ジャイロスコープは、慣性系に対する回転速度を測定するセンサーです。したがって、回転時のその後の方向の変化をすべて捉えます。さらに、地球の座標系自体が回転しているため、地面に置かれたジャイロスコープも地球の回転速度（約1時間あたり15°）を検出します。ジャイロスコープは通常、出力を度／秒（°/s）またはラジアン／秒（rad/s）で表します。
どのように機能しますか？
実際のアプリケーションでは、システムは高頻度で回転速度を積分して、センサーの向きを高精度に決定します。したがって、この原理は、垂直ジャイロ、姿勢方位基準システム（AHRS）、モーションレファレンスユニット（MRU）、慣性航法システム（INS）を含む、すべての慣性センサーの基礎を形成します。
さらに、これらは INS フレームワーク内での位置と速度の決定において重要な役割を果たします。また、最高性能のジャイロスコープ（通常は閉ループ光ファイバージャイロ（FOG））は、バイアス推定を必要とせずに地球の自転を直接測定します。その結果、これらのセンサーは外部参照に頼らずに方位を決定でき、これはジャイロコンパス機能として知られています。ただし、方位を決定するための代替技術も存在し、この技術に対する厳格な制約を軽減するのに役立ちます。
ジャイロスコープにおけるコリオリとサニャック効果
動作原理に関して、SBG Systems のジャイロスコープは、回転を測定するためにコリオリ効果とサニャック効果の 2 つの主要な物理効果を利用しています。具体的には、コリオリ効果は MEMS ジャイロスコープで使用されます。試験質量が X 方向に振動すると、垂直な Z 軸を中心とした回転により、Y 軸に沿った動きを引き起こす力が生成されます。
したがって、いくつかのMEMSアーキテクチャは、通常、振動ビームまたはリングを使用して、この原理を実装しています。特に、これらのジャイロスコープの実際の性能は、MEMS素子のサイズや品質、センサーパッケージ、機械的および信号処理技術などの要因によって異なります。
FOGなどの光ファイバージャイロは、サニャック効果を利用して回転を測定します。この方法では、2つの光源が反対方向にループします。1つは時計回りで、もう1つは反時計回りです。回転がない場合、光波は同時に到達しますが、回転中には、一方の経路が長くなり、もう一方の経路が短くなります。その結果、干渉が発生し、これを測定して角速度を導き出すことができます。
慣性航法におけるジャイロスコープのアプリケーション
これらの原理が組み合わさることで、ジャイロスコープは、幅広いアプリケーションにおいて、正確で信頼性の高いモーションデータを提供できます。
航空
航空では、これらは航空機のナビゲーションと安定性にとって非常に重要です。これらは、次のシステムで使用されます。
- 姿勢指示器：これらの計器は、航空機の姿勢を水平線に対して表示し、パイロットが適切なピッチ角とロール角を維持するのに役立ちます。
- 自動操縦システム：ジャイロスコープは自動操縦システムにフィードバックを提供し、航空機の機首方位、高度、コースを自動的に制御できるようにします。
- 慣性航法システム（INS）：INS は、航空機の動きと向きを追跡するためにジャイロスコープに依存しており、GPS 信号が利用できない場合でも正確な位置情報を提供します。
海上ナビゲーション
海上ナビゲーションに関して、ジャイロスコープは船舶と潜水艦の安定性とコースの維持を支援します。
- ジャイロコンパス: ジャイロコンパスは、地球の磁場に依存せずに正確な方向情報を提供し、航海者が安定したコースを維持するのに役立ちます。
- 安定化システムは、これらのセンサーを使用してローリングやピッチングを軽減し、乗客の快適性を高め、安全性を確保します。
宇宙
宇宙船や人工衛星にとって、ジャイロスコープは姿勢制御に不可欠です。
- 姿勢制御システム：ジャイロスコープは、宇宙船の姿勢制御を支援し、ドッキング、位置決め、操縦などのタスクに不可欠な回転運動の正確な測定を提供します。
- 慣性計測装置（IMU）：ジャイロスコープを含むIMUは、宇宙空間での正確な位置特定と制御を保証するために、ナビゲーションと安定化を提供します。