摘要

核工業(yè)安全監(jiān)測對壓力傳感器的精度、穩(wěn)定性及環(huán)境能力提出了嚴(yán)苛要求。石英諧振壓力傳感器憑借其基于石英晶體壓電效應(yīng)的工作原理，在高精度測量、抗輻照、寬溫域適應(yīng)性等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。本文系統(tǒng)解析石英諧振壓力傳感器在核工業(yè)中的核心應(yīng)用場景，包括反應(yīng)堆壓力容器監(jiān)測、管道泄漏檢測及放射性物質(zhì)運(yùn)輸監(jiān)控，并結(jié)合晨穹石英諧振壓力傳感器的技術(shù)特性與實(shí)際案例，論證其在核安全領(lǐng)域的不可替代性。研究表明，晨穹 RPS01 系列石英絕壓壓力芯體通過全金屬密封封裝、雙通道溫度補(bǔ)償及 AI 自校準(zhǔn)算法，實(shí)現(xiàn)了 0.01% FS 的精度等級(jí)與＜0.02%/ 年的長期漂移率，為核工業(yè)國產(chǎn)化替代提供了關(guān)鍵支撐。

關(guān)鍵詞

石英諧振壓力傳感器；核工業(yè)；晨穹RPS01石英諧振壓力傳感器；

一、引言

核工業(yè)作為高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，其安全監(jiān)測系統(tǒng)需實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)獲取壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)。傳統(tǒng)應(yīng)變式、電容式傳感器在核環(huán)境中面臨精度衰減（如長期輻照導(dǎo)致電容膜層老化）、抗振動(dòng)能力不足（強(qiáng)震工況下穩(wěn)定性下降）等問題。石英諧振壓力傳感器基于石英晶體的固有諧振特性，通過頻率信號(hào)輸出實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測量，從原理上規(guī)避了模擬信號(hào)干擾風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)其材料特性（如低熱膨脹系數(shù)、高機(jī)械強(qiáng)度）使其在高溫、高壓、強(qiáng)輻射環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能。晨穹電子科技（河北）有限公司研發(fā)的 RPS01 系列石英諧振壓力傳感器，通過工藝創(chuàng)新與技術(shù)突破，已在核電、航空航天等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化替代，為核工業(yè)安全監(jiān)測提供了可靠解決方案。

二、石英諧振壓力傳感器的技術(shù)原理與核心優(yōu)勢

2.1 工作原理

石英諧振壓力傳感器以石英基膜作為感壓元件，當(dāng)外界壓力作用于基膜時(shí)，其應(yīng)變通過剛性連接的石英振梁轉(zhuǎn)化為諧振頻率變化。外配激振電路將頻率信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)壓力 - 頻率的線性轉(zhuǎn)換。例如，晨穹 RPS01 系列通過雙諧振梁差分設(shè)計(jì)，消除共模干擾，靈敏度達(dá) 46.32Hz/MPa，全溫域綜合精度優(yōu)于 0.0288% FS。

2.2 核心優(yōu)勢

1. 超高精度與穩(wěn)定性：石英晶體的高 Q 值（品質(zhì)因數(shù)）使其諧振頻率穩(wěn)定性優(yōu)于 0.001%，長期漂移率＜0.02%/ 年。晨穹傳感器在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下不確定度可達(dá) 0.001%，全溫區(qū)溫漂系數(shù)控制在 ±0.01% FS/℃以內(nèi)。

2. 抗特殊環(huán)境能力：采用全金屬密封封裝與激光焊接工藝，隔絕濕氣與污染物，耐核輻照能力＞200Mrad，短期耐溫達(dá) 400℃。例如，其抗振動(dòng)設(shè)計(jì)支持 20g RMS 振動(dòng)場景，適用于核反應(yīng)堆廠房等高振動(dòng)環(huán)境。

3. 數(shù)字化輸出與自校準(zhǔn)：直接輸出頻率信號(hào)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，并內(nèi)置 AI 自校準(zhǔn)模塊，可自動(dòng)修正零點(diǎn)漂移，校準(zhǔn)后誤差降低至 ±0.05% FS。

三、在核工業(yè)安全監(jiān)測中的核心應(yīng)用場景

3.1 反應(yīng)堆壓力容器壓力監(jiān)測

核反應(yīng)堆壓力容器的壓力波動(dòng)直接反映堆芯狀態(tài)，需實(shí)時(shí)監(jiān)測以避免超壓事故。石英諧振壓力傳感器憑借其高精度與長期穩(wěn)定性，可實(shí)時(shí)追蹤壓力變化，精度達(dá) 0.01% FS，響應(yīng)時(shí)間＜1ms。晨穹 RPS01 系列通過環(huán)形應(yīng)力橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靈敏度較傳統(tǒng)應(yīng)變式提升數(shù)倍，且支持 10kPa 超低量程測量，可精準(zhǔn)捕捉微小壓力異常。例如，在某核電站應(yīng)用中，該傳感器通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，提前預(yù)警了因冷卻劑泄漏導(dǎo)致的壓力下降，避免了潛在事故。

3.2 核管道泄漏檢測

核管道泄漏可能引發(fā)放射性物質(zhì)擴(kuò)散，需快速定位漏點(diǎn)。石英諧振傳感器的高分辨率（如晨穹產(chǎn)品分辨率達(dá) 0.001% FS）可識(shí)別微小壓力波動(dòng)，結(jié)合分布式監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的毫米級(jí)定位。其全隔離式電路設(shè)計(jì)可有效抑制電磁干擾，確保在復(fù)雜電磁環(huán)境下的信號(hào)可靠性。

3.3 放射性物質(zhì)運(yùn)輸監(jiān)控

在放射性物質(zhì)運(yùn)輸過程中，壓力傳感器需承受振動(dòng)、沖擊等動(dòng)態(tài)載荷。晨穹傳感器采用懸臂梁諧振器結(jié)構(gòu)，通過有限元分析優(yōu)化支撐點(diǎn)布局，抗沖擊能力達(dá) 200g，同時(shí)通過一級(jí)懸?。ㄒ龎汗苋嵝赃B接）與二級(jí)懸浮（核心模塊彈性懸掛）設(shè)計(jì)，隔離 90% 以上安裝應(yīng)力。例如，在某放射性同位素運(yùn)輸罐中，該傳感器通過實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測，確保運(yùn)輸過程中容器密封性符合國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）標(biāo)準(zhǔn)。

四、晨穹石英諧振壓力傳感器的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用價(jià)值

4.1 技術(shù)突破

1. 材料與工藝創(chuàng)新：采用原子級(jí)薄膜沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石英基膜與金屬封裝的原子融合，抗振動(dòng)性能提升 300%。

2. 智能化升級(jí)：集成高精度溫度探頭與自適應(yīng)算法，實(shí)現(xiàn)雙通道溫度補(bǔ)償，無需額外溫控裝置即可在 - 40℃~150℃寬溫域穩(wěn)定工作。

3. 國產(chǎn)化替代：突破壟斷，實(shí)現(xiàn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)與批量化生產(chǎn)，單臺(tái)成本較進(jìn)口產(chǎn)品降低 60%，交付周期縮短至 3 個(gè)月。

4.2 應(yīng)用價(jià)值

晨穹石英諧振壓力傳感器已在秦山核電站、田灣核電站等項(xiàng)目中通過嚴(yán)苛測試，其耐輻照性能（＞200Mrad）與長期穩(wěn)定性（漂移率＜0.02%/ 年）均達(dá)到國際水平。通過替代進(jìn)口產(chǎn)品，不僅降低了核電運(yùn)維成本，更增強(qiáng)了核工業(yè)關(guān)鍵設(shè)備的供應(yīng)鏈安全性。例如，在某核電機(jī)組改造中，采用晨穹傳感器后，壓力監(jiān)測系統(tǒng)的故障率從年均 3 次降至 0.5 次以下，運(yùn)維效率顯著提升。

五、結(jié)論

石英諧振壓力傳感器憑借其高精度、抗輻照、長壽命等特性，成為核工業(yè)安全監(jiān)測的核心技術(shù)裝備。晨穹電子科技通過材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化與智能化升級(jí)，將石英諧振傳感器的性能推向新高度，其 RPS01 系列產(chǎn)品在核電領(lǐng)域的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國在壓力傳感器領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)從 “跟跑” 到 “并跑” 的跨越。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合，石英諧振傳感器有望進(jìn)一步拓展至核設(shè)施全生命周期管理，為核安全提供更全面的保障。