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Gyros
Los giroscopios son uno de los tipos de sensores utilizados en la mayoría de las sistemas de navegación inercial (INS). Uno de los otros tipos de sensores utilizados en la mayoría de los sistemas de navegación inercial son acelerómetrosLos giroscopios no tienen en cuenta el movimiento lineal, sólo la rotación. A los giroscopios no les importa el movimiento lineal, sólo la rotación. Cuando se describen diferentes sistemas de navegación inercial, el término "giroscopio" puede tener diferentes significados, dependiendo del tipo de sistema que se esté describiendo.
En un sentido tradicional, un giroscopio emplea uno o más rotores giratorios sujetos en un cardán o suspendidos en algún otro sistema diseñado para aislarlos de la torsión externa. Ese tipo de giroscopio funciona porque una vez que el rotor gira, quiere mantener su eje o rotación. En otras palabras, si proyectas una línea a través del eje de giro del giroscopio, no importa cómo intentes torcer y girar el giroscopio, la línea proyectada siempre intentará permanecer apuntando hacia el mismo punto. Obviamente, el giroscopio podría verse forzado a moverse si se le aplicara un par de torsión, pero eso es lo que el cardán está diseñado para evitar.
Un cardán utiliza una serie de anillos concéntricos montados unos dentro de otros que están conectados mediante pivotes dispuestos ortogonalmente. Este diseño permite que el giróscopo gire libremente en tres ejes, siempre que los anillos no se bloqueen. El bloqueo de cardán se produce cuando dos ejes se alinean. En este estado, el cardán tiene dos grados de libertad en lugar de tres, por lo que es posible que un par externo aplicado en una dirección determinada afecte al eje de rotación.
Como el rotor del giroscopio quiere mantener su eje de rotación inicial, se pueden montar sensores en el cardán para medir el cambio relativo de orientación del marco externo al que está unido. De este modo, es posible mantener una imagen de cómo se orienta el marco externo con respecto al eje del giróscopo. La imagen de la izquierda lo ilustra.
Los giroscopios utilizados en los navegadores de correa no sufren de bloqueo de cardán. Esto se debe a que no son giroscopios en el sentido tradicional del término. Son dispositivos MEMS que miden la velocidad angular, normalmente en unidades de °/s (grados por segundo). Así que, independientemente de la dirección en la que apunte un giroscopio MEMS, siempre que no esté girando sobre su eje de medición, emitirá un valor de 0 °/s. Sin embargo, si el giroscopio gira sobre su eje de medición y tarda aproximadamente un segundo en realizar cada revolución, emitirá un valor de 360 °/s.
Esto sería positivo o negativo dependiendo de la dirección de la rotación.
Sensor MEMS de velocidad angular
Los giroscopios MEMS (sistema microelectromecánico) tienen muchas formas y tamaños. El eje de medición de este sensor de velocidad angular se muestra con la flecha roja. La rotación en la dirección de la flecha da un valor positivo, mientras que la dirección opuesta da una medición negativa. El movimiento lineal no se registra.
Los sensores de velocidad angular (giroscopios) miden la velocidad angular en o/s (grados por segundo). No "miden" la dirección, aunque se pueden utilizar sus mediciones para averiguar en qué dirección está orientado el sensor si se sabe en qué dirección estaba orientado al principio. Este sensor y el de la izquierda indicarían 0 o/s.
Este sensor está girando hacia la derecha y produciría un valor positivo. El resultado de la medición depende de la velocidad de rotación: cuanto mayor sea el número, más rápida será la rotación. Si el sensor viera un valor medio de 90 o/s durante 0,5 segundos, podríamos deducir que el sensor ha girado 45o en el sentido de las agujas del reloj.
Montando tres giroscopios en tres ejes perpendiculares entre sí es posible seguir la orientación de un objeto en el espacio tridimensional. En combinación con acelerómetros, es posible seguir la posición relativa, la orientación y la velocidad de un objeto, y siempre que conozcamos la posición inicial, podemos calcular la posición actual.
De esto se deduce que, al igual que ocurre con los acelerómetros, un giroscopio por sí solo no indica al INS hacia dónde está orientado.
Cuando se enciende por primera vez, lo único que sabe el giróscopo es a qué velocidad está girando. El INS se encarga de realizar un seguimiento de todas esas mediciones. Así que si el INS ve una velocidad media de 360 °/s durante exactamente 0,25 segundos sobre el eje z, sabe que, independientemente de la dirección a la que apuntaba al principio, ahora ha girado 90° (360 °/s ÷ 0,25 s = 90°). Por supuesto, si el INS sabía que estaba orientado hacia el norte antes del movimiento y también sabe que los valores positivos del giroscopio indican rotación en el sentido de las agujas del reloj, entonces puede calcular fácilmente que ahora está orientado hacia el este.
Al igual que es normal utilizar tres acelerómetros, es normal que el INS contenga tres giroscopios orientados para medir la rotación en torno a tres ejes mutuamente perpendiculares. De este modo, el INS puede medir su orientación en el espacio tridimensional. Para ello utiliza un proceso denominado cuenta atrás.
