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瑞湖壓力傳感器在電動牙刷上的應用

來源:瑞湖科技作者:admin發布時間:2021-04-27 18:17:00

電動牙刷市場快速增長

  電動牙刷是Philippe-Guy Woog發明的一種牙刷,通過電動機芯的快速旋轉或振動,使刷頭產生高頻振動,瞬間將牙膏分解成細微泡沫,深入清潔牙縫,與此同時,刷毛的顫動能促進口腔的血液循環,對牙齦組織有按摩效果。

相較傳統牙刷,電動牙刷有諸多優點:傳統牙刷很難徹底清除牙菌斑,再加上刷牙方法不得當,使刷牙的清潔作用大打折扣。實驗證明,電動牙刷比手動牙刷多清除38%的牙菌斑,它的清潔能力已經得到口腔專家的一致肯定;另外,電動牙刷能夠減少六成左右的刷牙力度,令牙齦炎與牙齦出血的發生機率下降62%,讓刷牙過程更加安全有效。同時有效地避免了傳統的牙刷使用過程中由于使用方式不當,刷牙力度過大,從而對牙齒和牙齦造成的損傷,并且可以起到按摩作用。

據統計,中國電動牙刷的市場銷量在2014~2019年期間分別為855萬支、1028萬支、1265萬支、2406萬支、3220萬支、4556萬支,市場規模分別為27億元、32億元、39億元、59億元、94億元、124億元,行業呈現快速增長的趨勢。

                                           

 

                                           

     在國內銷售的電動牙刷的價位分布上,300元以下的產品占據了三分之二的市場份額,400元以下的產品占據了80%的市場份額,因此國內消費群體對電動牙刷的價格接受程度集中于幾百元的價格區間內,尤其以300元以下的價格區間分布最廣。

                                           

瑞湖科技電動牙刷刷頭力度檢測方案

       為了解決刷牙時力度過大及泡沫飛濺的問題,需要對刷頭受到的壓力實時監控,控制系統根據不同壓力做出不同的指令。因此,如何精確檢測刷頭壓力變得尤為重要。為此,深圳瑞湖科技有限公司通過技術攻關,提出了一種安裝較為簡單、力度檢測精度較高的方案。

瑞湖科技的壓力傳感器(圖4中2所示)通過液體膠粘貼在電動牙刷的電機軸上(圖4中1所示),電機軸上需要做一些開槽處理;壓力傳感器通過金手指連接到牙刷主板上(圖4中3所示),牙刷主板上集成有壓力感應電路。當刷頭受到壓力時,電機軸發生彎曲變形,壓力傳感器便能夠檢測到形變,然后通過電路采集、放大、輸出信號,實現刷頭壓力檢測。             

 

 

   瑞湖科技為電動牙刷定制的壓力傳感器形態如下圖所示,該傳感器是將壓感材料通過絲印的方式制做在柔性電路板上,形成傳感器模組。整個傳感器尺寸小、即貼即用,裝配時不會影響到牙刷產品的外觀。  

                                                                         

 

刷頭位置搭載了壓力傳感器的電動牙刷,可實現以下功能:1、防飛濺功能,當刷頭受到壓力小于50g時,電動牙刷降低或者停止刷頭振動;2、過力保護,當刷頭受到壓力大于300g時,電動牙刷提示壓力過大,發出脈沖音或者降低刷頭振動;3、利用不同壓力大小來調整刷頭不同轉速;4、收集客戶刷牙時的用力習慣,通過大數據給客戶建議刷牙力度。

    目前使用瑞湖科技壓力傳感方案的電動牙刷產品包括華為智能聲波牙刷•星鉆系列以及華為智能聲波牙刷兒童款,兩款產品通過壓力傳感技術,均可實現防飛濺和過力保護的效果,產品如下圖所示。

             

     瑞湖科技在壓力傳感器應用于電動牙刷,實現電動牙刷防飛濺和過力保護的功能外,還對此項應用可實現的功能提出展望,可進一步實現:1、壓力值檢測,結合牙刷姿態的檢測,收集用戶刷牙習慣,能夠看到每顆牙齒上的刷牙力度,從而用大數據的方法,給出醫學建議;在手機的APP上面實時顯示刷牙的力度,讓用戶看到刷牙力度的動態數據,實現與用戶間的互動。2、根據壓力來控制牙刷電機的轉速,方案一:刷牙力度越大,轉速越快,增強清潔效果;方案二:刷牙力度越大,速度越慢,保護牙齒;3、取消機械按鍵,用壓力傳感器來替代按鍵。按壓刷頭反面實現控制換擋,按壓刷頭正面,啟動刷牙,按壓刷頭反面,雙擊按壓作為開關機功能。

用刷頭壓力傳感器來替代機械按鍵的好處:

1、機械按鍵的防水結構較為復雜,成本較高,用模內注塑的方式,增加硅橡膠來防止水進入到牙刷機殼內。但總會有2%~3%的不良發生。2、機械按鍵的縫隙會藏污納垢,影響美觀。3、機械按鍵的壽命只有幾十萬次,用到后面就按不動或者比較費勁。牙刷行業在探索各種辦法替代現有的機械按鍵:包括用電容按鍵,但擔心電容按鍵在沖水的時候發生誤觸;用壓力按鍵來替代機械按鍵,壓力按鍵在機殼上比較難安裝,需要避免按壓其他位置的誤觸,也比較困難。瑞湖科技用刷頭壓力傳感器來替代機械按鍵,在不增加成本的情況下,又多一個功能,瑞湖科技也為此申請了專利。

過力保護的幾種方案比較:

1、飛利浦電動牙刷是用霍爾器件來檢測壓力,它需要的電機與普通電機不一樣。一方面這種電機價格比較高,另一方面由于飛利浦有專利保護,這么多年都沒有人去仿造。
2、歐樂B用的是杠桿的方式來檢測刷頭壓力,在牙刷尾端增加一個普通的機械開關,當壓力過大的時候,就壓下這個開關。但這種方式精度不高,結構也比較復雜。

3、有比較多的廠家在嘗試用普通的MEMS壓力傳感器放在電機下面檢測刷頭壓力大小,但是大部分都失敗了。

      以上這幾種檢測方式都有一個共同的特點,就是電機不能固定的太穩。刷頭和電機軸是硬連接,如果電機跟手柄固定得特別牢固的話,刷頭通過電極傳過來的壓力就沒辦法傳到MEMS傳感器或者杠桿下的機械開關。但電動牙刷最重要的功能還是刷牙,如果電機不固定牢固的話,刷牙的力度就不夠,是完全不能接受的。

      因此,以上這幾種方法都是有缺陷的。而瑞湖科技在電機軸上檢測電機軸的微小彎曲是一種非常好的方法,既保證了牙刷擺動的力度不受影響,又能方便的檢測刷牙力度。瑞湖科技為此申請了發明專利。

瑞湖科技介紹

深圳瑞湖科技有限公司(公司網址:www.tesssinclair.com)于2015年成立,總部位于深圳前海中心,為上市公司弘信電子(300657)的控股子公司。公司致力于為國內外企業提供專業的壓力傳感器解決方案。作為在該技術方向的引領者,公司在家電、智能家居、智能穿戴、電子煙等領域擁有豐富的經驗。當前,瑞湖科技已累計獲得多項發明專利、PCT、實用新型、計算機軟件著作權等核心技術和應用專利。未來,瑞湖科技將繼續加大科技研發力度,在各領域深入研究與探索,為客戶打造更高效、智慧、信賴、專業的壓力傳感器解決方案。

 

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