Partea 1: Cerințe cheie pentru solenoidul dispozitivului de testare a tastaturii
1.1 Cerințe privind câmpul magnetic
Pentru a acționa eficient tastele tastaturii, solenoizii dispozitivelor de testare a tastaturii trebuie să genereze o intensitate suficientă a câmpului magnetic. Cerințele specifice privind intensitatea câmpului magnetic depind de tipul și designul tastelor tastaturii. În general, intensitatea câmpului magnetic ar trebui să fie capabilă să genereze o atracție suficientă, astfel încât apăsarea tastei să îndeplinească cerințele de declanșare ale designului tastaturii. Această intensitate este de obicei cuprinsă între zeci și sute de Gauss (G).
1.2 Cerințe privind viteza de răspuns
Dispozitivul de testare a tastaturii trebuie să testeze fiecare tastă rapid, așadar viteza de răspuns a solenoidului este crucială. După primirea semnalului de testare, solenoidul ar trebui să poată genera un câmp magnetic suficient într-un timp foarte scurt pentru a acționa acțiunea tastei. Timpul de răspuns este de obicei necesar să fie la nivelul milisecundelor (ms). Apăsarea și eliberarea rapidă a tastelor pot fi simulate cu precizie, detectând astfel eficient performanța tastelor tastaturii, inclusiv parametrii acestora, fără nicio întârziere.
1.3 Cerințe de precizie
Precizia acțiunii solenoidului este crucială pentru testarea precisă a tastaturii. Acesta trebuie să controleze cu precizie adâncimea și forța de apăsare a tastelor. De exemplu, atunci când se testează unele tastaturi cu funcții de declanșare pe mai multe niveluri, cum ar fi unele tastaturi de gaming, tastele pot avea două moduri de declanșare: apăsare ușoară și apăsare puternică. Solenoidul trebuie să poată simula cu precizie aceste două forțe de declanșare diferite. Precizia include precizia poziției (controlul preciziei deplasării la apăsarea tastelor) și precizia forței. Precizia de deplasare poate fi necesară în limita a 0,1 mm, iar precizia forței poate fi în jur de ±0,1 N, conform diferitelor standarde de testare, pentru a asigura acuratețea și fiabilitatea rezultatelor testului.
1.4 Cerințe de stabilitate
Funcționarea stabilă pe termen lung este o cerință importantă pentru solenoidul dispozitivului de testare a tastaturii. În timpul testului continuu, performanța solenoidulului nu poate fluctua semnificativ. Aceasta include stabilitatea intensității câmpului magnetic, stabilitatea vitezei de răspuns și stabilitatea preciziei acțiunii. De exemplu, în testarea producției de tastaturi la scară largă, solenoidul poate necesita funcționare continuă timp de câteva ore sau chiar zile. În această perioadă, dacă performanța electromagnetului fluctuează, cum ar fi slăbirea intensității câmpului magnetic sau viteza de răspuns lentă, rezultatele testului vor fi inexacte, afectând evaluarea calității produsului.
1.5 Cerințe de durabilitate
Datorită necesității de a acționa frecvent acțiunea tastei, solenoidul trebuie să aibă o durabilitate ridicată. Bobinele interne ale solenoidului și pistonul trebuie să poată rezista la conversii electromagnetice frecvente și solicitări mecanice. În general, solenoidul dispozitivului de testare a tastaturii trebuie să poată rezista la milioane de cicluri de acționare, iar în acest proces, nu vor exista probleme care să afecteze performanța, cum ar fi arderea bobinei solenoidului și uzura miezului. De exemplu, utilizarea sârmei emailate de înaltă calitate pentru fabricarea bobinelor poate îmbunătăți rezistența la uzură și rezistența la temperaturi ridicate, iar alegerea unui material adecvat pentru miez (cum ar fi materialul magnetic moale) poate reduce pierderile de histerezis și oboseala mecanică a miezului.
Partea 2: Structura solenoidului testerului de tastatură
2.1 Bobină solenoid
- Materialul sârmei: Sârma emailată este de obicei utilizată pentru fabricarea bobinei solenoidului. Există un strat de vopsea izolatoare pe exteriorul sârmei emailate pentru a preveni scurtcircuitele între bobinele solenoidului. Printre materialele comune pentru sârma emailată se numără cuprul, deoarece cuprul are o conductivitate bună și poate reduce eficient rezistența, reducând astfel pierderile de energie la trecerea curentului și îmbunătățind eficiența electromagnetului.
- Proiectarea spirelor: Numărul de spire este factorul cheie care afectează intensitatea câmpului magnetic al solenoidului tubular pentru testarea tastaturii. Cu cât sunt mai multe spire, cu atât este mai mare intensitatea câmpului magnetic generat sub același curent. Cu toate acestea, prea multe spire vor crește și rezistența bobinei, ducând la probleme de încălzire. Prin urmare, este foarte important să se proiecteze în mod rezonabil numărul de spire în funcție de intensitatea câmpului magnetic necesară și de condițiile de alimentare. De exemplu, pentru un solenoid pentru testarea tastaturii care necesită o intensitate mai mare a câmpului magnetic, numărul de spire poate fi între sute și mii.
- Forma bobinei solenoidului: Bobina solenoidului este în general înfășurată pe un cadru adecvat, iar forma este de obicei cilindrică. Această formă favorizează concentrarea și distribuția uniformă a câmpului magnetic, astfel încât, atunci când se acționează tastele tastaturii, câmpul magnetic poate acționa mai eficient asupra componentelor de acționare ale tastelor.
2.2 Piston solenoid
- Materialul pistonului: Pistonul este o componentă importantă a solenoidului, iar funcția sa principală este de a îmbunătăți câmpul magnetic. În general, se selectează materiale magnetice moi, cum ar fi oțelul carbon pur electric și tablele de oțel siliconic. Permeabilitatea magnetică ridicată a materialelor magnetice moi poate facilita trecerea câmpului magnetic prin miez, sporind astfel intensitatea câmpului magnetic al electromagnetului. Luând ca exemplu tablele de oțel siliconic, aceasta este o tablă de oțel aliat care conține siliciu. Datorită adăugării de siliciu, pierderile prin histerezis și pierderile prin curenți turbionari ale miezului sunt reduse, iar eficiența electromagnetului este îmbunătățită.
- Forma pistonului: Forma miezului se potrivește de obicei cu cea a bobinei solenoidului și este în mare parte tubulară. În unele modele, există o parte proeminentă la un capăt al pistonului, care este utilizată pentru a contacta sau a se apropia direct de componentele de acționare ale tastelor tastaturii, astfel încât să transmită mai bine forța câmpului magnetic către taste și să acționeze acțiunea tastei.
2.3 Locuințe
- Selectarea materialelor: Carcasa solenoidului dispozitivului de testare a tastaturii protejează în principal bobina internă și miezul de fier și poate juca, de asemenea, un anumit rol de ecranare electromagnetică. De obicei, se utilizează materiale metalice precum oțelul inoxidabil sau oțelul carbon. Carcasa din oțel carbon are o rezistență și o coroziune mai mari și se poate adapta la diferite medii de testare.
- Proiectare structurală: Proiectarea structurală a carcasei trebuie să ia în considerare confortul instalării și disiparea căldurii. De obicei, există găuri sau fante de montare pentru a facilita fixarea electromagnetului în poziția corespunzătoare a testerului de tastatură. În același timp, carcasa poate fi proiectată cu aripioare de disipare a căldurii sau găuri de ventilație pentru a facilita disiparea căldurii generate de bobină în timpul funcționării și pentru a preveni deteriorarea electromagnetului din cauza supraîncălzirii.
Partea 3: Funcționarea solenoidului dispozitivului de testare a tastaturii se bazează în principal pe principiul inducției electromagnetice.
3.1. Principiul electromagnetic de bază
Când curentul trece prin bobina solenoidului, conform legii lui Ampere (numită și legea șurubului drept), se va genera un câmp magnetic în jurul electromagnetului. Dacă bobina solenoidului este înfășurată în jurul miezului de fier, deoarece miezul de fier este un material magnetic moale cu permeabilitate magnetică ridicată, liniile câmpului magnetic se vor concentra în interiorul și în jurul miezului de fier, provocând magnetizarea miezului de fier. În acest moment, miezul de fier se comportă ca un magnet puternic, generând un câmp magnetic puternic.
3.2. De exemplu, luând un solenoid tubular simplu, atunci când curentul curge într-un capăt al bobinei solenoidului, conform regulii șurubului drept, țineți bobina cu patru degete îndreptate în direcția curentului, iar direcția indicată de degetul mare este polul nord al câmpului magnetic. Intensitatea câmpului magnetic este legată de mărimea curentului și de numărul de spire ale bobinei. Relația poate fi descrisă prin legea Biot-Savart. Într-o oarecare măsură, cu cât curentul este mai mare și cu cât sunt mai multe spire, cu atât intensitatea câmpului magnetic este mai mare.
3.3 Procesul de acționare a tastelor tastaturii
3.3.1. În cazul unui dispozitiv de testare a tastaturii, atunci când solenoidul dispozitivului este alimentat, se generează un câmp magnetic care va atrage părțile metalice ale tastelor tastaturii (cum ar fi axul tastei sau șrapnelul metalic etc.). În cazul tastaturilor mecanice, axul tastei conține de obicei părți metalice, iar câmpul magnetic generat de electromagnet va atrage axul pentru a se deplasa în jos, simulând astfel acțiunea apăsării tastei.
3.3.2. Luând ca exemplu tastatura mecanică cu axă albastră comună, forța câmpului magnetic generată de electromagnet acționează asupra părții metalice a axei albastre, depășind forța elastică și frecarea axei, determinând deplasarea axei în jos, declanșând circuitul din interiorul tastaturii și generând un semnal de apăsare a tastei. Când electromagnetul este oprit, câmpul magnetic dispare, iar axa tastei revine la poziția inițială sub acțiunea propriei forțe elastice (cum ar fi forța elastică a arcului), simulând acțiunea de eliberare a tastei.
3.3.3 Procesul de control și testare a semnalului
- Sistemul de control din testerul de tastatură controlează timpul de pornire și oprire a electromagnetului pentru a simula diferite moduri de operare a tastelor, cum ar fi apăsarea scurtă, apăsarea lungă etc. Prin detectarea dacă tastatura poate genera corect semnale electrice (prin circuitul și interfața tastaturii) în timpul acestor operațiuni simulate ale tastelor, se poate testa funcția tastelor tastaturii.
