Laboratorio de Instrumentos Topográficos

Este laboratorio dedica sus esfuerzos a la calibración de instrumental empleado en topografía e ingeniería civil: teodolitos, niveles ópticos, colimadores, distanciómetros electrónicos, miras codificadas, líneas base, etc.

Trazabilidad

El laboratorio recibe trazabilidad de otros laboratorios del Área de Longitud quedando sus calibraciones trazadas, en última instancia, al metro (longitud) y al radián (ángulo plano).

Proyectos

Uno de los proyectos actuales consiste en establecer la estructura y metodología necesaria para la calibración de sistemas láser tracker, ampliamente utilizados hoy día en la industria. Estos sistemas de medición portátil realizan mediciones angulares (en horizontal y en vertical) y longitudinales (distancias) desde un origen de coordenadas definido por el sistema hasta el vértice de retrorreflectores esféricos que se sitúan sobre los puntos de interés. Dichas mediciones se realizan mediante codificadores angulares e interferómetros láser y medidores absolutos de distancia (ADM), respectivamente.

Dado que el rango de medida de estos equipos es bastante amplio, de hasta la centena de metros e incluso más, y su exactitud es también considerablemente buena, la calibración de dichos sistemas constituye un reto que es necesario abordar para dar respuesta a las necesidades de los usuarios (industria aeronáutica y espacial principalmente).

Así, el interferómetro láser de los sistemas láser tracker se calibra por comparación con un láser de referencia. El laboratorio cuenta también con una malla patrón situada en una de las paredes del laboratorio y constituida por una serie de ‘nidos’ magnéticos, separados entre sí 1 m, listos para alojar los retrorreflectores habituales de los sistemas láser tracker.

La distancia entre nidos se determina con trazabilidad al patrón de longitud, por medio de un patrón materializado calibrado en un comparador interferométrico y un calibrador ajustable que transfiere la longitud del patrón materializado a las distancias entre nidos. Mediante modelos informáticos se simula la propagación de errores e incertidumbres de medida, además de controlar la estabilidad del conjunto.

Servicios

- Calibración de niveles y teodolitos

La calibración de niveles ópticos y la verificación de los ángulos verticales de los teodolitos se realiza con ayuda de colimadores ópticos.

        Colimador óptico patrón de horizontalidad

Asimismo, conjuntos de colimadores dispuestos horizontalmente permiten la calibración de los ángulos horizontales de los teodolitos, aplicando el concepto clásico de calibración, midiendo previamente los ángulos con un teodolito de gran exactitud, aunque el procedimiento utilizado considera como ángulos patrón, el promedio de los ángulos medidos con el instrumento a calibrar en diferentes partes de su círculo graduado.

     Teodolito enfrentado a conjunto de colimadores

- Calibración de miras

La calibración de las miras (reglas a trazos de buena exactitud, habitualmente de 2 m y 3 m de longitud), utilizadas en las tareas de nivelación, se realiza en un banco de granito equipado con un interferómetro láser. Sobre una guía desliza el sistema óptico y el retrorreflector del sistema interferométrico. El sistema óptico está constituido por un sistema de iluminación fría por fibra óptica, un generador digital de retículo y una cámara CCD con sistema de zoom, que presenta la imagen de los trazos de la mira en un monitor.

  Calibración de miras de ínvar en banco interferométrico

- Calibración de distanciómetros

La mayoría de los medidores de distancias de uso topográfico utilizan la longitud de onda del haz emitido, como patrón de medida de distancias. El método, denominado “de los excedentes fraccionarios”, consiste en determinar el número de semilongitudes de onda (parte entera más parte fraccionaria) comprendidas entre la emisión y el retorno del haz, tras ser reflejado éste por un reflector. Para poder obtener la solución matemática de la distancia, se establece un sistema de ecuaciones a partir de la emisión de tres ondas con diferentes frecuencias, midiéndose el desfase entre la emisión y la recepción, para cada una de ellas.

Otros instrumentos, calculan la distancia contando el tiempo transcurrido entre la emisión y la recepción. Por último algunos instrumentos modifican la frecuencia hasta que la onda emitida y la recibida estén en fase. Esta operación se realiza para varias frecuencias de emisión.

Estos medidores electro-ópticos utilizan habitualmente radiación infrarroja de (800÷900) nm de longitud de onda que, como cualquier onda electromagnética, se ve afectada por las condiciones atmosféricas durante su propagación.

La calibración de los medidores electro-ópticos de distancias de uso topográfico requiere tres fases:

a) la determinación del error de cero o falta de coincidencia entre el punto principal de un taquímetro y el origen de medida de distancias, que se determina mediante mediciones a tres hitos alineados.

 Hitos alineados para la determinación del error de cero

b) los errores cíclicos, que se producen a intervalos constantes, múltiplos de la longitud de onda patrón de medida de las distancias. Son debidos a recorridos ópticos indeseados o a errores en la medición de fase. La determinación de los errores cíclicos se realiza en un banco interferométrico de 25 m de capacidad, situado en el laboratorio.

Determinación de errores cíclicos de un MED en banco interferométrico y medida de su frecuencia

c) el error de escala, el cual se determina en campo, por comparación con una distancia conocida, materializando dentro del laboratorio distancias suficientemente grandes, p. ej., mediante múltiples reflexiones, o mediante la medida de la frecuencia de emisión.

-Calibración de distanciómetros láser de bolsillo

Los distanciómetros láser de tipo bolsillo, muy utilizados hoy en día como sustitutos de las clásicas cintas métricas, se calibran hasta una distancia de 50 m, sobre una línea base constituida por soportes ajustables fijados en una de las paredes del laboratorio. Cada soporte está separado 5 m de los adyacentes y está diseñado para acomodar tanto blancos como cabezales medidores. Las distancias entre soportes se determinan mediante el uso de una estación total trazada al patrón de longitud.

Los principales servicios de calibración prestados por el laboratorio son los siguientes:

  • Miras para nivelación [U ≥ (5+1,5∙L/m) µm]

  • Niveles topográficos (U ≥ 3")

  • Teodolitos (U ≥ 0,3 mgon = 1")

  • Colimadores (U ≥ 0,6 mgon = 2")

  • Distanciómetros electrónicos de uso topográfico (D ≤ 25 m)

  • [U ≥ Q( 0,1 ; 0,01 D/m) mm]

  • Distanciómetros láser "de bolsillo" (D ≤ 50 m) (U ≥ 1 mm)

  • Conjunto de colimadores para calibración de teodolitos (U ≥ 0,6 mgon = 2")

  • Línea base (distancia patrón) (U ≥ 0,5 mm)