電動(dòng)牙刷、沖牙器等產(chǎn)品市場(chǎng)的爆發(fā)性增長(zhǎng),顯示全球人口正在越來越關(guān)注牙齒/口腔的健康問題。
根據(jù)資料顯示,中國(guó)電動(dòng)牙刷市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)逐年上漲的態(tài)勢(shì),2017年中國(guó)電動(dòng)牙刷市場(chǎng)規(guī)模為43億元,2021年中國(guó)電動(dòng)牙刷市場(chǎng)規(guī)模上漲為125億元,同比2020年上漲50.6%。
隨著國(guó)民收入的增加,對(duì)生活質(zhì)量和身體健康的需求增加,中國(guó)電動(dòng)牙刷市場(chǎng)規(guī)模也在上漲。預(yù)計(jì)2022年中國(guó)電動(dòng)牙刷市場(chǎng)規(guī)模為185億元。
2017-2022年中國(guó)電動(dòng)牙刷市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)情況
數(shù)據(jù)來源:公開資料整理
雖然市面上各種電動(dòng)牙刷的品質(zhì)以及價(jià)格差異都非常大。電動(dòng)牙刷的工作原理其實(shí)并不復(fù)雜,去除刷頭和外殼之后,我們可以看到其內(nèi)部主要部件,如下圖:
工作原理:電池驅(qū)動(dòng)振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)振動(dòng)頭以一定頻率和幅度做周期振動(dòng),振動(dòng)頭帶動(dòng)牙刷頭振動(dòng)以達(dá)到清洗牙齒的目的。控制電路可以改變振動(dòng)的頻率,幅度和工作周期來適配不同使用者的愛好。那么振動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng),電機(jī)-振動(dòng)頭-刷頭的運(yùn)動(dòng)傳遞,以及最終與人體口腔的互動(dòng)決定了牙刷的使用體驗(yàn)及清洗效能。
其中,用于刷頭扭矩(BHT: brush head’s torque)測(cè)量的軸應(yīng)力/應(yīng)變傳感器,用于取代機(jī)械結(jié)構(gòu)的防水按鍵(WPK: waterproof keystroke)是湃睿半導(dǎo)體(Prime-Semi)微應(yīng)力/應(yīng)變?nèi)诤蟼鞲衅髌舷到y(tǒng) PMDS-Fx 的主要關(guān)注方向。
湃睿半導(dǎo)體為領(lǐng)先的品牌制造商提供包括傳感器芯片、驅(qū)動(dòng)程序、集成開發(fā)環(huán)境、結(jié)構(gòu)(系統(tǒng))設(shè)計(jì)優(yōu)化、量產(chǎn)工藝建議、專利支持等在內(nèi)的交鑰匙方案如下。
軸應(yīng)力
(BHT)
基于軸應(yīng)力的刷頭扭矩測(cè)量,是電動(dòng)牙刷實(shí)現(xiàn)用戶畫像(user profiling)的充要條件。配合 6-DoF 的慣性傳感器,電動(dòng)牙刷可以相對(duì)精準(zhǔn)的感知以下用戶行為特征:
以上用戶行為特征的單一或組合適用(用戶畫像),使得最終產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)真正個(gè)性化的功能落地,甚至是對(duì)專業(yè)化的齒科治療過程予以支持和配合。
微應(yīng)力/應(yīng)變傳感器 PMDS-F2 在電動(dòng)牙刷電機(jī)軸上的典型適配結(jié)構(gòu)如下圖(1)至圖(2) 所示
此外,基于合理的材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以及合理的軸應(yīng)力靈敏度與分辨率/精度預(yù)期, 也可以將 PMDS-F2 直接貼裝在 PCB 上,而 PCB 與電機(jī)及電機(jī)軸整體形成良好的應(yīng)力/應(yīng)變傳 遞關(guān)系,如下圖(3)示意。
圖(3)通過 PCB 感知電機(jī)軸應(yīng)力的示意圖
這種方式的最大優(yōu)點(diǎn)在于,電機(jī)軸無需進(jìn)行加工以獲得傳感器芯片貼裝所需的平面,因 而不會(huì)影響其剛度。此外,通過標(biāo)準(zhǔn)化的 PCB 貼裝而非焊接膠實(shí)現(xiàn)傳感器芯片的裝配,在工 藝成本上也會(huì)更加合理。
當(dāng)然,通過電機(jī)軸-電機(jī)殼體-PCB 之間的剛性連接來傳遞牙刷頭產(chǎn)生的應(yīng)力/應(yīng)變,對(duì)系 統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頗具挑戰(zhàn),需要在電路布局與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間進(jìn)行平衡。
綜上,對(duì)于電動(dòng)牙刷軸應(yīng)力測(cè)量的適用結(jié)構(gòu)建議如下表(1)。
防水按鍵
(WPK)
與傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵相比,基于壓感原理的防水按鍵具備以下優(yōu)勢(shì):
微應(yīng)力/應(yīng)變傳感器 PMDS-F3 在電動(dòng)牙刷防水按鍵中的典型適配結(jié)構(gòu)如下圖所示。
對(duì)于可開蓋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,可以將 PCB 背面(沒有元器件的一面)直接粘貼在按鍵位置的中心;對(duì)于無法開蓋的結(jié)構(gòu)來說,可以用過盈配合將 PCB 緊貼外殼進(jìn)行定位和裝配。
防水按鍵結(jié)構(gòu)示意圖
與競(jìng)爭(zhēng)方案相比,基于 PMDS-F3 的防水按鍵方案具備以下優(yōu)點(diǎn):
單芯片融合傳感器方案
更小 PCB 尺寸
更低系統(tǒng)功耗
更優(yōu)化的成本
傳感器芯片
與傳統(tǒng)的基于惠斯通電橋原理的壓阻應(yīng)變片(不論是 MEMS 形式,還是柔性涂層形式)方案相比,PMDS-Fx 具備以下優(yōu)勢(shì):
系統(tǒng)框圖
PMDS-Fx 系列微應(yīng)力/應(yīng)變?nèi)诤蟼鞲衅?SoC 的功能模塊,主要包括應(yīng)力/應(yīng)變、電容、溫度敏感單元,以及內(nèi)置微處理器、底層與應(yīng)用固件如下:
PMDS-Fx 系統(tǒng)功能框圖
審核編輯:湯梓紅
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