Back
General R&D

您所不知道的!艺术品的保护也要用到振动测量

Vibration analysis helps to protect art

像美国圣达菲的乔治娅·奥·吉弗(Georgia O’Keeffe)这样的博物馆,为了组织巡回展览,除了自有展品外也需要从其它博物馆和私人收藏家那里临时借出藏品,丰富的展品以吸引更多的观众。仅2017年,乔治娅·奥·吉弗博物馆的绘画展览在布鲁克林、伦敦、巴黎、维也纳、多伦多、悉尼、墨尔本和布里斯班等多个城市的累计参观量超过130万人次。

这些展品的借用意味着展品要历经汽车、航空等运输途中以数百小时计的持续的低频振动。必然的,这些振动能量会对这些艺术珍品造成累积损坏。保护著名画家乔治娅·奥·吉弗(1887~1986)的画作免于因振动而损坏是博物馆负责人Dale Kronkright工作的主要内容。

每一件艺术品自“诞生”便具有一定数量的机械键和化学键(分子间强烈的相互作用力),这些也构成了该艺术品所独特具有的机械和视觉特征。一般来说,艺术品越老,剩下的键就越少,而当应力超过疲劳极限时,艺术品就越容易受到损坏。

20世纪的传统帆布画是将亚麻布或帆布紧绷在可调节木质内框上,就像在一个矩形鼓面上作画,每幅画都有其自然和共振频率,这取决于画布的大小、重量和张力,以及涂料的使用和方向。 16Hz~50Hz的共振频率范围不利于博物馆画作的保存,因为它正好与画作装载卡车在高速公路上行驶时所产生的振动频率范围一致。

图1:对于Dale Kronkright(右)来说,妥善保存即意味着需要使这些艺术珍品在运输过程中免于受到振动应力。他使用Polytec公司的MPV-800多点式激光测振系统来分析画作的振动特性。

在这之前的人们所采用其它测振方法,无法获取画布的第一阶和第二阶振动模态并实现可视化,无法获知画布的振动特性是否与裂纹位置有关,也无法获知博物馆精心设计的运输箱是否可使得画作避开共振频率范围。

Polytec公司的MPV-800多点式激光测振仪和PSV-500全场扫描式激光测振仪,均采用非接触式测量方法,具有高空间分辨率,能获取帆布画作在旅途中的振动频率、振幅、速度和分布情况并可视化。

此外, Polytec激光测振仪通过测量保存在画框和板条箱内的帆布画的运动,还可帮助保管员们对多种缓振和减振措施的效果有更深入的了解。

本次测试里,Polytec的工程师团队同时将MPV-800多点式激光测振仪和PSV-500全场扫描式激光测振仪带到乔治娅·奥·吉弗博物馆测试现场,进行为期一周的测试。

测试时,除博物馆负责人Kronkright外,还邀请了来自Los Alamos国家实验室和Michigan大学的振动工程师们和数学家们,协作分析画作的FFT频谱功率分布。

图2:使用激光测振仪获取油画在不同运输方案下的阻尼特性

首先测量的是亚麻布画作的描摹本,通过测量,可得知置于精心设计的木质板条箱内部的泡沫垫实际上起了反作用,因为它提高了画作的振动频率在10Hz~40Hz范围内的可能性,而该频率段正是画作应当避开的频率段。Polytec的技术工程师们还实现了油画布的第一阶到第二阶振动模式转换的可视化。

Polytec 的技术团队还使用了MPV-800多点式激光测振仪,测量了乔治娅·奥·吉弗画作真迹的固有频率和画布振动特性。将画作固定在一个直立的画架上,24通道的多点式激光测振仪在画布表面定义好测量网格,测量画架和画布和担架的整个尺寸范围的模态。

使用重量为100g的模态力锤轻敲画架背面,提供标准激励。

通过MPV-800的24通道同步测量系统所获取的频响数据,可以获知画布的第一和第二阶振动模态发生在10Hz~40 Hz范围内,画布振动特性与涂料厚度和历史裂纹位置密切相关。最后,与测量临摹本一样,扫描式激光测振仪也证实了画作真迹采用了轻质刚性蜂窝芯板,前面板使用亚克力板的画框技术具有优越的阻尼特性。

Images courtesy: Images courtesy of the authors unless otherwise specified

Our Authors

Dale Kronkright
Head of Conservation Georgia O’Keeffe Museum, Santa Fe, USA
www.okeeffemuseum.org

Related Articles

Laser-Doppler-Vibrometer set standards in the development of electric drives

Electric machines are increasingly being used as the primary drive technology in vehicles. The acoustic behavior of the drive is a key factor in the perceived quality of electric vehicles. Numerical method…

5 min

激励力

人工激振是各種噪音與振動技術的基礎,涵蓋實驗模態分析、傳遞路徑分析、載荷識別、模擬模型相關性分析、混合建模等領域。結構激振可透過多種方式實現,從手動衝擊錘、自動化錘具,到外部支撐式振動台乃至自支撐式振動台皆可達成。

10 min

惯性激振器用于模态测试

当被测物体无法自振时需外部激励。模态试验常用电磁激振器和力锤。Polytec扫描测振仪配SAM自动力锤提升效率。

6 min

如何测量非洲象群间的低频通讯。

最近发表在《欧洲物理杂志专题》(European Physical Journal Special Topics)上的一项研究介绍了激光多普勒测振仪(LDV)的一项开创性应用,以更好地理解非洲象的发声及其行为含义。这项研究的主要目的是确定大象群体中声音交流的动态,特别关注一种被称为“我们出发吧”的的特定隆隆声。这些隆隆声序列在协调大象群体的运动、空间关系和加强社会联系方面起着至关重要的作用。

4 min

何时选择激光多普勒测振仪进行振动测量

在振动测试领域,附加质量是一个不容忽视的重大难题。动态振动样本或被测器件(DUT)的性能,极易受到额外附加质量的干扰。这种现象在振动的悬臂梁结构中表现得尤为突出,而在处理涡轮叶片这类特殊的弯曲悬臂梁时,情况更是复杂棘手。利用加速度计精准测量涡轮叶片的共振频率,向来是一项颇具挑战性的任务,其中附加质量的影响是主要阻碍因素。即便极为小巧的加速度计,其增加的质量也会改变涡轮叶片的固有频率,使得精准测量困难重重。

5 min

压电片谐振器轮廓模态的单电极传导

压电片谐振器用于传递特定的轮廓模态体声波(BAW)谐振振型。基于铌镁酸铅-钛酸铅 (PMN-PT)薄膜的独特性,必须使用激光多普勒测振仪来测量微型盘式谐振器。PMN-PT是一种铁电材料,以其良好的压电和电致伸缩性能而闻名。面内位移曲线,可显示出轮廓模态、共振模态、切向模态和酒杯模态族。这些轮廓模态对生物传感、射频和旋转传感应用具有重要意义。

4 min

庆祝干荣珠教授出色的职业生涯

我们有幸于2022年7月26日远程采访了干荣珠教授。在她所在的科研领域里,她的声名如雷贯耳。她是俄克拉何马大学机械工程系的首席教授,已在该大学工作了25年,更重要的是,她是人耳力学领域的先驱之一。她做过中耳,内耳的有限元建模、植入式装置、组织生物力学等等。

3 min

边界条件,测试误差,可重复度

在MAN ENERGY SOLUTIONS,我们为海事部门提供系列综合发动机、螺旋桨、艉部设备和涡轮增压器。可靠性是我们行业(尤其是船舶业)关注的第一要务。在产品的研发阶段,我们使用德国Polytec公司的扫描式激光测振仪来获取测试数据,不断地对样件进行模态验证及模型优化,测试,直到部件可以进行量产。

5 min

基于模态测试的监测系统

随着人们对基础设施的安全性关注度越来越高,对现有结构的安全评估和剩余使用寿命预测提出了挑战。可靠的、技术上可行的和经济的健康监测解决方案是保证结构安全和满足用途的必要条件,是获得有关结构损伤过程和当前结构特性的有用信息的关键前提。

5 min

Non-contact alternative to dynamic and viscoelastic mechanical testing in cartilage

Osteoarthritis, a degenerative disease in the joint, is a condition that is afflicting approximately 14% of adults. Understanding the dynamics of the joint cartilage is crucial for research and for finding…

6 min

Manipulation of complex fluids with SAW-based acoustofluidics

Surface acoustic wave (SAW)-based acoustofluidics combines microfluidics with active microacoustic fields. This allows to realize numerous Lab-on-a-Chip operations, reaching from fluid manipulation includi…

3 min

A new driving mechanism for acoustofluidics*

Acoustofluidics is the active manipulation of fluids as well as of immersed particles or cells at the micro- and nanoscale and is a key technology for life sciences. Acoustic waves, more precisely, ultraso…

5 min

实现静音与可靠运行的噪声和模态分析

无人机市场正经历多维度的蓬勃发展

6 min
Load more