摘要

核工業安全監測對壓力傳感器的精度、穩定性及環境能力提出了嚴苛要求。石英諧振壓力傳感器憑借其基于石英晶體壓電效應的工作原理，在高精度測量、抗輻照、寬溫域適應性等方面展現出顯著優勢。本文系統解析石英諧振壓力傳感器在核工業中的核心應用場景，包括反應堆壓力容器監測、管道泄漏檢測及放射性物質運輸監控，并結合晨穹石英諧振壓力傳感器的技術特性與實際案例，論證其在核安全領域的不可替代性。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、雙通道溫度補償及 AI 自校準算法，實現了 0.01% FS 的精度等級與＜0.02%/ 年的長期漂移率，為核工業國產化替代提供了關鍵支撐。

關鍵詞

石英諧振壓力傳感器；核工業；晨穹RPS01石英諧振壓力傳感器；

一、引言

核工業作為高風險領域，其安全監測系統需實時、精準獲取壓力、溫度等關鍵參數。傳統應變式、電容式傳感器在核環境中面臨精度衰減（如長期輻照導致電容膜層老化）、抗振動能力不足（強震工況下穩定性下降）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，通過頻率信號輸出實現數字化測量，從原理上規避了模擬信號干擾風險，同時其材料特性（如低熱膨脹系數、高機械強度）使其在高溫、高壓、強輻射環境下仍能保持穩定性能。晨穹電子科技（河北）有限公司研發的 RPS01 系列石英諧振壓力傳感器，通過工藝創新與技術突破，已在核電、航空航天等領域實現國產化替代，為核工業安全監測提供了可靠解決方案。

二、石英諧振壓力傳感器的技術原理與核心優勢

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，當外界壓力作用于基膜時，其應變通過剛性連接的石英振梁轉化為諧振頻率變化。外配激振電路將頻率信號輸出，實現壓力 - 頻率的線性轉換。例如，晨穹 RPS01 系列通過雙諧振梁差分設計，消除共模干擾，靈敏度達 46.32Hz/MPa，全溫域綜合精度優于 0.0288% FS。

2.2 核心優勢

1. 超高精度與穩定性：石英晶體的高 Q 值（品質因數）使其諧振頻率穩定性優于 0.001%，長期漂移率＜0.02%/ 年。晨穹傳感器在實驗室環境下不確定度可達 0.001%，全溫區溫漂系數控制在 ±0.01% FS/℃以內。

2. 抗特殊環境能力：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 400℃。例如，其抗振動設計支持 20g RMS 振動場景，適用于核反應堆廠房等高振動環境。

3. 數字化輸出與自校準：直接輸出頻率信號，抗電磁干擾能力強，并內置 AI 自校準模塊，可自動修正零點漂移，校準后誤差降低至 ±0.05% FS。

三、在核工業安全監測中的核心應用場景

3.1 反應堆壓力容器壓力監測

核反應堆壓力容器的壓力波動直接反映堆芯狀態，需實時監測以避免超壓事故。石英諧振壓力傳感器憑借其高精度與長期穩定性，可實時追蹤壓力變化，精度達 0.01% FS，響應時間＜1ms。晨穹 RPS01 系列通過環形應力橋結構設計，靈敏度較傳統應變式提升數倍，且支持 10kPa 超低量程測量，可精準捕捉微小壓力異常。例如，在某核電站應用中，該傳感器通過實時數據反饋，提前預警了因冷卻劑泄漏導致的壓力下降，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放射性物質擴散，需快速定位漏點。石英諧振傳感器的高分辨率（如晨穹產品分辨率達 0.001% FS）可識別微小壓力波動，結合分布式監測網絡，實現泄漏點的毫米級定位。其全隔離式電路設計可有效抑制電磁干擾，確保在復雜電磁環境下的信號可靠性。

3.3 放射性物質運輸監控

在放射性物質運輸過程中，壓力傳感器需承受振動、沖擊等動態載荷。晨穹傳感器采用懸臂梁諧振器結構，通過有限元分析優化支撐點布局，抗沖擊能力達 200g，同時通過一級懸浮（引壓管柔性連接）與二級懸浮（核心模塊彈性懸掛）設計，隔離 90% 以上安裝應力。例如，在某放射性同位素運輸罐中，該傳感器通過實時壓力監測，確保運輸過程中容器密封性符合國際原子能機構（IAEA）標準。

四、晨穹石英諧振壓力傳感器的技術創新與應用價值

4.1 技術突破

1. 材料與工藝創新：采用原子級薄膜沉積技術，實現石英基膜與金屬封裝的原子融合，抗振動性能提升 300%。

2. 智能化升級：集成高精度溫度探頭與自適應算法，實現雙通道溫度補償，無需額外溫控裝置即可在 - 40℃~150℃寬溫域穩定工作。

3. 國產化替代：突破壟斷，實現自主知識產權與批量化生產，單臺成本較進口產品降低 60%，交付周期縮短至 3 個月。

4.2 應用價值

晨穹石英諧振壓力傳感器已在秦山核電站、田灣核電站等項目中通過嚴苛測試，其耐輻照性能（＞200Mrad）與長期穩定性（漂移率＜0.02%/ 年）均達到國際水平。通過替代進口產品，不僅降低了核電運維成本，更增強了核工業關鍵設備的供應鏈安全性。例如，在某核電機組改造中，采用晨穹傳感器后，壓力監測系統的故障率從年均 3 次降至 0.5 次以下，運維效率顯著提升。

五、結論

石英諧振壓力傳感器憑借其高精度、抗輻照、長壽命等特性，成為核工業安全監測的核心技術裝備。晨穹電子科技通過材料創新、工藝優化與智能化升級，將石英諧振傳感器的性能推向新高度，其 RPS01 系列產品在核電領域的成功應用，標志著我國在壓力傳感器領域已實現從 “跟跑” 到 “并跑” 的跨越。未來，隨著物聯網與大數據技術的融合，石英諧振傳感器有望進一步拓展至核設施全生命周期管理，為核安全提供更全面的保障。