石英谐振式压力传感器的技术原理与国产化进展

石英谐振压力传感器的技术原理与优势

   石英谐振压力传感器是基于压电效应与谐振频率变化原理工作的高精度测量器件。其核心感压元件是石英基膜，当外界压力作用于基膜时，产生的应变通过刚性连接传递至石英振梁，引起振梁谐振频率的变化。通过外配激振电路，即可将压力信号线性转换为频率信号输出。

  与传统的应变式、电容式传感器相比，石英谐振压力传感器具有三大核心优势：

1.1 超高精度与卓越稳定性

  石英晶体固有的高Q值（品质因数）使其谐振频率稳定性优于0.001%。晨穹电子的RPS01系列传感器实现了0.01%FS的典型精度，分辨率高达0.001%FS，能够捕捉极其微小的压力波动。在长期稳定性方面，年漂移率可控制在＜0.02%的水平，显著优于多数传统传感器。

1.2 优异的温度适应性

  通过双谐振梁差分设计和先进的温度补偿技术，石英谐振传感器能在宽温域内保持高精度测量。晨穹RPS01系列可在-55℃～+125℃的温度范围内稳定工作，温漂系数控制在±0.01%FS/℃以内，无需额外温控装置即可在大多数工业环境下提供准确测量。

1.3 强大的抗恶劣环境能力

  采用全金属密封封装与激光焊接工艺，石英谐振传感器能有效隔绝湿气与污染物，耐核辐照能力＞200Mrad。其抗振动设计支持20g RMS的振动场景，抗冲击能力达200g，非常适合核反应堆厂房、航空航天等高性能要求的应用场景。

国内石英压力传感器主要厂家及技术特色

2.1 晨穹电子科技（河北）有限公司

   作为国内石英压力传感器领域的领军企业，晨穹电子推出的RPS01系列石英绝压压力芯体代表了行业先进水平。该产品采用QMEMS（石英微机电系统）工艺，实现了石英基膜与石英振梁的一体化加工。通过原子级薄膜沉积技术，实现了石英基膜与金属封装的原子融合，使抗振动性能提升了300%。

   值得一提的是，晨穹RPS01系列集成了AI自校准算法，可自动修正零点漂移，校准后误差降低至±0.05%FS。

2.2 南京航空航天大学研究团队

   在学术研究层面，南京航空航天大学的博士研究团队在石英谐振式压力传感器领域取得了显著进展。他们针对抗辐照高精度测量的需求，开展了深入的技术研究，主要创新点包括：

   提出了多约束条件下高品质因数高灵敏度谐振梁的设计方法；

   开发了压力-温度双谐振器集成全石英敏感结构；

   建立了基于石英微纳加工技术的完整工艺流程；

  该团队的研究成果在全温区（-40℃～60℃）全量程（10kPa～110kPa）累计辐照剂量20kRad条件下，实现了压力传感器精度为0.03%F.S.的性能指标。

 技术发展前景

   随着工业物联网(IIoT)的发展，高精度、数字化、智能化的压力传感器将成为构建智慧工厂感知层的基础。石英谐振压力传感器有望与IIoT平台深度融合，实现远程监控、预测性维护和数据分析，进一步提升生产线的智能化水平和运行效率。

   国内企业在石英压力传感器领域已实现从“跟跑”到“并跑”的跨越，未来随着技术不断成熟和应用领域拓展，国产石英压力传感器将在高端装备制造、核工业安全监测、航空航天等关键领域发挥更加重要的作用。

审核编辑 黄宇