瑞湖压力传感器在电动牙刷上的应用

电动牙刷市场快速增长

  电动牙刷是Philippe-Guy Woog发明的一种牙刷，通过电动机芯的快速旋转或振动，使刷头产生高频振动，瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝，与此同时，刷毛的颤动能促进口腔的血液循环，对牙龈组织有按摩效果。

相较传统牙刷，电动牙刷有诸多优点：传统牙刷很难彻底清除牙菌斑，再加上刷牙方法不得当，使刷牙的清洁作用大打折扣。实验证明，电动牙刷比手动牙刷多清除38%的牙菌斑，它的清洁能力已经得到口腔专家的一致肯定；另外，电动牙刷能够减少六成左右的刷牙力度，令牙龈炎与牙龈出血的发生机率下降62%，让刷牙过程更加安全有效。同时有效地避免了传统的牙刷使用过程中由于使用方式不当，刷牙力度过大，从而对牙齿和牙龈造成的损伤，并且可以起到按摩作用。

据统计，中国电动牙刷的市场销量在2014~2019年期间分别为855万支、1028万支、1265万支、2406万支、3220万支、4556万支，市场规模分别为27亿元、32亿元、39亿元、59亿元、94亿元、124亿元，行业呈现快速增长的趋势。

                                           

 

                                           

     在国内销售的电动牙刷的价位分布上，300元以下的产品占据了三分之二的市场份额，400元以下的产品占据了80%的市场份额，因此国内消费群体对电动牙刷的价格接受程度集中于几百元的价格区间内，尤其以300元以下的价格区间分布最广。

                                           

瑞湖科技电动牙刷刷头力度检测方案

       为了解决刷牙时力度过大及泡沫飞溅的问题，需要对刷头受到的压力实时监控，控制系统根据不同压力做出不同的指令。因此，如何精确检测刷头压力变得尤为重要。为此，深圳瑞湖科技有限公司通过技术攻关，提出了一种安装较为简单、力度检测精度较高的方案。

瑞湖科技的压力传感器（图4中2所示）通过液体胶粘贴在电动牙刷的电机轴上（图4中1所示），电机轴上需要做一些开槽处理；压力传感器通过金手指连接到牙刷主板上（图4中3所示），牙刷主板上集成有压力感应电路。当刷头受到压力时，电机轴发生弯曲变形，压力传感器便能够检测到形变，然后通过电路采集、放大、输出信号，实现刷头压力检测。             

 

 

   瑞湖科技为电动牙刷定制的压力传感器形态如下图所示，该传感器是将压感材料通过丝印的方式制做在柔性电路板上，形成传感器模组。整个传感器尺寸小、即贴即用，装配时不会影响到牙刷产品的外观。  

                                                                         

 

刷头位置搭载了压力传感器的电动牙刷，可实现以下功能：1、防飞溅功能，当刷头受到压力小于50g时，电动牙刷降低或者停止刷头振动；2、过力保护，当刷头受到压力大于300g时，电动牙刷提示压力过大，发出脉冲音或者降低刷头振动；3、利用不同压力大小来调整刷头不同转速；4、收集客户刷牙时的用力习惯，通过大数据给客户建议刷牙力度。

    目前使用瑞湖科技压力传感方案的电动牙刷产品包括华为智能声波牙刷•星钻系列以及华为智能声波牙刷儿童款，两款产品通过压力传感技术，均可实现防飞溅和过力保护的效果，产品如下图所示。

             

     瑞湖科技在压力传感器应用于电动牙刷，实现电动牙刷防飞溅和过力保护的功能外，还对此项应用可实现的功能提出展望，可进一步实现：1、压力值检测，结合牙刷姿态的检测，收集用户刷牙习惯，能够看到每颗牙齿上的刷牙力度，从而用大数据的方法，给出医学建议；在手机的APP上面实时显示刷牙的力度，让用户看到刷牙力度的动态数据，实现与用户间的互动。2、根据压力来控制牙刷电机的转速，方案一：刷牙力度越大，转速越快，增强清洁效果；方案二：刷牙力度越大，速度越慢，保护牙齿；3、取消机械按键，用压力传感器来替代按键。按压刷头反面实现控制换挡，按压刷头正面，启动刷牙，按压刷头反面，双击按压作为开关机功能。

用刷头压力传感器来替代机械按键的好处：

1、机械按键的防水结构较为复杂，成本较高，用模内注塑的方式，增加硅橡胶来防止水进入到牙刷机壳内。但总会有2%~3%的不良发生。2、机械按键的缝隙会藏污纳垢，影响美观。3、机械按键的寿命只有几十万次，用到后面就按不动或者比较费劲。牙刷行业在探索各种办法替代现有的机械按键：包括用电容按键，但担心电容按键在冲水的时候发生误触；用压力按键来替代机械按键，压力按键在机壳上比较难安装，需要避免按压其他位置的误触，也比较困难。瑞湖科技用刷头压力传感器来替代机械按键，在不增加成本的情况下，又多一个功能，瑞湖科技也为此申请了专利。

过力保护的几种方案比较：

1、飞利浦电动牙刷是用霍尔器件来检测压力，它需要的电机与普通电机不一样。一方面这种电机价格比较高，另一方面由于飞利浦有专利保护，这么多年都没有人去仿造。
2、欧乐B用的是杠杆的方式来检测刷头压力，在牙刷尾端增加一个普通的机械开关，当压力过大的时候，就压下这个开关。但这种方式精度不高，结构也比较复杂。

3、有比较多的厂家在尝试用普通的MEMS压力传感器放在电机下面检测刷头压力大小,但是大部分都失败了。

      以上这几种检测方式都有一个共同的特点,就是电机不能固定的太稳。刷头和电机轴是硬连接，如果电机跟手柄固定得特别牢固的话，刷头通过电极传过来的压力就没办法传到MEMS传感器或者杠杆下的机械开关。但电动牙刷最重要的功能还是刷牙，如果电机不固定牢固的话，刷牙的力度就不够，是完全不能接受的。

      因此，以上这几种方法都是有缺陷的。而瑞湖科技在电机轴上检测电机轴的微小弯曲是一种非常好的方法，既保证了牙刷摆动的力度不受影响，又能方便的检测刷牙力度。瑞湖科技为此申请了发明专利。

瑞湖科技介绍

深圳瑞湖科技有限公司（公司网址：www.ruihutech.com）于2015年成立，总部位于深圳前海中心，为上市公司弘信电子（300657）的控股子公司。公司致力于为国内外企业提供专业的压力传感器解决方案。作为在该技术方向的引领者，公司在家电、智能家居、智能穿戴、电子烟等领域拥有丰富的经验。当前，瑞湖科技已累计获得多项发明专利、PCT、实用新型、计算机软件著作权等核心技术和应用专利。未来，瑞湖科技将继续加大科技研发力度，在各领域深入研究与探索，为客户打造更高效、智慧、信赖、专业的压力传感器解决方案。