能源供给一直以来都是决定现代社会发展进程的关键因素,人们始终在寻找清洁可持续的能源用来代替传统的燃烧化石资源,近年来直接从环境中获取能量的能量收集器已经得到广泛使用,包括应用在各种民用和军用器件中。其中,能量收集器最为突出的作用是为各种无线传感器节点供电。由于这些无线传感器通常分布广泛,数量众多,且较多使用在各种无人区,位置偏远,如果采用布线或者更换电池来维持器件的工作寿命,所造成的维护成本过高,且操作困难,因此如何为物联网中的高密度节点供电成为限制其发展的关键问题。传统的能量收集技术有太阳能、风能、热能和振动机械能收集技术等,其中利用压电材料的正压电效应设计的压电式振动能量收集器近年来得到了广泛的应用。它拥有结构简单,有较高的能量密度,易于微型化等诸多优点,但由于振动源的多样性,激励振动的方向往往是随机的,多变的,而大多数传统悬臂梁式振动能量收集器只对某一特定激励方向的振动收集效果良好,一旦激励振动方向偏离悬臂梁弯曲应变方向之后,能量输出明显下降。为解决传统固定悬臂梁式压电采集器的收集方向单一的问题,本文提出了一种可旋转式悬臂梁压电能量采集器,利用弹簧振动形变产生的弹力驱动带有轴承的悬臂梁转动,使得压电单元平面始终垂直于振动方向,在压电效应(9(9₃₃工作模式下,将振动机械能转化为电能。其较传统固定悬臂梁式收集器,能够通过调节压电单元的工作平面,有效收集二维平面内任意方向的振动激励能量,输出电压更高。本文具体的研究工作如下:1、提出了一种方向自调节二维压电式振动能量收集器,主要包括不锈钢悬臂梁、轻质弹簧质量块系统、亚克力转动臂及其他支撑框架。针对这种方向自调节式悬臂梁结构建立了理论模型并进行了振动动力学分析,结果表明悬臂梁在弹力力矩的作用下可以实现方向自调节,并通过ANSYS模拟仿真软件对收集器进行模态分析和谐响应分析,研究收集系统的振动特性。2、针对传统固定式悬臂梁振动能量收集器（C-PVEH）和方向自调节二维压电式振动能量收集器（DST-PVEH）两种结构设计了对比实验,测量了采集器在不同振动方向激励下的输出电压,根据实验测试结果:C-PVEH在没有转动臂引入的情况下,开路电压输出随着偏置角度的增加而逐渐下降,但DST-PVEH在任意角下都可以保持相同的高电压输出,平均输出电压约12V。因此,通过利用弹簧质量块系统由振动形变产生的转动力矩来驱动转动臂调节压电单元工作平面,从而为多方向振动能量收集提供了一种可能的解决方案。3、进一步详细探究了振动激励加速度和偏置角度大小对调节时间的影响。实验结果显示振动激励加速度越大,调节过程越快,所需要的调节时间越短。通过将PVDF压电薄膜与一22恒定电容器相连,在不同的偏置角度和激励加速度下观察比较充电曲线,可以看出当θ=0°时所需调节时间为130s,而θ=85°时,调节时间为179.6s,初始偏置角度越大,需要越久的调节时间。最后的功率测试显示,在单一PVDF压电单元输出下,最佳功率输出可达180μW,此时的负载为5.2MΩ。