832M1-0200加速度傳感器測(cè)試電動(dòng)牙刷的振動(dòng)

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】832M1加速度傳感器事業(yè)部，張工。

832M1-0200板載式安裝的三軸加速度傳感器。采用穩(wěn)定的壓電陶瓷晶體，功耗低，最大為22μA。產(chǎn)品量程從±100g到±500g，頻率響應(yīng)最高可達(dá)6KHz。

下面講講832M1-0200加速度振動(dòng)傳感器在電動(dòng)牙刷振動(dòng)模態(tài)研究上的應(yīng)用。

背景介紹

如今，家電行業(yè)最受歡迎的產(chǎn)品是電動(dòng)牙刷的開發(fā)和制造。 市面上各種電動(dòng)牙刷的質(zhì)量和價(jià)格差別很大。 電動(dòng)牙刷的工作原理其實(shí)并不復(fù)雜。 拆下刷頭和外殼后，我們可以看到主要的內(nèi)部組件。 參考下圖：

工作原理：電池驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頭以一定的頻率和幅度周期性振動(dòng)，振動(dòng)頭帶動(dòng)牙刷頭振動(dòng)，達(dá)到清潔牙齒的目的。 控制電路可以改變振動(dòng)的頻率、幅度和占空比，以適應(yīng)不同用戶的喜好。 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，以及與人體口腔的相互作用，決定了牙刷的使用體驗(yàn)和清潔性能。

測(cè)試目的：研究了各級(jí)電動(dòng)牙刷各部件的振動(dòng)模式，定量分析了牙刷的性能指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

將832M1-0200微振動(dòng)加速度傳感器連接到電纜插頭上，擰緊螺絲，將電纜BNC接頭的一端插入信號(hào)適配器的BNC插座，用穩(wěn)壓直流電源供電，檢查 電源指示燈亮后傳感器工作狀態(tài)燈。 綠燈亮后，確認(rèn)振動(dòng)傳感器狀態(tài)正常。 然后用同軸電纜將IN的輸出端口連接到萬(wàn)用表和示波器的輸入端。 萬(wàn)用表顯示傳感器的偏置電壓約為 10Vdc。 當(dāng)手指輕敲832M1加速度振動(dòng)傳感器頭部時(shí)，示波器有跳躍波形輸出，證明傳感器通電。 可以正常測(cè)試。用瞬間膠將832M1振動(dòng)加速度傳感器底部貼在牙刷振動(dòng)頭端平面上。 注意不要用太多膠水粘合電連接器。

按下牙刷的驅(qū)動(dòng)按鈕，根據(jù)牙刷制造商的設(shè)置：按一次為強(qiáng)振，按兩次為輕振。 兩級(jí)振動(dòng)波形如下：

可以看出，強(qiáng)檔的波形頻率為260Hz，軟檔的波形頻率為220Hz。 強(qiáng)檔峰值稍大，但波形（與正弦波相比）略有變形，可能是其自身結(jié)構(gòu)的干擾造成的。 使用傅里葉變換可以清楚地看出，不同齒輪的頻率能量存在顯著差異。

1. 將振動(dòng)頭插入刷頭孔內(nèi)并按壓以確認(rèn)裝配牢固。 為了全面分析刷頭各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們需要把刷頭的頂面弄平，以便于安裝傳感器進(jìn)行橫向振動(dòng)測(cè)試，并將傳感器粘貼在刷頭的兩個(gè)安裝面上。 刷頭相互垂直涂上快干膠。開啟電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在自由狀態(tài)下測(cè)試刷頭的振動(dòng)信號(hào)。 可以看出，刷頭在自由狀態(tài)下的振動(dòng)波形中包含很多頻率成分，使得波形看起來(lái)雜亂無(wú)章。 這是因?yàn)樗㈩^是高彈性的懸臂梁結(jié)構(gòu)，振動(dòng)引起刷頭懸臂結(jié)構(gòu)的自諧振，產(chǎn)生微分信號(hào)。 刷頭在這種狀態(tài)下發(fā)出的嗡嗡聲更進(jìn)一步證明了這個(gè)原因。 兩個(gè)垂直方向的振動(dòng)波形基本相同，這是由振動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理決定的。

2、可以看出，實(shí)際使用中牙刷在口腔內(nèi)的振動(dòng)與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率基本一致，振動(dòng)幅度與廠家的設(shè)計(jì)意圖基本一致。 將832M1振動(dòng)加速度傳感器安裝在牙刷外殼上，測(cè)試人手的握持力。

從這個(gè)測(cè)試可以知道，電動(dòng)牙刷的使用體驗(yàn)是通過(guò)調(diào)整振動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)頻率和振幅來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 設(shè)計(jì)者不僅需要選擇合適的振動(dòng)電機(jī)參數(shù)和控制算法，還需要考慮不同結(jié)構(gòu)之間的相互作用。 在這個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不僅讓我們了解了電動(dòng)牙刷的性能，也啟發(fā)了我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)開發(fā)中考慮各種結(jié)構(gòu)的共同作用。 在不同的駕駛模式下，相同的結(jié)構(gòu)可能具有完全不同的模態(tài)響應(yīng)。