随着无线传感器网络节点的快速发展,各种超低功率电子设备被部署在农场、森林、沙漠和海洋之中,这些设备目前都是通过各种化学电池提供能量,但电池寿命耗尽后如何更换是一个至关重要的问题。为了解决这个问题,人们开始研究如何从环境中收集能量给这些低功耗电子器件供电,其中对冲击与振动能量的收集研究者甚多。环境中的冲击是一种不规则且每次持续时间很短的能量来源,一个振动可以看作是多次冲击的叠加,以往的冲击与振动能量收集效果都不尽人意。对于以压电振子为核心的压电式换能器,其机电转换效率与振动频率强相关,具有外部激励频率越接近其共振频率,换能器的转换效率越高,输出电压越大的特性,已成为能量收集的研究热点。由于环境中的各种冲击与振动不是稳定存在的,本文提出了一种利用机械式振动频率稳定器的冲击与振动能量收集器,旨在将不规则的机械能转换为持续稳定的振动输出并驱动压电振子换能器产生电能。机械式振动频率稳定器可以将变化的机械能收集并存储在发条中,然后通过一系列精密的齿轮组配合后端的驱动轮和卡爪,将存储的能量以受控的形式稳定释放出来,再利用稳定输出的机械振动去激励压电振子产生电量,以达到利用冲击能发电的目的。最后设计了整流桥和DC-DC转换器作为接口电路,将压电振子产生的交流电转化为直流电并存储在超级电容中。本文从理论上对冲击与振动能量收集器的动力学特性进行了分析,着重研究了系统的输入特性,输出特性和频率稳定效果,并且对调节输出频率的方法进行了分析与实验,通过仿真确定了接口电路的设计方案。在设计了三维模型的基础上,使用激光切割、3D打印等新技术加工了测试样机所需要的零部件,完成了能量收集器结构和接口电路的制作,并对系统样机进行了详细的测试实验。实验结果与理论分析吻合度较好,测试表明冲击与振动能量收集器可以在输入频率变化率为436%时,将输出频率变化率稳定在33%以内,验证了输出功率在6?W/cm~3量级的实验室原型,证明了稳定频率的概念是可行的。