在核工業(yè)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，壓力參數(shù)的毫厘之差可能引發(fā)災(zāi)難性后果。傳統(tǒng)應(yīng)變式或電容式傳感器在高溫、高壓、強(qiáng)輻射的核環(huán)境下，往往面臨精度衰減、材料老化、信號(hào)漂移等問(wèn)題。

而石英諧振壓力傳感器憑借其物理特性和數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，正成為核電站安全系統(tǒng)的“抗輻心臟”，為核能安全豎起一道關(guān)鍵的技術(shù)屏障。

01 核工業(yè)安全監(jiān)測(cè)的嚴(yán)苛挑戰(zhàn)

核工業(yè)環(huán)境對(duì)壓力測(cè)量的要求堪稱(chēng)工業(yè)測(cè)量的“極限挑戰(zhàn)”。在反應(yīng)堆壓力容器、冷卻劑管道、安全殼等核心區(qū)域，傳感器需承受：

①150℃以上高溫

②倍于大氣壓的高壓

③超過(guò)200Mrad的γ射線輻照

④酸、氫氧化鈉等腐蝕性介質(zhì)

這種環(huán)境組合會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)傳感器發(fā)生膜片老化、絕緣失效、信號(hào)漂移等問(wèn)題。例如，常規(guī)鉑電阻溫度計(jì)在強(qiáng)輻照下年漂移率可達(dá)0.01℃/年以上，而安全殼泄漏監(jiān)測(cè)要求誤差必須低于0.1‰。

面對(duì)“華龍一號(hào)”等三代核電站60年設(shè)計(jì)壽命的要求，傳感器還需具備超長(zhǎng)期穩(wěn)定性。核工業(yè)界中的“抗輻射加固”、“事故后監(jiān)測(cè)”、“核級(jí)傳感器國(guó)產(chǎn)化”直指這些痛點(diǎn)。

02 石英諧振技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)

石英諧振壓力傳感器的工作原理基于石英晶體的壓電效應(yīng)與應(yīng)力頻率特性。

當(dāng)外界壓力作用于石英振梁時(shí)，其固有諧振頻率隨應(yīng)力變化，通過(guò)測(cè)量頻率偏移量即可精確反推壓力值。這一物理機(jī)制帶來(lái)了三大優(yōu)勢(shì)：

數(shù)字化抗干擾能力

頻率信號(hào)輸出從根本上規(guī)避了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號(hào)在核電站復(fù)雜電磁場(chǎng)中的失真風(fēng)險(xiǎn)。頻率作為數(shù)字量可直接接入控制系統(tǒng)，無(wú)需A/D轉(zhuǎn)換。

超穩(wěn)定晶體特性

石英晶體具有低熱膨脹系數(shù)（5×10??/℃）和高機(jī)械Q值（品質(zhì)因數(shù)），使傳感器在-40℃~150℃溫域內(nèi)溫漂系數(shù)低于±0.01%FS/℃，長(zhǎng)期漂移率＜0.02%/年。

輻射免疫特性

石英材料本身耐輻射，通過(guò)全金屬密封封裝（哈氏合金/316L不銹鋼）和減少半導(dǎo)體材料使用，可耐受>200Mrad輻照劑量，遠(yuǎn)超核電站安全殼內(nèi)典型輻照水平。

晨穹電子的RPS01系列產(chǎn)品通過(guò)雙諧振梁差分設(shè)計(jì)，將靈敏度提升至46.32Hz/MPa，并利用AI自校準(zhǔn)算法將綜合精度控制在0.01%FS，在核環(huán)境應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化替代。

03 核工業(yè)核心場(chǎng)景的應(yīng)用突圍

反應(yīng)堆壓力容器監(jiān)測(cè)

作為核電站的“心臟”，壓力容器內(nèi)0.1%的壓力波動(dòng)可能預(yù)示冷卻劑泄漏或堆芯異常。

晨穹RPS01傳感器在核電站應(yīng)用中，能夠憑借其0.001%分辨率和＜1ms響應(yīng)時(shí)間，預(yù)警了冷卻劑微泄漏導(dǎo)致的壓力下降，避免了潛在事故。其環(huán)形應(yīng)力橋結(jié)構(gòu)使靈敏度較傳統(tǒng)傳感器提高數(shù)倍，即使在10kPa超低量程下仍能精準(zhǔn)捕捉壓力異常。

安全殼泄漏監(jiān)測(cè)

安全殼是核安全的“最后屏障”，其泄漏率監(jiān)測(cè)要求達(dá)到0.1‰誤差級(jí)別。石英諧振傳感器通過(guò)高精度差壓測(cè)量實(shí)現(xiàn)微小泄漏檢測(cè)。

乏燃料池液位監(jiān)測(cè)

乏燃料水池深度關(guān)乎輻射防護(hù)安全。傳統(tǒng)差壓變送器在水位測(cè)量中誤差較大，而晨穹RPS01芯體通過(guò)靜壓法測(cè)量（量程101kPa~3.6MPa），在核電站能夠?qū)崿F(xiàn)了毫米級(jí)水位監(jiān)測(cè)精度，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

放射性物質(zhì)運(yùn)輸監(jiān)控

運(yùn)輸罐體在震動(dòng)沖擊下的密封性監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。晨穹傳感器采用懸臂梁諧振器結(jié)構(gòu)和二級(jí)懸浮設(shè)計(jì)（引壓管柔性連接+核心模塊彈性懸掛），成功隔離90%以上振動(dòng)應(yīng)力，抗沖擊能力達(dá)200g。

在放射性同位素運(yùn)輸中，該技術(shù)確保密封性符合國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）標(biāo)準(zhǔn)。

04 晨穹傳感器的技術(shù)創(chuàng)新

晨穹電子科技通過(guò)三大技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代：

材料工藝突破

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級(jí)融合，抗振動(dòng)性能提升300%。科伐合金管座表面濺射鎢銅層，顯著提升耐腐蝕和抗輻照能力。

智能補(bǔ)償技術(shù)

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。在-40℃~150℃寬溫域內(nèi)無(wú)需額外溫控裝置，溫漂控制在±0.01%FS/℃。

抗輻照強(qiáng)化設(shè)計(jì)

減少半導(dǎo)體材料比例，核心傳感元件與外圍電路分離布置（間距≥5m）。通過(guò)輻射屏蔽封裝和抗輻射電子元件選型，使整機(jī)耐輻照能力突破200Mrad。

05 未來(lái)發(fā)展方向

隨著第四代核反應(yīng)堆和聚變堆（如ITER項(xiàng)目）的發(fā)展，傳感器將面臨更高溫度（>600℃）、更強(qiáng)輻射場(chǎng)（中子通量>101?n/cm2）的挑戰(zhàn)。

晨穹正在研發(fā)耐高溫傳感器采用石英薄膜技術(shù)，將工作溫度上限擴(kuò)展至300℃，并向多參數(shù)集成（壓力-溫度-輻射）方向演進(jìn)。

數(shù)字孿生與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合將使石英諧振傳感器從單一測(cè)量設(shè)備升級(jí)為智能感知節(jié)點(diǎn)。

結(jié)論

在核電站的總控制室，墻上實(shí)時(shí)跳動(dòng)的壓力數(shù)據(jù)背后，是數(shù)百個(gè)石英諧振傳感器在輻射灼熱的環(huán)境中無(wú)聲守護(hù)。當(dāng)傳統(tǒng)傳感器在強(qiáng)輻照下性能衰減時(shí)，這些基于石英晶體的“抗輻心臟”仍以0.01% 的精度持續(xù)輸送關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

核工業(yè)界已達(dá)成共識(shí)：沒(méi)有可靠的傳感器，就沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的核安全。隨著國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速，晨穹等企業(yè)正將中國(guó)制造的石英諧振傳感器送入更多核電站的核心區(qū)域——從反應(yīng)堆壓力容器到乏燃料水池，從安全殼到核燃料運(yùn)輸罐。

這些不足手掌大小的裝置，正成為中國(guó)核工業(yè)安全體系中值得信賴(lài)的“神經(jīng)末梢”。