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計(jì)算機(jī)顯示器能源效率標(biāo)識(shí)計(jì)量檢測(cè)的影響因素

張永臣 / 黑龍江省計(jì)量檢定測(cè)試院

摘要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，在計(jì)算機(jī)顯示器能源效率標(biāo)識(shí)計(jì)量檢測(cè)工作中，亮度計(jì)與被測(cè)顯示器的距離及兩者的垂直程度都會(huì)對(duì)亮度測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其是垂直程度偏出5°角則帶入較大誤差。能耗測(cè)量時(shí)，顯示器進(jìn)入正常工作狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)間在40 min為宜。顯示器與視頻信號(hào)發(fā)生器的連接狀態(tài)對(duì)關(guān)閉狀態(tài)能耗測(cè)量結(jié)果影響不大。

關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)；顯示器；能效標(biāo)識(shí)；檢測(cè)

0　引言

JJG 1261.6-2012《計(jì)算機(jī)顯示器能源效率標(biāo)識(shí)計(jì)量檢測(cè)規(guī)則》[1]（以下簡(jiǎn)稱規(guī)則）于2012年5月1日實(shí)施以來，全國(guó)已有多家計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)依據(jù)此規(guī)則建立了計(jì)算機(jī)顯示器的能效標(biāo)識(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，承擔(dān)著國(guó)家質(zhì)檢總局的監(jiān)督抽查檢測(cè)任務(wù)及本省的計(jì)算機(jī)顯示器抽樣檢測(cè)工作。該規(guī)則對(duì)檢測(cè)方法有較詳細(xì)的說明，但實(shí)際操作起來，有些細(xì)節(jié)處理不當(dāng)仍會(huì)引入較大誤差，最終影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，尤其是測(cè)量結(jié)果在判據(jù)邊緣時(shí)，影響會(huì)更大。因此，本文從幾個(gè)方面對(duì)計(jì)算機(jī)能效檢測(cè)中應(yīng)注意的地方進(jìn)行分析并用數(shù)據(jù)加以說明。

試驗(yàn)所用儀器設(shè)備：柯尼卡美能達(dá)LS-100亮度計(jì)；日本橫河WT310數(shù)字功率計(jì)；牡丹視源MDW1889G視頻信號(hào)發(fā)生器。

被測(cè)顯示器：聯(lián)想L197wAB液晶顯示器（分辨率1440×900像素，頻率60 Hz）。

1　亮度測(cè)量影響[2]

計(jì)算機(jī)顯示器能效檢測(cè)中共有兩部分涉及亮度測(cè)量，一是亮度一致性測(cè)量，規(guī)則要求測(cè)量時(shí)應(yīng)保證光學(xué)測(cè)量裝置與屏幕垂直，且要求找到L11，L19，L55，L91，L99位置（參見JJG 1261.6-2012第5頁）；另一個(gè)是能源效率測(cè)量，在保證光學(xué)測(cè)量裝置垂直于屏幕的情況下，還要保證測(cè)量的屏幕中心至少覆蓋500像素，且發(fā)光面積不小于測(cè)量裝置的測(cè)量面積。

從規(guī)則要求中可以看出，垂直程度和被測(cè)量的被測(cè)發(fā)光面積兩個(gè)因素比較關(guān)鍵。實(shí)際上被測(cè)量的被測(cè)發(fā)光面積也可以理解為測(cè)量裝置與顯示器的距離。從這兩個(gè)方面分別做了試驗(yàn)，并以數(shù)據(jù)說明。

1.1亮度測(cè)量距離的影響

在測(cè)量亮度時(shí)，規(guī)則未明確說明測(cè)量裝置與顯示器的距離。在實(shí)際操作中距離會(huì)不會(huì)帶來影響，影響多大，現(xiàn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明。

在保證亮度計(jì)與顯示器垂直的前提下，根據(jù)顯示器屏幕的尺寸找到L11，L19，L55，L91，L99的位置（見JJG 1261.6-2012），且測(cè)量面積至少覆蓋500像素，則通過顯示器的分辨率和屏幕面積可以計(jì)算出500個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的屏幕面積，然后在屏幕中心以此面積做一個(gè)圓即L55，其他各點(diǎn)大小也如此。試驗(yàn)中被測(cè)顯示器所測(cè)量的數(shù)據(jù)為：

屏幕尺寸：410.00 mm×256.16 mm

顯示器分辨率：1 440×900像素

將亮度計(jì)的聚焦環(huán)旋轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)到非放大狀態(tài)（本儀器是旋轉(zhuǎn)到1位置），然后在垂直屏幕情況下對(duì)準(zhǔn)L55位置，由近及遠(yuǎn)找到視場(chǎng)內(nèi)L55清晰時(shí)與顯示器屏幕的最小距離，此時(shí)為第1測(cè)量位置。繼續(xù)找到亮度計(jì)視場(chǎng)內(nèi)L55剛要變得模糊時(shí)的距離，作為最后測(cè)量位置，即本試驗(yàn)中的第5位置。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　屏幕亮度值與測(cè)量距離的關(guān)系　　　　　　　　　　　　　單位（cd·m-2）

從表1、圖1和圖2可以看出，各測(cè)量位置隨著測(cè)量距離的增加，亮度值有一個(gè)不太明顯的減小趨勢(shì)，L55位置的亮度值相差最大為2.9 cd·m-2。亮度一致性的變化在1.28 cd·m-2至1.26 cd·m-2之間，變化幅度在0.02 cd·m-2之內(nèi)，而且不存在規(guī)律性。所以亮度測(cè)量中，保持亮度計(jì)視場(chǎng)內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)清晰時(shí)，從最小距離到最大距離測(cè)量的亮度值及亮度一致性不會(huì)有大的變化，但如果測(cè)量結(jié)果在規(guī)定值邊緣時(shí)，則應(yīng)考慮多測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)，可以考慮在亮度計(jì)視場(chǎng)內(nèi)清晰時(shí)取三個(gè)測(cè)量位置，如本例中取的第1、3、5位置測(cè)量，然后取平均值為測(cè)量值。

圖1　亮度變化曲線

圖2　亮度一致性變化曲線

1.2垂直程度的影響

按照規(guī)則要求設(shè)置顯示器，分別使亮度計(jì)測(cè)量直線軌跡與顯示器平面成不同角度，分析L55處亮度測(cè)量結(jié)果的變化情況。該角度是使亮度計(jì)保持水平時(shí)測(cè)量L55處所成的水平角度。

固定測(cè)量距離為90.0 cm，分別測(cè)定以下幾點(diǎn)的屏幕中心亮度值。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)測(cè)量角度（水平角度從左至右）對(duì)亮度值有明顯影響，即越偏離垂直則所測(cè)得亮度值越小。在實(shí)際測(cè)量過程中應(yīng)該注意在保證亮度計(jì)處于水平狀態(tài)時(shí)，其與屏幕的垂直程度可能帶來較大的誤差，尤其是偏離垂直10°以上，則亮度值相差可以達(dá)到5 cd·m-2。

圖3　亮度值隨角度變化曲線

2　能耗測(cè)量影響[3]

計(jì)算機(jī)顯示器能效檢測(cè)中有兩部分涉及能耗檢測(cè)，一是能源效率測(cè)量；另一個(gè)是在顯示器關(guān)閉狀態(tài)下的能耗測(cè)量。筆者從以下方面對(duì)影響因素進(jìn)行分析。

2.1顯示器處于工作狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)間

規(guī)則中要求，顯示器處于工作狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)間保持40 min以上。穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短是怎樣影響測(cè)量結(jié)果的，筆者做了試驗(yàn)，并用數(shù)據(jù)加以說明。數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2和圖4 可以看出，在視頻信號(hào)發(fā)生器和顯示器進(jìn)入待測(cè)量狀態(tài)后，如果立即進(jìn)行能耗的測(cè)量，則測(cè)量值會(huì)偏高。隨著穩(wěn)定時(shí)間的延長(zhǎng)，能耗值降低并趨于平穩(wěn)。在100 min 之后，數(shù)值已幾乎無變化。在實(shí)際操作中，穩(wěn)定時(shí)間在40～100 min之內(nèi)，能耗從3 582.4 mWh降至3 565.2 mWh，變化值

表2　顯示器工作狀態(tài)能耗值與穩(wěn)定時(shí)間的關(guān)系

為17.2 mWh?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況考慮顯示器的穩(wěn)定時(shí)間，如果測(cè)量最終結(jié)果在規(guī)定值邊緣時(shí)，則應(yīng)延長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間，并多測(cè)量幾次取平均值。

圖4　顯示器工作狀態(tài)能耗變化曲線

2.2關(guān)閉狀態(tài)能耗測(cè)量時(shí)的兩個(gè)注意項(xiàng)

2.2.1預(yù)熱時(shí)間的影響

顯示器是否需要接通電源預(yù)熱一段時(shí)間再進(jìn)行測(cè)量，還是可以接通電源就立刻進(jìn)行測(cè)量，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明。顯示器電源接通，處于關(guān)閉狀態(tài)，未連接視頻信號(hào)發(fā)生器，能耗測(cè)量時(shí)間10 min。

從表3和圖5可以看出，顯示器關(guān)閉狀態(tài)的能耗值在接通電源之后有一個(gè)平穩(wěn)的過程。這一點(diǎn)在規(guī)則中闡述為“將顯示器保持在關(guān)閉方式下直到被測(cè)量的功率值度數(shù)穩(wěn)定”。但由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)室所使用的功率計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度不同，功率計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定的時(shí)間也不同。如果之前顯示器未接通電源，重新接通電源建議最好預(yù)熱30 min再進(jìn)行能耗測(cè)量。

2.2.2顯示器與視頻信號(hào)發(fā)生器連接狀態(tài)的影響

為驗(yàn)證顯示器與視頻信號(hào)發(fā)生器連接狀態(tài)和斷開狀態(tài)下對(duì)顯示器關(guān)閉狀態(tài)能耗測(cè)量的影響，做以下測(cè)試。能耗測(cè)量時(shí)間10 min。

表3　顯示器關(guān)閉狀態(tài)能耗與預(yù)熱時(shí)間的關(guān)系

圖5　顯示器關(guān)閉狀態(tài)能耗曲線

表4　顯示器在與信號(hào)發(fā)生器連接和斷開時(shí)關(guān)閉狀態(tài)能耗值

從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，信號(hào)發(fā)生器的連接與斷開并未對(duì)關(guān)閉狀態(tài)能耗產(chǎn)生較大影響。因?yàn)樵贘JG 1261.6-2012中并未說明信號(hào)發(fā)生器的連接狀態(tài)，所以在具體實(shí)驗(yàn)中建議斷開視頻信號(hào)器測(cè)量。因?yàn)闇y(cè)量顯示器的關(guān)閉狀態(tài)能耗時(shí)，理論上應(yīng)不連接任何外部設(shè)備。

3　測(cè)量中應(yīng)注意的事項(xiàng)

3.1亮度測(cè)量中應(yīng)注意的事項(xiàng)

1）亮度計(jì)與顯示器的距離在一定范圍內(nèi)不會(huì)有較大影響?？梢哉{(diào)節(jié)亮度計(jì)的對(duì)焦環(huán)，調(diào)節(jié)到正常無放大位置處，本儀器調(diào)節(jié)到“1”位置。在亮度計(jì)視場(chǎng)內(nèi)顯示器屏幕上的測(cè)量位置清晰可見時(shí)，有一個(gè)最小距離，在此情況下增大測(cè)量距離，直到被測(cè)位置圖像模糊時(shí)，有一個(gè)最大距離。如果在最小、最大兩個(gè)位置上測(cè)量的亮度值相差不大，則在兩位置之間的任何位置測(cè)量都可以。如果兩個(gè)位置的測(cè)量結(jié)果相差較大或者在規(guī)定值邊緣時(shí)可考慮多測(cè)幾點(diǎn)取其平均值。

2）亮度計(jì)與顯示器屏幕的垂直程度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大，理論上應(yīng)嚴(yán)格保證兩者垂直，超出5°角就會(huì)有接近2 cd·m-2的誤差。

3.2能耗測(cè)量中應(yīng)注意的事項(xiàng)

1）在測(cè)量顯示器工作狀態(tài)能耗時(shí)，應(yīng)保證顯示器處于工作狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)間在60 min為宜，并且測(cè)量能耗的累計(jì)時(shí)間即功率計(jì)的積分時(shí)間可以長(zhǎng)一些。

2）視頻信號(hào)發(fā)生器與顯示器的連接或者斷開對(duì)顯示器關(guān)閉狀態(tài)的能耗值影響不大。雖然規(guī)則中沒有具體說明，但理論上講，測(cè)量顯示器關(guān)閉狀態(tài)能耗時(shí)不應(yīng)連接任何外部設(shè)備，所以建議斷開連接進(jìn)行測(cè)量。

3）顯示器關(guān)閉狀態(tài)能耗測(cè)量時(shí)，如果是單獨(dú)測(cè)量此項(xiàng)目，之前顯示器處于斷電狀態(tài)，則不要接通電源就測(cè)，建議接通電源預(yù)熱30 min以上。此時(shí)進(jìn)行能耗值的測(cè)量，數(shù)值基本穩(wěn)定。

4　結(jié)語

綜上所述，為使計(jì)算機(jī)顯示器能效檢測(cè)工作更規(guī)范，操作更統(tǒng)一，每個(gè)檢測(cè)人員都要了解測(cè)量時(shí)可能帶入誤差的環(huán)節(jié)，通過長(zhǎng)期工作積累，做到盡量減少誤差來源，使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。也希望在今后的規(guī)則宣貫過程中更加注重對(duì)實(shí)際操作的細(xì)致講解，促進(jìn)該檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果的一致性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 全國(guó)法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì)能效標(biāo)識(shí)計(jì)量檢測(cè)分技術(shù)委員會(huì).JJG 1261.6-2012[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012.

[2] 中國(guó)電子技術(shù)規(guī)范化研究所.SJ/T 11292-2003[S].北京：工業(yè)電子出版社，2003.

[3] 全國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 21520-2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

Influence factors of metrology testing for energy efficiency label of computer monitors

Zhang Yongchen

（Heilongjiang Provincial Institute of Measurement & Verification）

Abstract:The experimental verification of meteology testing for energy efficiency labels of computer monitors shows that luminance measurement results are affected by the distance and the verticality between the luminance meter and the computer monitor. Especially, the vertical angle deviation of exceeding 5-degree will bring greater errors. When testing the energy consumption, it is appropriate that the computer monitor maintains steady working state for 40 min. The link status between monitor and video generator has few effect on the measurement results of energy consumption when the monitor is in a closed state.

Key word: computer; monitor; energy efficiency label; testing