随着科技的高速发展,水雾场在工业生产和人们生活中应用越发广泛,因此对水雾场参数指标的精确测量有着重要意义。水雾粒度特性是其中一项重要指标,可通过激光粒度测试仪实现非接触式的在线测量。由于雾场覆盖范围大,采用分体式长光程的光路测量比较困难,光路对中不准确、渐晕对测量结果造成较大影响,甚至出现无法在雾场两端放置粒度仪等问题,因此研制可置入雾场中进行粒度测量的雾场激光粒度仪具有重要的应用意义。本文以雾场为测量对象,设计和优化光路与测量结构,研制可置于雾场内采集数据的防水型激光粒度仪,对测量光路、可测粒度范围、电动光路对中、气幕防护等关键测量参数和技术进行了研究,开发了样机并进行了相关实验。论文主要工作如下:1.基于Mie散射与夫琅和费衍射理论,对激光粒度仪测量的基础原理进行了论述,从颗粒对光的散射机理和光电信号接收角度分析了仪器的关键参数和光能矩阵表达形式。提出了将变尺度算法用于颗粒的粒度反演计算,实现了单峰颗粒与混合颗粒的粒度分布测量;分析了分布函数限定法、改进共轭梯度算法的粒度反演算法,将上述三种算法用于雾场粒度测量样机软件,通过测量的光能分布反演得到粒度分布。2.优化和设计了置入式雾场激光粒度仪样机,分别采用635 nm、980 nm两种单模光纤输出的半导体激光器设计光路参数,以实现不同量程范围的粒度测量;根据上述两种波长对准直光路透镜组、傅立叶透镜进行了设计和加工,评价了象差和光学传递函数等要求;设计了光路的二维电动对中装置和电路,通过软件控制实现了非接触式光路调整;设计了机械结构系统,包括测量结构、光路调整结构、双管路四通路的气幕防护装置、密封结构等。3.采用C语言实现了下位机编程,采用Python语言开发了上位机软件,通过无线传输方式实现了上、下位机通讯、数据采集、光路调整控制、数据处理算法等功能。组装了雾场激光粒度仪样机,将开发的二维自动对中电路板与数据采集电路板进行联动调试。通过635 nm、980 nm两种波长激光器的样机对标准粒子板和喷嘴雾场进行了标定和测量实验。实验结果表明,粒度中位径D50的变异系数均不大于3.64%,满足标准粒子板和雾场的测量要求,达到了预期目的。