在当今复杂性日益增加的高科技工业生产社会系统中,电容层析与成像检测新技术在全球商业领域潜在应用广泛,例如石油、冶金、医学等过程中,期间涉及接触到的复杂固态液体、固液混合物、以及气液混合物,可利用电容层析成像技术进行测量。同时,我国海域深处蕴含着丰富的油气资源,对海洋空间的开发刻不容缓,也意味着电容层析成像技术（ECT）的发展潜力在当今工业系统中十分广阔。因此,本文借助电容层析成像技术,在规则几何形状的油气ECT电容传感器中,引入12电极ECT传感器,设计出对油气管道测量的全新结构,并且在前人基础上对其进行优化,验证其传感器性能优化的有效性。本文的主要研究内容和成果如下:首先介绍电容层析成像技术至今发展的背景、基础根本原理,以及国内外从该技术诞生到现在的发展研究状况。使用COMSOL软件设计搭建出油气系统的模拟环境,并且画出电容层析成像传感器物理模型,测量管道内油气容质。在使用COMSOL软件尽量还原出真实油气系统环境情况下求解其正问题;测量得出电容值对ETC传感器电场属性进行分析,利用测量计算得到的物体敏感场评价设计新结构传感器的性能优劣,验证是否达到优化的目的。在实验研究中,创建设计新的由12电极组成呈柱状的三维ECT传感器物理试验模型,从确定电极板数目、油气管道ECT传感器的本身制定的参数和测量油气管道ECT传感器的结构三个方向对ECT传感器进行优化。传感器的本身设置参数主要从电极板的数目长度、管道的厚度以及屏蔽层的设置位置和电极板的覆盖率方面进行研究。通过仿真实验测得极板与极板之间电容值的最大、最小值以及所设定仿真情况下物体敏感场的分布情况这些层面对传感器的性能进行评价探究,进而最终确定出最佳几何参数。新设计得到的用于测量油气管道ECT传感器结构,与为改良的传统的传感器结构相比,一定程度上提高最大、最小电容值大小,使得进行数据采集工作的系统对于极板与极板间相互作用所得电容值检测的难度降低,并且能让油气系统ECT传感器场域中表现出的敏感场拥有了更好的均匀程度,即意味着新传感器所测得值能够使图像重建质量更高。最后,以U曲线法为基础,对油气系统进行图像重建。以U曲线法为基础理论重建出的图像从一定程度上而言并不是非常精准,在实验探究过程中发现精确度不够高,还研究了神经网络算法在其基础上进行优化。将高清ECT系统图像导入此算法进行识别,对洛可可风格进行了识别,当CNN迭代次数到640次时,其算法精度趋于98%,相比较主流的算法有一定的提升。最后,结合上述所述,本文设计了新结构的油气系统管道测量的ECT传感器,并且从多方面验证了该优化改良后的传感器的可行性。