电容层析产生于20世纪80年代,起源于医学CT成像,是一种软场层析技术,具有非侵入、非接触、检测速度快、安全可靠、成本低廉等特点,可应用于化工、石油、电力等领域的在线监测,实现节约能源、提高生产能力和保证安全生产的目的。并且,其安全对人体无害的特性使其在医学临床图像监护上也有很好的应用前景。电容层析的研究对象为两相流及多相流,分为正问题和逆问题。正问题是指利用传感器检测极板间微弱电容,从而获得电容敏感场分布;逆问题是指利用检测的板间电容和电容敏感场来计算物场内的介电常数分布,从而获得物场内物质分布图像。目前主要研究热点在于传感器的设计、微弱电容检测、数据快速和高精度采集及快速的高质量图像重建算法。本文研究两相流情况。电容敏感场的获得有仿真和实测两种方法。通常实测敏感场的难度较大,仿真获得敏感场是一种较好的方法。为分析敏感场与介电常数扰动之间的关系,先建立了忽略极板径向长度的二维ECT模型,采用简便的电磁场计算方法,获得了极板的电容敏感场;再采用有限元方法建模,仿真获得考虑极板径向长度的电容敏感场,与之对比分析极板边缘效应的影响。逆问题的主要研究对象为图像重建算法。利用有限元仿真的电容敏感场和电容值,先采用LBP算法进行快速图像重建,以此为基础,再采用改进的Landweber迭代、Tikhonov迭代等算法进行图像重建,可获得很好的重建图像。为检测水/气两相流,对传感器的结构进行了仿真分析,研究设计了传感器。然后,研究设计了电容检测、峰值检测及信号采集电路,利用这些硬件电路,实际检测了水/气两相流的电容敏感场,并利用实测的电容数据进行了图像重建。