在能源、环境和化工等领域中,颗粒运动参数的在线监测对于多相流和燃烧设备的优化运行具有重要意义。典型的如电厂煤粉参数的实时在线监测,是优化磨煤机出力、优化锅炉燃烧及电厂实现节能减排的重要前提和手段。尽管目前已发展了多种先进的颗粒场测量手段,如PIV、PDA等,但能用于工业现场实时在线测量技术还比较欠缺,尤其是对于结构复杂、光学特性差的煤粉颗粒。为此,本文研究了基于粒子轨迹图像的煤粉速度和粒径的测量方法,有望在电厂煤粉管道的实时在线测量中得到应用。首先,对煤粉光散射特性进行了实验研究,获得了煤粉颗粒在激光照射下不同方向及不同曝光时间下的成像特点。表明较长曝光时间下的煤粉轨迹图像清晰可辨,弥补了由于煤粉强吸收特性引起的瞬态图像偏暗和模糊的不足,进而提出了利用煤粉颗粒轨迹图像同时测量其速度和粒径的方法。实验拍摄了大量煤粉颗粒轨迹图像,并利用计算机图像处理方法对煤粉轨迹进行识别和计算,获得煤粉颗粒的速度和粒径分布。实验结果与商用PIV系统和Malvern粒度仪所得结果进行了比较,表明所开发的基于粒子轨迹图像的煤粉颗粒测量方法切实可行。其次,在机理实验台上对影响测量结果的关键参数,包括成像放大倍率和曝光时间,进行了系统研究。获得了实验系统的两个重要系数N和R,其中N可以指导实验或者商用产品选取合理的视场范围,R可以指导实验或者工业应用的合理曝光时间。结果表明：N值大于6,R值在3-7之间测量会有比较好的测量结果。最后,在系数N和R的指导下,在浙江大学热能工程研究所高温气固两相流风洞试验台上验证测量系统的可靠性。进行了玻璃颗粒的验证试验,在满足系数N和R条件下,本实验系统所测速度与粒径与商用PIV与Malvern粒度仪吻合较好,表明所开发的由廉价工业CCD相机和半导体激光器构成的轨迹图像测试系统可以很好地应用于管内气固两相流颗粒运动参数的实时在线检测。