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电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)优点在于非侵入性、安全性、响应速度快、安装便捷以及成本低等,使得这项技术在工业过程可视化检测中成为一项极具发展潜力的技术。为了深入分析电容层析成像系统,本论文的主要工作包括以下几个方面:1.阐述ECT技术的基本原理,对正、逆问题进行数学模型解释。设计12极板的ECT系统传感器。对部分传统的图像重建算法进行研究,介绍算法的成像原理,并分析其优劣,通过计算相关评价指标对重建效果进行评价。2.为了减小电容层析成像传感器相邻极板间耦合电容引起电容测量时的噪声值,设计了差分电极传感器系统并对差分电极与测量电极距离进行参数优化。实验系统采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)直接数字频率生成模块生成数字量的正弦激励信号,通过D/A转化为正负交流信号分别对测量电极和差分电极进行激励。测量电极与差分电极到管道中点的距离比例约1:1.2时传感器灵敏度最佳。3.传统的ECT传感器系统测量电极都是固定在管道壁上,测量电极到管道中心的距离固定不变,电极占空比(Electrode-to-Gap Ratio,EGR)也是固定不变,本文提出了一种占空比可调的新型传感器系统,在实际工业应用中更加方便快捷,得到效果更佳的重建图像。为了能够减小极板间的干扰电容,设计了含差分电极的传感器系统,差分电极安装在测量电极与屏蔽罩之间,差分电极与测量电极同步变化。4.首先将双共轭梯度算法引入到电容层析成像技术中,通过仿真实验设计图像重建分辨率较高。为了得到更佳的成像效果及缩短成像时间,将双共轭梯度与Tikhonov正则化算法相结合进行算法改进,然后与传统的迭代类算法相比较。5.将新型优化设计的传感器系统与改进双共轭梯度算法相结合使用,通过仿真实验得到更佳的成像效果,使其得到广泛的使用。