闪变仪器的软件设计

　　一.引言

　　在IEC标准(我国国家标准也是如此)中，给出的是模拟式闪变仪的数学模型。也就是，IEC闪变仪的各个环节传递函数适用于连续时间系统。随着计算机技术的发展，在工程测量应用中，更多使用的是数字式闪变仪。IEC闪变仪没有规定数字式闪变仪的设计方法，只是要求数字式闪变仪各个环节的输入─输出传递函数必须满足IEC标准。所以本设计使用数字的方法，将IEC闪变仪各个环节转变为离散时间系统的传递函数模型，也就是将IEC闪变仪数字模型从s域向z域转换(或称映射)。最后，通过计算机仿真验证其正确性。

　　二.IEC 闪变仪

　　1986年，国际电工委员会IEC依据1982年国际电热协会UIE推荐，给出闪变仪的功能和设计规范，其框图如图1所示

　　框1之前，将输入的被测电压适配成适合仪器的电压数值，并能发生标准的调幅波电压作仪器自检信号。框1至框5，是对灯─眼─脑环节的模拟。

　　框1，模拟灯的作用，用平方检测方法从工频电压波动中解调出反映电压波动的调幅波。

　　框2，带通滤波器。闪变仪要求在相对电压变动为5%的范围最为灵敏，解调调幅波的幅值变动必须不小于1%的范围，其对二倍工频100Hz(120Hz)的衰减须在90dB的数量级，这个衰减作用要由带通滤波器和加权滤波器来完成。带通滤波器由截止频率为0 .05Hz的高通滤波器和35Hz的低通滤波器构成。

　　设计带通滤波器的通频带为 0 .05～35Hz，用来消除平方检测法得到的调幅波中直流分量和100Hz的分量，使其在100Hz(或120Hz)具有高的带阻品质因数，由截止频率为0.05Hz的一阶高通滤波器能较容易得抑制直流分量。六阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器(又称最平坦的低通滤波器)的截止频率为35Hz，使100Hz分量衰减55dB，再由加权滤波器衰减37dB来达到衰减90dB的要求。

　　框3，视感度加权滤波器是用来模拟人眼的频率选择特性，是IEC推荐的传递函数;

　　框4～框5，平方器和一阶低通滤波器，模拟人脑神经对视感反映和记忆效应。

　　框6，在线统计分析(on-line)或离线(off-line)将框4输出录波作统计分析。将框4输出的S(t)恒速采样，分级计时，至少分64级作统计评定，给出累计概率函数。采样频率要求不小　　于50Hz，至少要高于二倍的停闪频率。最后给出短时间闪变值Pst 和长时间闪变值Plt。这些滤波器的传递函数将在第四节中表述。

　　三.IEC 闪变仪各环节的输入输出信号分析

　　3.1框1之前

　　载波为工频正弦波，调幅波为0.05～35Hz正弦波(数字信号)