全场彩虹技术是一种有效地同时测量雾化液滴粒径分布及折射率的方法，但现有算法或多或少地存在一些不足之处，故提出一种基于最小二乘法及优化过程的全场彩虹技术反演算法。从拍摄的全场彩虹中提取若干特征信息来估计粒径分布范围及折射率的初始值，用于构建线性方程组；通过最小二乘法解方程组获得粒径分布，并根据结果重构全场彩虹；基于所提出的优化过程不断调整粒径分布范围及折射率，最终得到较为准确的粒径分布及折射率。通过数值计算和实验研究验证了该算法的可行性，结果表明折射率的反演误差在10-4量级，反演的平均粒径的误差小于3 μm，反演的粒径分布与真实情况一致。

均匀介质构成的圆柱被激光照射后，散射光干涉形成一阶彩虹图像，根据彩虹的频谱结构，可以实现圆柱直径的测量。结合理论及实验对双层圆柱双一阶彩虹的光强分布及频谱特性进行了研究。基于Debye 理论，通过数值计算几种干涉结构的频谱，获知双一阶彩虹频谱中4 个特征峰的成因。将与均匀圆柱叠加波结构频率成因相似的特征频率F₃ 进行单独分析, 发现F₃ 与双层柱体的外直径存在线性依赖关系；而且随着圆柱内外层折射率、内直径等参数的变化，直线斜率发生变化。F₃与内直径无明显的线性依赖关系。通过构建实验系统拍摄了双一阶彩虹，并对其频谱进行了研究。由于双层圆柱中内直径、外层折射率对彩虹图像影响较大，在这两个参数确定的前提下，由F₃ 确定的外直径的相对误差约为2%。

基于几何光学理论及Debye理论, 研究圆形截面微通道这一双层圆柱产生的双一阶彩虹现象。由于全反射现象, 双一阶彩虹并非始终存在, 故通过数值模拟, 得出内外径比的临界值来判断双一阶彩虹的存在性。当双一阶彩虹存在时, 双一阶彩虹中的β彩虹总是可被观察到; α彩虹在某些情况下会因光强较弱而被淹没在以二阶彩虹为主的其他散射结构中。研究发现α彩虹位于二阶彩虹主峰右侧时, 其可被观测到。为此分析α彩虹与二阶彩虹两者主峰散射角重叠这一临界情况, 进而提出判断α彩虹能否被被观测到的方法。最后, 构建实验系统, 以充满去离子水的高硼硅玻璃毛细管为对象进行实验研究, 通过CCD相机拍摄彩虹图像。结果表明, 毛细管内径为550 m、外径为600 m时, 其内外径比大于上述临界值0.7485, 故双一阶彩虹存在。但是由上述判断方法得出α彩虹无法被观测到, 这一结论与仅能从拍摄图像中获得β彩虹结构的现象相符。

快速准确地测定煤质硫含量，可为企业、环境监督部门提供重要的技术依据。国内外已有多种煤质硫含量分析仪器，但或多或少存在令操作人员不满意的地方。提出一种基于紫外(UV)差分吸收光谱(DOAS)的煤质硫含量测量方法。针对分子数分数测量范围宽、光程短等问题，在传统算法的基础上，提出基于有限脉冲响应(FIR)滤波和四阶多项式非线性补偿的改进DOAS算法。搭建了实验测量系统，对5种标准煤样进行了实验研究。结果表明，测量系统的下限为0.014%，能够去除烟尘和背景气体的影响，降低系统的维护量，单次测量时间在4 min左右，测量系统的重复性满足国家标准的要求。

彩虹技术是一种可同时测量液柱折射率和粒径的实时、非接触方法。建立了定量描述彩虹信号的低频分量与德拜理论(p=2)模拟信号重合程度的目标函数，在此基础上提出一种基于德拜理论(p=2)的液柱参数彩虹技术反演算法。反演算法以经验公式的计算值为初始值，根据目标函数不断寻优获得优化结果，并通过米氏散射理论进一步优化得到反演结果。在折射率变化范围为1.32~1.56、半径变化范围为50~500 μm时，进行数值模拟和实验研究。结果表明，半径的相对误差在8%以内，折射率误差绝对值小于5×10-4，半径的测量下限为60 μm。