用于通过刷毛动作确定牙齿上的压力负载的力和动态负载测量的组合的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般涉及具有刷毛压力传感器的电动牙刷，并且更具体地涉及具有改进的 压力传感精度的牙刷。
【背景技术】
[0002] 压力传感器在电动牙刷中的使用是公知的。这样的传感器，也称为负载传感器，以 克为单位实际测量刷毛区施加于牙齿的力。然而，这种传感器的结果除了由用户动作所产 生的对着牙齿的直接刷毛力之外，通常包括其它类型的负载，例如由面颊、舌和嘴唇产生的 负载。除了其它负载，对着牙齿的刷毛压力的准确指示将为用户提供更好的信息，以及使器 具更有效地适应。
[0003] 因此，理想的是提供一种压力/力感测系统，其为用户提供了有关过大的力的应 用的更准确信息。
【发明内容】
[0004] 因此，具有压力传感器的电动牙刷包括：用于通过直接力测量确定牙刷的刷毛施 加在用户的牙齿上的压力的系统；用于通过动态力测量确定牙刷的刷毛施加在用户的牙齿 上的压力的系统；和响应于通过直接力测量和动态力测量所确定的压力来调整指示过度刷 毛力的压力的预先建立量的处理系统。
【附图说明】
[0005] 图1是当正在刷牙齿的外（颊）面时，用户的口腔和牙刷的各个部分的平面图。
[0006] 图2是图1的正视图。
[0007] 图3是当正在刷牙齿的内（舌）面时，用户的口腔和牙刷的平面图。
[0008] 图4是图3内的口腔的俯视图。
[0009] 图5是牙刷的产生压力信息的一部分的简化图。
[0010] 图6是霍尔效应传感器的半周期的输出，其具有校准至用于器具的驱动信号的输 出信号。
[0011] 图7是类似于图6的示意图，其示出了由负载造成的输出信号相移。
[0012] 图8从图5的传感器产生直接力信息的流程图。
[0013] 图9是用于从图5的传感器确定动态力信息的流程图。
[0014] 图10是一个图表，其显示了来自于图6和图7中的信息如何被用于调整由用户施 加的过大的力的触发点/阈值。
【具体实施方式】
[0015] 除了牙刷刷毛作用在牙齿上的压力，在刷牙动作期间还存在由口腔中的组织产生 的几种类型的负载。存在一种弹簧负载，其是通过刷毛对牙齿的动作产生的。还有一种呈 摩擦形式的阻尼动作，其发生于靠着支撑牙刷刷毛的刷毛板的脸颊，靠着牙齿的刷毛，靠着 刷毛板的舌头和靠着牙刷的颈部的嘴唇之间，更进一步，存在一种通过靠着刷毛板的脸颊， 以及靠着刷毛的牙齿，靠着刷毛板的嘴唇，靠着刷毛板的舌头，靠着牙齿的刷毛和靠着刷毛 的牙齿所产生的负载。
[0016] 这些对于牙齿的外（颊）面的不同负载示于图1和图2中，而图3和4示出了对 于内（舌）面的负载。牙齿被示出为12,脸颊示为14,舌头示为16,并且嘴唇示为18。牙 刷总体显示为20,牙刷的颈部示为22,刷毛板部示为24,并且刷毛示为28。压力传感器系 统，试图测量刷毛对牙齿的力/负载，以便为用户提供关于相对于其上可能压力过大的力， 以及用于清洁效果的最小力的应用的信息，然而，这种传感器实际上不只是测量对牙齿的 刷毛压力，因此为用户提供相对于过度压力的有点不准确的信息。具体地，除了对牙齿的直 接刷毛压力，由于某些口腔组织的包含，用于为用户产生过度压力指示的触发点（阈值）可 能太高或太低。如果过高，可能在没有警告的情况下引起损害，并且如果过低，效果可能降 低。
[0017] 本发明被设计用于为用户提供更精确和消息灵通的触发点信息，特别是关于由刷 毛施加到牙齿表面上的压力或力的更精确的/明确的信息。在本发明中，两个不同的力确 定系统被使用，并且从每个系统中获得的信息被相对于表格使用以影响提供给用户相对于 可能的超载或过度压力的信息。例如，如果在处理器中触发点被设定为300克，由两个不同 的压力传感器系统提供的信息，以及关于峰-峰值的信息，被用来调整预设定值，警告在该 值下被提供给用户。一个压力感测系统提供直接力或位移信息，而另一个感测系统提供动 态力信息。
[0018] 存在几种提供直接力或位移信息的感测装置，和提供动态力信息，以及峰-峰值 信息的装置。
[0019] 在本装置中，直接力或位移信息是由霍尔效应传感器装置提供的，而动态负载信 息也是由霍尔效应传感器提供的，其被用于测量磁场响应相对于驱动信号的相位之间的相 移。然而，其它装置也可以被使用，以提供位移和动态负载感测信息。
[0020] 图1示出了电动牙刷的简化视图，其被设置成包括霍尔效应感测装置，以产生位 移和动态负载信息两者。整体示为29的电动牙刷包括手柄30、刷头组件32和一组刷毛34， 其中刷毛板36被定位在刷头组件的颈部37的远端。该刷头组件通常从手柄部分可移除。 该电动牙刷包括整体以40示出的传动系组件，其由可再充电电池供电。该电动牙刷还包括 微处理器46,其为传动系产生驱动信号，还处理来自霍尔效应传感器/多个霍尔效应传感 器的信号信息以提供位移和动态负载信息。在传动系40的后部的是磁体48。在所示实施 例中，磁体的尺寸如下：13. 4mmX9.0mmX4. 0mm。合适的磁体的一个例子是钕。其它磁体也 可以使用。安装在电动牙刷内部的是霍尔效应传感器或多个霍尔效应传感器52。霍尔效应 传感器52可被安装在电动牙刷内的各种位置。在一个实施例中，一个霍尔效应传感器被安 装到柔性电路上，其被附连到包含微处理器的印刷电路板，从而当牙刷在操作中移动时，霍 尔效应传感器可以响应于变化的磁场。这将导致动态力确定，如下面所解释的。
[0021] 另一个霍尔效应传感器53可以安装在牙刷的传动系框架上，位于距磁体大约 2. 3_处，与其大约在同一平面中。该霍尔效应传感器识别由于靠着牙齿的刷毛区上的力， 安装或设置在诸如V型弹簧实施例中的传动系的横向位移，从而传动系的后端响应于用户 的力横向移动。
[0022] 在操作中，相对于当传动系的后端和磁体来回摆动通过选择的角度时的直接力 (位移）的信息，霍尔效应传感器53的电压输出正弦变化。霍尔效应传感器的电压输出将 根据变化的磁场而改变。变化的磁场为确定相对于位移施加到刷毛的力的量提供了基础。 当力被施加到刷毛区时，包括磁体的传动系的后端枢转，从而在霍尔效应传感器的方向上 产生磁铁的横向位移。当磁体更接近传感器时，霍尔效应传感器足够敏感以检测磁场的变 化。在牙刷内的微处理器包括呈响应曲线形式的信息表，其涉及霍尔效应传感器对磁体位 移以及因此对施加到刷元件的力的电压输出。磁体的位移将导致霍尔效应传感器的电压输 出相对于在空载条件下的电压输出的变化。因此，传感器输出的变化是施加到刷毛区的位 移力的可靠指示。此处参考美国临时专利申请第61/695396号，其涉及用于牙刷的直接力 (位移）压力信息系统。
[0023] 相对于动态负载信息的产生，正弦输出也由霍尔效应传感器在空载条件下产生。 在这种装置中，霍尔效应传感器检测用于器具的驱动信号和由磁体48的运动所产生的刷 头组件的机械响应之间的相位，随着刷毛区压力变化的变化。随着压力增加，相移增加。通 常，相位变化在压力（力）的限定变化内将是线性的，所述限定变化例如从〇克到至少300 克，在该点处，压力通常已超过舒适性和有效性的最大值。信息也被存储在微处理器中，对 于被测试的特定器具，其具体将相移信息和值与施加的力联系起来，使得特定相移是施加 到牙刷的刷毛区的压力/力，特别是动态力的准确指示。
[0024] 驱动信号通常是方波，其在一个周期中从零电平上升到正值，并在由驱动频率确 定的时间之后下降到相反极性的一个值，驱动信号周期持续用于每个事件的牙刷的操作持 续时间。在所示的实施例中，驱动频率为250赫兹，运动的幅度在9至1Γ之间。然而，这 仅是操作的一个例子。频率和幅度可以变化。
[0025] 牙刷最初被校准以确定方波电动机驱动信号和机械响应信号之间存在的时间偏 移，如由来自于霍尔传感器的信号输出所指示的。这是在空载条件下完成的，从而使电动机 驱动信号和响应信号之间的静态相位关系是已知的，并且可以在牙刷的实际操作期间，实 际上是用于信号处理的调零。<