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的变化。因此，可以确定油中的偏振分量的变化间接地通过测试样品的介电常数测定的变化，反映了油样的重复使用或混合其他劣质油。该方法简单、方便、可靠，检测操作，省时，成本低，可以在现场使用，用于测量，以了解食用油的质量状况。在测量介电性质的众多方法中，最常用的是电容测量法，即将电容改装成为一种检测感应探头，通过电路连接及信号放大等处理过程，将检测样品的介电性质快速简单的反映出来。
1.3 论文主要内容
本文主要利用原有电容传感器原理，对电容器结构进行更深一步的探索研究，并通过信号转换电路及软件模块设计，实现新型食用油品质检测手段的开发及完善。
电容检测法主要是利用电容传感器进行被测物电容值的测定，然后通过合适的信号调理电路进行信号转换，最终实现样品介电性质的在线检测分析。运算放大器式电路、调频式电路、充放电式电路是常用的测量电路的代表。以上检测方法中，为了达到检测灵敏度和精确度，研究者一般会对调理电路进行优化改进，从而提高寄生电容对系统的影响。本研究中为了克服上述缺点，利用集成元件替代相应的调理电路，以期设计出一种新型检测技术。
本课题设计的电容传感器对不同的油样本进行了检测，得到了油质的好坏与输出电容量的大小对应关系，与已有研究进行对比分析，发现本课题对油样品测量的结果与已有结论接近，证明了油的极化成分与其对应的介电常数是有关联的。课题重点研究了该检测技术原理及设计过程，包括检测系统硬件与软件设计，并开发出这种检测技术的便携式原理样机。本文主要研究内容如下:
第一章，简单介绍了现在食品安全问题的严峻性，由此提出食用油油品质量检测的必要性以及重要性，同时介绍了一些常用的油质检测设备的优缺点；介绍了食用油检测的研究背景、研究意义以及研究现状。
第二章，介绍了食用油检测系统采用的传感器设计原理以及设计思路，介绍介电常数，由一般传感器组成与分类，传感器通常有敏感元件和转换元件及其辅助环节组成，到一般传感器的基本特性。
第三章，介绍分析一些常用的电容测量电路，通过对比这些电路的性能以及特点，最后提出了以AD7746芯片作为核心的微小电容的检测方案，介绍了AD7746的结构以及机理，设计了AD7746电容测量电路。利用STM32微处理器对AD7746检测电容电路进行控制以及数据的读取，以及LCD1602显示电路的实际以及相应的介绍。
第四章，对检测系统的软件设计模块化进行了总体概括，详细地介绍了各个功能模块的应用及步骤。
第五章，用制作好的食用油检测系统对自制食用油，国标食用油，多次煎炸老油进
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行电容值测量，得出数据转换为相应的介电常数，之后对这三种油进行加温处理，。加热温度越高，介电常数增加越快，说明在高温下，油分子的化学反应更加剧烈，生成较多的极化成分。经过加热煎炸处理后，电容值普遍增大，随着煎炸次数增加，从健康角度考虑，煎炸时间长极化分子增多，当超出一定范围时对健康构成潜在威胁，因此食用油煎炸时间、次数应尽量减少，食用油加工的炸油应定期更换，不要长期煎炸。
第六章，总结了所做工作与以及取得的相应成果。对测量结果进行了分析以及总结，对存在的问题以及进一步研究方向提出建议。
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2 传感器的相关原理以及设计
2.1 介电常数原理介绍
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与介质中电场的比值即为相对介电常数(relative permittivity或dielectric constant)，又称诱电率，与频率相关。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降。理想导体的相对介电常数虽然为1，但是由于无穷大的电导率导致趋肤深度为零，所以内部场强总为零形成电磁屏蔽。
介电常数（又称电容率），以ε表示，ε=εr*ε0，ε0为真空绝对介电常数，ε0=8.85*10^(-12)F/m。需要强调的是，一种材料的介电常数值与测试的频率密切相关。
一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大εr倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。
当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。根据物质的介电常数可以判别高分子材料的极性大小。通常，相对介电常数大于3.6的物质为极性物质；相对介电常数在2.8—3.6范围内的物质为弱极性物质；相对介电常数小于2.8为非极性物质。
物质的介电常数是不同的，是有物质本身的特性所决定的，根据这个特点，食用油和地沟油的介电常数也是有所区别的，根据这个用来区分标准油以及地沟油的依据。
电介质与电导体不同，电导体中存在着大量可自由移动的带电粒子(如电子等)，在外加电场的作用下，带电粒子的定向移动即形成电流。理想的电介质中不存在可自由移动的带电粒子，在外加电场的作用下，电介质的表面会形成一些束缚电荷，束缚电荷构建起的内建电场具有抵抗外加电场的作用。
从物质材料的导电性来说，有导体、半导体和绝缘体3类划分，但从严格的意义上来说，并没有哪一种物体是绝对不导电的，只是3类材料的导电机理与导电性有比较大的差异而已。理想的电介质是不导电的，因而电介质也是电绝缘的。组成电介质的原子或分子中的正负电荷束缚得很紧，在一般条件下不能相互分离，因此在电介质内部能作自由运动的电荷(电子)极少。
一般情况下，电介质的存在方式主要有有固态、气态和液态这三种情况。例如，空气即是一种常态为气态的电介质;润滑油是一种常态为液态的电介质;大量的绝缘材料(印刷电路板基材等)是常态为固态的电介质。真空是没有原子和分子的，也是不导电的，因而真空也具有理想电介质的许多特性。在有关电介质的应用及研究中常将真空选作一个标准的参照。空气的电介质特性与真空的情况相近似，实际中也常将空气中的情况等同于真空来处理。我们通常所说的介电常数，就是指介质相对于真空中介电常数的倍数，
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即相对介电常数。空气的介电常数为1.0005，就表是空气中这个常量是真空中的1.0005倍。
2.2 一般传感器的组成以及分类
传感器是将被检测物体的不是电信号量转换成电信号的设备或者部件，常常按照某一规律按照某一精确度把被测量转换为和自身有一定对应关系的、方便运用的某一检测输出信号的设备，通常情况下有敏感元器件、换元器件及其辅助环节组成。在检测系统中有着一定的重要作用，决定着检测电路的特性优良。
传感器通常有敏感元件、转换元件、所对应辅助环节构成。
(1)敏感元件指能够敏锐地感受被测变化量并做出特定回应的元件。能够感受到直接的传感器测量的部分。不同的传感器，它的敏感元件是不同的。传感器的输出与被测物理量来确定总的物理关系仍然是非电量。
(2)转换元件一般指的是传感器的电气信号的测量，为方便运输或可测量将敏锐地感觉或反应的组成部分。如果转换组件是可变的电位器，通过移动刷，这将改变位移输入电阻。辅助电源是一般传感器转化元件所必备的配件。
(3)辅助环节一般是指支持测得的部分转换成电能的一部分。如转换元件的电路参数，辅助链路参数可以被转换成电压，频率和其他形式的能源。到目前为止，传感器原理，不同种类，根据不同的标准，可以有多种划分。目前，常用有以下两种划分。
按工作性质分，如图2.l ；按照工作原理划分，如图2.2所示。
图2.1 传感器按照性质划分
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图2.2 传感器按照工作原理划分
2.3 一般传感器的基本特性
在现代的实验和生产，参数应控制和检测的不同，它要求传感器可以检测从测量的变化，并将其转换为可用的信号和测量的某种确定的函数关系，传感器的基本特性决定了传感器相关的和准确的完成检测任务
传感器的静态性能的灵敏度，线性度，精确程度。 (1)灵敏度:输出与输入特性曲线的斜率。 (2)线性度:又称非线性误差。
(3)精确度:精度反映传感器测量结果与真值得接近程度。
传感器的动态性能，传感器的动态特性测量传感器的输出信号的动态响应特性的传感器，用于时变输入，体现传感器在测量动态信号时的一种能力。
对于数字传感器，主要的问题是在工作上，不要失去数。因此，变化的速度输入量是一个关键因素。所以，数字式传感器动态特性指标是:输入量的临界速度。
2.4 平行板电容传感器的设计
电容传感器通常可以分为变化间隙式、变化介电常数式、变化相对面积式。本章主要通过分析传统结构的电容传感器在食用油品质测量使用中的情况，得到新型的叉指电容传感器结构。在食用油品质测量的研究当中，主要是变介电常数式。
电介质有着极其广泛的应用，但最基本的应用还是用来制作电容器。通过电介质的束缚电荷效应可以有效地增大电容器的电容量，具体推理如下所示