电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感原理的过程层析成像(PT)技术,具有非辐射、非侵入、响应速度快、结构简单、成本低等优点,是PT技术的主流之一。ECT传感器内部的静电场具有复杂的边界形状和边界条件、含有复杂媒质,这类问题是无法获得解析解的,所以有限元仿真对ECT技术的研究有重要意义。现有的大型商用有限元仿真软件虽然通用性好,计算精度已经经过长时间的检验,但是它们一般价格昂贵、不易掌握且移植性差。对于ECT研究来说有些功能薄弱甚至缺乏,需要二次开发。所以开发一个ECT系统专用的有限元仿真软件是必要的。本文首先概述了电容层析成像技术的基本原理、系统组成及数学模型,比较了静电场的各种解法,引出了静电场的有限元分析方法,然后在介绍有限元方法的分析步骤的同时,详细介绍了作者所开发的有限元仿真软件包的主要功能。本软件包是作者在Windows XP环境下采用Visual C++集成开发环境开发的,是ECT系统二、三维有限元分析专用软件,具有预处理,有限元分析,后处理三大功能。软件包使用OpenGL函数库实现模型建立和展示、tetgen和triangle开源代码实现网格剖分、matcom数学计算函数库实现有限元计算、Visual C++实现图形用户界面,使软件包可以不依赖Matlab后台独立运行。为了验证软件计算结果的正确性,ECT有限元分析软件为商用有限元分析软件ANSYS提供了接口文件,使用户可以将软件包所建立的模型导入到ANSYS中,利用ANSYS检验软件包的计算结果,实际检验结果表明软件包计算结果准确、可靠。本文最后还利用ECT有限元分析软件,对给定的一些二维管道模型和填充物分布进行了仿真计算,得到了极板电容值和灵敏度矩阵,并对这些数据利用二维ECT图像重建算法对管道填充物分布进行了图像重建。利用有限元分析软件,本文还比较研究了三种ECT传感器的轴向响应。