Partie 1 : Exigences clés pour le dispositif de test du clavier Solénoïde
1.1 Exigences relatives au champ magnétique
Pour piloter efficacement les touches du clavier, les solénoïdes des appareils de test doivent générer un champ magnétique suffisant. Les exigences spécifiques en matière d'intensité du champ magnétique dépendent du type et de la conception des touches du clavier. En règle générale, l'intensité du champ magnétique doit générer une attraction suffisante pour que la pression sur la touche réponde aux exigences de déclenchement du clavier. Cette intensité est généralement comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de Gauss (G).
1.2 Exigences en matière de vitesse de réponse
Le dispositif de test de clavier doit tester chaque touche rapidement ; la rapidité de réponse du solénoïde est donc cruciale. Après réception du signal de test, le solénoïde doit être capable de générer un champ magnétique suffisant en très peu de temps pour activer la touche. Le temps de réponse doit généralement être de l'ordre de la milliseconde (ms). La rapidité d'appui et de relâchement des touches peut être simulée avec précision, permettant ainsi de détecter efficacement les performances des touches du clavier, y compris leurs paramètres, sans délai.
1.3 Exigences de précision
La précision de l'action du solénoïde est cruciale pour la précision du test du clavier. Il doit contrôler avec précision la profondeur et la force de la pression sur les touches. Par exemple, lors du test de certains claviers dotés de fonctions de déclenchement multi-niveaux, comme certains claviers de jeu, les touches peuvent avoir deux modes de déclenchement : pression légère et pression forte. Le solénoïde doit pouvoir simuler avec précision ces deux forces de déclenchement. La précision comprend la précision de positionnement (contrôle de la précision du déplacement de la touche) et la précision de force. La précision du déplacement peut être exigée à 0,1 mm près et la précision de force à environ ± 0,1 N selon différentes normes de test afin de garantir l'exactitude et la fiabilité des résultats.
1.4 Exigences de stabilité
Un fonctionnement stable à long terme est une exigence importante pour le solénoïde du dispositif de test de clavier. Lors d'un test continu, les performances du solénoïde ne doivent pas fluctuer de manière significative. Cela inclut la stabilité de l'intensité du champ magnétique, la stabilité de la vitesse de réponse et la stabilité de la précision de l'action. Par exemple, lors des tests de production de claviers à grande échelle, le solénoïde peut devoir fonctionner en continu pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours. Durant cette période, toute fluctuation des performances de l'électroaimant, par exemple un affaiblissement de l'intensité du champ magnétique ou une lenteur de la vitesse de réponse, peut fausser les résultats du test, ce qui affecte l'évaluation de la qualité du produit.
1.5 Exigences de durabilité
En raison de la nécessité d'actionner fréquemment les touches, le solénoïde doit présenter une grande durabilité. Les bobines et le plongeur internes du solénoïde doivent résister aux fréquentes conversions électromagnétiques et aux contraintes mécaniques. De manière générale, le solénoïde d'un dispositif de test de clavier doit pouvoir supporter des millions de cycles d'actionnement. Ainsi, aucun problème de performance, comme la brûlure de la bobine ou l'usure du noyau, ne se produit. Par exemple, l'utilisation de fil émaillé de haute qualité pour la fabrication des bobines peut améliorer leur résistance à l'usure et aux températures élevées, tandis que le choix d'un matériau de noyau adapté (tel qu'un matériau magnétique doux) peut réduire les pertes par hystérésis et la fatigue mécanique du noyau.
Partie 2 : Structure du solénoïde du testeur de clavier
2.1 Bobine solénoïde
- Matériau du fil : Le fil émaillé est généralement utilisé pour fabriquer la bobine du solénoïde. Une couche de peinture isolante recouvre l'extérieur du fil émaillé afin d'éviter les courts-circuits entre les bobines du solénoïde. Le cuivre est couramment utilisé pour les fils émaillés, car il présente une bonne conductivité et permet de réduire efficacement la résistance, limitant ainsi les pertes d'énergie lors du passage du courant et améliorant le rendement de l'électroaimant.
- Conception du nombre de tours : Le nombre de tours est un facteur clé de l'intensité du champ magnétique du solénoïde tubulaire du testeur de clavier. Plus le nombre de tours est élevé, plus l'intensité du champ magnétique généré sous le même courant est élevée. Cependant, un nombre trop élevé de tours augmente également la résistance de la bobine, ce qui entraîne des problèmes de surchauffe. Il est donc essentiel de concevoir le nombre de tours de manière judicieuse, en fonction de l'intensité du champ magnétique requise et des conditions d'alimentation. Par exemple, pour un solénoïde de testeur de clavier nécessitant une intensité de champ magnétique plus élevée, le nombre de tours peut varier de quelques centaines à quelques milliers.
- Forme de la bobine solénoïde : La bobine solénoïde est généralement enroulée sur un cadre approprié et sa forme est généralement cylindrique. Cette forme favorise la concentration et la répartition uniforme du champ magnétique, ce qui permet une meilleure efficacité du champ magnétique sur les composants d'entraînement des touches du clavier.
2.2 Solénoïde à piston
- Matériau du piston : Le piston est un composant important du solénoïde et sa principale fonction est d'amplifier le champ magnétique. On utilise généralement des matériaux magnétiques doux, tels que l'acier au carbone pur électrique et les tôles d'acier au silicium. Leur perméabilité élevée facilite la traversée du noyau par le champ magnétique, augmentant ainsi l'intensité du champ magnétique de l'électroaimant. Prenons l'exemple des tôles d'acier au silicium, qui sont des alliages d'acier contenant du silicium. L'ajout de silicium réduit les pertes par hystérésis et par courants de Foucault du noyau, améliorant ainsi le rendement de l'électroaimant.
- Forme du piston : La forme du noyau correspond généralement à celle de la bobine du solénoïde et est généralement tubulaire. Sur certains modèles, une partie saillante à l'une de ses extrémités permet d'entrer en contact direct avec les composants d'entraînement des touches du clavier, afin de mieux transmettre la force du champ magnétique aux touches et d'en optimiser l'actionnement.
2.3 Logement
- Choix des matériaux : Le boîtier du solénoïde de test de clavier protège principalement la bobine interne et le noyau en fer, et joue également un rôle de blindage électromagnétique. Des matériaux métalliques tels que l'acier inoxydable ou l'acier au carbone sont généralement utilisés. Le boîtier en acier au carbone offre une résistance accrue à la corrosion et s'adapte à différents environnements de test.
- Conception structurelle : La conception structurelle de la coque doit tenir compte de la facilité d'installation et de la dissipation thermique. Des trous ou des fentes de montage facilitent généralement la fixation de l'électroaimant à l'emplacement correspondant du testeur de clavier. La coque peut également être dotée d'ailettes de dissipation thermique ou de trous de ventilation pour faciliter la dissipation de la chaleur générée par la bobine pendant le fonctionnement et éviter tout dommage à l'électroaimant dû à une surchauffe.
Partie 3 : Le fonctionnement du solénoïde du dispositif de test du clavier est principalement basé sur le principe de l'induction électromagnétique.
3.1.Principe électromagnétique de base
Lorsque le courant traverse la bobine du solénoïde, selon la loi d'Ampère (également appelée loi de la vis à droite), un champ magnétique est généré autour de l'électroaimant. Si la bobine du solénoïde est enroulée autour du noyau de fer, ce dernier étant un matériau magnétique doux à haute perméabilité magnétique, les lignes de champ magnétique se concentrent à l'intérieur et autour du noyau, provoquant sa magnétisation. Le noyau de fer agit alors comme un aimant puissant, générant un champ magnétique intense.
3.2. Prenons l'exemple d'un solénoïde tubulaire simple : lorsque le courant circule à une extrémité de la bobine, selon la règle de la vis à main droite, tenez la bobine avec quatre doigts pointés dans la direction du courant. La direction indiquée par le pouce correspond au pôle nord du champ magnétique. L'intensité du champ magnétique est liée à l'intensité du courant et au nombre de spires de la bobine. Cette relation peut être décrite par la loi de Biot-Savart. Dans une certaine mesure, plus le courant est important et plus le nombre de spires est élevé, plus l'intensité du champ magnétique est élevée.
3.3 Processus de pilotage des touches du clavier
3.3.1. Dans un appareil de test de clavier, lorsque le solénoïde est alimenté, un champ magnétique est généré, qui attire les parties métalliques des touches du clavier (comme la tige de la touche ou les éclats métalliques, etc.). Sur les claviers mécaniques, la tige de la touche contient généralement des pièces métalliques, et le champ magnétique généré par l'électroaimant l'attire vers le bas, simulant ainsi l'action de la touche enfoncée.
3.3.2. Prenons l'exemple d'un clavier mécanique à axe bleu classique : le champ magnétique généré par l'électroaimant agit sur la partie métallique de l'axe bleu, surmontant la force élastique et le frottement de l'axe, provoquant son déplacement vers le bas, déclenchant le circuit interne du clavier et générant un signal d'appui sur la touche. Lorsque l'électroaimant est éteint, le champ magnétique disparaît et l'axe de la touche revient à sa position initiale sous l'action de sa propre force élastique (par exemple, celle du ressort), simulant le relâchement de la touche.
3.3.3 Processus de contrôle et de test du signal
- Le système de contrôle du testeur de clavier contrôle le temps de mise sous et hors tension de l'électroaimant pour simuler différents modes de fonctionnement des touches, tels qu'une pression courte, une pression longue, etc. En détectant si le clavier peut générer correctement des signaux électriques (via le circuit et l'interface du clavier) sous ces opérations de touches simulées, la fonction des touches du clavier peut être testée.
