【案例】在CTI研究項目中使用帶有加速度傳感器的虹科MSR165數(shù)據(jù)記錄儀對沖擊振動進行風險評估

項目背景：

全球藝術(shù)品運輸量持續(xù)增長。在運輸過程中，畫作面臨著諸多壓力和風險，如沖擊和振動。在博物館搬運這些畫作、裝卸包裝箱、卡車在顛簸的道路上行駛以及在機場搬運貨物時，都可能導致畫作受損。早在 2012 年 5 月，CTI 開展的"用于運輸易碎畫作過程中的沖擊和振動風險評估及新預(yù)防策略"（www.gemaeldetransport.ch）研究項目中就首次考慮了 虹科MSR165 數(shù)據(jù)記錄儀的使用，目的是找到一種新的方法，對運輸過程中發(fā)生的沖擊和振動進行分類，評估相關(guān)風險，并制定預(yù)防策略確定容差。研究結(jié)果為改善風險評估和現(xiàn)有運輸包裝問題提供大量新信息。在此基礎(chǔ)上也正在開展后續(xù)項目，旨在開發(fā)運輸易碎畫作的最佳振動保護策略。

跨學科研究團隊由瑞士伯爾尼應(yīng)用科學大學（BFH）/伯爾尼藝術(shù)大學（BUA）的保護與修復(fù)（KUR）以及機電系統(tǒng)研究所（ifms）的專家組成。該項目還得到了四家商業(yè)合作伙伴的支持，包括一家瑞士保險公司和三家瑞士領(lǐng)先藝術(shù)品運輸公司。作為擁有實踐經(jīng)驗的合作伙伴，瑞士各大博物館的專家也參與了該項目，他們能夠提供這一領(lǐng)域的實踐經(jīng)驗。

項目進展：現(xiàn)有與新開發(fā)運輸包裝的比較測量

包裝類型的選擇取決于繪畫作品的類型、運輸路線和運輸方式。在實際應(yīng)用中，為了減少畫作運輸過程中的沖擊和持續(xù)振動，人們使用了無數(shù)種方法和材料組合——從簡單地用氣泡膜包裹畫作到使用復(fù)雜的雙層絕緣包裝箱。既往研究已發(fā)現(xiàn)，有些包裝的減震效果不佳，在某些情況下甚至會增加畫作受到的振動。

因此，在本研究項目中，使用電動振動測試裝置（振動器）對多種緩沖材料的減振性能進行了測試。此外還進行了跌落測試，以評估畫作對沖擊的反應(yīng)。然后，業(yè)務(wù)合作伙伴（運輸公司）根據(jù)測試結(jié)果開發(fā)了各種原型，并重新設(shè)計了減振系統(tǒng)。

為了在真實環(huán)境條件下比較新開發(fā)原型和現(xiàn)有包裝系統(tǒng)的減振能力，在裝有空氣懸架的卡車上進行了多次測試。每輛卡車都裝載了四幅完全相同的測試畫作，每幅畫作采用不同的包裝方式，以確保所有的包裝類型在涵蓋鄉(xiāng)村道路、高速公路和城市道路的路線上承受幾乎相同的應(yīng)力。

測試方法：原定制測量系統(tǒng)vs虹科MSR165

之前項目使用的是一套單獨組裝的定制測量系統(tǒng)，用于記錄運輸過程中包裝箱內(nèi)畫作受到的沖擊和振動。該系統(tǒng)由一個控制單元、一個外部電池和多個外部加速度傳感器組成。這樣就可以在數(shù)天內(nèi)進行連續(xù)的、高精度的測量（測量速率高達 2,000 Hz）（電池容量大，內(nèi)存容量高達 32GB，具體取決于所使用的 U 盤）。雖然該系統(tǒng)具有高性能和高精度，但在實際應(yīng)用中并不可行。首先，單獨的組件非常昂貴且使用復(fù)雜（需要定制的應(yīng)用軟件），其次，它非常笨重。因此，無法將該系統(tǒng)連同畫作一起裝入包裝箱中，而必須將其放在自己的技術(shù)箱中，并通過電纜與安裝在畫作包裝箱中的加速度傳感器相連接。

因此，理想的替代方案是使用虹科MSR165記錄儀，將其固定在測試畫作、包裝外部和貨車的貨物區(qū)。虹科MSR165數(shù)據(jù)記錄儀外形尺寸小、重量輕，且傳感器和電源都集成在記錄儀中，因此可以直接安裝在畫作的框架上或包裝箱內(nèi)部，無需鋪設(shè)電纜，以免在搬運包裝箱時造成障礙。與之前使用的測量系統(tǒng)相比，虹科MSR165數(shù)據(jù)記錄儀可以通過筆記本電腦的USB接口輕松充電，并同時對測量參數(shù)進行編程，從而大大簡化了操作。

虹科MSR165僅被用于測量畫作的框架或包裝箱內(nèi)壁所受到的沖擊和振動。然而，通過其四個額外的模擬輸入，該設(shè)備配置可以連接另一個單軸加速度傳感器，這樣就可以測量支撐畫作的材料的振動。不過，這個第三方傳感器還需要額外的自主開發(fā)的外部電源。

不僅僅是機械影響會對畫作造成損壞，氣候變化也會帶來潛在風險。因此，在運輸測量中使用的設(shè)備配置可考慮新增一個內(nèi)置濕度傳感器，這樣只需一個設(shè)備就能額外記錄環(huán)境濕度和溫度，以及包裝箱內(nèi)的沖擊和振動。

測試共使用了13臺虹科MSR記錄儀，該記錄儀配置內(nèi)部三軸加速度傳感器、內(nèi)部濕度傳感器和一個用于擴展內(nèi)存容量的4GB micro SD卡插槽。該記錄儀仍可在運輸過程中以最大1,600Hz的測量速率記錄長達3天的連續(xù)測量值（不含閾值）。降低測量速率可以進一步延長最長運行時間。為了能夠充分利用SD卡的存儲容量，記錄儀使用時應(yīng)啟用循環(huán)存儲模式。這意味著當SD卡已滿時，最早的數(shù)據(jù)將被自動覆蓋并刪除。因此，需要提前確定可能的最長測量時間，以便將預(yù)計開始傳輸?shù)臅r間設(shè)置為啟動條件，并將SD卡充滿時的時間設(shè)置為停止條件。然后使用MATLAB軟件對測量數(shù)據(jù)進行評估。為了評估各種類型包裝的減振能力，測試測量了振動如何從貨車和包裝傳遞到測試畫作。這包括確定和比較最大值、RMS（均方根）水平和主要頻率。測試結(jié)果將揭示各種包裝方法的優(yōu)缺點，并強調(diào)可采取的進一步改進措施。

審核編輯 黃宇