两相流广泛存在于自然界和工业生产中,其参数的实时检测难度较大,是一个亟待发展的研究领域。电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)具有成本低、非侵入性、适用范围广和安全性能佳等特点,是过程层析成像技术的研究热点之一,已发展成为一项重要的两相流参数检测技术。但是电容层析成像技术发展至今还不完善,在系统设计和应用上尚存在不少问题和难点。本文针对制约ECT技术实时性的微弱电容测量速度和数据采集处理速度等问题进行了研究,研制了一套基于DSP和USB2.0技术的高速ECT系统。经测试,该系统在保持较高测量精度的同时,极大地提高了数据采集速度。本文的主要工作如下:(1)深入分析了基于差分采样法的微弱电容测量电路,通过合理的时序设计消除了电子开关的电荷注入效应;分析了电路的抗杂散电容性能;同时提出了微弱电容的测量模型,并分析了影响测量电容分辨率的因素。通过将微弱电容测量电路模块化设计,直接安装在径向电极上,实现了并行激励、串行测量,极大地提高了电容检测速度,增强了抗干扰能力。(2)设计了基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)和复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)的ECT控制处理结构,优化了模拟信号通道及模数转换环节,引入通用串行总线(Universal SerialBus,USB)技术设计了ECT的高速通讯模块,最后按照模块化的设计思想构造了整个ECT系统的下位机,并编写了下位机的程序,包括DSP处理器的控制处理程序、USB的固件程序以及CPLD的逻辑设计。(3)对所设计的高速ECT系统进行性能测试,其实时数据采集速度达到了2000幅/秒以上,满足了实际工业应用中的实时性要求。最后对ECT系统的设计提出了一些改进的意见。