电容层析成像（electrical capacitance tomography,ECT）技术是一种基于电容传感机理的过程层析成像技术,可实现对封闭管道或反应器内部具有不同介电常数的介质分布的可视化测量。该技术需要将测量极板安装在绝缘管道的表面形成电容传感器;用微小电容测量电路和数据采集系统,获得各极板对间的电容值;用适当的重建算法,重建出被测的介质分布。该技术具有非侵入、成本低、安全性好等优点,在化工流化床、石油管道、包覆颗粒反应器等领域具有广阔的应用前景。目前ECT技术测量的管道或反应器截面通常为圆形。但工业过程中存在着大量的非规则截面的管道或设备,比如制备核燃料包覆颗粒的小倾角、复杂角度和结构的多环斜孔式流化床。采用ECT系统对非规则截面管道成像时,通常要用已知介电常数的材料填充非规则管道与传感器内壁间的空隙。因内部高温或存在腐蚀性物质等原因不能将极板放置在管道外壁等工业场合也存在着同样的空隙填充问题。本文以六边形截面为例,研究非规则截面ECT传感器及图像重建问题,论文主要工作和成果如下:1.以六边形管道为例,建立直接安装式及填充式两种非规则截面ECT传感器模型,分别对这两种传感器进行了敏感场分析及传感器参数对其性能影响的研究。确定了本文采用的两种非规则截面ECT传感器的参数。2.建立了完整的填充式ECT传感器有限元分析模型。利用不同于常规的灵敏度计算法和空-满场标定法,降低了管壁和填充区对重建质量的不利影响。利用已知的填充区的介电常数以及对灵敏度矩阵的拆分处理,建立了降维的ECT正问题模型,减少了逆问题的不适定性。利用改进后的Landweber迭代法,求解了逆问题。仿真数据重建结果表明本文所提方法可明显改善重建质量。3.利用有限元仿真研究了直接安装式传感器的图像重建,对比分析了两种传感器的图像重建结果。4.自制了填充式ECT传感器,结合实验室的电容数据采集系统,建立了非规则截面ECT图像重建实验系统。利用该系统,对所提方法的有效性进行了实验验证。