Medidor de deriva do giroscópio com desvio de Allan

Um teste de funciona-ou-não responde a uma pergunta de sim ou não: os eixos respondem quando se roda o celular? Isto responde a um quanto que não se vê rodando coisa nenhuma: com o celular completamente parado, com que rapidez o rumo indicado se afasta da verdade. São falhas diferentes. Um giroscópio pode passar todos os testes funcionais e ainda assim derivar demasiado para segurar uma âncora de realidade aumentada trinta segundos, e nenhuma quantidade de abanões o revelaria.

Porque aquilo que se mede só existe ao longo do tempo. O ruído branco aparece nos primeiros segundos; a deriva lenta da polarização — a parte que decide se fazer média ajuda — só se torna visível ao fim de dezenas de segundos, e o mínimo da curva de Allan costuma cair entre dez e cem segundos de média. Uma gravação de dez segundos daria o ruído e não diria nada sobre o piso, que é o número que interessa.

O ruído angular em graus por raiz de hora é ruído branco: diz que ao fim de t horas a integrar, o rumo se desviou tantos graus vezes a raiz de t. A instabilidade de polarização em graus por hora é o piso — o nível abaixo do qual fazer média durante mais tempo já não melhora nada. Ambas são as unidades de uma ficha de sensor inercial, e é isso que torna o seu celular comparável com um componente a sério. Um bom giroscópio MEMS de consumo anda por 0,5 a 3 °/√h com um piso de dezenas de graus por hora; um de grau de navegação é mil vezes melhor e custa em conformidade.

Então mexeu-se aquilo em que a mesa estava assente. Passos num soalho de madeira, o compressor de um frigorífico, uma máquina de lavar dois cômodos adiante e um ônibus na rua veem-se todos com esta sensibilidade: um giroscópio que resolve milésimos de grau por segundo não é um instrumento meigo. Experimente o chão em vez de uma secretária, ou outra hora do dia. A recusa é deliberada: uma gravação do edifício é uma excelente medição do edifício e uma medição inútil do sensor.

Quase de certeza que não, e esta página mostra-lhe a aritmética em vez de o afirmar. Um girocompasso funciona sentindo a própria rotação da Terra: 15,04 graus por hora, dos quais um giroscópio nivelado veria a componente horizontal correspondente à sua latitude. Senti-la exige uma deriva bem abaixo disso — quando muito alguns graus por hora. Os giroscópios de celular assentam tipicamente em dezenas de graus por hora, ou seja algumas vezes a velocidade horizontal da Terra e não cem vezes, como se poderia supor; o problema é que um piso não é ruído, e esperar mais não o baixa. A página imprime os dois números lado a lado e, se alguma vez tiver na mão um celular cuja razão fique abaixo de um, esse é um aparelho verdadeiramente notável.

Em parte porque deve: a polarização de um giroscópio MEMS depende da temperatura, e um celular que esteve no bolso continua a arrefecer durante vários minutos. Em parte porque a cauda de uma curva de Allan é feita de um punhado de médias e é genuinamente ruidosa — e é por isso que cada ponto do gráfico leva a sua própria barra de erro e o piso não é lido do extremo direito. Duas gravações num celular já estabilizado devem concordar dentro de dezenas de por cento; se diferirem por um fator de vários, alguma coisa se está se mexendo no cômodo.

Não, embora lhe diga o que uma calibração renderia. A polarização em repouso mostrada aqui é exatamente aquilo que uma calibração subtrairia — e a página mostra o erro de rumo com e sem ela, o que costuma ser uma ordem de grandeza. Só que a polarização deriva com a temperatura e com o tempo, portanto subtrair amanhã o valor de hoje recupera apenas parte. A instabilidade de polarização é a parte que nenhuma calibração remove, e é por isso que é o número pelo qual se julga um sensor.