随着电子器件微型化,微机电系统(MEMS)得到了进一步的发展,功能器件的相对功耗得到进一步降低。通过环境能量采集器捕获、采集到的能量将足以支持电子器件完成功能任务,而不需要在传感器系统中嵌入常规电源。当前微型能量采集器的市场包括交通运输基础设施、共享单车供电、无线医疗设备、轮胎压力检测等。其中楼宇自动化市场是当前器件应用的最大的市场。就楼宇自动化而言,能量采集器可与传感器、温度自动调节器和光开关等传感器件组成自供电系统,从而降低常规电源使用电缆布线所带来的生产成本,提高安装的便利性,降低日常运维费用。驻极体微型能量采集器因其与MEMS具有良好的兼容性得到了广泛的研究。驻极体材料因其自带稳定静电场,基于静电感应原理将环境中的振动能转换为电能。当前驻极体微型能量采集器的应用也存在一些问题,如常用驻极体能量采集器在驻极体材料与感应电极间的介质为空气或者驻极体与感应电极直接接触,直接接触的结构影响驻极体带电荷的稳定性,而使用空气作为柱极体与电极之间的介质使得等效平板电容具有电容量小,器件容抗大,输出电流小的特点。此外经过研究对比常见的基于驻极体的振动能量采集器的振动能拾取结构,如弹簧或悬臂梁等,我们发现这些器件的弹性恢复结构并不理想。同时作为一种微型能量采集器其输出参数相对于用电器件(如传感器等)所需要的条件参数还有一定的差距,即能量采集器采集到的能量因其输出电压大、电流小等限制条件不能直接给传感器供电。因此需要采用电源管理芯片以实现对收集到的电荷进行存储管理,以达到用电器件对电源功率的要求,同时实现降压、稳压提升电流等操作。针对以上问题,经过分析为提高器件的输出功率和增加器件结构的稳定性,我们提出提高能量采集器输出功率的一种器件结构改进的方法以及设计出新的器件结构提高器件的输出功率。基于PDMS材料良好的弹性和介电常数,我们选择其作为可变电容中驻极体与电极之间的弹性层。本论文具体工作内容如下:(1)详细分析驻极体能量采集器的平板电容器理论模型,并对其静电式电容结构对比分析。由此得出结论:影响能量采集器输出功率的关键因素为电极与驻极体之间的介质层。由于介质层的介电常数不同导致电容结构的初始电容不同,从而影响了输出功率。基于此我们提出了使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为介质层来替换空气层。(2)设计并且制作出基于PDMS作为弹性层的四气隙能量采集器,并对输出数据分析。分析表明相对于以空气作为能量采集器中间介质的器件,器件的输出功率提高了接近3倍,输出电流提高了2.3倍左右。器件的容抗降低了一半。与此同时测得器件输出功率与PDMS的厚度是负相关,现有实验结果表明PDMS厚度在50μm时可得最大输出功率,当厚度25μm时器件的输出功率骤降,分析原因是厚度过小,使得弹性不足。(3)验证器件的容抗理论分析影响因素与实验结果。理论分析表明容抗与输出功率之间存在反比关系。通过实验表明使用PDMS材料后器件的容抗降低为空气介质器件的1/2,实验结果与理论分析吻合良好。(4)为提高器件输出功率设计出阵列分布式能量采集器结构,通过将各能量采集器整流桥并联的设计结构可以有效的提高输出功率。实验结果表明阵列式结构实现了器件的输出电流叠加和功率的倍增。(5)能量采集器的输出电压随振动频率的差异在20-100V之间波动,输出电流在微安级别使得器件的应用受到了很大限制,为此使用了LTC3588电源管理芯片对电荷存储,调控输出电压、电流,使得输出电压稳定在1.8-2.5V之间,输出电流到毫安级别。经过电源管理后的器件输出参数可以应用于无线发射模块供电和点亮LED灯珠的实验。以上实验及结果表明新的器件结构设计提高了能量采集器的输出功率,增加了能量采集器的收集效率,为该器件广泛应用于无线传感器件奠定基础。