电阻层析成像技术(Electrical Resistance Tomography-ERT)作为电学成像的一个重要分支,以其无辐射,非侵入,性价比高等特点受到国内外学者们的广泛重视。目前,电阻成像技术应用到工业过程的两相流检测、电子农业和医学等领域,正在成为各国学者研究的热点之一。将ERT技术推广到农业领域,就是希望通过电学成像技术来监测农田土壤中植物块茎的生长状态,从而获得块茎生长的动态信息,这将为精细农业的发展和作物新品种培育提供有力的科学仪器和监测手段。用于两相流流速检测的电学成像系统更多关注的是管道内部截面的流体的分相含率的测量,对成像速率要求很高；而对于植物块茎成像监测系统来说,对成像分辨率和成像质量要求很高,即要求准确的测量块茎的具体位置、大小等参数。这就需要对系统的激励／测量部分和成像算法进行优化设计与研究。基于此,本文主要针对块茎电阻成像监测系统的激励和测量策略进行研究,通过对ERT系统的激励测量特性规律的深入研究,优化阵列电极的形状和尺寸大小,为硬件系统的设计和实现提供理论指导。本文以有限元分析软件COMSOL Multiphysics为工具,构建多层16电极阵列的三维模型,对不同形状和尺寸的阵列电极模型进行了仿真分析。其中着重探讨相邻和相对激励模式；研究了相邻模式下边界电压测量的共性规律；研究了不同形状尺寸的电极对块茎轴向／径向位置变化的测量灵敏度的影响,进而实现电极形状尺寸的优化设计。并运用机械设计软件进行了敏感电极和传感器系统设计,完成了加工制作。本文的创新点和贡献主要有：建立三维多物理场模型,运用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,系统研究了场域内电导率变化对边界电压测量的影响；对块茎电阻监测系统的电极形状尺寸和进行了优化设计研究,对块茎ERT系统激励／测量策略进行了研究,这些研究成果为块茎监测系统的深入研究与和成像算法的改进提供有力支持和指导作用