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虹科案例 | 虹科MSR實現易碎藝術品安全運輸——開發有效減少沖擊和振動的新工藝

虹科環境監測 ? 來源:虹科環境監測 ? 作者:虹科環境監測 ? 2023-09-28 13:13 ? 次閱讀

【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。

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審核編輯 黃宇

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