虹科MSR实现易碎艺术品安全运输——开发有效减少冲击和振动的新工艺
【案例】在CTI研究项目中使用带有加速度传感器的虹科MSR165数据记录仪对冲击振动进行风险评估
项目背景：
全球艺术品运输量持续增长。在运输过程中，画作面临着诸多压力和风险，如冲击和振动。在博物馆搬运这些画作、装卸包装箱、卡车在颠簸的道路上行驶以及在机场搬运货物时，都可能导致画作受损。早在 2012 年 5 月，CTI 开展的"用于运输易碎画作过程中的冲击和振动风险评估及新预防策略"（www.gemaeldetransport.ch）研究项目中就首次考虑了 虹科MSR165 数据记录仪的使用，目的是找到一种新的方法，对运输过程中发生的冲击和振动进行分类，评估相关风险，并制定预防策略确定容差。研究结果为改善风险评估和现有运输包装问题提供大量新信息。在此基础上也正在开展后续项目，旨在开发运输易碎画作的最佳振动保护策略。
跨学科研究团队由瑞士伯尔尼应用科学大学（BFH）/伯尔尼艺术大学（BUA）的保护与修复（KUR）以及机电系统研究所（ifms）的专家组成。该项目还得到了四家商业合作伙伴的支持，包括一家瑞士保险公司和三家瑞士领先艺术品运输公司。作为拥有实践经验的合作伙伴，瑞士各大博物馆的专家也参与了该项目，他们能够提供这一领域的实践经验。
项目进展：现有与新开发运输包装的比较测量
包装类型的选择取决于绘画作品的类型、运输路线和运输方式。在实际应用中，为了减少画作运输过程中的冲击和持续振动，人们使用了无数种方法和材料组合——从简单地用气泡膜包裹画作到使用复杂的双层绝缘包装箱。既往研究已发现，有些包装的减震效果不佳，在某些情况下甚至会增加画作受到的振动。
因此，在本研究项目中，使用电动振动测试装置（振动器）对多种缓冲材料的减振性能进行了测试。此外还进行了跌落测试，以评估画作对冲击的反应。然后，业务合作伙伴（运输公司）根据测试结果开发了各种原型，并重新设计了减振系统。
为了在真实环境条件下比较新开发原型和现有包装系统的减振能力，在装有空气悬架的卡车上进行了多次测试。每辆卡车都装载了四幅完全相同的测试画作，每幅画作采用不同的包装方式，以确保所有的包装类型在涵盖乡村道路、高速公路和城市道路的路线上承受几乎相同的应力。
测试方法：原定制测量系统vs 虹科MSR165
之前项目使用的是一套单独组装的定制测量系统，用于记录运输过程中包装箱内画作受到的冲击和振动。该系统由一个控制单元、一个外部电池和多个外部加速度传感器组成。这样就可以在数天内进行连续的、高精度的测量（测量速率高达 2,000 Hz）（电池容量大，内存容量高达 32GB，具体取决于所使用的 U 盘）。虽然该系统具有高性能和高精度，但在实际应用中并不可行。首先，单独的组件非常昂贵且使用复杂（需要定制的应用软件），其次，它非常笨重。因此，无法将该系统连同画作一起装入包装箱中，而必须将其放在自己的技术箱中，并通过电缆与安装在画作包装箱中的加速度传感器相连接。
因此，理想的替代方案是使用虹科MSR165记录仪，将其固定在测试画作、包装外部和货车的货物区。虹科MSR165数据记录仪外形尺寸小、重量轻，且传感器和电源都集成在记录仪中，因此可以直接安装在画作的框架上或包装箱内部，无需铺设电缆，以免在搬运包装箱时造成障碍。与之前使用的测量系统相比，虹科MSR165数据记录仪可以通过笔记本电脑的USB接口轻松充电，并同时对测量参数进行编程，从而大大简化了操作。
虹科MSR165仅被用于测量画作的框架或包装箱内壁所受到的冲击和振动。然而，通过其四个额外的模拟输入，该设备配置可以连接另一个单轴加速度传感器，这样就可以测量支撑画作的材料的振动。不过，这个第三方传感器还需要额外的自主开发的外部电源。
不仅仅是机械影响会对画作造成损坏，气候变化也会带来潜在风险。因此，在运输测量中使用的设备配置可考虑新增一个内置湿度传感器，这样只需一个设备就能额外记录环境湿度和温度，以及包装箱内的冲击和振动。
测试共使用了13台虹科MSR记录仪，该记录仪配置内部三轴加速度传感器、内部湿度传感器和一个用于扩展内存容量的4GB micro SD卡插槽。该记录仪仍可在运输过程中以最大1,600Hz的测量速率记录长达3天的连续测量值（不含阈值）。降低测量速率可以进一步延长最长运行时间。为了能够充分利用SD卡的存储容量，记录仪使用时应启用循环存储模式。这意味着当SD卡已满时，最早的数据将被自动覆盖并删除。因此，需要提前确定可能的最长测量时间，以便将预计开始传输的时间设置为启动条件，并将SD卡充满时的时间设置为停止条件。然后使用MATLAB软件对测量数据进行评估。为了评估各种类型包装的减振能力，测试测量了振动如何从货车和包装传递到测试画作。这包括确定和比较最大值、RMS（均方根）水平和主要频率。测试结果将揭示各种包装方法的优缺点，并强调可采取的进一步改进措施。
