《利用传感器测试按键按压力、屈服力值、回弹力等》

吴天翔
（苏州动态力学研究院，碰撞实验室，）

概述：

         按键是电子设备中常用的元件，但其性能的好坏直接影响到这些产品的质量。随着电子工业的飞速发展，使用导电橡胶按键的产品越来越多，如电话、计算器、计算机按键、各类遥控器、仪器仪表面板等都大量地使用了导电橡胶按键，在不同的使用场合对按键的物理性能及工作特性要求也不相同。通过对按键的物理性能进行测试、对各类按键特性进行分析，有利于我们更好的进行按键的质量控制及指导按键模具设计。
本文介绍一种由传感器、信号调理器、力值测量分析软件组成的按键力测量系统。并详细说明了器工作原理。此系统通过力传感器测量出相应的力值，传至计算机，并将其记录下来，后根据这些数据计算出检测要求所需的按键力、按力偏差、屈服点等值及弹力关系曲线，即工作特性曲线，从而为生产厂家及用户提供准确的测量数据。

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.

关键词：

          键盘敲击力，键盘屈服值，键盘回弹力，按键力，按键敲击力，按键屈服值，按键回弹力，按键按力差，按钮屈服值，按钮回弹力，按钮按力差

Keywords

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

系统设计模型：

        由于按键力大部分都是lkgf以内，要求其分辨率在0.lgf ,所以力传感器选择为1-2kgf的应变式力传感器，力信号经放大后，用高速A/D采集卡进行采样，则其测力分辨率可达到0.03%，考虑到非线性及A/D有2-3个bit的不稳定性，则整个测力系统做到分辨率为lgf及误差在0. 5%的是完全有可能的。在实际的应用中，还需要在软件里面进行非线性补偿技术来修正由于传感器及放大器的非线性误差，以及滤波算法来减小环境中的工频干扰对测量值的影响。

测量系统概念图如下图所示：

1）打击力传感器工作原理

        电阻应变式测力传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
典型产品如图1所示：图1
2）0-5V电压输出变送器
        高集成运算放大器是指那些失调电压小，温度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的运算放大器。这类运算放大器的噪声也比较小。其中单片高集成运算放大器的失调电压可小到几微伏，温度漂移小到几十微伏每摄氏度。
        典型产品如图2所示：图2
3）数据采集卡
        本系统的数据采集卡选用USB接口的DAQ数据采集卡，内部却集成了高速AD和复合功能的输入输出双向数字接口。它能 够采集单路或多路电压信号，采样率高达 100Ksps，并且内置了放大器，可以由外部的 增益电阻来设置放大倍数。采集到的信号数据可以连续不断的传送到计算机，通过使用配套应用软件或另行编程，可以实现电压表、虚拟示波器、信号记录仪、频谱分析仪等多种 功能。
        DAQ采集卡将电压输出变送器的电压信号采集过来并通过AD转换功能将电压力值，并通过USB2.0高速接口与电脑通讯，DAQ采集卡的采集频率可达100kHz（即每秒钟采集10万次），从而可以实现电脑采集碰撞瞬间的力值。
典型产品如图3所示：图3
4）数据采集软件
        对称重传感器、压力变送器、位移传感器等各类传感器采集到的数据通过数据采集卡采集到计算机。
        软件可以设置采集频率，可达100kHz。可以对碰撞、撞击、爆炸、等时间内的力值、压强、扭矩值等物理量的突变进行的采集。
        软件根据所采集到的数据绘制时间-力值的曲线图，以便更直观观测数据的变化过程及规律。并可以设置门限报警等功能。
        典型产品如图4所示：图4

测量结果

        按键力的大小随着键盘种类而有所不同，其范围在50g--200g左右，若把按键力的变化规律用曲线描绘出来，则能更直观的表现出按键的性能。按键力曲线如图1所示，曲线①是按键按下时按键力变化的曲线，曲线②是按键返回时的曲线，称为回弹力曲线。两条曲线上值分别称为按键力和回弹力。

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