1. 研究目的与意义及国内外研究现状

基于pcb工艺的油中水含量检测仪设计具有很大的实用性和创新性。食用油、化石燃料等油料中水含量的实时测量具有实际意义。油料的长期储存会导致油中水含量的升高，这会直接导致油料的腐坏。生活中，食用油往往因水含量升高而腐坏不能食用，石油中水的存在也会导致油料燃烧不充分损坏发动机，从而给车辆的行驶带来不安全因素。而基于pcb工艺的油中水含量检测仪很好的解决了这一问题。市场上的水分仪体积过大，而油桶体积较小，只能将油料从油桶中取出实现单次测量而不能实时连续测量。

基于pcb工艺的油中水含量检测仪其使用pcb工艺而非mems工艺，能够加快测量仪器的研制进度，大幅度地降低研制成本。其体积小巧，能够连续测量并将数据发送到智能终端上。采用分离式模块化设计能够安全的将测量探头嵌入到油桶中，实现实时连续测量，具有很强的实用性。

国内外研究现状

目前，国内市场上所销售的水分仪分为两种，一种是能够精确测量且体积巨大的台式实验室用仪器，另一种是体积稍大的手持式水分仪。手持式水分仪体积略大，其通过两根带电天线间的电场效应和磁场效应测量水含量。由于其探头过于简单，所测数据不够精确，且天线间电压大，在测量高爆性油料时安全性难以保障。以上两种都只能单次测量无法满足油罐内油中水含量的实时连续的精确测量。

2. 研究的基本内容

基于PCB工艺的油中水含量检测仪是一套能够实时检测油中水含量的系统。它的工作原理类似于湿度传感器，是通过电容效应将水含量这一物理量转换为能够反映其大小的电信号，然后测量电信号的大小测出油中的水含量。

基于PCB工艺的油中水含量检测仪设计包括硬件系统设计和软件系统设计两个主要部分。其中，传感器探头设计是一件系统设计中的关键。传感器探头采用PCB工艺，不同于传统的基于MEMS工艺，它具有测量范围广、成本低的优点，设计周期相对较短。传感器探头采用经典的对状梳齿结构，制作成PCB形式。系统通过油中水含量与电容大小两个物理量的测量建立数值模型，结合硬件系统和软件系统将水含量这一物理量进行采集、处理、传输和显示等。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

!--[if !supportlists]--1)!--[endif]--实施方案

利用pcb工艺设计梳齿形的传感器探头，利用电场的边缘效应，计算和确定铜箔宽度及厚度尺寸并确定电容的大小和范围；设计接口电路电路，采用ad7745/46或其他微弱电容检测接口电路，采用低功耗单片机；设计硬件系统，实时显示测量物理量时的周围环境参数比如温度等，采用fpga完成嵌入式系统设计。

2) 进度安排

4. 参考文献

1. Jaime Mizuguchi, Juliani Chico Piai, Jos Alexandre de Frana, Maria Bernadete de Morais Frana, Karina Yamashita, and Luis Carlos Mathias, “Fringing Field Capacitive Sensor for Measuring Soil Water Content Design, Manufacture, and Testing,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 64, no. 1, pp. 212-220, Jan. 2015.
2. Robert N. Dean,* Michael C. Hamilton, and Michael E. Baginski, “Capacitive Fringing Field Moisture Sensors Implemented in Flexible Printed Circuit Board Technology,” Journal of Microelectronics and Electronic Packaging, pp.122-127, Nov. 2014.
3. Robert Neal Dean, Senior Member, IEEE, Aditi Kiran Rane, Michael E. Baginski, Senior Member, IEEE, Jonathan Richard, Zane Hartzog, and David J. Elton, “A Capacitive Fringing Field Sensor Design for Moisture Measurement Based on Printed Circuit Board Technology,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 61, no. 4, pp. 1105-1112, Apr. 2012.
4. D. Hazarika, S. Laskar, A. Sarma, and P. K. Sarmah, “PC-Based Instrumentation System for the Detection of Moisture Content of Tea Leaves at Its Final Stage,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 55, no. 5, pp. 1641-1647, Oct. 2006.