在 CTI研究專案中使用帶有加速度感測器的 MSR165資料記錄儀對衝擊振動進行風險評估
01 專案背景
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，如衝擊和振動。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”用於運輸易碎畫作過程中的衝擊和振動風險評估及新預防策略”（www.gemaeldetransport.ch）研究專案中就首次考慮了 MSR165 資料記錄儀的使用，目的是找到一種新的方法，對運輸過程中發生的衝擊和振動進行分類，評估相關風險，並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資訊。在此基礎上也正在開展後續專案，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恩應用科學大學（BFH）/伯恩藝術大學（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夥伴的支持，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夥伴，瑞士各大博物館的專家也參與了該專案，他們能夠提供這一領域的實踐經驗。
02 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於繪畫作品的類型、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衝擊和持續振動，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複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，在本研究專案中，使用電動振動測試裝置（振動器）對多種緩衝材料的減振性能進行了測試。此外還進行了跌落測試，以評估畫作對衝擊的反應。然後，業務合作夥伴（運輸公司）根據測試結果開發了各種原型，並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，每幅畫作採用不同的包裝方式，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。
03 測試方法：原定制測量系統vs MSR165
之前項目使用的是一套單獨組裝的定制測量系統，用於記錄運輸過程中包裝箱內畫作受到的衝擊和振動。該系統由一個控制單元、一個外部電池和多個外部加速度感測器組成。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，記憶體容量高達 32GB，具體取決於所使用的硬碟）。
雖然該系統具有高性能和高精度，但在實際應用中並不可行。首先，單獨的元件非常昂貴且使用複雜（需要定制的應用軟體），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，並透過電纜與安裝在畫作包裝箱中的加速度感測器相連接。因此，理想的替代方案是使用 MSR165記錄儀，將其固定在測試畫作、包裝外部和貨車的貨物區。
MSR165資料記錄儀外形尺寸小、重量輕，且感測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，MSR165資料記錄儀可以透過筆記型電腦的 USB介面輕鬆充電，並同時對測量參數進行程式設計，從而大大簡化了操作。
MSR165僅被用於測量畫作的框架或包裝箱內壁所受到的衝擊和振動。然而，通過其四個額外的類比輸入，該設備配置可以連接另一個單軸加速度感測器，這樣就可以測量支撐畫作的材料的振動。不過，這個協力廠商感測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感測器，這樣只需一個設備就能額外記錄環境濕度和溫度，以及包裝箱內的衝擊和振動。
測試共使用了13台 MSR記錄儀，該記錄儀配置內部三軸加速度感測器、內部濕度感測器和一個用於擴充記憶體容量的 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執行時間。為了能夠充分利用 SD卡的儲存容量，記錄儀使用時應啟用迴圈儲存模式。
這意味著當 SD卡已滿時，最早的資料將被自動覆蓋並刪除。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，並將 SD卡充滿時的時間設置為停止條件。然後使用 MATLAB軟體對測量資料進行評估。
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）水準和主要頻率。測試結果將揭示各種包裝方法的優缺點，並強調可採取的進一步改進措施。
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