ส่วนที่ 1: ข้อกำหนดจุดสำคัญสำหรับอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์โซลินอยด์
1.1 ข้อกำหนดด้านสนามแม่เหล็ก
เพื่อให้ขับเคลื่อนแป้นคีย์บอร์ดได้อย่างมีประสิทธิภาพ โซลินอยด์ของอุปกรณ์ทดสอบแป้นคีย์บอร์ดจะต้องสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มข้นเพียงพอ ข้อกำหนดด้านความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กที่เฉพาะเจาะจงนั้นขึ้นอยู่กับประเภทและการออกแบบแป้นคีย์บอร์ด โดยทั่วไปแล้ว ความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กควรสามารถสร้างแรงดึงดูดได้เพียงพอเพื่อให้การกดแป้นตรงตามข้อกำหนดของการออกแบบแป้นคีย์บอร์ด ความเข้มข้นนี้โดยปกติจะอยู่ในช่วงสิบถึงร้อยเกาส์ (G)
1.2 ข้อกำหนดความเร็วในการตอบสนอง
อุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์จำเป็นต้องทดสอบแต่ละปุ่มอย่างรวดเร็ว ดังนั้นความเร็วในการตอบสนองของโซลินอยด์จึงมีความสำคัญมาก หลังจากรับสัญญาณทดสอบแล้ว โซลินอยด์ควรสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่เพียงพอได้ภายในเวลาอันสั้นมากเพื่อขับเคลื่อนการทำงานของปุ่ม โดยปกติแล้ว เวลาตอบสนองจะต้องอยู่ที่ระดับมิลลิวินาที (ms) สามารถจำลองการกดและปล่อยปุ่มอย่างรวดเร็วได้อย่างแม่นยำ จึงสามารถตรวจจับประสิทธิภาพของปุ่มแป้นพิมพ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงพารามิเตอร์ต่างๆ โดยไม่เกิดความล่าช้าใดๆ
1.3 ข้อกำหนดความแม่นยำ
ความแม่นยำของการทำงานของโซลินอยด์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความแม่นยำของอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์ อุปกรณ์นี้ต้องควบคุมความลึกและแรงกดของแป้นกดได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น เมื่อทดสอบแป้นพิมพ์บางรุ่นที่มีฟังก์ชันทริกเกอร์หลายระดับ เช่น แป้นพิมพ์สำหรับเล่นเกมบางรุ่น แป้นกดอาจมีโหมดทริกเกอร์สองโหมด ได้แก่ การกดเบาและการกดหนัก โซลินอยด์จะต้องสามารถจำลองแรงกดที่แตกต่างกันสองแบบนี้ได้อย่างแม่นยำ ความแม่นยำรวมถึงความแม่นยำของตำแหน่ง (การควบคุมความแม่นยำของการเคลื่อนตัวของการกดแป้น) และความแม่นยำของแรง อาจต้องใช้ความแม่นยำของการเคลื่อนตัวภายใน 0.1 มม. และความแม่นยำของแรงอาจอยู่ที่ประมาณ ±0.1N ตามมาตรฐานการทดสอบต่างๆ เพื่อให้แน่ใจถึงความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของผลการทดสอบ
1.4 ข้อกำหนดด้านเสถียรภาพ
การทำงานที่มั่นคงในระยะยาวเป็นข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับโซลินอยด์ของอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์ ในระหว่างการทดสอบอย่างต่อเนื่อง ประสิทธิภาพของโซลินอยด์ไม่สามารถผันผวนได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งรวมถึงความเสถียรของความแรงของสนามแม่เหล็ก ความเสถียรของความเร็วในการตอบสนอง และความเสถียรของความแม่นยำของการทำงาน ตัวอย่างเช่น ในการทดสอบการผลิตแป้นพิมพ์ขนาดใหญ่ โซลินอยด์อาจต้องทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน ในช่วงเวลาดังกล่าว หากประสิทธิภาพของแม่เหล็กไฟฟ้าผันผวน เช่น ความแรงของสนามแม่เหล็กอ่อนลงหรือความเร็วในการตอบสนองช้า ผลการทดสอบจะไม่แม่นยำ ส่งผลต่อการประเมินคุณภาพผลิตภัณฑ์
1.5 ข้อกำหนดด้านความทนทาน
เนื่องจากต้องขับเคลื่อนการทำงานคีย์บ่อยครั้ง โซลินอยด์จึงต้องมีความทนทานสูง คอยล์โซลินอยด์ภายในและลูกสูบต้องสามารถทนต่อการแปลงแม่เหล็กไฟฟ้าและความเครียดทางกลที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง โดยทั่วไป โซลินอยด์ของอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์จะต้องสามารถทนต่อรอบการทำงานได้นับล้านรอบ และในกระบวนการนี้จะไม่มีปัญหาที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ เช่น การเผาไหม้ของคอยล์โซลินอยด์และการสึกหรอของแกนกลาง ตัวอย่างเช่น การใช้ลวดเคลือบคุณภาพสูงในการทำคอยล์สามารถปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ และการเลือกวัสดุแกนกลางที่เหมาะสม (เช่น วัสดุแม่เหล็กอ่อน) สามารถลดการสูญเสียฮิสเทอรีซิสและความล้าทางกลของแกนกลางได้
ส่วนที่ 2 : โครงสร้างของโซลินอยด์เครื่องทดสอบคีย์บอร์ด
2.1 คอยล์โซลินอยด์
- วัสดุของลวด: ลวดเคลือบมักใช้ทำขดลวดโซลินอยด์ มีชั้นเคลือบฉนวนอยู่ด้านนอกของลวดเคลือบเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างขดลวดโซลินอยด์ วัสดุของลวดเคลือบทั่วไปได้แก่ ทองแดง เนื่องจากทองแดงมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดีและสามารถลดความต้านทานได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงลดการสูญเสียพลังงานเมื่อส่งกระแสไฟฟ้าและปรับปรุงประสิทธิภาพของแม่เหล็กไฟฟ้า
- การออกแบบจำนวนรอบ: จำนวนรอบเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความแรงของสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์ท่อสำหรับอุปกรณ์ทดสอบคีย์บอร์ด โซลินอยด์ ยิ่งจำนวนรอบมากเท่าใด ความแรงของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นภายใต้กระแสไฟฟ้าเดียวกันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม จำนวนรอบที่มากเกินไปจะเพิ่มความต้านทานของขดลวด ส่งผลให้เกิดปัญหาความร้อน ดังนั้น จึงมีความสำคัญมากที่จะต้องออกแบบจำนวนรอบให้เหมาะสมกับความแรงของสนามแม่เหล็กและเงื่อนไขแหล่งจ่ายไฟที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น สำหรับอุปกรณ์ทดสอบคีย์บอร์ด โซลินอยด์ ที่ต้องการความแรงของสนามแม่เหล็กที่สูงกว่า จำนวนรอบอาจอยู่ระหว่างร้อยถึงพันรอบ
- รูปร่างของขดลวดโซลินอยด์: ขดลวดโซลินอยด์มักจะพันบนโครงที่เหมาะสม และรูปร่างมักจะเป็นทรงกระบอก รูปร่างนี้เอื้อต่อความเข้มข้นและการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้น เมื่อขับเคลื่อนแป้นคีย์บอร์ด สนามแม่เหล็กจะทำหน้าที่กับส่วนประกอบขับเคลื่อนของแป้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
2.2 ลูกสูบโซลินอยด์
- วัสดุลูกสูบ: ลูกสูบเป็นส่วนประกอบสำคัญของโซลินอยด์ และหน้าที่หลักคือเพิ่มสนามแม่เหล็ก โดยทั่วไปจะเลือกใช้วัสดุแม่เหล็กอ่อน เช่น เหล็กกล้าคาร์บอนบริสุทธิ์ไฟฟ้าและแผ่นเหล็กซิลิกอน ความสามารถในการซึมผ่านแม่เหล็กสูงของวัสดุแม่เหล็กอ่อนสามารถทำให้สนามแม่เหล็กผ่านแกนได้ง่ายขึ้น จึงช่วยเพิ่มความเข้มของสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าได้ โดยใช้แผ่นเหล็กซิลิกอนเป็นตัวอย่าง แผ่นเหล็กโลหะผสมที่ประกอบด้วยซิลิกอน เนื่องจากการเติมซิลิกอน การสูญเสียฮิสเทรีซิสและการสูญเสียกระแสวนของแกนจึงลดลง และประสิทธิภาพของแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้รับการปรับปรุง
- รูปทรงลูกสูบ: รูปทรงของแกนมักจะตรงกับขดลวดโซลินอยด์และส่วนใหญ่เป็นรูปทรงท่อ ในบางดีไซน์จะมีส่วนที่ยื่นออกมาที่ปลายด้านหนึ่งของลูกสูบ ซึ่งใช้สำหรับสัมผัสหรือเข้าใกล้ส่วนประกอบขับเคลื่อนของแป้นคีย์บอร์ดโดยตรง เพื่อส่งแรงของสนามแม่เหล็กไปยังแป้นและขับเคลื่อนการทำงานของแป้นได้ดีขึ้น
2.3 ที่อยู่อาศัย
- การเลือกวัสดุ: ตัวเรือนของอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์โซลินอยด์ปกป้องขดลวดภายในและแกนเหล็กเป็นหลัก และยังทำหน้าที่ป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าได้อีกด้วย มักใช้โลหะ เช่น สแตนเลสหรือเหล็กกล้าคาร์บอน ตัวเรือนเหล็กกล้าคาร์บอนมีความแข็งแรงและทนต่อการกัดกร่อนสูงกว่า และสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการทดสอบที่แตกต่างกันได้
- การออกแบบโครงสร้าง: การออกแบบโครงสร้างของเปลือกหุ้มควรคำนึงถึงความสะดวกในการติดตั้งและการกระจายความร้อน โดยปกติจะมีรูยึดหรือช่องเพื่อให้ง่ายต่อการยึดแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากับตำแหน่งที่สอดคล้องกันของเครื่องทดสอบแป้นพิมพ์ ในเวลาเดียวกัน เปลือกหุ้มอาจได้รับการออกแบบด้วยครีบระบายความร้อนหรือรูระบายอากาศเพื่อให้ความร้อนที่เกิดจากขดลวดระหว่างการทำงานกระจายและป้องกันไม่ให้แม่เหล็กไฟฟ้าเสียหายเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป
ส่วนที่ 3: การทำงานของอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์โซลินอยด์นั้นส่วนใหญ่อาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
3.1.หลักการแม่เหล็กไฟฟ้าพื้นฐาน
เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดโซลินอยด์ของโซลินอยด์ ตามกฎของแอมแปร์ (เรียกอีกอย่างว่ากฎของสกรูขวา) จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นรอบๆ แม่เหล็กไฟฟ้า หากขดลวดโซลินอยด์พันรอบแกนเหล็ก เนื่องจากแกนเหล็กเป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อนที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง เส้นสนามแม่เหล็กจะกระจุกตัวอยู่ภายในและรอบๆ แกนเหล็ก ทำให้แกนเหล็กเกิดแม่เหล็ก ในเวลานี้ แกนเหล็กจะมีลักษณะคล้ายแม่เหล็กแรงสูง ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง
3.2 ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้โซลินอยด์แบบท่อธรรมดา เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลเข้าที่ปลายด้านหนึ่งของขดลวดโซลินอยด์ ตามกฎของสกรูด้านขวา ให้จับขดลวดด้วยนิ้วสี่นิ้วที่ชี้ไปในทิศทางของกระแสไฟฟ้า และทิศทางที่นิ้วหัวแม่มือชี้คือขั้วเหนือของสนามแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็กสัมพันธ์กับขนาดของกระแสไฟฟ้าและจำนวนรอบของขดลวด ความสัมพันธ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยกฎของ Biot-Savart ในระดับหนึ่ง ยิ่งกระแสไฟฟ้าและจำนวนรอบมากขึ้น ความแรงของสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้น
3.3 กระบวนการขับเคลื่อนแป้นพิมพ์
3.3.1. ในอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์ เมื่อโซลินอยด์ของอุปกรณ์ทดสอบแป้นพิมพ์ได้รับพลังงาน สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจะดึงดูดส่วนที่เป็นโลหะของแป้นแป้นพิมพ์ (เช่น แกนของแป้นหรือเศษโลหะ เป็นต้น) สำหรับแป้นพิมพ์เชิงกล แกนแป้นโดยปกติจะมีส่วนที่เป็นโลหะอยู่ และสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้าจะดึงดูดแกนให้เคลื่อนลงด้านล่าง จึงจำลองการกระทำของแป้นที่ถูกกด
3.3.2. โดยใช้แป้นพิมพ์เชิงกลแกนสีน้ำเงินทั่วไปเป็นตัวอย่าง แรงของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กไฟฟ้าจะกระทำกับส่วนโลหะของแกนสีน้ำเงิน โดยเอาชนะแรงยืดหยุ่นและแรงเสียดทานของแกน ทำให้แกนเคลื่อนลง กระตุ้นวงจรภายในแป้นพิมพ์ และสร้างสัญญาณการกดแป้น เมื่อแม่เหล็กไฟฟ้าปิดอยู่ สนามแม่เหล็กจะหายไป และแกนแป้นจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมภายใต้การกระทำของแรงยืดหยุ่นของมันเอง (เช่น แรงยืดหยุ่นของสปริง) ซึ่งเป็นการจำลองการกระทำของการปล่อยแป้น
3.3.3 กระบวนการควบคุมสัญญาณและทดสอบ
- ระบบควบคุมในเครื่องทดสอบแป้นพิมพ์จะควบคุมเวลาเปิดและปิดเครื่องของแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อจำลองโหมดการทำงานของปุ่มต่างๆ เช่น การกดสั้น การกดยาว เป็นต้น โดยการตรวจจับว่าแป้นพิมพ์สามารถสร้างสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างถูกต้องหรือไม่ (ผ่านวงจรและอินเทอร์เฟซของแป้นพิมพ์) ภายใต้การทำงานของปุ่มจำลองเหล่านี้ จะทำให้สามารถทดสอบฟังก์ชันของปุ่มต่างๆ บนแป้นพิมพ์ได้
