牛奶是最古老的天然饮品之一,因其营养丰富且全面,深受广大消费者的青睐。生鲜牛奶是乳制品的主要原料,其品质检测对于保证乳制品的质量和安全具有重要意义。蛋白质和脂肪含量以及含水率常被乳品企业和消费者作为评价牛乳品质好坏的重要指标。国标规定的牛奶主要成分检测方法具有检测精度高的优点,但操作复杂、费时费力,且无法用于现场检测。目前大型乳企广泛使用的牛乳成分检测仪具有检测精度高,且检测迅速的优点,但其价格非常昂贵,且体积庞大,仅适用于实验室检测。开发一款成本低廉、操作简便,适于现场检测的生鲜牛奶主要成分检测仪对于指导牛乳销售、加工以及消费有重要的意义。现有的研究表明,牛奶的介电特性受蛋白质、脂肪和含水率的影响,而介电谱技术具有检测速度快、无污染、适合在线检测等优点。为此,本文基于平行极板法（1～100 MHz）和同轴探头法（40～2500 MHz）测量介电特性的原理开发生鲜牛奶主要成分检测仪,并对检测仪的性能进行测试,以为牛奶品质的现场和快速检测提供方案。本文的主要内容及结论如下:（1）基于介电特性的生鲜牛奶主要成分检测仪硬件系统的设计。以ARM Cortex-M3内核STM32F103C8T6芯片为控制处理器,分别以平行极板和开路同轴线为检测探头进行了平行极板型牛奶和同轴探头型牛奶主要成分检测仪硬件系统的设计。并设计了该硬件系统的晶振时钟、硬件复位、电源、扫频信号源、反射电桥、峰值检测、相位差检测以及模数转换电路等,进而设计制作了仪器外壳。（2）基于介电特性的生鲜牛奶主要成分检测仪软件系统的设计。配置软件开发环境并采用C语言在Keil MDK 5.13软件完成了程序设计,使用STM32固件库模式进行程序开发,实现了单片机初始化、扫频信号输出、模数转化、键盘扫描、显示屏驱动和数据的串口发送。（3）牛奶蛋白质含量、脂肪含量和含水率预测模型的建立。利用研发的平行极板型和同轴探头型牛奶主要成分检测仪分别采集了390个牛奶样品（330个纯生鲜牛奶和60个掺水生鲜牛奶）在1～100 MHz和40～2500 MHz范围内的输出数据,采用移动窗口平滑滤波法对采集数据进行预处理,运用SPXY法划分样本划分,基于全波长（FF）和连续投影算法（SPA）优选的特征波长建立预测各主要成分含量的偏最小二乘（PLS）、极限学习机（ELM）和支持向量机（SVM）模型。结果表明,平行极板型和同轴探头型基于FF所建立的模型具有最好的预测精度。对于平行极板型,其预测蛋白质含量、脂肪含量和含水率的最优预测模型分别为FF-SVM、FF-PLS、FF-SVM;对于同轴探头型,其预测蛋白质量、脂肪含量和含水率的最优预测模型分别为FF-PLS、FF-SVM、FF-SVM。（4）对两种仪器的检测精度进行了验证。将预测模型写入检测仪软件程序,取40份生鲜牛乳样本对仪器的精度进行验证。结果说明,平行极板型仪器检测蛋白质含量、脂肪含量和含水率的平均误差分别为0.17%、0.35%和0.49%,同轴探头型检测蛋白质含量、脂肪含量和含水率的平均误差分别为0.29%、0.33%和0.84%。表明,平行极板型仪器对3种成分的检测精度能略优于同轴探头型。（5）研究了牛奶的均质处理对该检测仪性能的影响。研究结果表明,均质处理有助于提高该检测仪对脂肪的检测性能,但对蛋白质含量和含水率检测性能的提升甚微。本文所开发的基于介电特性的生鲜牛奶主要成分检测仪具有检测速度快、操作简单和成本低廉等优点,为牛奶的现场和快速检测提供了解决方案。