Parte 1: Requisiti dei punti chiave per il dispositivo di prova della tastiera Solenoide
1.1 Requisiti del campo magnetico
Per azionare efficacemente i tasti della tastiera, i solenoidi dei dispositivi di prova per tastiere devono generare un'intensità di campo magnetico sufficiente. I requisiti specifici di intensità del campo magnetico dipendono dal tipo e dal design dei tasti della tastiera. In generale, l'intensità del campo magnetico dovrebbe essere in grado di generare un'attrazione sufficiente affinché la pressione del tasto soddisfi i requisiti di trigger del design della tastiera. Questa intensità è solitamente compresa tra decine e centinaia di Gauss (G).
1.2 Requisiti di velocità di risposta
Il dispositivo di test per tastiere deve testare ogni tasto rapidamente, quindi la velocità di risposta del solenoide è fondamentale. Dopo aver ricevuto il segnale di test, il solenoide deve essere in grado di generare un campo magnetico sufficiente in tempi brevissimi per azionare l'azione del tasto. Il tempo di risposta è solitamente richiesto nell'ordine dei millisecondi (ms). La rapida pressione e il rilascio dei tasti possono essere simulati con precisione, rilevando così efficacemente le prestazioni dei tasti della tastiera, inclusi i relativi parametri, senza alcun ritardo.
1.3 Requisiti di accuratezza
La precisione di azionamento del solenoide è fondamentale per la precisione del dispositivo di test della tastiera. Deve controllare con precisione la profondità e la forza della pressione dei tasti. Ad esempio, quando si testano alcune tastiere con funzioni di trigger multilivello, come alcune tastiere da gioco, i tasti possono avere due modalità di trigger: pressione leggera e pressione forte. Il solenoide deve essere in grado di simulare con precisione queste due diverse forze di trigger. La precisione include la precisione di posizione (che controlla la precisione di spostamento della pressione del tasto) e la precisione della forza. La precisione di spostamento potrebbe essere richiesta entro 0,1 mm e la precisione della forza potrebbe essere di circa ±0,1 N secondo diversi standard di test per garantire l'accuratezza e l'affidabilità dei risultati.
1.4 Requisiti di stabilità
Un funzionamento stabile a lungo termine è un requisito importante per il solenoide del dispositivo di test per tastiere. Durante il test continuo, le prestazioni del solenoide non possono variare in modo significativo. Ciò include la stabilità dell'intensità del campo magnetico, la stabilità della velocità di risposta e la stabilità della precisione di azione. Ad esempio, nei test di produzione di tastiere su larga scala, il solenoide potrebbe dover funzionare ininterrottamente per diverse ore o addirittura giorni. Durante questo periodo, se le prestazioni dell'elettromagnete fluttuano, come l'indebolimento dell'intensità del campo magnetico o la bassa velocità di risposta, i risultati del test saranno imprecisi, influenzando la valutazione della qualità del prodotto.
1.5 Requisiti di durabilità
Data la necessità di azionare frequentemente l'azione dei tasti, il solenoide deve avere un'elevata durata. Le bobine e lo stantuffo interni del solenoide devono essere in grado di resistere a frequenti conversioni elettromagnetiche e sollecitazioni meccaniche. In generale, il solenoide del dispositivo di prova per tastiere deve essere in grado di resistere a milioni di cicli di azionamento e, in questo modo, non si verificheranno problemi che influiscano sulle prestazioni, come la bruciatura della bobina del solenoide e l'usura del nucleo. Ad esempio, l'utilizzo di filo smaltato di alta qualità per realizzare le bobine può migliorarne la resistenza all'usura e alle alte temperature, mentre la scelta di un materiale per il nucleo adatto (come un materiale magnetico dolce) può ridurre la perdita per isteresi e l'affaticamento meccanico del nucleo.
Parte 2: Struttura del solenoide del tester della tastiera
2.1 Bobina del solenoide
- Materiale del filo: per realizzare la bobina del solenoide si utilizza solitamente filo smaltato. Uno strato di vernice isolante all'esterno del filo smaltato impedisce cortocircuiti tra le bobine del solenoide. Tra i materiali più comuni per i fili smaltati c'è il rame, poiché il rame ha una buona conduttività e può ridurre efficacemente la resistenza, riducendo così la perdita di energia durante il passaggio di corrente e migliorando l'efficienza dell'elettromagnete.
- Progettazione del numero di spire: il numero di spire è il fattore chiave che influenza l'intensità del campo magnetico del solenoide tubolare per il dispositivo di test delle tastiere. Maggiore è il numero di spire, maggiore sarà l'intensità del campo magnetico generato a parità di corrente. Tuttavia, un numero eccessivo di spire aumenterà anche la resistenza della bobina, causando problemi di surriscaldamento. Pertanto, è fondamentale progettare il numero di spire in base all'intensità del campo magnetico richiesta e alle condizioni di alimentazione. Ad esempio, per un solenoide per dispositivo di test delle tastiere che richiede un'intensità del campo magnetico maggiore, il numero di spire può variare da centinaia a migliaia.
- Forma della bobina del solenoide: la bobina del solenoide è generalmente avvolta su un telaio adatto e la sua forma è solitamente cilindrica. Questa forma favorisce la concentrazione e la distribuzione uniforme del campo magnetico, in modo che, durante la pressione dei tasti, il campo magnetico possa agire in modo più efficace sui componenti di azionamento dei tasti.
2.2 Pistone solenoide
- Materiale dello stantuffo: lo stantuffo è un componente importante del solenoide e la sua funzione principale è quella di amplificare il campo magnetico. Generalmente, vengono selezionati materiali magnetici dolci come l'acciaio al carbonio puro per uso elettrico e le lamiere di acciaio al silicio. L'elevata permeabilità magnetica dei materiali magnetici dolci può facilitare il passaggio del campo magnetico attraverso il nucleo, aumentando così l'intensità del campo magnetico dell'elettromagnete. Prendendo come esempio le lamiere di acciaio al silicio, si tratta di una lamiera di acciaio legato contenente silicio. Grazie all'aggiunta di silicio, le perdite per isteresi e le perdite per correnti parassite del nucleo vengono ridotte e l'efficienza dell'elettromagnete viene migliorata.
- Forma a stantuffo: la forma del nucleo solitamente corrisponde a quella della bobina del solenoide ed è prevalentemente tubolare. In alcuni modelli, è presente una parte sporgente a un'estremità dello stantuffo, che viene utilizzata per entrare in contatto diretto o avvicinarsi ai componenti di azionamento dei tasti della tastiera, in modo da trasmettere meglio la forza del campo magnetico ai tasti e azionarne l'azione.
2.3 Alloggiamento
- Selezione del materiale: l'alloggiamento del solenoide del dispositivo di prova per tastiere protegge principalmente la bobina interna e il nucleo di ferro e può anche svolgere una certa funzione di schermatura elettromagnetica. Vengono solitamente utilizzati materiali metallici come acciaio inossidabile o acciaio al carbonio. L'alloggiamento in acciaio al carbonio offre maggiore robustezza e resistenza alla corrosione e può adattarsi a diversi ambienti di prova.
- Progettazione strutturale: la progettazione strutturale del guscio dovrebbe tenere conto della praticità di installazione e della dissipazione del calore. Di solito sono presenti fori o fessure di montaggio per facilitare il fissaggio dell'elettromagnete alla posizione corrispondente del tester per tastiera. Allo stesso tempo, il guscio può essere progettato con alette di dissipazione del calore o fori di ventilazione per facilitare la dissipazione del calore generato dalla bobina durante il funzionamento e prevenire danni all'elettromagnete dovuti al surriscaldamento.
Parte 3: Il funzionamento del solenoide del dispositivo di prova della tastiera si basa principalmente sul principio dell'induzione elettromagnetica.
3.1. Principio elettromagnetico di base
Quando la corrente attraversa la bobina del solenoide, secondo la legge di Ampère (detta anche legge della vite destrorsa), si genera un campo magnetico attorno all'elettromagnete. Se la bobina del solenoide è avvolta attorno al nucleo di ferro, poiché il nucleo di ferro è un materiale magnetico dolce con elevata permeabilità magnetica, le linee di campo magnetico si concentrano all'interno e attorno al nucleo di ferro, causandone la magnetizzazione. In questo momento, il nucleo di ferro si comporta come un potente magnete, generando un intenso campo magnetico.
3.2. Ad esempio, prendendo come esempio un semplice solenoide tubolare, quando la corrente scorre in un'estremità della bobina del solenoide, secondo la regola della vite a destra, si tiene la bobina con quattro dita rivolte nella direzione della corrente, e la direzione indicata dal pollice è il polo nord del campo magnetico. L'intensità del campo magnetico è correlata all'intensità della corrente e al numero di spire della bobina. Questa relazione può essere descritta dalla legge di Biot-Savart. In una certa misura, maggiore è la corrente e maggiore è il numero di spire, maggiore è l'intensità del campo magnetico.
3.3 Processo di guida dei tasti della tastiera
3.3.1. Nei dispositivi di prova per tastiere, quando il solenoide del dispositivo viene attivato, viene generato un campo magnetico che attrae le parti metalliche dei tasti (come il perno del tasto o schegge di metallo, ecc.). Nelle tastiere meccaniche, il perno del tasto contiene solitamente parti metalliche e il campo magnetico generato dall'elettromagnete attrae il perno verso il basso, simulando così l'azione del tasto premuto.
3.3.2. Prendendo come esempio la comune tastiera meccanica ad asse blu, la forza del campo magnetico generata dall'elettromagnete agisce sulla parte metallica dell'asse blu, vincendo la forza elastica e l'attrito dell'asse, causandone il movimento verso il basso, attivando il circuito interno della tastiera e generando un segnale di pressione del tasto. Quando l'elettromagnete viene spento, il campo magnetico scompare e l'asse del tasto torna nella sua posizione originale sotto l'azione della sua stessa forza elastica (come la forza elastica della molla), simulando l'azione del rilascio del tasto.
3.3.3 Processo di controllo e test del segnale
- Il sistema di controllo nel tester per tastiere regola il tempo di accensione e spegnimento dell'elettromagnete per simulare diverse modalità di funzionamento dei tasti, come pressione breve, pressione lunga, ecc. Rilevando se la tastiera riesce a generare correttamente segnali elettrici (tramite il circuito e l'interfaccia della tastiera) durante queste operazioni simulate, è possibile testare la funzionalità dei tasti della tastiera.
