【案例】在CTI研究項(xiàng)目中使用帶有加速度傳感器的虹科MSR165數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)沖擊振動(dòng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

項(xiàng)目背景：

全球藝術(shù)品運(yùn)輸量持續(xù)增長(zhǎng)。在運(yùn)輸過(guò)程中，畫(huà)作面臨著諸多壓力和風(fēng)險(xiǎn)，如沖擊和振動(dòng)。在博物館搬運(yùn)這些畫(huà)作、裝卸包裝箱、卡車(chē)在顛簸的道路上行駛以及在機(jī)場(chǎng)搬運(yùn)貨物時(shí)，都可能導(dǎo)致畫(huà)作受損。早在 2012 年 5 月，CTI 開(kāi)展的"用于運(yùn)輸易碎畫(huà)作過(guò)程中的沖擊和振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及新預(yù)防策略"（www.gemaeldetransport.ch）研究項(xiàng)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(duì)運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生的沖擊和振動(dòng)進(jìn)行分類(lèi)，評(píng)估相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，并制定預(yù)防策略確定容差。研究結(jié)果為改善風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和現(xiàn)有運(yùn)輸包裝問(wèn)題提供大量新信息。在此基礎(chǔ)上也正在開(kāi)展后續(xù)項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)運(yùn)輸易碎畫(huà)作的最佳振動(dòng)保護(hù)策略。

跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)由瑞士伯爾尼應(yīng)用科學(xué)大學(xué)（BFH）/伯爾尼藝術(shù)大學(xué)（BUA）的保護(hù)與修復(fù)（KUR）以及機(jī)電系統(tǒng)研究所（ifms）的專(zhuān)家組成。該項(xiàng)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(xiǎn)公司和三家瑞士領(lǐng)先藝術(shù)品運(yùn)輸公司。作為擁有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的合作伙伴，瑞士各大博物館的專(zhuān)家也參與了該項(xiàng)目，他們能夠提供這一領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

項(xiàng)目進(jìn)展：現(xiàn)有與新開(kāi)發(fā)運(yùn)輸包裝的比較測(cè)量

包裝類(lèi)型的選擇取決于繪畫(huà)作品的類(lèi)型、運(yùn)輸路線和運(yùn)輸方式。在實(shí)際應(yīng)用中，為了減少畫(huà)作運(yùn)輸過(guò)程中的沖擊和持續(xù)振動(dòng)，人們使用了無(wú)數(shù)種方法和材料組合——從簡(jiǎn)單地用氣泡膜包裹畫(huà)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?xí)黾赢?huà)作受到的振動(dòng)。

因此，在本研究項(xiàng)目中，使用電動(dòng)振動(dòng)測(cè)試裝置（振動(dòng)器）對(duì)多種緩沖材料的減振性能進(jìn)行了測(cè)試。此外還進(jìn)行了跌落測(cè)試，以評(píng)估畫(huà)作對(duì)沖擊的反應(yīng)。然后，業(yè)務(wù)合作伙伴（運(yùn)輸公司）根據(jù)測(cè)試結(jié)果開(kāi)發(fā)了各種原型，并重新設(shè)計(jì)了減振系統(tǒng)。

為了在真實(shí)環(huán)境條件下比較新開(kāi)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(chē)上進(jìn)行了多次測(cè)試。每輛卡車(chē)都裝載了四幅完全相同的測(cè)試畫(huà)作，每幅畫(huà)作采用不同的包裝方式，以確保所有的包裝類(lèi)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(cè)試方法：原定制測(cè)量系統(tǒng)vs虹科MSR165

之前項(xiàng)目使用的是一套單獨(dú)組裝的定制測(cè)量系統(tǒng)，用于記錄運(yùn)輸過(guò)程中包裝箱內(nèi)畫(huà)作受到的沖擊和振動(dòng)。該系統(tǒng)由一個(gè)控制單元、一個(gè)外部電池和多個(gè)外部加速度傳感器組成。這樣就可以在數(shù)天內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的、高精度的測(cè)量（測(cè)量速率高達(dá) 2,000 Hz）（電池容量大，內(nèi)存容量高達(dá) 32GB，具體取決于所使用的 U 盤(pán)）。雖然該系統(tǒng)具有高性能和高精度，但在實(shí)際應(yīng)用中并不可行。首先，單獨(dú)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(wú)法將該系統(tǒng)連同畫(huà)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(guò)電纜與安裝在畫(huà)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(cè)試畫(huà)作、包裝外部和貨車(chē)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(huà)作的框架上或包裝箱內(nèi)部，無(wú)需鋪設(shè)電纜，以免在搬運(yùn)包裝箱時(shí)造成障礙。與之前使用的測(cè)量系統(tǒng)相比，虹科MSR165數(shù)據(jù)記錄儀可以通過(guò)筆記本電腦的USB接口輕松充電，并同時(shí)對(duì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行編程，從而大大簡(jiǎn)化了操作。

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

不僅僅是機(jī)械影響會(huì)對(duì)畫(huà)作造成損壞，氣候變化也會(huì)帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，在運(yùn)輸測(cè)量中使用的設(shè)備配置可考慮新增一個(gè)內(nèi)置濕度傳感器，這樣只需一個(gè)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(dòng)。

測(cè)試共使用了13臺(tái)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(gè)用于擴(kuò)展內(nèi)存容量的4GB micro SD卡插槽。該記錄儀仍可在運(yùn)輸過(guò)程中以最大1,600Hz的測(cè)量速率記錄長(zhǎng)達(dá)3天的連續(xù)測(cè)量值（不含閾值）。降低測(cè)量速率可以進(jìn)一步延長(zhǎng)最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。為了能夠充分利用SD卡的存儲(chǔ)容量，記錄儀使用時(shí)應(yīng)啟用循環(huán)存儲(chǔ)模式。這意味著當(dāng)SD卡已滿時(shí)，最早的數(shù)據(jù)將被自動(dòng)覆蓋并刪除。因此，需要提前確定可能的最長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，以便將預(yù)計(jì)開(kāi)始傳輸?shù)臅r(shí)間設(shè)置為啟動(dòng)條件，并將SD卡充滿時(shí)的時(shí)間設(shè)置為停止條件。然后使用MATLAB軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。為了評(píng)估各種類(lèi)型包裝的減振能力，測(cè)試測(cè)量了振動(dòng)如何從貨車(chē)和包裝傳遞到測(cè)試畫(huà)作。這包括確定和比較最大值、RMS（均方根）水平和主要頻率。測(cè)試結(jié)果將揭示各種包裝方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并強(qiáng)調(diào)可采取的進(jìn)一步改進(jìn)措施。

審核編輯 黃宇