设计了一种基于全场彩虹测量技术的紧凑型彩虹折射仪。该折射仪采用笼式结构和全密封设计,光路的整体尺寸明显小于传统的彩虹光路,折射仪的尺寸为0.42 m×0.42 m×0.15 m。使用该彩虹折射仪对单组分液滴折射率、双组分液滴浓度进行了一系列实验测试。采用去离子水喷雾测试了折射仪的折射率测量精度,测量误差约为2×10 ^-4。测量了体积分数为0~100%的乙醇液滴的折射率,与文献数据进行了对比,并分析了误差来源。结果表明,所研发的紧凑式折射仪具有测量液滴折射率的功能,以及体积小、精度高的优点,适用于工业生产环境,在喷雾场测量中具有很好的应用前景。

传统彩虹测量技术标定复杂、精度可重复性差且难以适应密闭空间。一种基于多彩虹谱线自标定方法, 可省去原有的标定系统装置, 将标定过程内化于对彩虹信号的处理, 以水为例的测量偏差仅为0.13%。将该技术应用于混合喷雾液滴组分浓度测量中, 探究并优化了参与混合的两种液体组分的方案。实验采用60%乙醇-水混合喷雾, 原位测量了混合喷雾场多点组分浓度, 测量结果差别可以控制在0.5%以内, 表明该方法技术在相关领域的应用潜力。

全场彩虹技术受限于单点区域测量, 如何拓展其到多点测量甚至一维测量, 对于其实用性具有重要的意义。对提出的全场彩虹系统一维化原理进行了分析, 设计并搭建了一维全场彩虹测量系统。分析了系统参数的选择对彩虹图像的影响, 并改进了标定方法。用该系统对乙醇喷雾在一维线区域的蒸发物理过程进行了定量研究, 得到的结果与PDA测量结果进行了对比, 符合实际物理现象。

为了评价水洗、醋酸铵洗和盐酸洗等化学处理方法去除准东煤中碱金属的能力, 分析激光诱导击穿光谱(LIBS)技术快速测量煤中碱金属含量的可行性和准确性, 采用去离子水、醋酸铵溶液和稀盐酸溶液依次对准东煤进行化学处理, 并利用LIBS技术对各样本中的Na, K元素进行测量, 同时与电感耦合等离子光谱(ICP)检测结果进行对比, 得到了验证LIBS技术测量准东煤中碱金属含量可靠性的实验数据。结果表明, 水洗等化学处理可高效地去除准东煤中的碱金属, 而LIBS技术对不同样本中的Na, K元素测量重复性较好, 并且具有较高的灵敏度和较低的检测极限, LIBS检测结果与ICP的相对误差不超过7%。该结果说明LIBS可作为在线测量煤样中碱金属含量的一种有效手段。

电站锅炉燃用准东煤后存在的严重结渣、积灰等问题跟煤中高含量的碱金属（Na，K）有关。采用化学方法对准东煤进行处理以制取一定碱金属含量范围的煤样本，采用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术对准东煤的Na，K含量进行定标与预测。结果表明：LIBS技术对Na，K元素的测量具有较高的灵敏度、较低的检测极限和较小的预测误差均方根（RMSEP）。尽管元素含量较低时，LIBS测量数据的相对标准偏差（RSD）较大，但当元素含量达到一定值后，其RSD趋于稳定，通过大量的重复测量可以保证测量的正确性。由于LIBS技术本身有快速同位测量的优点，因此LIBS可以作为在线测量煤中碱金属含量的一种手段。

激光数字全息技术具有三维、非接触测量流场的能力，在颗粒场三维诊断领域具有巨大的应用潜力。对数字全息技术同时测量气固两相流场中固相大颗粒和气相示踪小颗粒进行了模拟和实验研究。模拟研究了大颗粒的存在对小颗粒检测成功率及精度的影响，以及全息对小颗粒的测量能力。在利用小波函数重建颗粒全息图和识别定位的基础上，获得流场中颗粒粒径及空间分布。利用所搭建的双光路激光数字全息系统对颗粒场进行实验测试，系统成功地对被测流场区域的颗粒场进行了重建，获得的颗粒粒径分布与实际情况基本吻合。结果表明:应用该系统测量多相流流场颗粒粒径、三维位置是可行性的。

运用数字全息测量技术对声悬浮场中煤粉颗粒的冷态、热态现象进行了实验研究。通过电荷耦合器件(CCD)记录煤粉颗粒的冷热态全息图，应用小波变换对图像进行重建，获得同一煤粉颗粒在不同投影面下的粒径以及空间位置。重点分析了煤粉在CO2激光器照射下，挥发分析出及颗粒破碎现象，挥发分只在竖直方向析出，且主要集中在尖角处。破碎形成的颗粒大小不一，位置比较随机，z轴方向距离较大。通过分析热态时颗粒粒径随时间的变化，获得了颗粒的燃烧速度，同时给出了颗粒z轴位置随时间的变化。实验结果表明数字全息技术可以应用于声悬浮场中煤粉颗粒燃烧时的测量，是研究煤粉燃烧的有力工具。