Del 1: Vigtigste krav til tastaturtestenhed Solenoid
1.1 Krav til magnetfelt
For effektivt at kunne styre tastaturtaster skal solenoider til tastaturtestenheder generere tilstrækkelig magnetfeltstyrke. De specifikke krav til magnetfeltstyrke afhænger af typen og designet af tastaturtasterne. Generelt skal magnetfeltstyrken være i stand til at generere tilstrækkelig tiltrækning, så tastetrykket opfylder tastaturdesignets udløserkrav. Denne styrke ligger normalt i området fra ti til hundredvis af Gauss (G).
1.2 Krav til responshastighed
Tastaturtestenheden skal teste hver tast hurtigt, så solenoidens responshastighed er afgørende. Efter at have modtaget testsignalet skal solenoiden være i stand til at generere et tilstrækkeligt magnetfelt på meget kort tid til at drive tastehandlingen. Reaktionstiden skal normalt være på millisekundniveau (ms). Hurtig tryk og slip af tasterne kan simuleres nøjagtigt, hvorved tastaturtasternes ydeevne, inklusive dens parametre, effektivt kan registreres uden forsinkelse.
1.3 Nøjagtighedskrav
Solenoidens præcision er afgørende for nøjagtigheden. Tastaturtestenheden. Den skal præcist kunne styre dybden og kraften af tastetrykket. For eksempel, når man tester nogle tastaturer med multi-level triggerfunktioner, såsom nogle gaming-tastaturer, kan tasterne have to triggertilstande: let tryk og kraftigt tryk. Solenoiden skal være i stand til præcist at simulere disse to forskellige triggerkræfter. Nøjagtigheden omfatter positionsnøjagtighed (kontrol af forskydningsnøjagtigheden af tastetrykket) og kraftnøjagtighed. Forskydningsnøjagtigheden kan være påkrævet inden for 0,1 mm, og kraftnøjagtigheden kan være omkring ±0,1 N i henhold til forskellige teststandarder for at sikre nøjagtigheden og pålideligheden af testresultaterne.
1.4 Stabilitetskrav
Langvarig stabil drift er et vigtigt krav for solenoiden på tastaturtestenheden. Under kontinuerlig test må solenoidens ydeevne ikke svinge væsentligt. Dette inkluderer stabiliteten af magnetfeltstyrken, stabiliteten af responshastigheden og stabiliteten af handlingens nøjagtighed. For eksempel kan solenoiden i storstilet test af tastaturproduktion være nødt til at arbejde kontinuerligt i flere timer eller endda dage. Hvis elektromagnetens ydeevne svinger i denne periode, såsom svækkelse af magnetfeltstyrken eller langsom responshastighed, vil testresultaterne være unøjagtige, hvilket påvirker evalueringen af produktkvaliteten.
1.5 Holdbarhedskrav
Da nøglefunktionen skal aktiveres hyppigt, skal solenoiden have en høj holdbarhed. De interne solenoidspoler og stemplet skal kunne modstå hyppig elektromagnetisk konvertering og mekanisk belastning. Generelt skal en solenoid til tastaturtestanordninger kunne modstå millioner af aktionscyklusser, og i denne proces vil der ikke være problemer, der påvirker ydeevnen, såsom udbrænding af solenoidspolen og slid på kernen. For eksempel kan brugen af emaljeret tråd af høj kvalitet til fremstilling af spoler forbedre deres slidstyrke og høje temperaturbestandighed, og valg af et passende kernemateriale (såsom blødt magnetisk materiale) kan reducere hysterese-tab og mekanisk træthed i kernen.
Del 2: Struktur af tastaturtesterens solenoid
2.1 Magnetspole
- Trådmateriale: Emaljeret tråd bruges normalt til at fremstille solenoidspolen. Der er et lag isolerende maling på ydersiden af den emaljerede tråd for at forhindre kortslutninger mellem solenoidspolerne. Almindelige emaljerede trådmaterialer omfatter kobber, fordi kobber har god ledningsevne og effektivt kan reducere modstand, hvorved energitab ved strømføring reduceres og elektromagnetens effektivitet forbedres.
- Vindingsdesign: Antallet af vindinger er den afgørende faktor, der påvirker magnetfeltstyrken af den rørformede solenoid til tastaturtestenheds solenoid. Jo flere vindinger, desto større er den magnetiske feltstyrke, der genereres under den samme strøm. For mange vindinger vil dog også øge spolens modstand, hvilket fører til opvarmningsproblemer. Derfor er det meget vigtigt at designe antallet af vindinger rimeligt i henhold til den nødvendige magnetfeltstyrke og strømforsyningsforholdene. For eksempel, for en tastaturtestenheds solenoid, der kræver en højere magnetfeltstyrke, kan antallet af vindinger være mellem hundreder og tusinder.
- Magnetspolens form: Magnetspolen er generelt viklet på en passende ramme, og formen er normalt cylindrisk. Denne form er befordrende for koncentrationen og den ensartede fordeling af magnetfeltet, således at magnetfeltet kan virke mere effektivt på tasternes drivkomponenter, når tastaturtasterne styres.
2.2 Magnetstempel
- Stempelmateriale: Stemplet er en vigtig del af solenoiden, og dets hovedfunktion er at forstærke magnetfeltet. Generelt vælges bløde magnetiske materialer såsom elektrisk rent kulstofstål og siliciumstålplader. Den høje magnetiske permeabilitet af bløde magnetiske materialer kan gøre det lettere for magnetfeltet at passere gennem kernen, hvorved elektromagnetens magnetfeltstyrke forbedres. Hvis vi tager siliciumstålplader som eksempel, er det en siliciumholdig legeret stålplade. På grund af tilsætningen af silicium reduceres hysteresetabet og hvirvelstrømstabet i kernen, og elektromagnetens effektivitet forbedres.
- Stempelform: Kernens form matcher normalt solenoidspolen og er for det meste rørformet. I nogle designs er der en fremspringende del i den ene ende af stemplet, som bruges til at kontakte eller nærme sig de drivende komponenter på tastaturtasterne for bedre at overføre magnetfeltkraften til tasterne og drive tastefunktionen.
2.3 Boliger
- Materialevalg: Huset til tastaturtestenheden (solenoid) beskytter primært den indvendige spole og jernkernen og kan også spille en vis rolle som elektromagnetisk afskærmning. Der anvendes normalt metalmaterialer som rustfrit stål eller kulstofstål. Huset til kulstofstål har højere styrke og korrosionsbestandighed og kan tilpasses forskellige testmiljøer.
- Strukturelt design: I det strukturelle design af skallen skal der tages hensyn til bekvemmeligheden ved installation og varmeafledning. Der er normalt monteringshuller eller slidser for at lette fastgørelsen af elektromagneten til den tilsvarende position på tastaturtesteren. Samtidig kan skallen være designet med varmeafledningsfinner eller ventilationshuller for at lette den varme, der genereres af spolen under drift, og forhindre beskadigelse af elektromagneten på grund af overophedning.
Del 3: Virkemåden af tastaturtestenhedens solenoid er hovedsageligt baseret på princippet om elektromagnetisk induktion.
3.1. Grundlæggende elektromagnetisk princip
Når strøm passerer gennem solenoidens solenoidspole, vil der ifølge Amperes lov (også kaldet højreskrueloven) blive genereret et magnetfelt omkring elektromagneten. Hvis solenoidspolen er viklet omkring jernkernen, vil magnetfeltlinjerne koncentreres inde i og omkring jernkernen, da jernkernen er et blødt magnetisk materiale med høj magnetisk permeabilitet, hvilket får jernkernen til at blive magnetiseret. På dette tidspunkt er jernkernen som en stærk magnet, der genererer et stærkt magnetfelt.
3.2. Hvis vi for eksempel tager en simpel rørformet solenoid, og strømmen flyder ind i den ene ende af solenoidspolen, skal spolen, i henhold til højreskruereglen, holdes med fire fingre pegende i strømmens retning, og tommelfingerens retning er magnetfeltets nordpol. Magnetfeltets styrke er relateret til strømmens størrelse og antallet af spolens vindinger. Forholdet kan beskrives ved Biot-Savarts lov. Til en vis grad gælder det, at jo større strømmen er, og jo flere vindinger, desto større er magnetfeltets styrke.
3.3 Betjeningsproces for tastaturtaster
3.3.1. I en tastaturtestenhed genereres et magnetfelt, når tastaturtestenhedens solenoid aktiveres, som tiltrækker metaldelene på tastaturtasterne (såsom tastens skaft eller metalsplint osv.). For mekaniske tastaturer indeholder tastens skaft normalt metaldele, og det magnetfelt, der genereres af elektromagneten, tiltrækker skaftet til at bevæge sig nedad og simulerer derved handlingen af den nedtrykkede tast.
3.3.2. Hvis vi tager det almindelige mekaniske tastatur med blå akse som eksempel, virker den magnetiske feltkraft, der genereres af elektromagneten, på metaldelen af den blå akse og overvinder aksens elastiske kraft og friktion. Dette får aksen til at bevæge sig nedad, hvilket udløser kredsløbet inde i tastaturet og genererer et signal om tastetryk. Når elektromagneten slukkes, forsvinder magnetfeltet, og tasteaksen vender tilbage til sin oprindelige position under påvirkning af sin egen elastiske kraft (såsom fjederens elastiske kraft), hvilket simulerer, at tasten slippes.
3.3.3 Signalstyring og testproces
- Kontrolsystemet i tastaturtesteren styrer tænd- og sluk-tiden for elektromagneten for at simulere forskellige tastefunktioner, såsom kort tryk, langt tryk osv. Ved at detektere, om tastaturet korrekt kan generere elektriske signaler (gennem tastaturets kredsløb og grænseflade) under disse simulerede tastefunktioner, kan tastaturtasternes funktion testes.
