瑞湖壓力傳感器在電動牙刷上的應(yīng)用
電動牙刷市場快速增長
電動牙刷是Philippe-Guy Woog發(fā)明的一種牙刷，通過電動機(jī)芯的快速旋轉(zhuǎn)或振動，使刷頭產(chǎn)生高頻振動，瞬間將牙膏分解成細(xì)微泡沫，深入清潔牙縫，與此同時，刷毛的顫動能促進(jìn)口腔的血液循環(huán)，對牙齦組織有按摩效果。
相較傳統(tǒng)牙刷，電動牙刷有諸多優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)牙刷很難徹底清除牙菌斑，再加上刷牙方法不得當(dāng)，使刷牙的清潔作用大打折扣。實(shí)驗(yàn)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(jīng)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(fā)生機(jī)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(tǒng)的牙刷使用過程中由于使用方式不當(dāng)，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(jù)統(tǒng)計(jì)，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(guī)模分別為27億元、32億元、39億元、59億元、94億元、124億元，行業(yè)呈現(xiàn)快速增長的趨勢。
在國內(nèi)銷售的電動牙刷的價位分布上，300元以下的產(chǎn)品占據(jù)了三分之二的市場份額，400元以下的產(chǎn)品占據(jù)了80%的市場份額，因此國內(nèi)消費(fèi)群體對電動牙刷的價格接受程度集中于幾百元的價格區(qū)間內(nèi)，尤其以300元以下的價格區(qū)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(shí)時監(jiān)控，控制系統(tǒng)根據(jù)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(shù)攻關(guān)，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(jī)軸上（圖4中1所示），電機(jī)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(yīng)電路。當(dāng)刷頭受到壓力時，電機(jī)軸發(fā)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(shí)現(xiàn)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(tài)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(chǎn)品的外觀。
刷頭位置搭載了壓力傳感器的電動牙刷，可實(shí)現(xiàn)以下功能：1、防飛濺功能，當(dāng)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(hù)，當(dāng)刷頭受到壓力大于300g時，電動牙刷提示壓力過大，發(fā)出脈沖音或者降低刷頭振動；3、利用不同壓力大小來調(diào)整刷頭不同轉(zhuǎn)速；4、收集客戶刷牙時的用力習(xí)慣，通過大數(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)品通過壓力傳感技術(shù)，均可實(shí)現(xiàn)防飛濺和過力保護(hù)的效果，產(chǎn)品如下圖所示。
瑞湖科技在壓力傳感器應(yīng)用于電動牙刷，實(shí)現(xiàn)電動牙刷防飛濺和過力保護(hù)的功能外，還對此項(xiàng)應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)的功能提出展望，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：1、壓力值檢測，結(jié)合牙刷姿態(tài)的檢測，收集用戶刷牙習(xí)慣，能夠看到每顆牙齒上的刷牙力度，從而用大數(shù)據(jù)的方法，給出醫(yī)學(xué)建議；在手機(jī)的APP上面實(shí)時顯示刷牙的力度，讓用戶看到刷牙力度的動態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與用戶間的互動。2、根據(jù)壓力來控制牙刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，方案一：刷牙力度越大，轉(zhuǎn)速越快，增強(qiáng)清潔效果；方案二：刷牙力度越大，速度越慢，保護(hù)牙齒；3、取消機(jī)械按鍵，用壓力傳感器來替代按鍵。按壓刷頭反面實(shí)現(xiàn)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(guān)機(jī)功能。
用刷頭壓力傳感器來替代機(jī)械按鍵的好處：
1、機(jī)械按鍵的防水結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高，用模內(nèi)注塑的方式，增加硅橡膠來防止水進(jìn)入到牙刷機(jī)殼內(nèi)。但總會有2%~3%的不良發(fā)生。2、機(jī)械按鍵的縫隙會藏污納垢，影響美觀。3、機(jī)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(fèi)勁。牙刷行業(yè)在探索各種辦法替代現(xiàn)有的機(jī)械按鍵：包括用電容按鍵，但擔(dān)心電容按鍵在沖水的時候發(fā)生誤觸；用壓力按鍵來替代機(jī)械按鍵，壓力按鍵在機(jī)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(jī)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(hù)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(jī)與普通電機(jī)不一樣。一方面這種電機(jī)價格比較高，另一方面由于飛利浦有專利保護(hù)，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(jī)械開關(guān)，當(dāng)壓力過大的時候，就壓下這個開關(guān)。但這種方式精度不高，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)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(jī)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(diǎn),就是電機(jī)不能固定的太穩(wěn)。刷頭和電機(jī)軸是硬連接，如果電機(jī)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(jī)械開關(guān)。但電動牙刷最重要的功能還是刷牙，如果電機(jī)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(jī)軸上檢測電機(jī)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(fā)明專利。
瑞湖科技介紹
深圳瑞湖科技有限公司（公司網(wǎng)址：www.wxrdc.cn）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(nèi)外企業(yè)提供專業(yè)的壓力傳感器解決方案。作為在該技術(shù)方向的引領(lǐng)者，公司在家電、智能家居、智能穿戴、電子煙等領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前，瑞湖科技已累計(jì)獲得多項(xiàng)發(fā)明專利、PCT、實(shí)用新型、計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)等核心技術(shù)和應(yīng)用專利。未來，瑞湖科技將繼續(xù)加大科技研發(fā)力度，在各領(lǐng)域深入研究與探索，為客戶打造更高效、智慧、信賴、專業(yè)的壓力傳感器解決方案。
