基于开放光路FLRDS技术的C2H2和C2H6气体检测

磷酸铁锂电池因其较长的使用寿命和环保性,被广泛应用于储能系统。然而,近年来,储能电站安全事故频发,给电网稳定运行造成了威胁。在热失控过程中,磷酸铁锂电池会产生C₂H₂和C₂H₆等可燃气体,是造成燃烧、爆炸等灾害的重要原因。因此,实时准确监测储能预制舱内C₂H₂和C₂H₆等可燃气体的浓度是保障其安全稳定运行的关键。文中提出一种基于开放光路光纤环形腔衰荡光谱(fiber loop ring-down spectroscopy,FLRDS)技术的气体检测方法,可实现自由空间内微量气体在线监测。对梯度折射率(gradient index,GRIN)透镜的空间光耦合光学损耗进行理论和实验分析,建立插入损耗为0.95 dB的开放光路FLRDS气体检测系统。根据C₂H₂和C₂H₆红外光谱特性,开展激光光源性能测试。模拟开放空间气体环境研究了C₂H₂和C₂H₆的气体浓度检测方法,结果表明,该系统具有较好的稳定性,N₂背景下测量信号标准偏差S仅为平均值的0.156%。衰荡时间与气体浓度之间存在良好的线性关系,C₂H₂线性拟合度R²为0.998 32,C₂H₆线性拟合度R²为0.994 72。反演计算结果表明,C₂H₂和C₂H₆的最大相对误差分别为3.215%和4.72%,最大绝对误差分别为16.86 μL/L和12.74 μL/L,测量精度良好。