厨用超声清洗机
厨用超声清洗机[20191214193358]
摘要
随着科技的日新月异及食品安全问题越发被人们所关注，超声清洗已经应用于越来越多的行业，并逐步走进人们的厨房。然而，超声清洗作为一种新的工艺方法，其可靠性和稳定性还不足以满足厨用清洗的高要求，高标准，而造成这种问题的原因往往就是换能器的匹配网络不够稳定。
当压电超声换能器处于长时间、大功率的工作状态时，其等效电参数会随环境因素的变化而改变，特别是其自身温度的改变，这种变化会造成谐振点的偏移，直接影响了超声信号的传输效率，甚至会导致换能器不能正常工作。
针对上述问题，本文对厨用清洗机的匹配环节进行了探索研究，并在一定范围内提出了优化方案。本文在研究压电超声换能器的几种匹配网络以及匹配原理的基础上，分析换能器工作时，由环境因素如温度变化而引起的各项电参数的改变对匹配网络电抗性质的影响规律，从而提出在一定变化范围内该匹配网络的改良方法，实现在固定频率要求的最优匹配。
此外，为了方便匹配过程的实现，本文还设计了一款不同匹配网络下的调谐电感值计算软件。该软件基于Visual C++6.0平台，兼顾了三种匹配网络以及本论文所探究的一种改进方案，能基本满足用户需求；软件界清晰明了，易于用户操作使用。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:厨用清洗机；压电换能器；匹配网络；优化设计；软件
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1蔬果农药残留概述 1
1.2果蔬清洗的现状 2
1.3课题简介 3
1.3.1本论文研究的目的与意义 3
1.3.2主要研究内容 4
第2章 压电换能器简介及匹配电路的原理分析 5
2.1超声换能器简介 5
2.2匹配电路匹配原理分析 6
2.2.1串、并联L的匹配网络 6
2.2.2电感电容匹配电路 8
2.3本章小结 9
第3章 匹配网络的优化设计 10
3.1换能器动态变化的影响 10
3.2改进的电感电容匹配网络 12
3.2.1电路及原理 12
3.2.2 换能器动态变化的影响 12
3.2.3改进的电感电容型匹配网络的实现 14
3.3本章小结 15
第4章 调谐电感值计算软件的设计 16
4.1 Visual C++ 6.0的概述 16
4.2设计意义 16
4.3界面设计 17
4.3.1界面静态文本框设计 18
4.3.2子对话框的创建与调用 19
4.3.3对话框图片的插入 22
4.3.4对话框界面美化 23
4.4功能实现 25
4.5本章小结 28
第5章 课题总结与展望 29
5.1课题小结 29
5.2存在的不足 30
5.3课题的展望 30
参考文献 32
致谢 34
附录A：外文翻译 36
第1章 绪论
1.1蔬果农药残留概述
农药残留（Pesticide residues），是农药使用后在一个时期内没有被分解而残留于生物体、收获物、土壤、水体、大气中的微量农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称。农药的使用确保了蔬菜瓜果的丰产丰收，但同时也带来了蔬果的污染问题。由于蔬果种植业的发展，气候条件与蔬果生产管理条件不断变化，蔬果病虫害种类增多，致使农民在蔬果种植过程中滥用农药，造成蔬果农药残留严重。蔬果在种植过程中施用农药以后，一部分农药残留在蔬果上，可能粘附在蔬果表面，也可能透过蔬果表皮蜡质层到达组织内部，还有可能被蔬果吸收、输导分布在各部分汁液中。因而农药残留有两种形式，一是附着在蔬菜的表面；二是在生长过程中，农药直接进入蔬果的根、茎、叶、花和果实中 。
资料显示，我国农药年用量为80万至100万吨，居世界第一位。其中使用在农作物、果树、花卉等方面的化学农药约占95%以上。而蔬果与人们的日常生活密切相关，所以减少蔬果的农药残留，让我们能够吃到更安全更放心更绿色的蔬果迫在眉睫。要减少农药残留的量必须扎好从“农田到餐桌”的全过程管理。蔬果从农田到餐桌主要经过两大环节，一是从农田到市场，二是从市场到餐桌。前者是客观因素，普通消费者能做的工作很有限，主要靠政府的监管和生产者的科学合理使用农药，虽然我国农药部与国家卫生计生委于今年三月份联合发布了新的食品安全国家标准《食品中农药残留最大限量》(GB2763-2014)，重点加重了蔬菜、水果等鲜食农产品的限量标准，为115个蔬菜种（类）和85个水果种（类）制定了2495项限量标准 ，比2012版本增加了904项限量标准。但是近期仍有调研显示，基层农药经营市场“小、散、乱”现象仍较为突出，农药经营者总体文化素质和专业技能水平低下，导致农药对农作物的药害、人畜农药中毒和农产品农药残留超标等安全事故时有发生，农药所造成的的污染令人担忧。而后者则是主观因素，是我们消费者能够通过自己的能力所控制与改善的。
1.2果蔬清洗的现状
随着生物技术、蔬菜加工技术的迅猛发展，人们获得清洁、无污染、无公害的新鲜蔬菜成为当前的主流 。在追求食品更安全、更健康的当下，如何对果蔬进行更高效、更全面的清洗，做到降低农药残留成为人们所关心的话题。
区别于传统的手工清洗，添加果蔬清洁剂清洗果蔬的新型手工清洗方式越来越受到人们的青睐。然而，国家蔬菜系统工程研究中心化学分析室的专家们用市面上的比较畅销的四种洗涤剂（都标明可以清除残留农药）对含有农药残留的果蔬进行清洗以检测其残留农药的清洗率，检测结果如下：第一种的清洗率为21.34%，第二种的清洗率为0%，第三种的清洗率为0%，第四种的清洗率为48.6%，平均清洗率为15%，也就是说有50%的清洗剂虽然标有“可清除果蔬残留农药”的字样，但在实际检测中却根本不产生任何降解农药的作用 ，且目前在我国市场上流行的国产洗涤剂中绝大部分是碱性的。国家蔬菜系统工程研究中心告诫人们“在没有搞清洗涤剂酸碱度的前提下，不要用洗涤剂清洗果蔬残留农药”，因为碱会分解农药有机磷残留，某些有机磷在碱性环境下，分解后产生的毒性比原来高出10倍，也就是说，不用洗涤剂还会好一些，而用了洗涤剂产生的“二次污染”更有害。
在蔬菜消耗量较大的学校、酒店、工厂食堂以及各种蔬菜加工厂等，手工清洗显然不能满足其需要。国外早在几十年前就开始了超声清洗的研究.我西国对蔬菜清洗技术的研究于20世纪90年代中后期开始兴起，经过多年的努力，取得了一定个成就。早年间较成功的一个案例就是，2003年高翔等利用超声波气泡清洗对洋芹进行新鲜处理，通过实验得出超声波气泡清洗蔬菜10分钟，有利于蔬菜的除菌灭酶与保鲜，延长蔬菜的货架期。不过存在的缺陷是该清洗方式只对清洗或半清洗以后的蔬菜实现二次清洗有较大的效果，不适合对蔬菜的初次清洗。但是这一具有突破性的研究实验，为人们后期的研究带来曙光。所以近年来，越来越来多的清洗机在市面上盛行起来 ，但是纵观各类蔬果清洗机可知，还存在很多有待解决的问题，如蔬菜清洗机的种类少，品种单一；电气化自动化程度不高；清洗装置的结构单一；制造工艺技术落后；产品的可靠性、稳定性不高等。
1.3课题简介
1.3.1本论文研究的目的与意义
针对上面所说到的产品的可靠性、稳定性不高等特点，本文提出了改进方案。
目前，市面上的超声清洗机的清洗频率以20kHz、28kHz和40kHz的居多。但实际上，这类清洗机主要适用于清洗机械零件、医疗器械以及厨房的餐具、饮具、茶具等较为坚硬的物体 ，并不适合清洗果蔬。清洗果蔬时，易刮伤果蔬，导致养分流失，而且28kHz的清洗机在工作时发出的声音非常刺耳，不利于家用。实验室的前期实验证明，当超声波频率在150kHz~300kHz时，清洗效果最佳。基于这个事实，新理念超声波技术有限公司联合我们实验室对160kHz的超声清洗机进行专门研究，所以本论文主要的研究对象为160kHz的超声果蔬清洗机。
超声设备基本上由三个主要部分组成，即超声信号发生器、电端匹配电路以及超声换能器 。超声信号发生器提供一定频率和一定功率的超声波信号，匹配电路则有效提高信号源对换能器的作用效率，保证了超声信号高效的传输给换能器，而超声换能器则利用逆压电效应把超声频电能转变为机械振动，在一定区域里产生超声波，以完成各种测试及处理过程。该超声果蔬清洗机也运用这个道理。然而，当压电换能器大功率长时间工作时，其各个电参数会随环境因素，特别是自身温度变化而发生改变 ，即谐振点发生了很大的偏移，这种变化直接影响电声转换效率，所以一个好的匹配电路的选择，不仅决定了换能器的正常工作，还决定了超声信号源的输出功率的高效传输。
目前，匹配网络的实现方法主要有静态匹配和动态匹配两种。静态匹配 是指，在电信号输出频率与换能器静态谐振频率相同的条件下，电端输出阻抗与换能器的静态输入阻抗的匹配。但上文也说到，温度升高等条件变化会引起其输入阻抗即谐振频率的变化，导致失谐，电声转换效率变低，甚至烧坏换能器 。动态匹配 是指，不强求输出频率的固定，用频率追踪技术，使电激励系统输出频率能动态实时跟踪换能器谐振频率的变化，确保电路匹配，提高换能器效率。但是这种方式又不适用于要求换能器输出频率固定的应用场合。
本厨用清洗机的清洗频率是在多次探究后找到的最佳的清洗频率，所以本论文研究的核心就是在静态下做到对匹配网络进行优化设计，保证超声信号能更高效地传输给换能器，实现固定频率下的最优匹配。
1.3.2主要研究内容
压电换能器作为二端（电—机）转换原件，在其谐振频率附近呈容性，直接连接超声电源会使系统的功率因素下降，超声电激励信号的传输效率降低 ，工用中常串联或并联一个感性元件（即调谐电感）来抵消换能器的容性（即静态电容），即电端匹配。本研究基于这一原理，探究信号源与换能器之间的理想匹配条件，介绍如何在高压大功率信号源与换能器之间利用电阻、电感、电容组成阻抗匹配网络，并分析换能器的几个电参数（如 ， ， ， ）的改变对匹配电路的影响规律，然后提出在一定变化范围内的改进方案，实现固定频率要求下的最优匹配[15]。
第2章 压电换能器简介及匹配电路的原理分析
2.1超声换能器简介
超声波换能器是实现声能和电能转换的器件，其按材料分可分为两大类，一是磁致伸缩换能器，二是压电换能器[16]。磁致伸缩换能器有镍片换能器和氧化铁换能器，氧化铁换能器的电声转换效率比较多，使用一、二年后效率下降，甚至几乎丧失电声转换能力；镍片换能器的工艺复杂、价格昂贵，所以很少使用。压电换能器 （如图2.1（a）所示）则是使用具有压电效应的材料制成，将电信号转换为机械振动。这种换能器的电声转换效率高，原材料价格便宜，使用具有压电效应的材料如天然石英晶体、酒石酸钾钠等，常用作制压电换能器的材料还有钛酸钡和钛酸铅等压电陶瓷材料。压电换能器的应用则十分广泛，在超声波加工、超声清洗、超声探测以及超声波雾化中被广泛使用 。所以，本厨用超声清洗机所使用的换能器就是压电陶瓷换能器。
在狭窄的谐振频率范围内，压电陶瓷换能器的等效电路图如图2.1（b）所示：
图2.1(a) 压电换能器的实物图 图2.1(b)压电换能器的等效结构图
其中 为换能器的静态电容， 为动态电阻，串联的电感 和电容 分别为换能器的动态电感与动态电容，这是换能器所固有的，决定了换能器的串联谐振频率 ，即
(2.1)
探究其阻抗特性，我们会发现在谐振频率附近，换能器是呈容性的。
2.2匹配电路匹配原理分析
2.2.1串、并联L的匹配网络
超声信号发生器、匹配电路及压电换能器三者的关系框图如图2.2所示。
图2.2 超声波发生器原理框图
其中 为超声信号发生器的输出阻抗； 为换能器的输入阻抗； 为换能器加匹配电路后的输入阻抗。换能器是一个抗性原件，其输入阻抗 ，经匹配电路后其阻抗变为 ，超声信号发生器的输出阻抗一般是纯阻性，所以 ，根据超声电发生器的最大功率输出条件，可知理想的匹配条件 为：
常用的匹配方法分为两种，第一种是单个原件的电路匹配，对于单个原件的电路匹配，常用电感匹配，有串联电感和并联电感两种匹配方式；第二种则是由电感和电容组成的匹配网络。使用单个元件匹配时，无论是串联电感还是并联电感，都能使系统的有效机电耦合系数升高 。
串联电感匹配电路，换能器的基频等效电路如图2.3所示：
图2.3串联电感匹配电路模型
该回路的总阻抗为：
(2.2)
式中， 换能器的串联角频率。则该电路的理想匹配条件为
(2.3)
(2.4)
即 (2.5)
摘要
随着科技的日新月异及食品安全问题越发被人们所关注，超声清洗已经应用于越来越多的行业，并逐步走进人们的厨房。然而，超声清洗作为一种新的工艺方法，其可靠性和稳定性还不足以满足厨用清洗的高要求，高标准，而造成这种问题的原因往往就是换能器的匹配网络不够稳定。
当压电超声换能器处于长时间、大功率的工作状态时，其等效电参数会随环境因素的变化而改变，特别是其自身温度的改变，这种变化会造成谐振点的偏移，直接影响了超声信号的传输效率，甚至会导致换能器不能正常工作。
针对上述问题，本文对厨用清洗机的匹配环节进行了探索研究，并在一定范围内提出了优化方案。本文在研究压电超声换能器的几种匹配网络以及匹配原理的基础上，分析换能器工作时，由环境因素如温度变化而引起的各项电参数的改变对匹配网络电抗性质的影响规律，从而提出在一定变化范围内该匹配网络的改良方法，实现在固定频率要求的最优匹配。
此外，为了方便匹配过程的实现，本文还设计了一款不同匹配网络下的调谐电感值计算软件。该软件基于Visual C++6.0平台，兼顾了三种匹配网络以及本论文所探究的一种改进方案，能基本满足用户需求；软件界清晰明了，易于用户操作使用。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:厨用清洗机；压电换能器；匹配网络；优化设计；软件
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1蔬果农药残留概述 1
1.2果蔬清洗的现状 2
1.3课题简介 3
1.3.1本论文研究的目的与意义 3
1.3.2主要研究内容 4
第2章 压电换能器简介及匹配电路的原理分析 5
2.1超声换能器简介 5
2.2匹配电路匹配原理分析 6
2.2.1串、并联L的匹配网络 6
2.2.2电感电容匹配电路 8
2.3本章小结 9
第3章 匹配网络的优化设计 10
3.1换能器动态变化的影响 10
3.2改进的电感电容匹配网络 12
3.2.1电路及原理 12
3.2.2 换能器动态变化的影响 12
3.2.3改进的电感电容型匹配网络的实现 14
3.3本章小结 15
第4章 调谐电感值计算软件的设计 16
4.1 Visual C++ 6.0的概述 16
4.2设计意义 16
4.3界面设计 17
4.3.1界面静态文本框设计 18
4.3.2子对话框的创建与调用 19
4.3.3对话框图片的插入 22
4.3.4对话框界面美化 23
4.4功能实现 25
4.5本章小结 28
第5章 课题总结与展望 29
5.1课题小结 29
5.2存在的不足 30
5.3课题的展望 30
参考文献 32
致谢 34
附录A：外文翻译 36
第1章 绪论
1.1蔬果农药残留概述
农药残留（Pesticide residues），是农药使用后在一个时期内没有被分解而残留于生物体、收获物、土壤、水体、大气中的微量农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称。农药的使用确保了蔬菜瓜果的丰产丰收，但同时也带来了蔬果的污染问题。由于蔬果种植业的发展，气候条件与蔬果生产管理条件不断变化，蔬果病虫害种类增多，致使农民在蔬果种植过程中滥用农药，造成蔬果农药残留严重。蔬果在种植过程中施用农药以后，一部分农药残留在蔬果上，可能粘附在蔬果表面，也可能透过蔬果表皮蜡质层到达组织内部，还有可能被蔬果吸收、输导分布在各部分汁液中。因而农药残留有两种形式，一是附着在蔬菜的表面；二是在生长过程中，农药直接进入蔬果的根、茎、叶、花和果实中 。
资料显示，我国农药年用量为80万至100万吨，居世界第一位。其中使用在农作物、果树、花卉等方面的化学农药约占95%以上。而蔬果与人们的日常生活密切相关，所以减少蔬果的农药残留，让我们能够吃到更安全更放心更绿色的蔬果迫在眉睫。要减少农药残留的量必须扎好从“农田到餐桌”的全过程管理。蔬果从农田到餐桌主要经过两大环节，一是从农田到市场，二是从市场到餐桌。前者是客观因素，普通消费者能做的工作很有限，主要靠政府的监管和生产者的科学合理使用农药，虽然我国农药部与国家卫生计生委于今年三月份联合发布了新的食品安全国家标准《食品中农药残留最大限量》(GB2763-2014)，重点加重了蔬菜、水果等鲜食农产品的限量标准，为115个蔬菜种（类）和85个水果种（类）制定了2495项限量标准 ，比2012版本增加了904项限量标准。但是近期仍有调研显示，基层农药经营市场“小、散、乱”现象仍较为突出，农药经营者总体文化素质和专业技能水平低下，导致农药对农作物的药害、人畜农药中毒和农产品农药残留超标等安全事故时有发生，农药所造成的的污染令人担忧。而后者则是主观因素，是我们消费者能够通过自己的能力所控制与改善的。
1.2果蔬清洗的现状
随着生物技术、蔬菜加工技术的迅猛发展，人们获得清洁、无污染、无公害的新鲜蔬菜成为当前的主流 。在追求食品更安全、更健康的当下，如何对果蔬进行更高效、更全面的清洗，做到降低农药残留成为人们所关心的话题。
区别于传统的手工清洗，添加果蔬清洁剂清洗果蔬的新型手工清洗方式越来越受到人们的青睐。然而，国家蔬菜系统工程研究中心化学分析室的专家们用市面上的比较畅销的四种洗涤剂（都标明可以清除残留农药）对含有农药残留的果蔬进行清洗以检测其残留农药的清洗率，检测结果如下：第一种的清洗率为21.34%，第二种的清洗率为0%，第三种的清洗率为0%，第四种的清洗率为48.6%，平均清洗率为15%，也就是说有50%的清洗剂虽然标有“可清除果蔬残留农药”的字样，但在实际检测中却根本不产生任何降解农药的作用 ，且目前在我国市场上流行的国产洗涤剂中绝大部分是碱性的。国家蔬菜系统工程研究中心告诫人们“在没有搞清洗涤剂酸碱度的前提下，不要用洗涤剂清洗果蔬残留农药”，因为碱会分解农药有机磷残留，某些有机磷在碱性环境下，分解后产生的毒性比原来高出10倍，也就是说，不用洗涤剂还会好一些，而用了洗涤剂产生的“二次污染”更有害。
在蔬菜消耗量较大的学校、酒店、工厂食堂以及各种蔬菜加工厂等，手工清洗显然不能满足其需要。国外早在几十年前就开始了超声清洗的研究.我西国对蔬菜清洗技术的研究于20世纪90年代中后期开始兴起，经过多年的努力，取得了一定个成就。早年间较成功的一个案例就是，2003年高翔等利用超声波气泡清洗对洋芹进行新鲜处理，通过实验得出超声波气泡清洗蔬菜10分钟，有利于蔬菜的除菌灭酶与保鲜，延长蔬菜的货架期。不过存在的缺陷是该清洗方式只对清洗或半清洗以后的蔬菜实现二次清洗有较大的效果，不适合对蔬菜的初次清洗。但是这一具有突破性的研究实验，为人们后期的研究带来曙光。所以近年来，越来越来多的清洗机在市面上盛行起来 ，但是纵观各类蔬果清洗机可知，还存在很多有待解决的问题，如蔬菜清洗机的种类少，品种单一；电气化自动化程度不高；清洗装置的结构单一；制造工艺技术落后；产品的可靠性、稳定性不高等。
1.3课题简介
1.3.1本论文研究的目的与意义
针对上面所说到的产品的可靠性、稳定性不高等特点，本文提出了改进方案。
目前，市面上的超声清洗机的清洗频率以20kHz、28kHz和40kHz的居多。但实际上，这类清洗机主要适用于清洗机械零件、医疗器械以及厨房的餐具、饮具、茶具等较为坚硬的物体 ，并不适合清洗果蔬。清洗果蔬时，易刮伤果蔬，导致养分流失，而且28kHz的清洗机在工作时发出的声音非常刺耳，不利于家用。实验室的前期实验证明，当超声波频率在150kHz~300kHz时，清洗效果最佳。基于这个事实，新理念超声波技术有限公司联合我们实验室对160kHz的超声清洗机进行专门研究，所以本论文主要的研究对象为160kHz的超声果蔬清洗机。
超声设备基本上由三个主要部分组成，即超声信号发生器、电端匹配电路以及超声换能器 。超声信号发生器提供一定频率和一定功率的超声波信号，匹配电路则有效提高信号源对换能器的作用效率，保证了超声信号高效的传输给换能器，而超声换能器则利用逆压电效应把超声频电能转变为机械振动，在一定区域里产生超声波，以完成各种测试及处理过程。该超声果蔬清洗机也运用这个道理。然而，当压电换能器大功率长时间工作时，其各个电参数会随环境因素，特别是自身温度变化而发生改变 ，即谐振点发生了很大的偏移，这种变化直接影响电声转换效率，所以一个好的匹配电路的选择，不仅决定了换能器的正常工作，还决定了超声信号源的输出功率的高效传输。
目前，匹配网络的实现方法主要有静态匹配和动态匹配两种。静态匹配 是指，在电信号输出频率与换能器静态谐振频率相同的条件下，电端输出阻抗与换能器的静态输入阻抗的匹配。但上文也说到，温度升高等条件变化会引起其输入阻抗即谐振频率的变化，导致失谐，电声转换效率变低，甚至烧坏换能器 。动态匹配 是指，不强求输出频率的固定，用频率追踪技术，使电激励系统输出频率能动态实时跟踪换能器谐振频率的变化，确保电路匹配，提高换能器效率。但是这种方式又不适用于要求换能器输出频率固定的应用场合。
本厨用清洗机的清洗频率是在多次探究后找到的最佳的清洗频率，所以本论文研究的核心就是在静态下做到对匹配网络进行优化设计，保证超声信号能更高效地传输给换能器，实现固定频率下的最优匹配。
1.3.2主要研究内容
压电换能器作为二端（电—机）转换原件，在其谐振频率附近呈容性，直接连接超声电源会使系统的功率因素下降，超声电激励信号的传输效率降低 ，工用中常串联或并联一个感性元件（即调谐电感）来抵消换能器的容性（即静态电容），即电端匹配。本研究基于这一原理，探究信号源与换能器之间的理想匹配条件，介绍如何在高压大功率信号源与换能器之间利用电阻、电感、电容组成阻抗匹配网络，并分析换能器的几个电参数（如 ， ， ， ）的改变对匹配电路的影响规律，然后提出在一定变化范围内的改进方案，实现固定频率要求下的最优匹配[15]。
第2章 压电换能器简介及匹配电路的原理分析
2.1超声换能器简介
超声波换能器是实现声能和电能转换的器件，其按材料分可分为两大类，一是磁致伸缩换能器，二是压电换能器[16]。磁致伸缩换能器有镍片换能器和氧化铁换能器，氧化铁换能器的电声转换效率比较多，使用一、二年后效率下降，甚至几乎丧失电声转换能力；镍片换能器的工艺复杂、价格昂贵，所以很少使用。压电换能器 （如图2.1（a）所示）则是使用具有压电效应的材料制成，将电信号转换为机械振动。这种换能器的电声转换效率高，原材料价格便宜，使用具有压电效应的材料如天然石英晶体、酒石酸钾钠等，常用作制压电换能器的材料还有钛酸钡和钛酸铅等压电陶瓷材料。压电换能器的应用则十分广泛，在超声波加工、超声清洗、超声探测以及超声波雾化中被广泛使用 。所以，本厨用超声清洗机所使用的换能器就是压电陶瓷换能器。
在狭窄的谐振频率范围内，压电陶瓷换能器的等效电路图如图2.1（b）所示：
图2.1(a) 压电换能器的实物图 图2.1(b)压电换能器的等效结构图
其中 为换能器的静态电容， 为动态电阻，串联的电感 和电容 分别为换能器的动态电感与动态电容，这是换能器所固有的，决定了换能器的串联谐振频率 ，即
(2.1)
探究其阻抗特性，我们会发现在谐振频率附近，换能器是呈容性的。
2.2匹配电路匹配原理分析
2.2.1串、并联L的匹配网络
超声信号发生器、匹配电路及压电换能器三者的关系框图如图2.2所示。
图2.2 超声波发生器原理框图
其中 为超声信号发生器的输出阻抗； 为换能器的输入阻抗； 为换能器加匹配电路后的输入阻抗。换能器是一个抗性原件，其输入阻抗 ，经匹配电路后其阻抗变为 ，超声信号发生器的输出阻抗一般是纯阻性，所以 ，根据超声电发生器的最大功率输出条件，可知理想的匹配条件 为：
常用的匹配方法分为两种，第一种是单个原件的电路匹配，对于单个原件的电路匹配，常用电感匹配，有串联电感和并联电感两种匹配方式；第二种则是由电感和电容组成的匹配网络。使用单个元件匹配时，无论是串联电感还是并联电感，都能使系统的有效机电耦合系数升高 。
串联电感匹配电路，换能器的基频等效电路如图2.3所示：
图2.3串联电感匹配电路模型
该回路的总阻抗为：
(2.2)
式中， 换能器的串联角频率。则该电路的理想匹配条件为
(2.3)
(2.4)
即 (2.5)
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