微机电系统技术与无线传感器网络的飞速发展使得传统电池不再适应低功耗电子产品的供电需求。电池供电利用率低、质量大、体积大、功能寿命有限等缺点随着电子产品的不断小型化、微型化而日渐明显。因此寻求一种可持续、环保的新型能源代替电池成为当前发展的迫切需要。振动能量因其无处不在,且无污染等优点成为当前替代电池的新能源,而如何采集并高效利用这些振动能量成为目前的研究热点。压电振动能量采集技术就是利用压电陶瓷的压电效应采集环境中的振动能量再将其转化为电能给一些低功耗电子器件供电。现有的压电振动能量采集器主要是以压电悬臂梁为主的线性谐振式振荡器,具有结构简单、易于实现、能量转换效率高等优点,但也有工作频带窄,采集效率低等缺点。与单稳态和双稳态能量采集器相比,三稳态压电能量采集器具有更优良的输出特性,更适合于微功耗电子产品的供电需求并成为当前的研究热点。如何拓展压电振动能量采集器的工作带宽和提高能量采集的效率使之更具实用性是当前迫切需要解决的主要问题。基于磁铁耦合的压电悬臂梁三稳态能量采集器是当前主流的研究结构。大量研究成果表明该类能量采集器具有较高的输出性能和较宽的工作频带。但是,在一些磁场干扰较强的场合、甚至人体或动物身体内部,这种采集器的应用受到严重的限制。为此,本论文提出了一种基于双线性弹性元件耦合的新型三稳态压电振动能量采集器,利用弹簧间的非线性恢复力使采集器作非线性振动,从而达到提高能量采集器的输出效率和扩宽频带的目的。本论文的主要研究工作有:(1)首先介绍了压电振动能量采集器的研究背景及意义,以及目前国内外研究现状和存在的问题。随后提出了本论文的主要研究内容和创新点。此外,为了便于理解本文研究工作,介绍了与论文研究内容相关的基础理论和知识,主要包括压电理论、压电振动模型、悬臂梁弯曲振动理论和非线性振动理论。(2)介绍了磁铁耦合型非线性压电振动能量采集器的结构模型、研究结果以及存在的问题。提出了一种新型的基于双线性弹性元件耦合的非线性三稳态压电振动能量采集器,建立了新型三稳态压电振动能量采集器的非线性弹力模型和系统集总参数动力学模型;经无量纲化处理后,再利用4-5阶龙格库塔算法和谐波平衡法对方程进行求解,随后在时域与频域内对系统进行仿真,分析系统参数对能量采集器静力学特性以及动力学特性的影响。重点探讨了外部激励信号幅值、弹簧之间的距离、末端质量块与弹簧之间的距离等参数对系统特性的影响,并与单稳态、双稳态特性系统进行了对比分析。(3)研制了新型三稳态压电振动能量采集器的实验样机,搭建实验测试平台,根据实验数据检验理论模型与仿真结果的正确性。同时,实验研究了不同激振频率对系统响应特性的影响,对比不同负载电阻下的输出电压的变化,分析激励加速度与末端质量块运动速度的变化关系。研究发现:能量采集器在三稳态运动时有更宽的有效工作频带,输出电压较高,且在低频、低幅值激励情况下可以产生大幅值周期运动,达到了预期的研究效果。最后,对本文研究内容进行了总结,并对今后的研究提出了展望。