电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是一种快速发展的过程层析成像技术(Process Tomography,PT),它是依靠测量电容大小来对不同介电常数的物质分布情况进行测量的一种成像技术。电容层析成像技术具有成本低,响应快、非入侵和安全性好等优点。因此,ECT技术经过了几十年的发展,研究成果也在不断完善和深入。由于电容层析成像系统的“软场”效应,病态特性和数据采集困难等问题,使得电容层析成像技术的发展受到限制。为此本文以电容层析成像技术为研究对象,在分析电容层析成像理论的基础上,研究和分析电容层析成像系统中的一些关键技术问题,如:图像重建算法的速度与精度不能同时提高的问题;微小电容测量的动态范围大,杂散电容对电容测量值所带来的影响;电容层析成像传感器设计对成像效果影响等问题。本文针对上述三个主要问题进行了探讨、仿真和优化设计,具体内容如下:1、对当下电容成像技术的图像重建算法和图像重建算法中一直存在的问题进行了简要概述,然后分析比较了当下几类图像重建算法的优点与缺点,提出了图像重建算法的进一步研究方向。2、针对微小电容测量问题,使用了基于交流激励的微小电容测量电路,并将电路进行模块化处理,使用Pspice软件的参数扫描、幅频分析等功能对设计电路进行仿真,用于分析电路性能并指导电路参数的设计。3、根据电容层析成像系统的组成部分,针对其数据来源部分——电容传感器,分析了几个对电容传感器采集数据造成影响的因素,并根据这些因素所造成的影响,对电容传感器进行了正交优化实验,给出了传感器的极板角度和管道内径、外径的优化参数。