我国针对环境空气颗粒物污染治理的政策日益严格。为解决工业现场长期测量稳定性的问题，国内外研究者提出采用鞘流结构来制约颗粒物重叠和光腔污染的方案。从光腔结构、质量浓度计算方法和气路结构三方面入手，对传感器的测量精度和抗污染性进行优化。基于光学追迹，对光腔结构进行模拟，以实现散射光的最佳收集效果；通过修正特征参数，降低传感器的测量误差；设计简易内循环模式的鞘气保护结构，降低由颗粒重叠导致的测量误差并对光腔进行保护；研究上述结构下气体流速对总尘浓度（TSP）、PM₁₀和PM_2.5检测结果的影响，设置最优的气泵流量。实验结果表明，得到了高稳定性的气溶胶浓度传感器，可同时测量TSP、PM₁₀和PM_2.5的质量浓度，测量误差小于±5%。

研究了光全散射法在大范围空间颗粒物浓度监测中的应用及实现。借助于结构设计和调制解调技术去除环境中背景光对光电转换的影响, 为避免光源光强的波动对系统稳定性的干扰, 采取光强反馈措施进行补偿。应用多波长消光法, 结合Lambert-Beer定律和Mie散射理论, 实现开放空间颗粒物浓度值的测量。将系统的计算结果和标准仪器进行实时对比, 二者的Pearson相关系数为0.988 9, 数据有较好的一致性, 系统量程可达0~400 mg/m3, 响应时间为1 min。为大范围空间颗粒物质量浓度的监测提供了一种快速、实时的手段。

根据米散射理论和激光传播方程，建立PM 2.5颗粒物浓度与后向散射光强的关系模型，并提出了基于电荷耦合器件(CCD)后向散射激光雷达的实时PM 2.5 颗粒物浓度的监测方法。设计了以532 nm 波长的激光器为光源、CCD 为接收器的后向散射激光雷达实验装置。根据获得的实时大气颗粒物后向散射图像，提取灰度值矩阵并分析了散射图像的光强分布；对比赛默飞世尔科技公司的PM 2.5监测仪(SHARP)的实验结果，拟合了PM 2.5颗粒物浓度与散射光强的5个关系式，拟合度均在0.95以上。这种成本较低、操作便利的实时PM 2.5颗粒物浓度监测装置的推广，有助于建立PM 2.5污染物的分布和运动模型并绘制污染地图，具有重要意义。

为实现基于光学方法的烟气流速和颗粒物浓度的非介入式测量，研制了双光路对射式烟气流速测量系统，并在工业烟道上进行了实地测试。鉴于工业烟道内气流的复杂性和多变性，提出了一种反级串的烟气流发展模型，并改进了数据处理方法。分析结果表明：基于新数据处理方法测量的烟气流速，虽然其统计平均值与皮托管的单点测量结果存在0.7 m/s的差异，但两仪器测量结果的统计平均值非常一致，均接近7.6 m/s。当信号比较理想时，相对于经过简单滤波后计算得到的烟气流速，新的数据处理方法不会对烟气流速及其变化趋势造成明显改变。由烟气流速测量系统所测信号的光强起伏与颗粒物浓度存在明显的线型关系，相关系数可达0.97。