos usurios e nos clientes importante, especialmente em
empresas de prestao de servios, como os laboratrios de manuteno/calibrao
de instrumentos de geodsia. Realmente o que motiva o cliente a utilizar um
determinado servio o fato de este atender as suas necessidades, satisfazendo
tambm suas preferncias. Assim, importante que os laboratrios ofeream
servios que superem as expectativas de seus clientes, no atendendo apenas as
prprias necessidades.
Em relao pesquisa bibliogrfica sobre o tema da gesto da qualidade para
laboratrios de manuteno/calibrao de equipamentos de medies oportuno
ressaltar os trabalhos relacionados a seguir:
Dzierzega e Scherrer (2003) desenvolveram um mtodo compacto voltado para
laboratrios que trabalham com a verificao da preciso angular e medio de
distncias. A norma ISO 17123:2001-3 traz mtodos de campo para a verificao
angular e medio de distncia. Os autores adaptaram para laboratrio os tais
mtodos de campo apresentados na norma. Tal adequao ideal para laboratrios,
centros de servios ou instituies que possuem espao disponvel limitado.
Captulo 2
REFERENCIAL TERICO
26
Takalo e Rouhiainen (2004) desenvolveram uma operao para nivelamento de alta
preciso utilizando miras com cdigos de barras e uma cmera CCD linear. Os
autores, alm de demonstrarem como foi realizado o procedimento de nivelamento
digital, abordaram a importncia do sistema de calibrao. Pelo nvel de preciso
alcanado, eles propem que tal sistema seja usado como padro para determinao
da preciso de nivelamentos geomtricos.
Khalil (2005) descreveu um mtodo laboratorial para a verificao da acurcia da
medio de distncia usando EDM e estao total. O mtodo apresentado est de
acordo com as restries existentes para laboratrio e dispensa a montagem de
refletores fora do ambiente laboratorial. Para estas medies foi desenvolvido e
testado um modelo matemtico que na prtica obteve resultados satisfatrios. A
preciso do mtodo compacto foi a mesma obtida no procedimento desenvolvido
pela norma ISO 17123. Ao final do experimento, o autor concluiu que o mesmo
eficiente, atende as necessidades de um laboratrio, contudo, a exatido e a
preciso do mtodo proposto podem ainda ser melhoradas.
Brum (2005) procurou realizar o trabalho de verificao e classificao de nveis no
centro de excelncia da Universidade Federal de Santa Catarina a partir das normas
formuladas pelo DIN Deutsches Institut fur Normung: DIN 18723 1 e DIN 18723
2. Seu objetivo maior era implementar uma linha-base n,a Universidade Federal do
Paran para classificar nveis nas condies existente no campo. Para isso foram
realizados levantamentos de campo sob os requisitos da norma ISO 17123 1 e ISO
17123 2, as quais especificam os procedimentos de campo necessrios para a
verificao da preciso de nveis. A partir dos processos propostos pela ISO foi
possvel avaliar se a preciso dos equipamentos usados estavam dentro dos valores
institudos pelos fabricantes. A metodologia sugerida pela DIN para nivelamento de
uma linha base tambm foi eficiente para a determinao do desvio padro para 1
Km de duplo nivelamento. O autor concluiu que a existncia de padres referentes
verificao e classificao de nveis e outros instrumentos topogrficos e geodsicos
so importantes para a conservao da qualidade de todos os equipamentos usados
em campo.
27
Martin e Gatta (2006) buscaram fazer uma anlise das atividades desenvolvidas no
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), laboratrio acreditado (ISO/CEI
17025) pela COFRAC. Os autores buscaram analisar os trabalhos de calibrao dos
distancimetros eletromagnticos (EDM), alm da calibrao dos distancimetros a
laser absoluto (ADM). Tambm foi feita uma anlise da capacidade de medir ngulos
das estaes robticas (RTS) e os rastreadores a laser. Ao final do trabalho, os
autores observaram que os topgrafos esto cada vez mais envolvidos no processo
de padronizao e que este envolvimento claramente apoiado pelos profissionais
de agrimensura e da FIG (International Federation de Geometres), prova disso o
padro ISO 17123 usado em testes de instrumentos de medio.
Junior (2007) props a investigao de um mtodo de calibrao de antenas de
receptores GNSS para a primeira base de calibrao das mesmas no Brasil. O autor
realizou experimentos baseados em medies geodsicas e processamentos
computacionais para a calibrao de alguns modelos de antenas, dos fabricantes
Trimble e Leica. Realizou as correes do centro de fase (PCO e PCV) utilizando
programas especficos e as correes estavam devidamente representadas em
diagramas de fase atravs de programas computacionais. Ao fim, o autor apresentou
os resultados obtidos com as antenas da fabricante Trimble (modelo
TRM22020.00+GP) e da fabricante Leica Geosystems (modelo LEIAT502). Constatou-
se que as antenas do fabricante Trimble possuem comportamento eletrnico mais
homogneo que as antenas do fabricante Leica Geosystems, as quais so mais
sensveis s influncias dos efeitos de multicaminho. Demonstrou que as antenas
GPS testadas possuem comportamento eletrnico distinto e esto submetidas s
intervenes do multicaminho dos sinais, que altera a caracterstica de recepo do
sinal e causam erros de at 1 cm no PCO. O efeito do multicaminho foi analisado
considerando diferentes alturas de antena e o objetivo foi alcanado com o uso de
dois adaptadores de diferentes comprimentos e um programa computacional para a
deteco, localizao e quantidade dos efeitos. Atravs de estudos realizados para
detectar a SNR (Razo sinal-rudo) de observaes conduzidas em diferentes
cenrios foi apresentado que a SNR pode ser uma ferramenta para avaliar a
qualidade das observaes GPS. Tambm foram realizadas as observaes iniciais
em dois pilares geodsicos que compem a 1 BCALBR Primeira Base de Calibrao
28
de Antenas GNSS no Brasil a ser instalada segundo as normas internacionais para
levantamentos geodsicos de preciso. Foram instalados receptores para a realizao
dos primeiros rastreios na base. Ao fim do levantamento, os dados foram usados
para a realizao das anlises inicias dos efeitos do multicaminho e foram usados
valores para correo do erro do centro de fase da antena.
Silva (2008) buscou reparar algumas questes da instrumentao geodsica. A
autora procurando atender as carncias da comunidade usuria de equipamento de
medio angular, no que diz respeito classificao angular horizontal e vertical,
props desenvolver uma mtodo de baixo custo para a formao de um laboratrio
de classificao angular horizontal e vertical baseado na norma ISO 17123-3. A
autora buscou adaptar os testes realizados em campo para um laboratrio utilizando-
se colimadores, os que permitem a realizao de testes em ambiente que sejam
realmente adequados, garantindo a qualidade dos resultados. Alm disso, a autora
empenhou-se em produzir um mtodo para avaliar a iseno de erros nas leituras
das direes horizontais em virtude do desgaste do aparelho. O objetivo da criao
do laboratrio a realizao de classificao angular horizontal e vertical de
teodolitos e estaes totais em ambientes que sejam tecnicamente controlados, o
que possvel em campo.
Tomasi (2005) buscou apresentar como importante ter um gerenciamento de
rotina em uma organizao, em virtude da competitividade em todo o mercado. Para
o autor, ter um sistema de gerenciamento de instrumentos de medio
fundamental para a garantia da confiabilidade nas medies e, conseqentemente,
melhorar a qualidade dos produtos. Atravs de seu trabalho pode-se definir,
padronizar e executar todas as principais atividades de rotina da metrologia com
mais eficcia e maior eficincia utilizando grficos indicadores de cada atividade
desenvolvida no laboratrio foi possvel a gerncia acompanhar melhor estas
atividades. Alm disso, foi possvel notar que o grau de comprometimento e
motivao dos trabalhadores teve uma melhora notvel, j que com suas atividades
bem definidas e padronizadas, cada funcionrio ficou informado exatamente o que
de sua competncia, prevalecendo neste caso, a fora do autocontrole, juntamente
29
com o raciocnio, podendo inclusive ser avaliada a possibilidade da ausncia de um
chefe.
Bruas et al (2006) apresentam a criao de uma bancada de testes indicada para
realizar o ensaio e calibrao de instrumentos geodsicos e analisaram a exatido
dos testes realizados por esta bancada. Como resultado do estudo, os autores
apresentam mtodos de calibrao angular e demonstram que para esta
necessrio um grande nmero de valores angulares comparados com valores
angulares de referncia. Por fim, os autores expem que foi construdo, e
investigado, um dispositivo de instrumento geodsico para a calibrao de ngulos
horizontais.
Bastos (1996) buscou evidenciar que o mercado est ficando mais exigente, sendo
muito natural que se busque uma maior confiabilidade e exatido nos processos de
fabricao e assim, a calibrao vem se demonstrando um fator importante na
empresa.
Magalhes (2006) trata o Sistema de Gesto da Qualidade para os laboratrios de
metrologia de acordo com a NBR ISO/IEC 17025:2005. O autor apresenta a
aplicao da norma nos laboratrios de ensaio e calibrao, demonstra os requisitos
de uma acreditao (credenciamento) laboratorial realizado pelo INMETRO
Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial, descrevendo
sobre a homologao feita pela RBMG Rede Metrolgica de Minas Gerais e
descreve a aplicao no laboratrio de metrologia da UNIFEI (Universidade Federal
de Itajub). Discutiu a importncia do envolvimento de todos os funcionrios na
implantao do SGQ Sistema de Gesto da Qualidade, no laboratrio de
metrologia. Mostrou que, para a implantao do SGQ, so necessrias mudanas nos
equipamentos e no comportamento do pessoal envolvido. A importncia do
treinamento de pessoal ressaltada. Apresentou tambm as dimenses da
qualidade: Sistema da Qualidade (SQ), Manual da Qualidade (MQ) e a Poltica da
Qualidade (PQ). Alm disso, discutiu as principais dificuldades de implantao da
NBR ISO/IEC 17025:2005, as vantagens da acreditao para as organizaes, para
30
os usurios e para os avaliadores ou auditores. Por fim, apresentou o andamento do
processo de acreditao no laboratrio da UNIFEI.
O trabalho desenvolvido por Slaboch, Lechner e Pizur (2003) importante pelo fato
de apresentar a acreditao atravs da norma ISO/IEC 17025:2000 de um
laboratrio que trabalha com pesquisas nas reas de geodsia, topografia e
cartografia. O artigo apresenta alguns detalhes do VUGTK (Institute of Geodesy,
Topography and Cartography), um instituto localizado na Repblica Tcheca que
possui as suas atividades voltadas para a verificao, calibrao e testes em todos os
tipos de instrumentos geodsicos, incluindo os seus acessrios. O VUGTK um
laboratrio que administra um AMC (Autorised Metrology Centre) de verificao de
determinados instrumentos de medio. Os instrumentos que no so autorizados a
serem calibrados no instituto so encaminhados para a calibrao no ACL (Acredited
calibration laboratory), que um dos laboratrios associados ao CMI (Czech
Metrology Institute). O ACL do VUGTK foi criado em 1999 para atender as
necessidades do pblico profissional de calibrao de instrumentos geodsicos. Os
autores afirmam que dentre as principais atividades desenvolvidas pelo VUGTK esto
includas pesquisas no desenvolvimento da metrologia, padronizao e sistema de
qualidade voltada geodsia, cartografia e informao geogrfica. Apresentam a
estrutura do sistema de qualidade, que foi baseado na norma EN ISO 9001 e as
documentaes usadas para acreditao laboratorial de acordo com a ISO/IEC
17025:2000. Tambm so anexadas a esse trabalho:
As informaes para o desenvolvimento do sistema da qualidade;
Implantao da ISO/IEC 17025:2000 nos laboratrios de calibrao do VUGTK;
A estrutura das atividades metrolgicas do VUGTK;
A lista de procedimentos administrativos ou gerais e tcnicos para o processo
de acreditao.
Com a proposta de informar sobre os desenvolvimentos nos padres de campo para
instrumentos de topografia e mtodos topogrficos, Becker (2000) desenvolveu uma
pesquisa que ressaltou a importncia da padronizao e apresentou as reas da
31
agrimensura que mais sofreram modificaes que, na opinio do autor, so as mais
relevantes para os trabalhos de posicionamento, a saber:
Normas para os aparelhos de medio;
Normas para os laboratrios de calibrao e testes em equipamentos de
agrimensura;
No trabalho desenvolvido por Yavuz e Ersoy (2006) foi apresentada a importncia da
normatizao na rea de Engenharia de Agrimensura. Mostraram como o trabalho
desenvolvido pelos profissionais dessa rea necessita seguir padres, tanto no
processo de produo quanto no trabalho desenvolvido por eles, sejam engenheiros,
tcnicos em agrimensura, entre outros. Apresentam as vantagens das normas para
os trabalhos de agrimensura e as instituies responsveis pela criao das normas
envolvidas.
Greenway (2004) procurou esclarecer os seguintes questionamentos:
Quais so os padres usados na rea de agrimensura?
Como os padres podem atingir a vida profissional de um agrimensor?
Os padres so favorveis ou contrrios ao desenvolvimento do trabalho de um
agrimensor?
Qual a postura do profissional frente a existncia de padres especficos
instrumentao usada na rea de agrimensura?
Quais so os rgos que esto envolvidos na formulao de padres especficos
para a instrumentao tica?
Quais so os padres e organismos existentes na rea da inspeo?
Quais so os trabalhos desenvolvidos pela FIG Fdration Interantionale des
Geometres (Copenhagen Dinamarca) e quais so os planos futuros da
organizao?
Ao fim do trabalho, Greenway concluiu que a existncia de padres um fato
positivo na vida profissional de um agrimensor. Tambm observou que a FIG detm
uma participao efetiva nos trabalhos desenvolvidos pela ISO que envolvam a
32
instrumentao de preciso e que almeja futuramente aumentar sua rede de padres
voltados para a medio.
Bruas Giniotis e Petrokeviius (2006) apresentaram a criao e a pesquisa
preliminar da preciso de uma bancada projetada para a realizao de ensaios e
calibraes de instrumentos topogrficos e geodsicos como teodolitos mecnicos,
teodolitos digitais e estaes totais. Os autores apresentam as normas usadas para a
calibrao desses instrumentos, as especificaes tcnicas voltadas para ngulos, de
acordo com os dispositivos de medidas, as especificaes tcnicas voltadas para os
teodolitos eletrnicos. Ao fim do trabalho, os autores chegaram, dentre outras
concluses, que os testes de medies preliminares foram realizados, provando que,
apesar dos resultados serem bons, o equipamento de ensaio deve ser modificado de
forma a aumentar a preciso da calibrao.
Zeiske (2001) apresentou em seu trabalho o comit tcnico ISO/TC 172 Optical
and optical instruments e os seus sub-comits, em especial o ISO/TC 172/SC 6
Geodetic and surveying instruments, que voltado para os instrumentos de
agrimensura. E por fim, no mesmo trabalho mostrou os padres publicados pela SC 6
(Subcommittee 6) e as tarefas realizadas pela mesma.
Leica Geosystems (2001) divulgou um boletim em que apresentava a importncia
calibrao instrumental. No mesmo artigo so apresentados os eixos da estao total
e os possveis erros instrumentais, erro de colimao, erros do eixo inclinado, erro do
ndice vertical, erro do eixo horizontal, erro de ndice compensador e a calibrao
ATR (Automatic Target Recognition).
Leica Geosystems (2000) publicou um informativo que tratava da constante aditiva
do EDM, que um tema que sempre foi difcil de entender. Atualmente com o uso de
refletores, fitas adesivas, as dvidas podem ter aumentado. As inconsistncias sobre
a terminologia usada no que diz respeito constante aditiva podem ser encontradas
em manuais, artigos e at mesmo em livros. Por isso foi lanado um boletim no qual
em so expressas de forma clara as definies que envolvem o tema e a forma
correta de se calcular uma constante aditiva.
33
3. CONCEIFUNDAMENTAIS E DETALHES DA INSTRUMENTAO USADA NA PESQUISA
3.1 Conceitos Fundamentais
A seguir sero apresentados alguns termos tcnicos que podem contribuir para a
compreenso do contedo abordado neste trabalho, como tambm para aprofundar
a discusso da terminologia aplicada em instrumentao e metrologia no contexto
desta pesquisa.
Atravs da publicao das brochuras Vocabulrio de Metrologia Legal e
Vocabulrio de termos fundamentais e gerais de metrologia, realizada em 1989, o
INMETRO define os termos como aferio, calibrao que so abordados nesta
pesquisa.
Calibrao
Conjunto de operaes que estabelece, em condies especiais, a correspondncia
entre o estmulo e a resposta de um instrumento de medir, sistema de medir ou
mostrador de medio.
De acordo com o VIM (2007), o resultado de uma calibrao permite tanto o
estabelecimento dos valores do mensurando para as indicaes quanto a
determinao das correes a serem aplicadas.
Captulo 3
CONCEITOS FUNDAMENTAIS E DETALHES DA INSTRUMENTAO USADA NA PESQUISA
34
Verificao e Retificao
Os operadores de equipamentos topogrficos devem periodicamente, antes de iniciar
o trabalho em campo, verificar as condies de retificao dos mesmos. Entende-se
por verificar um instrumento, a comprovao de que seu funcionamento est
correto. De acordo com Cunha (1983), sem essa precauo, os resultados podero
estar comprometidos e no se poder ter segurana quanto qualidade dos dados
levantados.
Classificao
Segundo a norma brasileira NBR13133:1994 (Execuo de levantamentos
topogrficos), classificar consiste em distribuir em categoria ou grupos a partir de um
sistema de classificao. Tal norma define as divises que devem ser enquadradas
nos instrumentos baseados no desvio padro de um conjunto de observaes obtidas
seguindo uma metodologia prpria (NBR 13133, 1994). Sero apresentadas as
tabelas (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) de classificaes dos instrumentos que esto envolvidos
nesta norma: teodolitos, nveis e medidores eletrnicos de distncias (MED).
A DIN 18723 traz que os teodolitos so classificados de acordo com o desvio padro
de uma direo observada nas duas posies (PD e PI) da luneta (A tabela 3.1
uma transcrio da norma NBR13133:1994 faz referncia a esta norma
internacional). A classificao de teodolito, conforme a DIN 18723, normalmente
definida pelos fabricantes. Em caso contrrio, deve ser realizada por entidades
oficiais e/ou universidades, em bases apropriadas para a classificao de teodolitos.
35
Tabela 3.1:Classificao de teodolitos
Classes de teodolitos Desvio-padro
Preciso angular
1 preciso baixa "30
2 preciso mdia "07
3 preciso alta "02
Fonte: Norma ABNT NBR 13133:1994
Os nveis so classificados de acordo com o desvio-padro de 1 km de duplo
nivelamento. Ver a Tabela 3.2:
Tabela 3.2: Classificao de Nveis
Classes de teodolitos Desvio-padro
1 preciso baixa kmmm /10
2 preciso mdia kmmm /10
3 preciso alta kmmm /3
4 preciso muito alta kmmm /1
Fonte: Norma ABNT NBR 13133:1994
Os MED so classificados de acordo com o desvio-padro que os caracteriza. Ver
Tabela 3.3:
36
Tabela 3.3: Classificao do MED
Classes de teodolitos Desvio-padro
1 preciso baixa ( )Dppmmm + 1010
2 preciso mdia ( )Dppmmm + 55
3 preciso alta ( )Dppmmm + 23
Fonte: Norma ABNT NBR 13133:1994
D = Distncia medida em km e
ppm = parte por milho.
As estaes totais so classificadas de acordo com os desvios-padro que as
caracterizam, de acordo com a Tabela 3.4:
Tabela 3.4: Classificao de estaes totais
Fonte: Norma ABNT NBR 13133:1994
Classes de
estaes totais
Desvio-padro
Preciso angular
Desvio-padro
Preciso linear
1 preciso baixa "30 ( )Dppmmm + 105
2 preciso mdia "07 ( )Dppmmm + 55
3 preciso alta "02 ( )Dppmmm + 33
37
Exatido (Acurcia)
A exatido denota uma absoluta aproximao das quantidades de medidas aos seus
valores verdadeiros.
Preciso
A preciso refere-se ao grau de refinamento ou a coerncia de um grupo de
medies e se avalia com base na magnitude das discrepncias. Se forem feitas
mltiplas medies da mesma quantidade e surgir pequenas discrepncias, isso
reflete uma alta preciso. O grau de preciso possvel depende da sensibilidade do
equipamento utilizado e da habilidade do observador.
A diferena entre preciso e exatido mais notvel ao observarmos um alvo. Na
Figura 3.1(a), por exemplo, os cinco tiros encontram-se dentro de um estreito
agrupamento, que indica uma operao precisa, quer dizer, o atirador pode repetir o
procedimento com um alto grau de consistncia. Entretanto, os tiros ficaram longe
do centro do alvo e, portanto, no foi exato. Eventualmente esta seja o resultado de
um desalinhamento da mira do canho. A Figura 3.1(b) mostra tiros dispersos que
no so nem precisos e nem exatos. Na Figura 3.1(c), o agrupamento no centro do
alvo representa tanto preciso quanto exatido. O atirador que obteve os resultados
na Figura 3.1(a) talvez possa fazer os tiros da Figura 3.1(c) aps alinhar a mira do
canho. Em topografia isto equivaler a calibrar os instrumentos de medio.
Figura 3.1: Diferena entre preciso e exatido (acurcia)
Com preciso
Sem exatido
(a)
Sem preciso
Sem exatido
(b)
Com preciso
Com exatido
(c)
38
Certificao
um processo pelo qual um organismo imparcial j certificado, atesta por escrito
que o sistema ou pessoas so competentes para realizar tarefas especificas.
Certificado de calibrao
Os certificados de calibrao so documentos que mostram os resultados das
medies realizadas com o instrumento ao compar-lo com um padro de referncia
que seja rastrevel a um padro nacional e/ou internacional. Servem para confirmar
que os aparelhos foram inspecionados, os mesmos no so completados por
relatrios de medio e s podem ser emitidos por laboratrios de calibrao com
acreditao nacional, que possuam marca registrada e que emitam o nmero do
certificado e calibrao.
Incerteza de medio
Parmetro associado ao resultado de uma medio, que caracteriza a disperso dos
valores que podem ser fundamentalmente atribudos a um mensurando.
Instrumento de medio
Dispositivo utilizado para medies, sozinho ou em conjunto com dispositivo(s)
complementar (es).
Metrologia
Metrologia o nome dado cincia que agrupa os conhecimentos sobre a arte de
medir e interpretar as medies realizadas. Abrange todos os aspectos tericos e
prticos relativos s medies, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos
da cincia ou da tecnologia.
39
Metrologia Cientfica
Parte da metrologia que trata da pesquisa e manuteno dos padres primrios. No
Brasil o Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO) o rgo que detm os padres
nacionais, no Laboratrio Nacional de Metrologia, e que encarregado de repassar
os valores dos mesmos aos demais laboratrios nacionais, inclusive aos responsveis
pela metrologia legal.
Medio
Segundo VIM (2007), conjunto de operaes que tem por objetivo determinar um
valor de uma grandeza (VIM - 2.1).
Medir
a ao de avaliar uma grandeza comparando-a com outra de mesma espcie,
adotada como referncia (Silva, 2004).
Sistemas de medidas ou sistemas de unidades de medidas
Nome dado ao conjunto de medidas ou unidades de medidas de diferentes espcies
agrupadas de maneira coerente e que so utilizadas em diferentes ramos da
atividade humana (Silva, 2004).
40
Unidade de medida
Unidade de medidas um conjunto abstrato usado para expressar o valor unitrio da
medida de determinada grandeza, com a qual outras grandezas de mesma natureza
so comparadas para expressar suas magnitudes em relao quela grandeza
especfica. Geralmente uma unidade de medida fixada por definio e
independente de condies fsicas. (Silva. 2004).
Padro de medida
Padro de medida um nome dado ao objeto ou fenmeno natural (incluindo
constantes fsicas e propriedades especficas de substncias) usado como referncia
para definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade de medida.
Padro primrio
Padro que designado ou amplamente reconhecido como tendo as mais altas
qualidades metrolgicas e cujo valor aceito sem referncia para outros padres de
mesma grandeza.
Padro Secundrio
Padro cujo valor estabelecido por comparao a um padro primrio da mesma
grandeza.
41
Padro Internacional
Padro reconhecido por um acordo internacional para servir, internacionalmente,
como base para estabelecer valores para outros padres da grandeza a que se
refere.
Padro Nacional
Padro reconhecido por uma deciso nacional para servir, em um pas, como base
para estabelecer valores a outros padres da grandeza a que se refere.
Padro de referncia
Padro, geralmente tendo a mais alta qualidade metrolgica disponvel em um dado
local ou em uma dada organizao, a partir do qual as medies l executadas so
derivadas.
Padro de Trabalho
Padro utilizado rotineiramente para calibrar ou controlar medidas materializadas,
instrumentos de medio ou materiais de referncia.
Resoluo
Resoluo de uma medida o algarismo menos significativo que pode ser medido, e
depende do instrumento utilizado para realizar a medida.
42
Rastreabilidade
Segundo a VIM (2007), rastreabilidade a propriedade do resultado de uma medio
ou do valor de um padro estar relacionado a referncias estabelecidas, geralmente
a padres nacionais ou internacionais, atravs de uma cadeia contnua de
comparaes, todas tendo incertezas estabelecidas.
De um modo mais simples, rastrear manter os registros necessrios para identificar
e informar os dados relativos a origem e ao destino de um produto. pesquisar ao
mximo sobre algum produto ou servio (o que , de onde veio, como foi feito e pra
onde foi).
Os padres nacionais e internacionais so normalmente sustentados pelos Institutos
Nacionais de Metrologia (INM) de cada pas, como a Diretoria de Metrologia
Cientfica e Industrial do Inmetro (Dimci/Inmetro) no Brasil, o NPL no Reino Unido e
o PTB na Alemanha. Os Institutos Nacionais de Metrologia esto na extremidade da
hierarquia metrolgica em um pas e so responsveis por estabelecer e divulgar as
unidades de medida aos usurios, sejam eles cientistas, autoridades pblicas,
laboratrios ou indstrias.
1. Nos casos em que o INM possui condies de efetivar a unidade SI (Sistema
Internacional de Unidades) para uma determinada grandeza, o padro
nacional torna-se idntico ao padro primrio que realiza a unidade. Caso
contrrio, ele precisa garantir que as suas medies sejam rastreveis ao
padro primrio, calibrando seus padres em um INM de outro pas que
mantenha o padro primrio dessa grandeza.
Para que a rastreabilidade de uma medio seja caracterizada, no suficiente que o
laboratrio calibre seus equipamentos e disponha dos certificados de calibrao
correspondentes. preciso ir alm, pois um certificado de calibrao no fornece,
essencialmente, informaes sobre a competncia dos laboratrios que realizam as
calibraes que formam a cadeia de rastreabilidade. Assim, necessrio que se
considere tambm alguns outros elementos que so fundamentais para que se possa
43
afirmar que o resultado de medies rastrevel a um padro nacional ou
internacional, tais como:
Cadeia contnua de comparaes, conduzindo at um padro nacional ou
internacional;
Referncia unidade SI: a cadeia de comparaes deve atingir os padres
primrios para a realizao da unidade do SI;
Recalibraes: as calibraes devem ser repetidas a intervalos adequados,
definidos em funo de uma srie de variveis, tais como incerteza requerida,
freqncia e modo de uso dos instrumentos de medio, estabilidade dos
equipamentos, etc.;
Incerteza de medio: a cada passo da cadeia de rastreabilidade, deve ser
determinada a incerteza de medio, de acordo com mtodos definidos, de forma
que se obtenha uma incerteza total para a cadeia;
Documentao: cada passo da cadeia de rastreabilidade deve ser realizado de
acordo com procedimentos documentados, reconhecidos como adequados e os
resultados obtidos devem ser registrados em um certificado de calibrao;
Competncia: os laboratrios que realizam um ou mais passos de cadeia de
rastreabilidade devem fornecer evidncias da sua competncia para a realizao
da calibrao.
44
3.2 Detalhes da instrumentao utilizada na pesquisa
A seguir sero apresentados detalhes importantes para a instrumentao estudada
nesta pesquisa. Seguem detalhes dos teodolitos e estaes totais, nveis,
colimadores, antenas GNSS, prismas e nvel de bolha para basto (nvel de
cantoneira).
3.2.1 Teodolitos e Estaes Totais
O teodolito um instrumento utilizado para realizar medies diretas de direes
horizontais e ngulos verticais. Podem tambm ser utilizados para medir distncias
que, relacionadas com os ngulos verticais, permitem obter tanto a distncia
horizontal entre dois pontos quanto a diferena de nvel entre os mesmos. J as
estaes totais so equipamentos que combinam trs componentes bsicos, um
instrumento medidor eletrnico de distncia (EDM), um componente que mede
eletronicamente os ngulos e um microprocessador. Apresenta-se a seguir os
principais componentes de uma estao total. Ver Figura 3.2:
45
Figura 3.2: Principais componentes de uma estao total. (Fonte: Brum et al 2005).
3.2.1.1 Sistema de eixos dos teodolitos e estaes totais
Eixo Vertical, Azimutal ou Principal (VV)
O Eixo Vertical (VV) o eixo em torno do qual se realiza a rotao do aparelho.
Trata-se do eixo principal do equipamento e o que define a posio vertical do
mesmo. Possui, entre outras, a funo de suportar o peso da estrutura do
instrumento garantindo que a rotao em torno do mesmo coincida com a rotao
em torno do centro do crculo graduado horizontal.
46
Eixo Horizontal, de Elevao ou Secundrio (ZZ)
D-se o nome de eixo secundrio ao eixo que est localizado perpendicularmente ao
eixo vertical e em torno do qual gira a luneta do instrumento.
Eixo de Colimao ou de Observao (KK)
O Eixo de colimao determinado pelo alinhamento dos centros ticos das lentes
da luneta com o centro do retculo da mesma. Por construo ele deve ser
perpendicular ao Eixo Vertical e ao Eixo Secundrio.
3.2.1.2 Crculos Graduados
So crculos graduados de metal ou cristal (vidro) de forma que se leiam os ngulos
no sentido azimutal (sentido horrio na sua maioria), no sentido anti-horrio ou at
nos dois sentidos.
Os crculos podem ter escalas demarcadas de diversas formas, como por exemplo:
Tinta sobre plstico;
Ranhuras sobre metal ou
Traos gravados sobre cristal.
Os limbos podem funcionar por transparncia ou por reflexo. A codificao sempre
feita utilizando elementos que interrompem ou no o caminho tico entre a fonte
emissora de luz e o fotodetector.
Nos casos gerais onde os limbos funcionam por transparncia, os principais
componentes fsicos da leitura eletrnica de direes so dois, a saber:
47
Um crculo de cristal com regies claras e escuras (transparentes e opacas)
codificadas atravs de um sistema de fotoleitura;
Fotodiodos detectores da luz que atravessam o crculo graduado.
Existem basicamente dois princpios de codificao e medio, o absoluto (Figura
3.3) que fornece um valor angular para cada posio do crculo, e o relativo (Figura
3.4) que fornece o valor incremental a partir de uma origem, isto , quando se gira o
teodolito a partir de uma posio inicial.
Figura 3.3: Sistema de codificao absoluto. (Fonte: Fundamentos de Topografia, 2007).
Figura 3.4: Modelo de limbo incremental (relativo). (Fonte: Fundamentos de Topografia, 2007).
48
Para se entender de maneira simplificada os princpios de funcionamento deve-se
pensar em um crculo de vidro com uma srie de traos opacos igualmente
espaados e com espessura igual a este espaamento. Colocando uma fonte de luz
de um lado do crculo e um fotodetector do outro possvel contar o nmero de
pulsos claro-escuros que ocorrem quando o teodolito girado, de uma posio
para outra, para medir um ngulo. Esse nmero de pulsos pode ser ento convertido
e apresentado de forma digital em um visor.
3.2.1.3 Luneta de Visada
o elemento de visada para a obteno da imagem do objeto observado.
constituda de um tubo em cujas extremidades situam-se a ocular e a objetiva. Na
extremidade da ocular esto localizados os retculos, formados por dois fios
ortogonais: o fio nivelador (horizontal) e o fio colimador (vertical). Alguns
equipamentos possuem tambm dois fios horizontais equidistantes do fio nivelador,
que denominados de fios estadimtricos, que so utilizados para a avaliao de
distncias.
Em alguns instrumentos antigos, como o teodolito astronmico WILD T4, o poder de
ampliao da luneta era de 80 vezes. Na maioria dos casos dos instrumentos atuais,
entretanto, o poder de ampliao de 30 vezes. Ver figura 3.5:
Figura 3. 5: Luneta
RetculoOcular
Objetiva
Tubo porta retculoTubo portaocular
Tubo portaobjetiva
RetculoOcular
Objetiva
Tubo porta retculoTubo portaocular
Tubo portaobjetiva
49
3.2.1.4 Nveis de bolha tubulares e nveis digitais
O nvel de bolha tubular um tubo de vidro fechado em suas extremidades e seu
interior parcialmente cheio de um lquido voltil capaz de conservar a bolha com
uma proximidade relativamente estvel para as variaes normais da temperatura.
Geralmente se usa lcool sinttico purificado. Quando o tubo se inclina, a bolha se
move sempre rumo ao ponto mais alto do tubo, porque o ar mais leve que o
lquido. A posio relativa da bolha est localizada atravs de graduaes que
ocorrem em intervalos mais ou menos regulares sobre a superfcie exterior do tubo,
espaadas a uma distncia de 2 mm. A orientao a linha imaginria longitudinal
central tangente superfcie superior interna do recipiente. Quando a bolha est no
centro da sua trajetria, a orientao deve ser uma linha horizontal. Em um
instrumento de nivelao que usa bolha niveladora, se esta for ajustada
corretamente, sua linha de visada est em paralelo com a orientao do nvel de
bolha. Em seguida, ao centrar a bolha, a linha de visada fica na horizontal.
A sensibilidade do nvel determina o raio de curvatura que se d no processo de
fabricao. O maior raio corresponde melhor sensibilidade da bolha. Em trabalhos de
preciso indispensvel que a bolha seja muito sensvel, mas uma grande
sensibilidade pode as vezes ser um inconveniente em levantamentos pouco precisos.
Um movimento ligeiro da bolha deve ser acompanhada por uma mudana pequena,
porm perceptvel, na leitura observada a uma distncia aproximada de 200 metros.
A sensibilidade do nvel expressa-se em duas formas:
a) Pelo ngulo, em segundos e;
b) Pelo raio de curvatura do tubo. Se uma diviso subtende um ngulo de 20 no
centro, se diz que o nvel tem bolhas de 20. Uma bolha de 20 em um nvel
cujas divises so de 2 mm, tem um raio de aproximadamente de 68 ps (
20,726 metros). A sensibilidade dos nveis de bolha na maioria dos nveis de
inclinao (e em nveis mais velhos com telescpio curto) varia de 20 a 40"
aproximadamente.
50
A relao entre sensibilidade e o raio de curvatura se determina rapidamente. Se
medido em radianos, um ngulo subtendido por um arco cujo raio e comprimento
so de R e S, respectivamente, dada por:
R
S=
Ento, para uma bolha de 20 "com divises de 2 mm, no nvel de bolha, por
substituio:
R
mm
rad
2
/"265,206
"20=
Resolvendo o valor de R,
psmmmradmm
R 686.20625,20"20
/265,206*2==== (aproximadamente)
A Figura 3.6 ilustra exemplos de nveis: esfrico, tubular e digital.
(3.1)
(3.2)
51
Nvel Esfrico
Nvel Tubular
Nvel Digital
Figura 3.6: Nveis utilizados para a verticalizao do Eixo Principal
3.2.1.5 Parafusos de chamada:
Os parafusos de chamada so os elementos de ajuste. Eles so usados para se
realizar os ajustes finos nas medies. Os parafusos de chamada se dividem em:
Parafuso de chamada do limbo horizontal;
Parafuso de chamada do limbo vertical; e
Parafuso de chamada do movimento geral.
Tais elementos so indispensveis para a obteno de uma coincidncia perfeita da
linha de colimao com o objeto visado.
52
3.2.1.6 Parafusos calantes ou niveladores
Os parafusos calantes ou parafusos niveladores so utilizados para nivelar (calar) o
instrumento a partir dos nveis de bolha ou nvel digital. Como os mesmos
encontram-se conectados a base nivelante, ao gir-los adequadamente, inclina-se o
corpo do instrumento na direo desejada realizando assim o nivelamento do
mesmo. Ver Figura 3.7:
Figura 3.7: Parafusos calantes
Com auxlio da bolha cilndrica, usam-se os parafusos calantes (trs), coloca-se o
eixo longitudinal da bolha cilndrica paralelo a um par de parafusos, e mexendo
nestes dois parafusos, simultaneamente, girando-os um no sentido horrio e outro
no anti-horrio, at centralizar a bolha. Em seguida, gira-se o aparelho at que o
53
eixo longitudinal da bolha fique perpendicular com a posio anterior e girando o
parafuso restante at que centralize a bolha. D-se um giro qualquer no aparelho e,
se a bolha cilndrica continuar centralizada, ento o aparelho estar nivelado.
3.2.1.7 Base nivelante
Bases nivelantes so os instrumentos mais versteis da agrimensura e devem ser
periodicamente testados e ajustados. Bases nivelantes usam uma bolha circular para
o nivelamento e podem ou no usar fio de prumo embutido. A seguir na Figura 3.8
apresentada a seo transversal de uma base nivelante profissional da fabricante
Leica Geosystems, modelo GDF 122.
Figura 3.8: Seo Transversal de uma base nivelante
3.2.1.8 Visor para leitura das medies
As medies dos ngulos e das distncias so feitas a partir de codificadores
eletrnicos e exibidos em um visor instalado no corpo do instrumento. Ver Figura 3.9
54
Figura 3.9: Visor da estao total da fabricante Leica Geosystems, modelo TCA 1201+
3.2.1.9 Compensador de Inclinao
O compensador no interior do aparelho equilibra a inclinao do eixo vertical em
direo ao ponto visado e faz com que a pontaria seja perfeitamente feita na
horizontal.
As estaes totais modernas esto equipadas com um duplo eixo compensador, que
corrige automaticamente ngulos horizontais e verticais para qualquer desvio em
relao linha prumo.
3.2.1.10 EDM ou Medidor Eletrnico de Distncia
Um avano importante para a topografia, que ocorreu h aproximadamente 50 anos,
foi a utilizao de instrumentos para medio eletrnica de distncias (MED). Estes
mecanismos determinam a distncia por meio da medio indireta do tempo que
toma a energia eletromagntica de velocidade conhecida de viajar de um extremo da
linha ao outro e regressar. Na prtica, a energia se transmite de um extremo da
linha a outro e regressa a um ponto inicial, desta maneira viaja o dobro da distncia
55
da trajetria. Os instrumentos de MED tornaram possvel medir distncias exatas, de
forma mais rpida e fcil. Se possvel, uma linha direta de visada pode ser
mensurada por distncias longas ou em terrenos inacessveis.
Na gerao atual, os instrumentos de MED trazem incorporados teodolitos digitais e
microprocessadores, para criar assim instrumentos de estao total. Tais
instrumentos podem medir distncias e ngulos simultaneamente e
automaticamente. O microprocessador recebe o comprimento medido da inclinao e
o ngulo zenital (ou vertical), calcula as componentes horizontais e verticais das
distncias, e as exibe em tempo real.
3.2.2 Nveis
Os nveis so instrumentos destinados determinao de altura entre dois ou mais
pontos sobre a superfcie terrestre. De acordo com a classificao dos mesmos, eles
podem alcanar precises sub-milmtricas.
De acordo com Veiga4 et al. (2003) apud Brum (2005), os nveis digitais possuem os
mesmos componentes mecnicos e ticos de um instrumento tradicional, mas
distingui no que se refere a forma de leitura. Esta baseia-se na decodificao de um
cdigo de barras existente na mira.
O movimento geral do aparelho realiza-se como no processo mecnico, ou seja,
aponta-se o nvel para a mira e realiza a focalizao. Aps isto, pressiona-se o boto
de leitura e os dados so adquiridos e memorizados pelo instrumento.
4 VEIGA, L. A. K. ; FAGGION, Pedro Luis ; FREITAS, Silvio Rogrio Correia de ; SANTOS, Daniel Perozzo dos . Desnveis de primeira ordem com estao total. In: Curso de Ps-Graduao em Cincias Geodsicas - UFPR. (Org.). Srie em Cincias Geodsicas: Novos desenvolvimentos da Cincias Geodsicas. Curitiba: Universidade Federal do Paran, 2003, v. 3, p. 155-166.
56
3.2.2.1 Sistema de eixos
Para que o usurio possa compreender melhor o funcionamento de um nvel, na
Figura 3.10 so apresentados os trs eixos principais de um nvel:
Eixo principal ou e rotao (ZZ)
Eixo tico ou linha de visada ou eixo de colimao (OO)
Eixo do nvel tubular ou tangente central (HH)
Figura 3.10: Sistema de eixo de um nvel
57
Na Figura 3.11 so apresentados os principais componentes de um nvel:
Figura 3.11: Principais componentes de um nvel
Os autores classificam os nveis baseando-se no princpio de funcionamento ou na
preciso dos mesmos.
Os nveis classificados como pertencentes a classe de transio so os equipamentos
denominados como nveis de engenheiro ( preciso maior que 10mm/km). A classe
com equipamentos cuja preciso maior que 3 mm/km corresponde aos
denominados nveis de construo. Por fim, a classe com equipamentos cuja preciso
menor que 3 mm/km corresponde aos equipamentos considerados de preciso.
A Tabela 3.2 (pg. 37) traz a classificao de nveis de acordo com a norma ABNT
NBR 13133:1994.
Para os propsitos deste trabalho os nveis sero classificados da seguinte forma:
Nveis ticos mecnicos e automticos;
58
Nveis digitais; e
Nveis laser.
A seguir descrevem-se as principais caractersticas de cada um dos tipos de nveis:
3.2.2.2 Nveis ticos mecnicos
Um nvel tico consiste de um telescpio equipado com nvel de bolha ou
compensador automtico para garantir visadas longas horizontais e verticais usando
mira graduada.
Os nveis ticos so classificados em nveis mecnicos e automticos. Nos nveis
ticos mecnicos, o nivelamento de calagem (fino) do aparelho feito com o auxlio
de nveis de bolha bipartida. Os nveis automticos possuem um dispositivo de
compensao, que mantm a linha horizontal de visada quando os instrumentos so
nivelados. A linha de visada nivelada automaticamente, usando-se um sistema
compensador (pendular).
3.2.2.3 Nveis Digitais
Os nveis digitais denominam-se automticos porque usam um compensador
pendular para autoniverlar-se, depois que o operador tenha efetuado um
nivelamento prvio aproximado atravs de uma bolha. Com o telescpio e o fio de
retculo, esse instrumento pode ser utilizado para obter leituras manualmente, como
em qualquer outro nvel automtico.
59
A Figura 3.12 apresenta uma ilustrao de nvel digital:
Figura 3.12: Exemplo de um nvel digital do fabricante Leica Geosystems. Fonte: http://www.leica-geosystems.co.uk/en/Levels-Digital-Electronic-Levels_5291.htm
3.2.2.4 Nveis a laser
Estes tipos de instrumentos caracterizam-se pela substituio da luneta por um feixe
laser rotativo. O aparelho lana um feixe de raio laser no plano horizontal ou
inclinado, visvel ou invisvel. A partir da rotao do emissor do raio laser, a
varredura horizontal igual a 360. Para a obteno da altura dos pontos da rea de
varredura utiliza-se um detector de raio laser conectado a uma rgua graduada.
Devido ao fato do raio laser definir um plano horizontal ou inclinado sobre a rea de
varredura, esse tipo de equipamento tem sido usado como elemento auxiliar em
mquinas de terraplenagem e de escavao. Ver Figura 3.13:
60
Figura 3.13: Exemplo de Nvel laser Leica Rugby 100 LR Fonte: http://www.leica-geosystems.com/en/index.htm
3.2.3 Antenas receptoras GNSS
Devido complexidade deste assunto e considerando que neste trabalho o interesse
bsico a calibrao de uma antena GNSS, ser feito a seguir uma breve descrio
das principais funes e dos fundamentais componentes de uma antena receptora
GNSS. Para mais informaes recomenda-se: Kraus (1988), Lorrain et al. (1988),
Johnson (1993), Rothammel (1995), Balanis (1998), Carr (1998), Machado (2002) e
Ribeiro (2002).
O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) define antena receptora
GNSS como sendo a parte de um sistema de transmisso ou recepo responsvel
por irradiar ou receber ondas eletromagnticas (IEEE, 1983, p. 7).
A antena receptora GNSS um mecanismo com finalidade de captao das ondas
eletromagnticas nas faixas de radiofreqncia da banda L (Pinker5 et al. 1998 apud
FREIBERGER;2007), sendo formada basicamente de componentes metlicos
5 PINKER, A.; ADAMS, S.; PEEPLES, D. (1998). The saga of L. 1998. In: Proceedings of the National Technical Meeting "Navigation 2000". ION GPS, January 21-23, 1998, California.
61
dispostos em diversas configuraes cujas dimenses so fornecidas em funo do
comprimento de onda.
A deteco das ondas eletromagnticas vindas dos satlites responsabilidade das
antenas receptoras GNSS. Elas funcionam como sensores que traduzem o sinal do
satlite incidente em informaes de amplitudes e fase.
Segundo Tranquilla6 et al. (1989; p.356) apud Freiberger (2004, p. 05), a antena do
receptor GNSS converte a energia da onda em corrente eltrica, eleva a fora do
sinal e pe disposio os sinais ao processador do receptor e finalmente deve ser
capaz de rejeitar os sinais que esto fora do seu campo de operao.
Tipos de antenas GNSS
Segundo Seeber7 (1993; p. 230) apud Freiberger (2007; p. 36), os modelos de
antenas receptoras GNSS (Ver Figura 3.14) disponveis para o emprego na recepo
dos sinais so:
Monopolo ou dipolo;
Helicoidal;
Helicoidal espiral;
Microstrip ou patch;
Choke Ring;
Geodsica mod. 5700;
Geodsia Zephyr e
Dipolo
6 TRANQUILLA, J. M.; COLPITTS, B. G.; CARR, J. P. (1989). Measurement of low-multipath Antennas for Topex. In: 5th INTERNATIONAL GEODETIC SYMPOSIUM ON SATELLITE POSITIONING. Las Cruces, New Mexico. P. 356-361. 7 SEEBER, G. (1993). Satellite Geodesy. Berlin: de Gruyter.
62
Figura 3. 14: Tipos de antenas receptoras GNSS. (Fonte: http://www.shammas.eng.br/.../012006gps/gpsc5.2.jpg)
Dentre as vrias cl
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