Частина 1: Ключові вимоги до соленоїда пристрою для тестування клавіатури
1.1 Вимоги до магнітного поля
Для ефективного керування клавішами клавіатури соленоїди тестувальних пристроїв клавіатури повинні генерувати достатню напруженість магнітного поля. Конкретні вимоги до напруженості магнітного поля залежать від типу та конструкції клавіш клавіатури. Загалом кажучи, напруженість магнітного поля повинна бути здатною генерувати достатню силу тяжіння, щоб хід натискання клавіші відповідав вимогам конструкції клавіатури до спрацьовування. Ця напруженість зазвичай становить від десятків до сотень гаусів (Гс).
1.2 Вимоги до швидкості реагування
Пристрій для тестування клавіатури повинен швидко перевіряти кожну клавішу, тому швидкість реакції соленоїда має вирішальне значення. Після отримання тестового сигналу соленоїд повинен бути здатним генерувати достатнє магнітне поле за дуже короткий час, щоб викликати дію клавіші. Час реакції зазвичай має бути на рівні мілісекунд (мс). Швидке натискання та відпускання клавіш можна точно імітувати, тим самим ефективно виявляючи роботу клавіш клавіатури, включаючи їх параметри, без будь-якої затримки.
1.3 Вимоги до точності
Точність дії соленоїда має вирішальне значення для точності тестування клавіатури. Він повинен точно контролювати глибину та силу натискання клавіші. Наприклад, під час тестування деяких клавіатур з багаторівневими функціями запуску, таких як деякі ігрові клавіатури, клавіші можуть мати два режими запуску: легке натискання та сильне натискання. Соленоїд повинен мати можливість точно імітувати ці дві різні сили спрацьовування. Точність включає точність положення (контроль точності переміщення натискання клавіші) та точність сили. Точність переміщення може бути в межах 0,1 мм, а точність сили може бути близько ±0,1 Н відповідно до різних стандартів випробувань, щоб забезпечити точність та надійність результатів випробувань.
1.4 Вимоги до стійкості
Тривала стабільна робота є важливою вимогою до соленоїда пристрою для тестування клавіатури. Під час безперервного тестування продуктивність соленоїда не може суттєво коливатися. Це включає стабільність напруженості магнітного поля, стабільність швидкості відгуку та стабільність точності дії. Наприклад, під час випробувань великомасштабного виробництва клавіатури соленоїд може працювати безперервно протягом кількох годин або навіть днів. Протягом цього періоду, якщо продуктивність електромагніту коливається, наприклад, ослаблення напруженості магнітного поля або повільна швидкість відгуку, результати тестування будуть неточними, що вплине на оцінку якості продукції.
1.5 Вимоги до довговічності
Через необхідність частого натискання клавіші, соленоїд повинен мати високу міцність. Внутрішні котушки соленоїда та плунжер повинні витримувати часті електромагнітні перетворення та механічні навантаження. Загалом, соленоїд тестового пристрою для клавіатури повинен витримувати мільйони циклів роботи, і в цьому процесі не виникатиме проблем, що впливають на продуктивність, таких як перегорання котушки соленоїда та знос осердя. Наприклад, використання високоякісного емальованого дроту для виготовлення котушок може покращити їхню зносостійкість та стійкість до високих температур, а вибір відповідного матеріалу осердя (наприклад, магнітно-м'якого матеріалу) може зменшити втрати гістерезису та механічну втому осердя.
Частина 2: Структура соленоїда тестера клавіатури
2.1 Котушка соленоїда
- Матеріал дроту: Для виготовлення котушки соленоїда зазвичай використовується емальований дріт. На зовнішній стороні емальованого дроту є шар ізоляційної фарби для запобігання коротким замиканням між котушками соленоїда. До поширених матеріалів емальованого дроту належать мідь, оскільки мідь має добру провідність і може ефективно знижувати опір, тим самим зменшуючи втрати енергії під час проходження струму та підвищуючи ефективність електромагніту.
- Конструкція витків: Кількість витків є ключовим фактором, що впливає на напруженість магнітного поля трубчастого соленоїда для тестового пристрою для клавіатури. Чим більше витків, тим більша напруженість магнітного поля, що генерується під тим самим струмом. Однак занадто велика кількість витків також збільшить опір котушки, що призведе до проблем з нагріванням. Тому дуже важливо розумно розрахувати кількість витків відповідно до необхідної напруженості магнітного поля та умов живлення. Наприклад, для соленоїда тестового пристрою для клавіатури, який вимагає вищої напруженості магнітного поля, кількість витків може становити від сотень до тисяч.
- Форма котушки соленоїда: Котушка соленоїда зазвичай намотана на відповідну раму, і її форма зазвичай циліндрична. Така форма сприяє концентрації та рівномірному розподілу магнітного поля, завдяки чому під час керування клавішами клавіатури магнітне поле може ефективніше впливати на керуючі компоненти клавіш.
2.2 Соленоїдний плунжер
- Матеріал плунжера: Плунжер є важливим компонентом соленоїда, і його основна функція полягає в посиленні магнітного поля. Зазвичай вибираються м'які магнітні матеріали, такі як електротехнічна чиста вуглецева сталь та листи кремнієвої сталі. Висока магнітна проникність м'яких магнітних матеріалів може полегшити проходження магнітного поля через осердя, тим самим підвищуючи напруженість магнітного поля електромагніту. Взявши як приклад листи кремнієвої сталі, це лист легованої сталі, що містить кремній. Завдяки додаванню кремнію зменшуються втрати на гістерезис та втрати на вихрові струми осердя, а також підвищується ефективність електромагніту.
- Форма плунжера: Форма осердя зазвичай відповідає котушці соленоїда і здебільшого трубчаста. У деяких конструкціях на одному кінці плунжера є виступаюча частина, яка використовується для безпосереднього контакту або наближення до рушійних компонентів клавіш клавіатури, щоб краще передавати силу магнітного поля на клавіші та керувати їх дією.
2.3 Житло
- Вибір матеріалу: Корпус соленоїда пристрою для тестування клавіатури в основному захищає внутрішню котушку та залізний сердечник, а також може відігравати певну роль електромагнітного екранування. Зазвичай використовуються металеві матеріали, такі як нержавіюча або вуглецева сталь. Корпус з вуглецевої сталі має вищу міцність та стійкість до корозії, і може адаптуватися до різних випробувальних середовищ.
- Структурна конструкція: Структурна конструкція корпусу повинна враховувати зручність встановлення та розсіювання тепла. Зазвичай є монтажні отвори або пази для полегшення кріплення електромагніту у відповідному положенні тестера клавіатури. Водночас корпус може бути спроектований з ребрами для розсіювання тепла або вентиляційними отворами, щоб полегшити розсіювання тепла, що генерується котушкою під час роботи, та запобігти пошкодженню електромагніту через перегрів.
Частина 3: Робота соленоїда пристрою для тестування клавіатури в основному базується на принципі електромагнітної індукції.
3.1. Основний електромагнітний принцип
Коли струм проходить через котушку соленоїда, згідно із законом Ампера (також званим законом правого гвинта), навколо електромагніту генерується магнітне поле. Якщо котушку соленоїда намотати на залізний сердечник, то оскільки залізний сердечник є м'яким магнітним матеріалом з високою магнітною проникністю, лінії магнітного поля будуть зосереджені всередині та навколо залізного сердечника, що призведе до його намагнічування. У цей час залізний сердечник подібний до сильного магніту, що генерує сильне магнітне поле.
3.2. Наприклад, візьмемо простий трубчастий соленоїд як приклад. Коли струм протікає через один кінець котушки соленоїда, згідно з правилом правого гвинта, тримайте котушку чотирма пальцями, спрямованими у напрямку струму, а напрямок, на який вказує великий палець, є північним полюсом магнітного поля. Сила магнітного поля пов'язана з величиною струму та кількістю витків котушки. Цей зв'язок можна описати законом Біо-Савара. Певною мірою, чим більший струм і чим більше витків, тим більша напруженість магнітного поля.
3.3 Процес керування клавішами клавіатури
3.3.1. У пристрої для перевірки клавіатури, коли на соленоїд пристрою для перевірки клавіатури подається живлення, генерується магнітне поле, яке притягує металеві частини клавіш клавіатури (такі як стрижень ключа або металеві осколки тощо). У механічних клавіатурах стрижень ключа зазвичай містить металеві частини, і магнітне поле, що генерується електромагнітом, притягує стрижень до руху вниз, тим самим імітуючи дію натискання клавіші.
3.3.2. Візьмемо за приклад звичайну механічну клавіатуру із синьою віссю. Сила магнітного поля, що генерується електромагнітом, діє на металеву частину синьої осі, долаючи силу пружності та тертя осі, змушуючи вісь рухатися вниз, запускаючи схему всередині клавіатури та генеруючи сигнал натискання клавіші. Коли електромагніт вимкнено, магнітне поле зникає, і вісь клавіші повертається у вихідне положення під дією власної сили пружності (наприклад, сили пружності пружини), імітуючи дію відпускання клавіші.
3.3.3 Процес керування сигналами та тестування
- Система керування в тестері клавіатури контролює час увімкнення та вимкнення електромагніту для імітації різних режимів роботи клавіш, таких як коротке натискання, довге натискання тощо. Визначаючи, чи може клавіатура правильно генерувати електричні сигнали (через схему та інтерфейс клавіатури) під час цих імітованих операцій з клавішами, можна перевірити функцію клавіш клавіатури.