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荆戈 *MATHEUS 10-106-01-019荆戈 *MATHEUS 10-106-01-019

在冬天时，我们接触电子设备经常会听到“啪”的一声，这就是静电放电，外行的人可能会抱怨这是产品设计不好导致的，其实不然，设计是否可靠，要看“啪”之后设备是否异常，如果设备正常工作，则说明设计可靠，如果设备异常，比如黑屏、闪屏、关机、异响，则说明保护不可靠。

我们一定要正确选型TVS，来有效抑制ESD引起的瞬时大脉冲，同时又不影响到电路本身信号或电源正常工作。我们以单向TVS管为例，详细解读TVS各参数意义。

TVS的IV特性曲线见下图，第一象限是作为二极管时的输出特性曲线，有我们熟知的正向导通电压和导通电流两个参数。

TVS是利用反向时来箝位电压，是反接、并联在电路中，反向工作时工作在上图第三象限，我们就介绍第三象限中的主要参数。

VRWM：PeakReverse Working Voltage，反向工作电压，也有称之为变位电压，在这个工作电压下，我们可以看到VRWM对应的电路IR是很小的，此时TVS的功耗也就非常小。

需要注意的是，VRWM一定要大于器件工作时的电压，比如某信号是3．3V，则并联的TVS的VRWM一定要大于3．3V，否则TVS会把3．3V的信号当做干扰抑制，或者功耗很大。

IR：Reverse Leakage Current ＠VRWM，漏电流，TVS工作在VRWM时的电流，这是一种漏电流，电流值很小，在0V～VRWM电压之间，IR约等于0．

VBR：Breakdown Voltage ＠ IT，击穿电压。在试验电流IT（test current）下，TVS反向导通时两端的电压，此时TVS处于低阻抗通路。高脉冲此时开始被导通到地回路。

VC：Clamping Voltage＠ IPP，箝位电压，在峰值电流IPP作用下，TVS两端的电压称为箝位电压，这是非常重要的参数，峰值电流IPP作用下，大部分能量是通过TVS流到地，电压被箝位，进而保护了TVS后面的电路。

VC一定要小于后面电路的正常最大工作电压，因为，如果VC高于器件的正常工作电压，那么峰值脉冲被箝位在VC后，VC高于器件承受电压，器件还是会损坏。

以上就是TVS重要参数的解读，我们一定要正确选型TVS，来有效抑制ESD引起的瞬时大脉冲，同时又不会干扰到电路本身工作工作。
 

助力水利现代化！数字孪生与水科技创新论坛举行

近日，第333场中国工程科技论坛——数字孪生与水科技创新论坛在武汉举行。会议围绕“数字孪生与水，助力水利现代化”主题，聚焦流域规划和联合调度、水利水电工程建管、城市智能建造及水务治理能力等领域。

本次论坛由中国工程院主办，中国工程院土木、水利与建筑工程学部，长江勘测规划设计研究院联合承办。来自水利、土木、建筑、测绘等领域30多位院士，国家水利部、湖北省、长江水利委员会、高校及科研院所、水利水电勘察设计等单位政府官员、专家学者共计500余人参会。

中国工程院院士、长江设计院院长钮新强主持开幕式时说，当前，“数字中国”已经上升为国家战略，水利行业要运用数字孪生等新技术，提升核心能力，提高水资源集约安全利用水平，建立水资源刚性约束制度、水旱灾害防御实现“四预”能力，数字与智慧水利已成为水利高质量发展的标志。长江设计院长期致力于流域综合规划、咨询、海内外水利水电工程勘察设计、科研和技术攻关等工作，为建设水利智能应用系统，解决水资源与社会经济协调发展和绿色发展问题，做出不懈努力。

中国工程院副院长何华武院士致辞时称，本次论坛紧跟国家“十四五”规划，聚焦数字孪生与水的融合，意义重大。“数字孪生”不再只是一种技术，而是一种发展新模式，数字孪生与水的融合是新一代信息技术在水利的综合集成应用，是实现水利治理体系现代化和治理能力现代化，发展产业数字经济是重要载体，是未来增强长期竞争力、实现水利可持续发展的新基础设施，也是吸引智力资源参与、不断更新的创新平台。

水利部副部长陆桂华表示，“十四五”时期水利科技创新将着力提升水利战略科技实力，以高水平创新成果支撑新阶段水利高质量发展，以重点实验室建设为导向，发挥国家科研机构、高水平研究型大学和科技企业优势，建设体现国家意志的水利工程，水利科技创新“国家队”服务国家战略需要，代表国家水平。他希望广大水利科技工作者珍惜国家的伟大胸怀，弘扬科学家精神，写祖国江河流域的论文，积极参与水利科普工作，提高全民的水科学素养。

当天论坛主要议题包括数字孪生技术、智慧流域和水工程联合调度、水利水电工程全生命期智慧建设、城市智能建造及水务综合治理4个领域的16个研究方向。武汉大学李建成院士、武汉理工大学严新平院士、挪威工程院外籍院士郭生练、深圳大学郭仁忠院士、华中科技大学丁烈云院士等分别作《数字孪生与水资源测绘》《水路交通的数字孪生技术与新一代航运系统的发展》《清江梯级水库水资源高效利用研究》《数字孪生城市——关键技术及应用》《发展智能建造与数字经济》的主旨报告。

此外，来自长江水利委员会、阿里云栖工程院、华为、同济大学、国能大渡河公司的专家，分享了虚拟现实、智慧水利、隧道智能设计与服务、流域智慧化运营管理等领域的经验和思考，积极为推动中国水利现代化建言献策。

光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立体世界，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。

光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散（分解为光谱）的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝（刻线）的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。

衍射光栅在屏幕上产生的光谱线的位置，可用公式（a+b）（sinφ±sinθ）=kλ表示。式中a代表狭缝宽度，b代表狭缝间距，φ为衍射角，θ为光的入射方向与光栅平面法线之间的夹角，k为明条纹光谱级数(k=0，±1，±2……)，λ为波长，a+b称作光栅常数。用此式可以计算光波波长。光栅产生的条纹的特点是：明条纹很亮很窄，相邻明纹间的暗区很宽，衍射图样十分清晰。因而利用光栅衍射可以测定波长。衍射光栅的分辨本领R=l/Dl=kN。其中N为狭缝数，狭缝数越多明条纹越亮、越细，光栅分辨本领就越高。变大缝数N提高分辨本领是光栅技术中的重要课题。

早期的光栅是1821年由德国科学家J.夫琅和费用细金属丝密排地绕在两平行细螺丝上制成的。因形如栅栏，故名为“光栅”。现代光栅是用精度大的刻划机在玻璃或金属片上刻划而成的。光栅是光栅摄谱仪的核心组成部分，其种类很多。按所用光是透射还是反射分为透射光栅、反射光栅。反射光栅使用较为广泛；按其形状又分为平面光栅和凹面光栅。此外还有全息光栅、正交光栅、相光栅、闪耀光栅、阶梯光栅等。工业机器人常用的减速器包括RV减速器和谐波减速器，谐波减速器主要用于小臂、腕部、手部等轻负载部位。RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力。

  谐波减速器和RV减速器各有所长，以工业机器人为例，谐波减速器在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势，RV减速器在机器人大臂、机座等重负载部位具有优势。
 

 

  减速器市场主要被日本两大企业占据。全球范围内，从事精密减速器研发、生产的厂商主要包括纳博特斯克、哈默纳科、日本新宝、住友、绿的谐波、南通振康、中大力德及中技克美等。其中，哈默纳科是谐波减速器，纳博特斯克是RV减速器，两家公司占据了全球工业机器人减速器的大半个*。

  *盯上新机会

  近日日本经济新闻网报道，精密减速器厂商日本哈默纳科（Harmonic Drive Systems）的中长期增长前景正在浮现。工业用小型机器人已进入食品制造、医疗和物流等领域。哈默纳科在用于可搬重量10公斤以下机器人的减速器领域掌握8成份额，对于哈默纳科来说，良机已经到来，但在其背后，正在传来不断追赶的中国企业的脚步声。

  贸易统计显示，日本1月的工业机器人出口为1万3249台，比上年同月增加54％。在最先控制住

疫情并实现经济复苏的中国，设备投资恢复，工业机器人需求也正在回暖。高盛证券的諌山裕一郎注意到了一个趋势，那就是随着出口台数的增加，每台单价正在下降。在2月发给客户的报告中表示，諌山分析称“产品构成变化导致的这种趋势今后将持续”，维持了看好哈默纳科的投资判断。

  哈默纳科2月上调了2020财年（截至2021年3月）的业绩预期。合并最终损益有望从亏损4亿5000万日元转为盈利5亿日元。作为业绩的先行指标，订单额2020年10～12月比上年同期增加58％。

  出口机器人单价下降的原因之一是，在生产线上能紧挨着工人设置的小型“协作机器人”的增长。调查公司MarketsandMarkets预测称，这类机器人的世界市场规模到2026年将比2020年增加8倍，扩大至8600亿日元规模，其中，可搬重量在5公斤以下的机型将成为主流。

  另有调查显示，从制造业的机器人整体来看，协作机器人的比例目前在5％左右，但到2025年将达到逾1成。日本工业机器人厂商发那科（FANUC）计划将2020年6月启动供货的协作机器人“CRX系列”的产能在2021年内提高至当初的3倍左右。除了原本的劳动力短缺之外，由于疫情，非接触的需求也在提高。

  哈默纳科涉足的“波动齿轮”减速器适合机器人结构的小型化，而协作机器人的市场扩大也有望推动该公司的利润增长。
 

  哈默纳科的增产投资截至上财年基本完成。长野县的新工厂厂房建设等的设备投资2018财年达到238亿日元，上财年为78亿日元，但2021财年仅为28亿日元。

  据报道披露，哈默纳科减速器在日本国内的月产能2018年为8万5000个，今后有望达到20万个。由于中美摩擦导致的订单低迷和大型设备投资叠加，现金流出，但该公司的长井启社长表示“困难时期的设备投资将在今后开花结果”。

  哈默纳科的股价在2020年底创出了上市以来的高价，但从长期看，竞争企业的崛起有可能对其构成威胁。在通过针对不同客户的细微调整而建立起来的精细度和耐久性方面，哈默纳科依然维持着优势。但2014年启动减速器的商业生产的本土企业绿的谐波传动科技(leaderdrive，以下简称：绿的谐波)2020年营收为2.17亿元，归母净利润为0.82亿元，其市值140亿。

  目前，在国内厂商生产的机器人中，只有不到15%的减速器属于国产，比如埃斯顿目前的工业机器人核心部件中，主要外购的是RV减速机。而本土减速器企业主要以绿的谐波、中大力德待代表。比如，绿的谐波在国内*实现谐波减速器的工业化生产和规模化应用，打破了国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断，已成长为国内谐波减速器龙头。

  本土企业发展迅猛

  伴随一系列产业鼓励政策的颁布和实施，我国已将突破机器人关键核心技术作为科技发展的重要战略，对精密减速器发展的支持力度也不断增强，这在机器人需求数量上得到了相应的体现。据IFR数据显示，2020年我国实现工业机器人销售量17.1万台，同比增长约15%，其中SCARA机器人、协作机器人、20公斤以下六轴机器人出货量分别同比增长45%、22%和12%。

  受益于行业较高的景气度，2020年绿的谐波的谐波减速器生产量为11.22万台，同比增加26.9%，销售量为11.09万台，同比增加25.19%，此种产品产销量的上升主要系销售订单增加及产能提升所致；机电一体化产品逐步实现批量销售，使得产销量大幅上涨，其中，生产量为2938套，同比增长130.53%，销售量为2733套，同比上涨216.69%；此外，报告期内公司部分金属部件产能用于切换生产谐波减速器相关产品，使得金属部件产销量有所下降。

  伴随工业机器人需求的稳定增长，工业机器人行业在2021年仍有望保持较高行业景气，叠加公司目前已经基本形成了相应产能规模，预计公司2021年谐波减速机产能规模将继续增长，收入、利润有望加速增长，行业*也将进一步扩张。