国内外学者在优化压电悬臂梁结构方面取得了一些研究成果，但是大多数优化结构都没有大幅度地提高输出电压和有效频宽。本文基于传统双稳态压电悬臂梁能量采集结构，在悬臂梁的自由端将极化后的上层压电片与铜片分离，因此在振动过程中会呈现层间分离的现象。实验所用的材料为PVDF直梁，悬臂梁的基础端作用简谐激励，在相同激励幅值和相同分离长度的情况下，对不同的磁间距，通过调节外激励频率，分析输出电压和有效频宽的大小，研究上层分离的悬臂梁随频率变化的响应，找到最佳磁间距。比较不同分离长度在各自对应的最优磁间距下的发电效果，找到最优的分离长度。实验结果表明，当分离长度小于梁总长的三分之一时，对于不同的分离长度，存在一组磁间距使压电悬臂梁的发电效果最佳，其输出电压和有效频宽均为传统双稳态的多倍，并且存在一个最佳的分离长度使输出电压最大。通过对上层分离的双稳态悬臂梁动力学行为的研究，我们发现这种梁结构存在复杂的非线性动力学行为，可以显著提高压电能量采集器的发电效率。