Phần 1: Yêu cầu điểm chính đối với thiết bị kiểm tra bàn phím Solenoid
1.1 Yêu cầu về từ trường
Để điều khiển hiệu quả các phím bàn phím, thiết bị kiểm tra bàn phím Solenoid cần tạo ra đủ cường độ từ trường. Các yêu cầu về cường độ từ trường cụ thể phụ thuộc vào loại và thiết kế của các phím bàn phím. Nói chung, cường độ từ trường phải có khả năng tạo ra đủ lực hút để hành trình nhấn phím đáp ứng các yêu cầu kích hoạt của thiết kế bàn phím. Cường độ này thường nằm trong khoảng từ hàng chục đến hàng trăm Gauss (G).
1.2 Yêu cầu về tốc độ phản hồi
Thiết bị kiểm tra bàn phím cần kiểm tra từng phím một cách nhanh chóng, do đó tốc độ phản hồi của solenoid là rất quan trọng. Sau khi nhận được tín hiệu kiểm tra, solenoid phải có khả năng tạo ra đủ từ trường trong thời gian rất ngắn để điều khiển hành động của phím. Thời gian phản hồi thường được yêu cầu ở mức mili giây (ms). Việc nhấn và nhả phím nhanh có thể được mô phỏng chính xác, do đó phát hiện hiệu quả hiệu suất của các phím bàn phím, bao gồm các thông số của nó mà không có bất kỳ độ trễ nào.
1.3 Yêu cầu về độ chính xác
Độ chính xác của hành động của solenoid là rất quan trọng đối với thiết bị kiểm tra bàn phím chính xác. Nó cần phải kiểm soát chính xác độ sâu và lực nhấn phím. Ví dụ, khi kiểm tra một số bàn phím có chức năng kích hoạt nhiều cấp độ, chẳng hạn như một số bàn phím chơi game, các phím có thể có hai chế độ kích hoạt: nhấn nhẹ và nhấn mạnh. solenoid phải có khả năng mô phỏng chính xác hai lực kích hoạt khác nhau này. Độ chính xác bao gồm độ chính xác vị trí (kiểm soát độ chính xác dịch chuyển của lần nhấn phím) và độ chính xác lực. Độ chính xác dịch chuyển có thể được yêu cầu nằm trong phạm vi 0,1mm và độ chính xác lực có thể vào khoảng ±0,1N theo các tiêu chuẩn kiểm tra khác nhau để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả kiểm tra.
1.4 Yêu cầu về độ ổn định
Hoạt động ổn định lâu dài là yêu cầu quan trọng đối với solenoid của Thiết bị kiểm tra bàn phím. Trong quá trình kiểm tra liên tục, hiệu suất của solenoid không được dao động đáng kể. Điều này bao gồm độ ổn định của cường độ từ trường, độ ổn định của tốc độ phản hồi và độ ổn định của độ chính xác của hành động. Ví dụ, trong quá trình kiểm tra sản xuất bàn phím quy mô lớn, solenoid có thể cần phải hoạt động liên tục trong nhiều giờ hoặc thậm chí nhiều ngày. Trong thời gian này, nếu hiệu suất của nam châm điện dao động, chẳng hạn như cường độ từ trường yếu đi hoặc tốc độ phản hồi chậm, kết quả kiểm tra sẽ không chính xác, ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng sản phẩm.
1.5 Yêu cầu về độ bền
Do nhu cầu thường xuyên điều khiển hành động phím, solenoid phải có độ bền cao. Các cuộn dây solenoid bên trong và pít-tông phải có khả năng chịu được sự chuyển đổi điện từ thường xuyên và ứng suất cơ học. Nói chung, solenoid của thiết bị kiểm tra bàn phím cần có khả năng chịu được hàng triệu chu kỳ hành động và trong quá trình này, sẽ không có vấn đề nào ảnh hưởng đến hiệu suất, chẳng hạn như cháy cuộn dây solenoid và mòn lõi. Ví dụ, sử dụng dây tráng men chất lượng cao để làm cuộn dây có thể cải thiện khả năng chống mài mòn và khả năng chịu nhiệt độ cao của chúng và việc lựa chọn vật liệu lõi phù hợp (như vật liệu từ mềm) có thể làm giảm tổn thất trễ và mỏi cơ học của lõi.
Phần 2: Cấu trúc của solenoid kiểm tra bàn phím
2.1 Cuộn dây điện từ
- Vật liệu dây: Dây tráng men thường được sử dụng để làm cuộn dây điện từ. Có một lớp sơn cách điện ở bên ngoài dây tráng men để ngăn ngừa đoản mạch giữa các cuộn dây điện từ. Vật liệu dây tráng men phổ biến bao gồm đồng, vì đồng có độ dẫn điện tốt và có thể giảm điện trở hiệu quả, do đó giảm tổn thất năng lượng khi dòng điện chạy qua và cải thiện hiệu suất của nam châm điện.
- Thiết kế vòng: Số vòng là chìa khóa ảnh hưởng đến cường độ từ trường của ống solenoid cho thiết bị kiểm tra bàn phím Solenoid. Càng nhiều vòng, cường độ từ trường tạo ra dưới cùng một dòng điện càng lớn. Tuy nhiên, quá nhiều vòng cũng sẽ làm tăng điện trở của cuộn dây, dẫn đến các vấn đề về nhiệt. Do đó, điều rất quan trọng là phải thiết kế hợp lý số vòng theo cường độ từ trường cần thiết và điều kiện cung cấp điện. Ví dụ, đối với thiết bị kiểm tra bàn phím Solenoid yêu cầu cường độ từ trường cao hơn, số vòng có thể từ hàng trăm đến hàng nghìn vòng.
- Hình dạng cuộn dây điện từ: Cuộn dây điện từ thường được quấn trên một khung phù hợp và hình dạng thường là hình trụ. Hình dạng này có lợi cho sự tập trung và phân phối đồng đều của từ trường, do đó khi điều khiển các phím bàn phím, từ trường có thể tác động hiệu quả hơn vào các thành phần điều khiển của các phím.
2.2 Pít tông điện từ
- Vật liệu pít tông: Pít tông là một thành phần quan trọng của solenoid, và chức năng chính của nó là tăng cường từ trường. Nói chung, các vật liệu từ mềm như thép cacbon tinh khiết điện và tấm thép silic được lựa chọn. Độ từ thẩm cao của vật liệu từ mềm có thể giúp từ trường dễ dàng đi qua lõi hơn, do đó tăng cường cường độ từ trường của nam châm điện. Lấy tấm thép silic làm ví dụ, đây là tấm thép hợp kim chứa silic. Do bổ sung silic, tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy của lõi được giảm và hiệu suất của nam châm điện được cải thiện.
- Hình dạng pít-tông: Hình dạng của lõi thường khớp với cuộn dây điện từ và chủ yếu là hình ống. Trong một số thiết kế, có một phần nhô ra ở một đầu của pít-tông, được sử dụng để tiếp xúc trực tiếp hoặc tiếp cận các thành phần truyền động của các phím bàn phím, để truyền lực từ trường đến các phím tốt hơn và truyền động cho phím.
2.3 Nhà ở
- Lựa chọn vật liệu: Vỏ của thiết bị kiểm tra bàn phím Solenoid chủ yếu bảo vệ cuộn dây bên trong và lõi sắt, đồng thời cũng có thể đóng vai trò che chắn điện từ nhất định. Vật liệu kim loại như thép không gỉ hoặc thép cacbon thường được sử dụng. Vỏ thép cacbon có độ bền và khả năng chống ăn mòn cao hơn, có thể thích ứng với các môi trường kiểm tra khác nhau.
- Thiết kế kết cấu: Thiết kế kết cấu của vỏ phải tính đến sự tiện lợi khi lắp đặt và tản nhiệt. Thường có các lỗ lắp hoặc khe để dễ dàng cố định nam châm điện vào vị trí tương ứng của máy kiểm tra bàn phím. Đồng thời, vỏ có thể được thiết kế với các cánh tản nhiệt hoặc lỗ thông gió để tạo điều kiện cho nhiệt do cuộn dây sinh ra trong quá trình hoạt động tản ra và ngăn ngừa hư hỏng nam châm điện do quá nhiệt.
Phần 3: Hoạt động của thiết bị kiểm tra bàn phím solenoid chủ yếu dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.
3.1.Nguyên lý điện từ cơ bản
Khi dòng điện chạy qua cuộn dây solenoid của solenoid, theo định luật Ampere (còn gọi là định luật vít tay phải), một từ trường sẽ được tạo ra xung quanh nam châm điện. Nếu cuộn dây solenoid được quấn quanh lõi sắt, vì lõi sắt là vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, các đường sức từ sẽ tập trung bên trong và xung quanh lõi sắt, khiến lõi sắt bị từ hóa. Lúc này, lõi sắt giống như một nam châm mạnh, tạo ra một từ trường mạnh.
3.2. Ví dụ, lấy một ống solenoid đơn giản làm ví dụ, khi dòng điện chạy vào một đầu của cuộn solenoid, theo quy tắc vít bên phải, giữ cuộn dây bằng bốn ngón tay chỉ theo hướng của dòng điện và hướng do ngón tay cái chỉ là cực bắc của từ trường. Cường độ của từ trường liên quan đến kích thước dòng điện và số vòng dây của cuộn dây. Mối quan hệ này có thể được mô tả bằng định luật Biot-Savart. Ở một mức độ nhất định, dòng điện càng lớn và càng nhiều vòng thì cường độ từ trường càng lớn.
3.3Quá trình điều khiển các phím bàn phím
3.3.1. Trong thiết bị kiểm tra bàn phím, khi solenoid của thiết bị kiểm tra bàn phím được cấp điện, một từ trường được tạo ra, từ trường này sẽ hút các bộ phận kim loại của phím bàn phím (như trục phím hoặc mảnh kim loại, v.v.). Đối với bàn phím cơ, trục phím thường chứa các bộ phận kim loại và từ trường do nam châm điện tạo ra sẽ hút trục di chuyển xuống dưới, từ đó mô phỏng hành động của phím được nhấn.
3.3.2. Lấy bàn phím cơ trục xanh thông thường làm ví dụ, lực từ trường do nam châm điện tạo ra tác động lên phần kim loại của trục xanh, thắng lực đàn hồi và ma sát của trục, khiến trục di chuyển xuống dưới, kích hoạt mạch điện bên trong bàn phím và tạo ra tín hiệu nhấn phím. Khi nam châm điện tắt nguồn, từ trường biến mất và trục phím trở về vị trí ban đầu dưới tác động của lực đàn hồi của chính nó (như lực đàn hồi của lò xo), mô phỏng hành động nhả phím.
3.3.3 Quá trình kiểm tra và điều khiển tín hiệu
- Hệ thống điều khiển trong máy kiểm tra bàn phím sẽ kiểm soát thời gian bật và tắt nguồn của nam châm điện để mô phỏng các chế độ vận hành phím khác nhau, chẳng hạn như nhấn ngắn, nhấn dài, v.v. Bằng cách phát hiện xem bàn phím có thể tạo ra tín hiệu điện chính xác (thông qua mạch và giao diện của bàn phím) trong các thao tác phím mô phỏng này hay không, chức năng của các phím trên bàn phím có thể được kiểm tra.
