电容层析成像(简称ECT)是20世纪80年代中期出现的一种新型的多相流检测技术，利用这种技术可以通过测量容器表面分布的电极对之间的电容值，采取相应的算法获得容器内部的介质分布情况，并以图像的形式表现出来。 ECT系统技术难点主要有以下三个方面：传感器系统是ECT的硬件核心部分，其尺寸和材料参数的选取直接影响到整个系统的性能，因此，硬件系统的参数优化是整个系统的重点之一；数据采集系统的重点和难点在于解决微弱电容测量电路的设计，由于ECT系统的待测电容仅为几个fF到几千fF，因此要求测量电路具有极好的抗干扰能力和较大的动态范围，这对于测量电路的设计提出了很高的要求；成像系统的关键在于成像算法的选择，其目的是在满足实际需要的前提下，尽量提高成像质量，但是由于较少的电极数目仅能获得有限的测量数据，由测量数据推知介质分布的反演过程必然是不适定的，克服反演过程中的不适定性成为成像算法的关键。 本文通过正交试验设计方法进行试验规划，对影响传感器性能的参数进行多水平选择、组合安排仿真试验，确定了一组最佳参数组合，完成了传感器系统的参数优化；通过对两种微弱电容测量方法——直流法和交流法的比较，最终根据实际情况和需要确定了差动式充／放电小电容测量电路，该电路能够较好克服内外因素的干扰，精确、快速的获得被测电容值，基本满足仿真试验的需求，并在此基础上完成了数据采集系统的总体设计；在成像算法的选择上，本文首先对反演过程的不适定性进行了深入研究，通过奇异值分解分析了不适定性根源所在，并以此为基础，通过先验知识的引入来克服成像过程中的不适定性，即采用正则化的方法，完成图像重建，仿真结果表明，该方法相对于传统的线性反投影算法在成像质量上有明显的提高，而相对于迭代法、神经网络法等高精度成像算法，在成像质量相当的情况下，该算法的成像速度远远优于以上两种算法，而且算法适应性强，对其它多相流体和极板对数的模型同样有效，同时也适用于阻抗层析成像，因此该方法具有一定的实用价值。