《利用傳感器測試按鍵按壓力、屈服力值、回彈力等》

吳天翔
（蘇州動態(tài)力學研究院，碰撞實驗室，）

概述：

按鍵是電子設備中常用的元件，但其性能的好壞直接影響到這些產品的質量。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，使用導電橡膠按鍵的產品越來越多，如電話、計算器、計算機按鍵、各類遙控器、儀器儀表面板等都大量地使用了導電橡膠按鍵，在不同的使用場合對按鍵的物理性能及工作特性要求也不相同。通過對按鍵的物理性能進行測試、對各類按鍵特性進行分析，有利于我們更好的進行按鍵的質量控制及指導按鍵模具設計。
本文介紹一種由傳感器、信號調理器、力值測量分析軟件組成的按鍵力測量系統(tǒng)。并詳細說明了器工作原理。此系統(tǒng)通過力傳感器測量出相應的力值，傳至計算機，并將其記錄下來，后根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出檢測要求所需的按鍵力、按力偏差、屈服點等值及彈力關系曲線，即工作特性曲線，從而為生產廠家及用戶提供準確的測量數(shù)據(jù)。

Abstract

Buttons are commonly used in electronic equipment components, but its performance has a direct impact on the quality of these products. With the rapid development of the electronics industry, the use of conductive rubber keypads more and more products, such as telephones, calculators, computer keys, all kinds of remote control, instrument panel so heavy use of conductive rubber keypads, used in different occasions, the key requirements of physical properties and performance characteristics are not the same. Through the key physical properties testing, analyze the characteristics of various types of buttons, help us to make better quality control and guidance button button mold design.
This paper describes a consists of sensors, signal conditioning, power measurement and analysis software components value key force measurement system. And details of the device works. This system is measured by the force sensor of the corresponding force value, spread the computer, and record this data to calculate the final testing requirements desired key force, by force deviation, yield point and elastic curve equivalent to that operating characteristic curve, so as to manufacturers and users to provide accurate measurement data.

關鍵詞：

鍵盤敲擊力，鍵盤屈服值，鍵盤回彈力，按鍵力，按鍵敲擊力，按鍵屈服值，按鍵回彈力，按鍵按力差，按鈕屈服值，按鈕回彈力，按鈕按力差

Keywords

Keyboard Press Force, Keyboard Yield Force, Key Yield Value Button, The Yield Value Of The Button.

系統(tǒng)設計模型：

由于按鍵力大部分都是lkgf以內，要求其分辨率在0.lgf ,所以力傳感器選擇為1-2kgf的應變式力傳感器，力信號經(jīng)放大后，用高速A/D采集卡進行采樣，則其測力分辨率可達到0.03%，考慮到非線性及A/D有2-3個bit的不穩(wěn)定性，則整個測力系統(tǒng)做到分辨率為lgf及誤差在0. 5%的是完全有可能的。在實際的應用中，還需要在軟件里面進行非線性補償技術來修正由于傳感器及放大器的非線性誤差，以及濾波算法來減小環(huán)境中的工頻干擾對測量值的影響。

測量系統(tǒng)概念圖如下圖所示：

1）打擊力傳感器工作原理

電阻應變式測力傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。
典型產品如圖1所示：圖1
2）0-5V電壓輸出變送器
高集成運算放大器是指那些失調電壓小，溫度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運算放大器。這類運算放大器的噪聲也比較小。其中單片高集成運算放大器的失調電壓可小到幾微伏，溫度漂移小到幾十微伏每攝氏度。
典型產品如圖2所示：圖2
3）數(shù)據(jù)采集卡
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡選用USB接口的DAQ數(shù)據(jù)采集卡，內部卻集成了高速AD和復合功能的輸入輸出雙向數(shù)字接口。它能夠采集單路或多路電壓信號，采樣率高達 100Ksps，并且內置了放大器，可以由外部的增益電阻來設置放大倍數(shù)。采集到的信號數(shù)據(jù)可以連續(xù)不斷的傳送到計算機，通過使用配套應用軟件或另行編程，可以實現(xiàn)電壓表、虛擬示波器、信號記錄儀、頻譜分析儀等多種功能。
DAQ采集卡將電壓輸出變送器的電壓信號采集過來并通過AD轉換功能將電壓力值，并通過USB2.0高速接口與電腦通訊，DAQ采集卡的采集頻率可達100kHz（即每秒鐘采集10萬次），從而可以實現(xiàn)電腦采集碰撞瞬間的力值。
典型產品如圖3所示：圖3
4）數(shù)據(jù)采集軟件
對稱重傳感器、壓力變送器、位移傳感器等各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計算機。
軟件可以設置采集頻率，可達100kHz?？梢詫ε鲎?、撞擊、爆炸、等時間內的力值、壓強、扭矩值等物理量的突變進行的采集。
軟件根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)繪制時間-力值的曲線圖，以便更直觀觀測數(shù)據(jù)的變化過程及規(guī)律。并可以設置門限報警等功能。
典型產品如圖4所示：圖4