在核工業(yè)安全監(jiān)測領(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、強輻射的核環(huán)境下，往往面臨精度衰減、材料老化、信號漂移等問題。

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，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)測的嚴(yán)苛挑戰(zhàn)

核工業(yè)環(huán)境對壓力測量的要求堪稱工業(yè)測量的“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)境組合會導(dǎo)致傳統(tǒng)傳感器發(fā)生膜片老化、絕緣失效、信號漂移等問題。例如，常規(guī)鉑電阻溫度計在強輻照下年漂移率可達(dá)0.01℃/年以上，而安全殼泄漏監(jiān)測要求誤差必須低于0.1‰。

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

02 石英諧振技術(shù)的核心優(yōu)勢

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，其固有諧振頻率隨應(yīng)力變化，通過測量頻率偏移量即可精確反推壓力值。這一物理機制帶來了三大優(yōu)勢：

數(shù)字化抗干擾能力

頻率信號輸出從根本上規(guī)避了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號在核電站復(fù)雜電磁場中的失真風(fēng)險。頻率作為數(shù)字量可直接接入控制系統(tǒng)，無需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/℃，長期漂移率＜0.02%/年。

輻射免疫特性

石英材料本身耐輻射，通過全金屬密封封裝（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)品通過雙諧振梁差分設(shè)計，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)用中實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代。

03 核工業(yè)核心場景的應(yīng)用突圍

反應(yīng)堆壓力容器監(jiān)測

作為核電站的“心臟”，壓力容器內(nèi)0.1%的壓力波動可能預(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

安全殼是核安全的“最后屏障”，其泄漏率監(jiān)測要求達(dá)到0.1‰誤差級別。石英諧振傳感器通過高精度差壓測量實現(xiàn)微小泄漏檢測。

乏燃料池液位監(jiān)測

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

放射性物質(zhì)運輸監(jiān)控

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

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

04 晨穹傳感器的技術(shù)創(chuàng)新

晨穹電子科技通過三大技術(shù)突破實現(xiàn)國產(chǎn)化替代：

材料工藝突破

采用原子級薄膜沉積技術(shù)實現(xiàn)石英基膜與金屬封裝的原子級融合，抗振動性能提升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。

智能補償技術(shù)

集成高精度溫度探頭與自適應(yīng)算法，實現(xiàn)雙通道溫度補償。在-40℃~150℃寬溫域內(nèi)無需額外溫控裝置，溫漂控制在±0.01%FS/℃。

抗輻照強化設(shè)計

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）。通過輻射屏蔽封裝和抗輻射電子元件選型，使整機耐輻照能力突破200Mrad。

05 未來發(fā)展方向

隨著第四代核反應(yīng)堆和聚變堆（如ITER項目）的發(fā)展，傳感器將面臨更高溫度（>600℃）、更強輻射場（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)，將工作溫度上限擴展至300℃，并向多參數(shù)集成（壓力-溫度-輻射）方向演進。

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量設(shè)備升級為智能感知節(jié)點。

結(jié)論

在核電站的總控制室，墻上實時跳動的壓力數(shù)據(jù)背后，是數(shù)百個石英諧振傳感器在輻射灼熱的環(huán)境中無聲守護。當(dāng)傳統(tǒng)傳感器在強輻照下性能衰減時，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：沒有可靠的傳感器，就沒有實質(zhì)性的核安全。隨著國產(chǎn)化進程加速，晨穹等企業(yè)正將中國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輸罐。

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