电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)技术是一种新兴的无损检测技术,具有非侵入和非干扰性介入的电磁成像特性。它基于电磁感应原理,是通过电学手段对目标场域进行激励与检测,再利用检测信息进行成像。可以通过获取检测区域的电导率和磁导率分布,并根据采集的感应电压进行电磁特性分布的重建。它有着巨大的潜在应用空间,可用于工业过程监控和生物医学检测等。由于传感器阵列对成像的质量有着重要的影响,所以本论文将对传感器阵列优化和三维成像的方面进行研究,论文的主要研究工作如下:(1)通过建立不同数量的线圈仿真模型,使用不同的图像重建算法进行成像,发现适当增加传感器的个数可以提高成像质量。仿真结果显示16线圈的仿真模型优于其它模型的成像质量,对于多于16线圈的模型,成像效果变差。为了说明传感器阵列的独立测量数据的影响,将传感器阵列进行旋转以获取更多的独立测量量,对比旋转前后的图像相关系数,结果表明了复合后的重建图像质量明显提高。(2)对三维模型进行仿真,包括单层三维仿真和二层传感器的三维仿真。建立了8线圈、12线圈和16线圈的单层三维仿真模型和四种典型的电导率物场分布,通过仿真成像来验证单层传感器阵列的3D-EMT成像。对三维灵敏度图进行分析,分析从z=0到z=20的不同层的轴向空间上的灵敏度的变化。逆问题中的图像重建使用了共轭梯度迭代算法,仿真结果表明,3D图像在位置、形状和大小上均优于2D图像。本论文还研究了使用两层传感器阵列的三维成像。在电磁场有限元仿真软件中建立了具有两层传感器的传感器阵列的模型,分别为两层16线圈、两层20线圈和两层24线圈,并进行三维成像。仿真结果表明,3D重建图像与二维平面重建图像相比,能够显示z轴上更多的信息,三维重建可以清楚展示三维空间的物质分布,证实了使用多层传感器阵列在电磁层析成像中进行三维重建的可行性。(3)搭建了单层三维的实验系统,结果证实了使用单层传感器阵列进行3D成像的可行性,表明了在节省硬件资源的情况下进行三维成像的可能性。设计了具有双层16线圈传感器阵列的成像系统,系统主要包括有激励信号放大电路、三维传感器阵列、回采信号与放大电路、通道切换电路。使用设计的实验系统采集数据并进行单层三维的成像实验和二层传感器的三维成像,经过对实验结果进行分析,发现三维成像可以显示出物体位于空间的大小、形状信息。本论文对于单层三维和多层三维的成像研究,可以为未来探索电磁成像技术的潜在应用提供指导。