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中國電動牙刷市場規模逐年上漲,華秋助推湃睿PMDS-Fx傳感器

小米 ? 來源:jf_32813774 ? 作者:jf_32813774 ? 2022-12-08 14:19 ? 次閱讀

電動牙刷、沖牙器等產品市場的爆發性增長,顯示全球人口正在越來越關注牙齒/口腔的健康問題。

根據資料顯示,中國電動牙刷市場規模呈現逐年上漲的態勢,2017年中國電動牙刷市場規模為43億元,2021年中國電動牙刷市場規模上漲為125億元,同比2020年上漲50.6%。

隨著國民收入的增加,對生活質量和身體健康的需求增加,中國電動牙刷市場規模也在上漲。預計2022年中國電動牙刷市場規模為185億元。

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2017-2022年中國電動牙刷市場規模及預測情況

數據來源:公開資料整理

雖然市面上各種電動牙刷的品質以及價格差異都非常大。電動牙刷的工作原理其實并不復雜,去除刷頭和外殼之后,我們可以看到其內部主要部件,如下圖:

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工作原理:電池驅動振動電機帶動振動頭以一定頻率和幅度做周期振動,振動頭帶動牙刷頭振動以達到清洗牙齒的目的。控制電路可以改變振動的頻率,幅度和工作周期來適配不同使用者的愛好。那么振動電機的驅動,電機-振動頭-刷頭的運動傳遞,以及最終與人體口腔的互動決定了牙刷的使用體驗及清洗效能。

其中,用于刷頭扭矩(BHT: brush head’s torque)測量的軸應力/應變傳感器,用于取代機械結構的防水按鍵(WPK: waterproof keystroke)是湃睿半導體(Prime-Semi)微應力/應變融合傳感器片上系統 PMDS-Fx 的主要關注方向。

湃睿半導體為領先的品牌制造商提供包括傳感器芯片、驅動程序、集成開發環境、結構(系統)設計優化、量產工藝建議、專利支持等在內的交鑰匙方案如下。

軸應力

(BHT)

基于軸應力的刷頭扭矩測量,是電動牙刷實現用戶畫像(user profiling)的充要條件。配合 6-DoF 的慣性傳感器,電動牙刷可以相對精準的感知以下用戶行為特征:

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以上用戶行為特征的單一或組合適用(用戶畫像),使得最終產品能夠實現真正個性化的功能落地,甚至是對專業化的齒科治療過程予以支持和配合。

微應力/應變傳感器 PMDS-F2 在電動牙刷電機軸上的典型適配結構如下圖(1)至圖(2) 所示

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此外,基于合理的材料選擇與結構設計,以及合理的軸應力靈敏度與分辨率/精度預期, 也可以將 PMDS-F2 直接貼裝在 PCB 上,而 PCB 與電機及電機軸整體形成良好的應力/應變傳 遞關系,如下圖(3)示意。

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圖(3)通過 PCB 感知電機軸應力的示意圖

這種方式的最大優點在于,電機軸無需進行加工以獲得傳感器芯片貼裝所需的平面,因 而不會影響其剛度。此外,通過標準化的 PCB 貼裝而非焊接膠實現傳感器芯片的裝配,在工 藝成本上也會更加合理。

當然,通過電機軸-電機殼體-PCB 之間的剛性連接來傳遞牙刷頭產生的應力/應變,對系 統的整體結構設計頗具挑戰,需要在電路布局與結構設計之間進行平衡。

綜上,對于電動牙刷軸應力測量的適用結構建議如下表(1)。

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防水按鍵

(WPK)

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與傳統的機械式按鍵相比,基于壓感原理的防水按鍵具備以下優勢:

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微應力/應變傳感器 PMDS-F3 在電動牙刷防水按鍵中的典型適配結構如下圖所示。

對于可開蓋結構的應用,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;對于無法開蓋的結構來說,可以用過盈配合將 PCB 緊貼外殼進行定位和裝配。

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防水按鍵結構示意圖

與競爭方案相比,基于 PMDS-F3 的防水按鍵方案具備以下優點:

單芯片融合傳感器方案

更小 PCB 尺寸

更低系統功耗

更優化的成本

傳感器芯片

與傳統的基于惠斯通電橋原理的壓阻應變片(不論是 MEMS 形式,還是柔性涂層形式)方案相比,PMDS-Fx 具備以下優勢:

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系統框圖

PMDS-Fx 系列微應力/應變融合傳感器 SoC 的功能模塊,主要包括應力/應變、電容、溫度敏感單元,以及內置微處理器、底層與應用固件如下:

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PMDS-Fx 系統功能框圖
審核編輯:湯梓紅

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