Časť 1: Kľúčové požiadavky na solenoid zariadenia na testovanie klávesnice
1.1 Požiadavky na magnetické pole
Aby bolo možné efektívne ovládať klávesy klávesnice, solenoidy testovacieho zariadenia klávesnice musia generovať dostatočnú silu magnetického poľa. Špecifické požiadavky na silu magnetického poľa závisia od typu a dizajnu klávesov klávesnice. Vo všeobecnosti by sila magnetického poľa mala byť schopná generovať dostatočnú príťažlivosť, aby stlačenie klávesu spĺňalo požiadavky na spustenie dané dizajnom klávesnice. Táto sila sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí desiatok až stoviek Gaussov (G).
1.2 Požiadavky na rýchlosť odozvy
Zariadenie na testovanie klávesnice musí testovať každý kláves rýchlo, takže rýchlosť odozvy solenoidu je kľúčová. Po prijatí testovacieho signálu by mal byť solenoid schopný vygenerovať dostatočné magnetické pole vo veľmi krátkom čase na spustenie činnosti klávesu. Doba odozvy sa zvyčajne vyžaduje na úrovni milisekúnd (ms). Rýchle stláčanie a uvoľňovanie klávesov sa dá presne simulovať, čím sa efektívne detekuje výkon klávesov klávesnice vrátane ich parametrov bez akéhokoľvek oneskorenia.
1.3 Požiadavky na presnosť
Presnosť činnosti solenoidu je kľúčová pre presnosť testovania klávesnice. Musí presne kontrolovať hĺbku a silu stlačenia klávesu. Napríklad pri testovaní niektorých klávesníc s viacúrovňovými spúšťacími funkciami, ako sú niektoré herné klávesnice, môžu mať klávesy dva režimy spúšťania: ľahké stlačenie a silné stlačenie. Solenoid musí byť schopný presne simulovať tieto dve rôzne spúšťacie sily. Presnosť zahŕňa presnosť polohy (ovládanie presnosti posunutia stlačenia klávesu) a presnosť sily. Presnosť posunutia môže byť v rozmedzí 0,1 mm a presnosť sily môže byť okolo ±0,1 N podľa rôznych testovacích noriem, aby sa zabezpečila presnosť a spoľahlivosť výsledkov testov.
1.4 Požiadavky na stabilitu
Dôležitou požiadavkou pre solenoid testovacieho zariadenia klávesnice je dlhodobá stabilná prevádzka. Počas nepretržitého testu nesmie výkon solenoidu výrazne kolísať. Patria sem stabilita sily magnetického poľa, stabilita rýchlosti odozvy a stabilita presnosti činnosti. Napríklad pri testovaní výroby klávesníc vo veľkom meradle môže solenoid potrebovať pracovať nepretržite niekoľko hodín alebo dokonca dní. Počas tohto obdobia, ak výkon elektromagnetu kolíše, napríklad oslabuje silu magnetického poľa alebo je rýchlosť odozvy pomalá, výsledky testu budú nepresné, čo ovplyvní hodnotenie kvality produktu.
1.5 Požiadavky na trvanlivosť
Vzhľadom na potrebu častého ovládania kľúča musí mať solenoid vysokú odolnosť. Vnútorné cievky solenoidu a piest musia byť schopné odolať častým elektromagnetickým premenám a mechanickému namáhaniu. Vo všeobecnosti musí byť solenoid testovacieho zariadenia na klávesnici schopný odolať miliónom cyklov činnosti a v tomto procese sa nevyskytnú žiadne problémy ovplyvňujúce výkon, ako je vyhorenie cievky solenoidu a opotrebovanie jadra. Napríklad použitie vysoko kvalitného smaltovaného drôtu na výrobu cievok môže zlepšiť ich odolnosť proti opotrebovaniu a odolnosť voči vysokým teplotám a výber vhodného materiálu jadra (napríklad mäkkého magnetického materiálu) môže znížiť hysterézne straty a mechanickú únavu jadra.
Časť 2: Štruktúra solenoidu testera klávesnice
2.1 Cievka solenoidu
- Materiál drôtu: Na výrobu cievky solenoidu sa zvyčajne používa smaltovaný drôt. Na vonkajšej strane smaltovaného drôtu je vrstva izolačnej farby, ktorá zabraňuje skratom medzi cievkami solenoidu. Medzi bežné materiály smaltovaných drôtov patrí meď, pretože meď má dobrú vodivosť a dokáže účinne znižovať odpor, čím sa znižujú straty energie pri prechode prúdu a zlepšuje sa účinnosť elektromagnetu.
- Návrh závitov: Počet závitov je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim silu magnetického poľa rúrkového solenoidu pre testovacie zariadenie klávesnice. Čím viac závitov, tým väčšia je sila magnetického poľa generovaná pri rovnakom prúde. Príliš veľa závitov však tiež zvýši odpor cievky, čo vedie k problémom s ohrevom. Preto je veľmi dôležité rozumne navrhnúť počet závitov podľa požadovanej sily magnetického poľa a podmienok napájania. Napríklad pre solenoid testovacieho zariadenia klávesnice, ktorý vyžaduje vyššiu silu magnetického poľa, môže byť počet závitov stovky až tisíce.
- Tvar cievky solenoidu: Cievka solenoidu je zvyčajne navinutá na vhodnom ráme a jej tvar je zvyčajne valcový. Tento tvar prispieva ku koncentrácii a rovnomernému rozloženiu magnetického poľa, takže pri ovládaní klávesov môže magnetické pole účinnejšie pôsobiť na hnacie komponenty klávesov.
2.2 Solenoidový piest
- Materiál piestu: Piest je dôležitou súčasťou solenoidu a jeho hlavnou funkciou je zosilnenie magnetického poľa. Vo všeobecnosti sa vyberajú mäkké magnetické materiály, ako je čistá uhlíková oceľ z elektrotechniky a kremíkové oceľové plechy. Vysoká magnetická permeabilita mäkkých magnetických materiálov uľahčuje prechod magnetického poľa cez jadro, čím sa zvyšuje intenzita magnetického poľa elektromagnetu. Napríklad kremíkové oceľové plechy sú vyrobené z legovanej ocele s obsahom kremíka. Pridaním kremíka sa znižujú hysterézne straty a straty vírivými prúdmi v jadre a zlepšuje sa účinnosť elektromagnetu.
- Tvar piestu: Tvar jadra sa zvyčajne zhoduje s tvarom cievky solenoidu a je väčšinou rúrkový. V niektorých prevedeniach je na jednom konci piestu vyčnievajúca časť, ktorá slúži na priamy kontakt alebo priblíženie sa k hnacím komponentom klávesov klávesnice, aby sa lepšie prenášala sila magnetického poľa na klávesy a riadila sa ich činnosť.
2.3 Bývanie
- Výber materiálu: Kryt solenoidu testovacieho zariadenia klávesnice chráni hlavne vnútornú cievku a železné jadro a môže tiež zohrávať určitú úlohu elektromagnetického tienenia. Zvyčajne sa používajú kovové materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ alebo uhlíková oceľ. Kryt z uhlíkovej ocele má vyššiu pevnosť a odolnosť voči korózii a dokáže sa prispôsobiť rôznym testovacím podmienkam.
- Konštrukčné riešenie: Konštrukčné riešenie plášťa by malo zohľadňovať pohodlie inštalácie a odvod tepla. Zvyčajne sú k dispozícii montážne otvory alebo drážky, ktoré uľahčujú upevnenie elektromagnetu na príslušnú pozíciu testera klávesnice. Zároveň môže byť plášť navrhnutý s rebrami na odvod tepla alebo vetracími otvormi, ktoré uľahčujú odvádzanie tepla generovaného cievkou počas prevádzky a zabraňujú poškodeniu elektromagnetu v dôsledku prehriatia.
Časť 3: Činnosť solenoidu testovacieho zariadenia klávesnice je založená hlavne na princípe elektromagnetickej indukcie.
3.1. Základný elektromagnetický princíp
Keď prúd prechádza cievkou solenoidu, podľa Ampérovho zákona (nazývaného aj zákon pravotočivej skrutky) sa okolo elektromagnetu vytvorí magnetické pole. Ak je cievka solenoidu navinutá okolo železného jadra, keďže železné jadro je mäkký magnetický materiál s vysokou magnetickou permeabilitou, siločiary magnetického poľa sa koncentrujú vo vnútri a okolo železného jadra, čo spôsobuje jeho zmagnetizovanie. V tomto okamihu je železné jadro ako silný magnet, ktorý vytvára silné magnetické pole.
3.2. Napríklad, vezmime si ako príklad jednoduchý rúrkový solenoid. Keď prúd tečie do jedného konca cievky solenoidu, podľa pravidla pravorukej skrutky držte cievku štyrmi prstami smerujúcimi v smere prúdu a smerom palca, ktorý je severným pólom magnetického poľa, je severný pól magnetického poľa. Sila magnetického poľa súvisí s veľkosťou prúdu a počtom závitov cievky. Tento vzťah možno opísať Biot-Savartovým zákonom. Do istej miery platí, že čím väčší je prúd a čím viac závitov, tým väčšia je sila magnetického poľa.
3.3 Proces ovládania klávesov na klávesnici
3.3.1. V zariadení na testovanie klávesnice sa po aktivácii solenoidu zariadenia na testovanie klávesnice vygeneruje magnetické pole, ktoré priťahuje kovové časti klávesov (ako napríklad driek klávesu alebo kovové črepiny atď.). Pri mechanických klávesniciach driek klávesu zvyčajne obsahuje kovové časti a magnetické pole generované elektromagnetom priťahuje driek k pohybu smerom nadol, čím simuluje činnosť stlačeného klávesu.
3.3.2. Vezmime si ako príklad bežnú mechanickú klávesnicu s modrou osou. Sila magnetického poľa generovaná elektromagnetom pôsobí na kovovú časť modrej osi, prekonáva elastickú silu a trenie osi, spôsobuje pohyb osi smerom nadol, spúšťa obvod vo vnútri klávesnice a generuje signál stlačenia klávesu. Keď sa elektromagnet vypne, magnetické pole zmizne a os klávesu sa pôsobením vlastnej elastickej sily (napríklad elastickej sily pružiny) vráti do pôvodnej polohy, čím simuluje činnosť uvoľnenia klávesu.
3.3.3 Riadenie signálu a proces testovania
- Riadiaci systém v testeri klávesnice riadi čas zapnutia a vypnutia elektromagnetu, aby simuloval rôzne režimy ovládania klávesov, ako napríklad krátke stlačenie, dlhé stlačenie atď. Funkciu klávesov klávesnice je možné otestovať detekciou, či klávesnica dokáže správne generovať elektrické signály (prostredníctvom obvodu a rozhrania klávesnice) pri týchto simulovaných operáciách s klávesmi.