光后向散射烟尘浓度测量方法是通过测量烟尘粒子系后向散射光强来获得烟尘排放的浓度,在这种测量方法中主要面临由于对复杂形貌烟尘粒子系后向散射特性的了解不足致使后向散射信号微弱,从而大大影响仪器检出限的问题,因此必须采用适当的理论和实验分析方法,深入研究复杂形貌烟尘粒子系的后向散射特性,为仪器的研制提供依据。本课题受国家自然科学基金资助(No.61071036),旨在从理论和实验两个方面深入研究光后向散射烟尘浓度测量技术,使该方法更适合于烟尘浓度的在线测量。论文重点研究了烟尘粒子的光后向散射特性,并在此基础上研制了新型的后向散射式烟尘浓度测量样机。论文主要完成了以下几方面的研究工作:1.烟尘粒子的微观形貌与复折射率测量现场采集烟尘粒子,并通过扫描电镜(SEM)图像分析烟尘粒子的微观形貌和粒径分布。烟尘粒子后向散射特性的计算是在已知烟尘粒子复折射率的基础上进行的,因此需要对其光学常数进行准确测量。为此,本文提出了悬浊液光谱透射法和椭偏法两种测量烟尘粒子复折射率的新方法。与传统的KBr样片法相比,新方法操作简单,可直接获得可见光谱范围内的复折射率而无需由红外波段外推,为烟尘粒子后向散射特性的准确计算奠定基础。2.复杂形貌单烟尘粒子的后向散射特性分析烟尘粒子SEM图像表明,烟尘粒子形貌复杂。为解决复杂形貌烟尘粒子后向散射特性计算的问题,提出了构建复杂形貌烟尘粒子模型的方法。针对表面圆滑的非轴对称复杂形貌烟尘粒子,提出采用多个不同形状超椭球体叠加的方法实现对这种烟尘粒子模型的构建。针对表面突变的非轴对称复杂形貌烟尘粒子,提出利用多个长方形体模型的叠加,根据不同长方体的位置和高度差构建具有表面突变特征形貌的烟尘粒子。然后利用T-矩阵方法对复杂形貌单烟尘粒子的后向散射特性进行了计算,为后续的复杂形貌烟尘粒子系后向散射特性的分析提供理论支持。3.复杂形貌烟尘粒子系的后向散射特性分析目前处理烟尘粒子系散射特性的计算问题时,一般假定粒子的形状为球形或类球形。虽然此类模型能够使问题易于处理,但是不能反映烟尘粒子系的真实情况。在获得复杂形貌单烟尘粒子后向散射特性的基础上,提出将Monte Carlo法与T-矩阵法相结合的计算方法,并构建了复杂形貌烟尘粒子系非独立散射模型,对模型的后向散射特性进行了计算与分析,并设计了验证性实验,为合理地选取探测光源及探测角度提供了理论依据。4.测量样机的研制及实验在理论分析的基础上,研制了新型的四光源后向散射式烟尘浓度测量样机,利用自行设计的大型模拟烟道对样机进行了标定和重复性实验,对一20t/h燃煤锅炉的烟尘排放浓度进行了现场测量,将测量结果与环保部门的检测结果进行了比对。最后,对样机的测量不确定度进行了分析。