随着人工智能、物联网的快速发展,各式各样的无线传感器件被应用到人类生产生活中。人们对于电池的要求越来越高,传统电池的使用有着周期短、污染大而且在很多情况下难以更换等缺点。因此,迫切需要一种可持续且环保的新型供能方式,机械振动能广泛存在于自然界中,由于其制约条件少,从而使得压电振动能量采集成为了专家学者们研究的热点。目前对于压电振动能量采集器的研究,常常将机械端的采集器简化成一个电流源,而电路端简化成负载,虽然这样大大简化了对能量采集器的分析,但是这样处理将悬臂梁压电陶瓷与电路之间的机电非线性耦合作用进而导致实验分析结果与理论结果误差较大。此外对于悬臂梁式压电能量采集器的能量回收性能的研究也是基于将接口电路等效为一个负载,势必带来较大的分析误差。本文首先从压电端的等效电路开始,通过集总参数模型和压电运动方程,建立了采集器端的等效电路,接着针对具体的接口电路进行了研究与实验分析,然后从能量采集系统的输入端到机械端、电路端,直至输出端进行了能量流动分析,建立了采集系统的能量流图,分析不同接口电路作用下系统的能量流,通过仿真和实验分析了不同电路参数对系统采集能量、损耗能量以及提取能量等影响。本文主要的研究内容有:(1)介绍了国内外研究现状,了解与本文研究压电振动能量采集器内容相关的理论知识,包括压电方程、压电效应等,从而为本文后续的研究和分析奠定理论基础。(2)介绍了线性压电振动能量采集器结构和工作原理,利用力-电平衡原理建立了压电振动能量采集器的集总参数模型和运动方程。在此基础上引入机电等效参数,将集总参数模型转换为压电能量采集器的等效电路模型,利用Rayleigh-Ritz模态分析法对等效电路模型的参数进行识别,并通过实验验证了等效电路及其识别参数的正确性。(3)根据能量采集器输出信号特点,分别设计了标准能量回收(Standard)、自供能SSSHI(SP-SSSHI)、自供能PSSHI(SP-PSSHI)三种转换接口电路,分析了三种电路的结构及工作原理和过程,在末端位移幅值恒定的条件下,利用Pspice软件仿真对不同转换电路回收功率进行研究和分析,并对其输出波形进行研究和分析,然后把电路参数优化;最后搭建了实验平台,并利用该平台对不同转换电路的自由负载回收功率进行研究和分析,确定了三种转换电路的适用范围。(4)综合考虑能量采集器的机械结构和转换电路之间的耦合作用,从能量流角度分析了环境振动能量从机械端到接口电路直至输出端的能量传输机制,并分别建立了系统机械端和电气端的能量流图,分析了各部分能量的组成以及电路参数对各部分能量的影响规律;最后,通过实验的方式对仿真结果进行检验。论文研究结果对提高压电振动能量采集器的输出效率以及设计高效的能量转换接口电路提供了理论与实验依据。