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

項目背景：

全球藝術品運輸量持續增長。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防策略"（www.gemaeldetransport.ch）研究項目中就首次考慮了 虹科MSR165 數據記錄儀的使用，目的是找到一種新的方法，對運輸過程中發生的沖擊和振動進行分類，評估相關風險，并制定預防策略確定容差。研究結果為改善風險評估和現有運輸包裝問題提供大量新信息。在此基礎上也正在開展后續項目，旨在開發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用科學大學（BFH）/伯爾尼藝術大學（BUA）的保護與修復（KUR）以及機電系統研究所（ifms）的專家組成。該項目還得到了四家商業合作伙伴的支持，包括一家瑞士保險公司和三家瑞士領先藝術品運輸公司。作為擁有實踐經驗的合作伙伴，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域的實踐經驗。

項目進展：現有與新開發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。在實際應用中，為了減少畫作運輸過程中的沖擊和持續振動，人們使用了無數種方法和材料組合——從簡單地用氣泡膜包裹畫作到使用復雜的雙層絕緣包裝箱。既往研究已發現，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。然后，業務合作伙伴（運輸公司）根據測試結果開發了各種原型，并重新設計了減振系統。

為了在真實環境條件下比較新開發原型和現有包裝系統的減振能力，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村道路、高速公路和城市道路的路線上承受幾乎相同的應力。

測試方法：原定制測量系統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，用于記錄運輸過程中包裝箱內畫作受到的沖擊和振動。該系統由一個控制單元、一個外部電池和多個外部加速度傳感器組成。這樣就可以在數天內進行連續的、高精度的測量（測量速率高達 2,000 Hz）（電池容量大，內存容量高達 32GB，具體取決于所使用的 U 盤）。雖然該系統具有高性能和高精度，但在實際應用中并不可行。首先，單獨的組件非常昂貴且使用復雜（需要定制的應用軟件），其次，它非常笨重。因此，無法將該系統連同畫作一起裝入包裝箱中，而必須將其放在自己的技術箱中，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。虹科MSR165數據記錄儀外形尺寸小、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部，無需鋪設電纜，以免在搬運包裝箱時造成障礙。與之前使用的測量系統相比，虹科MSR165數據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備配置可考慮新增一個內置濕度傳感器，這樣只需一個設備就能額外記錄環境濕度和溫度，以及包裝箱內的沖擊和振動。

測試共使用了13臺虹科MSR記錄儀，該記錄儀配置內部三軸加速度傳感器、內部濕度傳感器和一個用于擴展內存容量的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，記錄儀使用時應啟用循環存儲模式。這意味著當SD卡已滿時，最早的數據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，以便將預計開始傳輸的時間設置為啟動條件，并將SD卡充滿時的時間設置為停止條件。然后使用MATLAB軟件對測量數據進行評估。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。測試結果將揭示各種包裝方法的優缺點，并強調可采取的進一步改進措施。

審核編輯 黃宇