石英压力传感器在核工业与高端装备中的关键技术及应用

引言

核工业、航空航天等高端装备领域对压力测量的精度、稳定性及抗极端环境能力提出了极为严苛的要求。传统应变式、电容式传感器在核环境中面临精度衰减、抗振动能力不足等问题。石英谐振压力传感器基于石英晶体的固有谐振特性，通过频率信号输出实现数字化测量，从原理上规避了模拟信号干扰风险，成为核工业安全监测的理想选择。

石英压力传感器在核工业安全监测中的关键应用

2.1 反应堆压力容器压力监测

核反应堆压力容器的压力波动直接反映堆芯状态，需要实时监测以避免超压事故。石英谐振压力传感器凭借其高精度与长期稳定性，可实时追踪压力变化，精度达0.01%FS，响应时间＜1ms。晨穹RPS01系列通过环形应力桥结构设计，灵敏度较传统应变式提升数倍，且支持10kPa超低量程测量，可精准捕捉微小压力异常。实际应用案例表明，该传感器曾通过实时数据反馈，提前预警了因冷却剂泄漏导致的压力下降，避免了潜在事故。

2.2 核管道泄漏检测

核管道泄漏可能引发放射性物质扩散，需要快速定位漏点。石英谐振传感器的高分辨率（如晨穹产品分辨率达0.001%FS）可识别微小压力波动，结合分布式监测网络，实现泄漏点的毫米级定位。其全隔离式电路设计可有效抑制电磁干扰，确保在复杂电磁环境下的信号可靠性。

2.3 放射性物质运输监控

在放射性物质运输过程中，压力传感器需承受振动、冲击等动态载荷。晨穹传感器采用悬臂梁谐振器结构，通过有限元分析优化支撑点布局，抗冲击能力达200g，同时通过一级悬浮（引压管柔性连接）与二级悬浮（核心模块弹性悬挂）设计，隔离90%以上安装应力。在实际应用中，该传感器通过实时压力监测，确保运输过程中容器密封性符合国际原子能机构(IAEA)标准。

 国内厂家的技术创新与应用实践

3.1 晨穹电子科技的技术突破

晨穹电子科技通过多项技术创新，显著提升了石英压力传感器的综合性能：

1、材料与工艺创新：采用原子级薄膜沉积技术，实现石英基膜与金属封装的原子融合，抗振动性能提升300%

2、智能化升级：集成高精度温度探头与自适应算法，实现双通道温度补偿，无需额外温控装置即可在-40℃～150℃宽温域稳定工作

3、国产化替代：突破欧美技术垄断，实现100%自主知识产权与批量化生产，单台成本较进口产品降低60%，交付周期缩短至3个月

3.2 南京航空航天大学的学术贡献

南京航空航天大学研究团队在石英谐振式压力传感器的基础研究中取得了多项创新成果：

1、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，通过振动衰减结构设计，削弱了振梁振动系统的能量耗散，有效提升了振梁的品质因数

2、提出了压力-温度双谐振器集成全石英敏感结构的设计方法，实现了压力测量原位温度补偿，有效降低了温度梯度导致的压力测量偏差

3、提出了基于石英微纳加工技术的全石英敏感芯片制备及封装工艺方法，通过基于玻璃浆料真空密封键合工艺，解决了带有金属薄膜三层石英同质结构键合问题

技术发展趋势与展望

未来石英压力传感器的发展将聚焦于以下几个方向：

1、更高集成度：通过QMEMS晶圆级加工技术，实现传感器的小型化与集成化

2、更强环境适应性：进一步提升在极端环境（高温、高压、强辐射）下的性能稳定性

3、更智能化：深度融合AI算法，实现自校准、自诊断功能，提高系统可靠性

值得一提的是，国内石英压力传感器产业已形成从材料、设计、制造到封装的完整产业链，为高端装备制造业的自主可控提供了坚实保障。

 结语

     石英谐振压力传感器凭借其独特的性能优势，在核工业安全监测、航空航天等高端装备领域具有不可替代的作用。国内以晨穹电子科技为代表的企业和研究机构已在产品研发与产业化方面取得显著进展，实现了高端压力传感器的国产化替代，为国家关键领域装备的自主可控提供了有力支撑。

审核编辑 黄宇