环境污染问题伴随着社会发展而日益严重,颗粒物(人们俗称的PM2.5和PM10)作为排放中的重要污染物,对人体健康的影响不仅与其在大气中的浓度相关,还与颗粒物的粒径大小有密切关系。然而,现有的火电厂等固定污染源烟气排放监测技术仅测量颗粒物质量浓度,无法给出不同粒径大小的颗粒物的质量浓度。由于缺乏准确的颗粒物粒径和质量在线监测技术,目前还难以准确、全面地评估固定污染源排放颗粒物的危害性。因此,需要研发与粒径关联的颗粒物在线监测技术手段,为环境保护和改善提供坚实的技术支撑。现有的固定污染源颗粒物在线监测技术主流采用气溶胶光电传感技术,该方法具有响应速度快,灵敏度高等优势,但测量结果容易受粒径变化的影响,产生较大误差。另一方面,准确度高的测量方法,如微振荡天平和β射线等技术受限于采样时间长、需要人工进行维护等因素,并不适合固定污染源高强度连续监测。同时,常见的颗粒物粒径分布测量技术通常只适合实验室研究使用,也难以适用于固定污染源的测量环境:如差分迁移率法和空气动力学法,其粒径测量范围受限且数量浓度测量范围较低。现有的颗粒物粒径分布测量技术在固定污染源排放颗粒物监测中受到限制,核心为对颗粒物的粒径分段方法难以实时、连续测量的科学问题。通过对光散射理论的进一步研究,在不对颗粒物进行物理性粒径分段的条件下,实现对颗粒物粒径分布的在线测量。本文针对固定污染源烟气排放连续监测中原位测量的标准需求,创新性地提出了基于粒径分布反演的多粒径通道颗粒物质量浓度测量技术。首先通过仿真获得基于双波长的Sauter平均粒径传感技术和基于三波长的粒径分布传感技术,同时基于多光路入射/接收的抗干扰技术研发了关键光学结构,并完成了颗粒物在线监测系统,最终实现了固定污染源颗粒物多粒径通道质量浓度在线测量。核心研究内容包括:1.研究通过光散射信号提取气溶胶Sauter平均粒径（SMD）的方法。通过分析颗粒物的光散射强度与颗粒物粒径大小、入射光波长的关系,提出了仅用双波长测量气溶胶SMD的方法。也即根据被测颗粒物粒径大小选择适当波长的入射光,获取气溶胶的粒径信息。同时设计了结构易于实现的低成本、高精度SMD传感器,并通过增加第三光路实现参数优化,提高了对SMD的测量精度,将测量结果的相对标准差由39.1%降低到7.61%。实验证明对不同粒径气溶胶的实际测量,SMD传感器的测量误差不超过6.83%。2.研究利用三波长光散射信号获得气溶胶粒径分布（PSD）关键参数的方法。为了使用尽量少的波长来获得PSD关键参数,通过分析不同波长入射光的光散射强度与气溶胶粒径对数正态分布函数中的平均粒径和标准差的关系,提出了仅用三波长散射光反演粒径分布的方法。创新性地通过测量粒径分布调节质量浓度转换系数,提高颗粒物质量浓度的测量精度,实现了响应气溶胶粒径分布变化的质量浓度测量。同时,解决了三路散射光的干扰问题,设计了一体化光学结构的PSD传感器,并用不同粒径大小的标准灰尘对实验样机性能进行测试。质量浓度测量误差在11.01%到14.13%;测量平均粒径的误差不超过23.45%,分布标准差的误差不超过20.75%。3.在线测量固定污染源排放烟气需要克服其高温高湿特性的难题。基于三波长反演粒径分布的方法,通过设计稳定、高保真的采样系统和保护光电元件的稳定光学结构,完成了多粒径通道质量浓度在线监测设备。在火力发电厂完成工程示范,通过现场测试实验,在发电机组不同负荷的工况之下,验证了监测系统的性能。工程样机测量PM10、PM2.5和PM1的平均误差分别为5.25%、3.61%和13.67%,创造性地实现了固定污染源排放颗粒物的多粒径通道质量浓度在线监测。本文的创新点包括:通过对Mie散射理论的研究,提出了仅用双波长散射光信号提取气溶胶SMD的方法;通过增加合适波长的入射光,获得了粒径分布函数关键参数的信息,继而提出了仅用三波长的粒径分布光学传感方法;在上述方法的基础上,研发了一套颗粒物在线监测设备,在示范现场实现了多粒径通道质量浓度测量,发展了符合我国实际工况的污染颗粒物监测技术。