电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是多相流检测研究领域内的一种新型的可视化测量方法,由于该技术具有设备制造成本低、非接触式检测、操作简单和安全性高等诸多优势,成为近年来的研究热点,并逐步从实验室走向工业应用领域。本文联合使用COMSOL和MATLAB对ECT三维图像重建中的相关问题进行研究,主要研究内容及结论如下:(1)三维ECT传感器结构参数的优化设计。分析了屏蔽层半径、层间距、电极高度和电极宽度对敏感场均匀性指标和测量电容值动态范围指标的影响规律,发现各参数与两个指标并不是简单的正比或者反比关系,在本文中其取值范围内,都存在最优值;在此基础上,选用正交试验法,对这四种参数的组合方案进行仿真研究,得到了一组表现较好的参数组合方案,并使用该方案进行图像重建,成像效果良好。(2)三层24电极阵列激励测量模式的研究。提出了三层24电极的横向和纵向激励测量模式,共设计了六种单电极激励单电极测量、双电极激励双电极测量和三电极激励双电极测量的模式,分别对比了这六种模式的独立测量数、电容测量值、等势面分布均匀性、敏感场分布均匀性和重建图像误差,其中纵向三电极激励双电极测量模式的各项性能表现良好。(3)三维ECT图像重建算法的研究。介绍了线性反投影算法、Landweber算法、共轭梯度算法和代数重建算法,并基于MATLAB软件编程实现了这四种算法对五种典型介质分布模型的图像重建过程,对比了四种算法的算法运行时间、图像相对误差和相关系数,其中代数重建算法成像效果和评价指标表现较好。