Parte 1: Requisito de puntos clave para el dispositivo de prueba del teclado Solenoide
1.1 Requisitos del campo magnético
Para accionar eficazmente las teclas del teclado, los solenoides de los dispositivos de prueba deben generar suficiente intensidad de campo magnético. Los requisitos específicos de intensidad de campo magnético dependen del tipo y diseño de las teclas. En general, la intensidad de campo magnético debe generar suficiente atracción para que la pulsación de la tecla cumpla con los requisitos de activación del diseño del teclado. Esta intensidad suele estar entre decenas y centenas de Gauss (G).
1.2 Requisitos de velocidad de respuesta
El dispositivo de prueba de teclados debe probar cada tecla rápidamente, por lo que la velocidad de respuesta del solenoide es crucial. Tras recibir la señal de prueba, el solenoide debe generar un campo magnético suficiente en muy poco tiempo para accionar la tecla. El tiempo de respuesta suele ser del orden de milisegundos (ms). La rápida pulsación y liberación de las teclas se puede simular con precisión, detectando así eficazmente el rendimiento de las teclas, incluyendo sus parámetros, sin demora.
1.3 Requisitos de precisión
La precisión de la acción del solenoide es crucial para la precisión del dispositivo de prueba de teclados. Este debe controlar con precisión la profundidad y la fuerza de la pulsación de las teclas. Por ejemplo, al probar algunos teclados con funciones de disparo multinivel, como algunos teclados para juegos, las teclas pueden tener dos modos de disparo: pulsación suave y pulsación fuerte. El solenoide debe ser capaz de simular con precisión estas dos fuerzas de disparo. La precisión incluye la precisión de la posición (que controla la precisión del desplazamiento de la pulsación) y la precisión de la fuerza. La precisión del desplazamiento puede ser inferior a 0,1 mm y la precisión de la fuerza puede ser de aproximadamente ±0,1 N, según diferentes estándares de prueba, para garantizar la precisión y la fiabilidad de los resultados.
1.4 Requisitos de estabilidad
El funcionamiento estable a largo plazo es un requisito importante para el solenoide del dispositivo de prueba de teclados. Durante la prueba continua, el rendimiento del solenoide no puede fluctuar significativamente. Esto incluye la estabilidad de la intensidad del campo magnético, la estabilidad de la velocidad de respuesta y la estabilidad de la precisión de la acción. Por ejemplo, en pruebas de producción de teclados a gran escala, el solenoide puede necesitar funcionar continuamente durante varias horas o incluso días. Durante este período, si el rendimiento del electroimán fluctúa, como por ejemplo, debido a un debilitamiento de la intensidad del campo magnético o una velocidad de respuesta lenta, los resultados de la prueba serán inexactos, lo que afectará la evaluación de la calidad del producto.
1.5 Requisitos de durabilidad
Debido a la necesidad de accionar frecuentemente la tecla, el solenoide debe ser muy duradero. Las bobinas internas del solenoide y el émbolo deben soportar la conversión electromagnética frecuente y la tensión mecánica. En general, el solenoide del dispositivo de prueba de teclados debe soportar millones de ciclos de acción, lo que evita problemas que afecten al rendimiento, como la rotura de la bobina del solenoide y el desgaste del núcleo. Por ejemplo, el uso de alambre esmaltado de alta calidad para fabricar bobinas puede mejorar su resistencia al desgaste y a las altas temperaturas, y la elección de un material adecuado para el núcleo (como un material magnético blando) puede reducir la pérdida por histéresis y la fatiga mecánica del núcleo.
Parte 2: Estructura del solenoide del comprobador de teclado
2.1 Bobina de solenoide
- Material del cable: El cable esmaltado se utiliza generalmente para fabricar la bobina del solenoide. El cable esmaltado tiene una capa de pintura aislante en su exterior para evitar cortocircuitos entre las bobinas. El cobre es un material común para el cable esmaltado, ya que posee buena conductividad y puede reducir eficazmente la resistencia, lo que reduce la pérdida de energía al pasar la corriente y mejora la eficiencia del electroimán.
- Diseño de espiras: El número de espiras es clave para la intensidad del campo magnético del solenoide tubular del dispositivo de prueba de teclado. Cuantas más espiras tenga, mayor será la intensidad del campo magnético generado con la misma corriente. Sin embargo, un número excesivo de espiras también aumentará la resistencia de la bobina, lo que provocará problemas de calentamiento. Por lo tanto, es fundamental diseñar el número de espiras de forma razonable según la intensidad del campo magnético requerida y las condiciones de alimentación. Por ejemplo, para un solenoide de un dispositivo de prueba de teclado que requiere una mayor intensidad de campo magnético, el número de espiras puede oscilar entre cientos y miles.
- Forma de la bobina del solenoide: La bobina del solenoide generalmente se enrolla en un marco adecuado y su forma suele ser cilíndrica. Esta forma favorece la concentración y distribución uniforme del campo magnético, de modo que, al accionar las teclas del teclado, este pueda actuar con mayor eficacia sobre los componentes de accionamiento.
2.2 Émbolo del solenoide
- Material del émbolo: El émbolo es un componente importante del solenoide y su función principal es aumentar el campo magnético. Generalmente, se seleccionan materiales magnéticos blandos, como acero al carbono puro eléctrico y láminas de acero al silicio. La alta permeabilidad magnética de estos materiales facilita el paso del campo magnético a través del núcleo, mejorando así la intensidad del campo magnético del electroimán. Por ejemplo, las láminas de acero al silicio son láminas de acero aleado que contienen silicio. Gracias a la adición de silicio, se reducen las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas del núcleo, mejorando así la eficiencia del electroimán.
- Forma del émbolo: La forma del núcleo suele coincidir con la bobina del solenoide y es mayoritariamente tubular. En algunos diseños, el émbolo cuenta con una pieza saliente en un extremo, que se utiliza para contactar directamente con los componentes de accionamiento de las teclas, a fin de transmitir mejor la fuerza del campo magnético a las teclas y accionar su acción.
2.3 Vivienda
- Selección del material: La carcasa del solenoide del dispositivo de prueba de teclado protege principalmente la bobina interna y el núcleo de hierro, y también puede desempeñar una función de blindaje electromagnético. Se suelen utilizar materiales metálicos como el acero inoxidable o el acero al carbono. La carcasa de acero al carbono ofrece mayor resistencia y resistencia a la corrosión, y se adapta a diferentes entornos de prueba.
- Diseño estructural: El diseño estructural de la carcasa debe considerar la facilidad de instalación y la disipación de calor. Generalmente, incluye orificios o ranuras de montaje para facilitar la fijación del electroimán en la posición correspondiente del comprobador de teclado. Asimismo, la carcasa puede estar diseñada con aletas de disipación de calor o orificios de ventilación para disipar el calor generado por la bobina durante el funcionamiento y evitar daños al electroimán por sobrecalentamiento.
Parte 3: El funcionamiento del solenoide del dispositivo de prueba de teclado se basa principalmente en el principio de inducción electromagnética.
3.1. Principio electromagnético básico
Cuando la corriente pasa por la bobina del solenoide, según la ley de Ampere (también llamada ley del tornillo de la derecha), se genera un campo magnético alrededor del electroimán. Si la bobina se enrolla alrededor del núcleo de hierro, dado que este es un material magnético blando con alta permeabilidad magnética, las líneas de campo magnético se concentran dentro y alrededor del núcleo, magnetizándolo. En este momento, el núcleo de hierro actúa como un potente imán, generando un intenso campo magnético.
3.2. Por ejemplo, tomando un solenoide tubular simple como ejemplo, cuando la corriente fluye hacia un extremo de la bobina, según la regla del tornillo de la mano derecha, sujete la bobina con cuatro dedos apuntando en la dirección de la corriente, y la dirección señalada por el pulgar es el polo norte del campo magnético. La intensidad del campo magnético está relacionada con la magnitud de la corriente y el número de espiras de la bobina. Esta relación se puede describir mediante la ley de Biot-Savart. En cierta medida, a mayor corriente y mayor número de espiras, mayor es la intensidad del campo magnético.
3.3 Proceso de accionamiento de las teclas del teclado
3.3.1. En un dispositivo de prueba de teclados, al activarse el solenoide, se genera un campo magnético que atrae las partes metálicas de las teclas (como el eje de la tecla, fragmentos metálicos, etc.). En los teclados mecánicos, el eje de la tecla suele contener partes metálicas, y el campo magnético generado por el electroimán atrae el eje hacia abajo, simulando así la acción de presionar la tecla.
3.3.2. Tomando como ejemplo el teclado mecánico común de eje azul, la fuerza del campo magnético generado por el electroimán actúa sobre la parte metálica del eje azul, superando la fuerza elástica y la fricción del eje, provocando su desplazamiento hacia abajo, activando el circuito interno del teclado y generando una señal de pulsación de tecla. Al apagar el electroimán, el campo magnético desaparece y el eje de la tecla vuelve a su posición original bajo la acción de su propia fuerza elástica (como la fuerza elástica del resorte), simulando la acción de soltar la tecla.
3.3.3 Proceso de control y prueba de señales
- El sistema de control del comprobador de teclado controla el tiempo de encendido y apagado del electroimán para simular diferentes modos de funcionamiento de las teclas, como pulsación corta, pulsación larga, etc. Al detectar si el teclado puede generar correctamente señales eléctricas (a través del circuito y la interfaz del teclado) bajo estas operaciones de teclas simuladas, se puede probar la función de las teclas del teclado.
