无线传感器网络作为一种新兴的信息采集系统，运用到机械设备状态监测领域，不仅可以有效提高监测系统的灵活性、可维护性和可扩展性，还能够实现对移动、旋转等运行设备的监测，具有重大的工程应用价值。然而在实际的机械振动监测应用中，尤其是高频振动信号同步采集对无线传感器网络提出了更高的要求。本文针对无线传感器网络在机械设备状态监测应用中的特点和实际需求，在课题组研制的无线传感器网络节点WSNs-G2.2的基础上，设计出一种面向机械振动监测的无线传感器网络自适应同步采集方法，实现机械振动信号的高精度同步采集；同时设计出一种基于多信道的无线传感器网络MAC协议，在吞吐量、时延和丢包率等性能上较原有通信协议均有所提高，以保证数据信息的可靠传输；最后，通过钢制矩形框架进行对比实验模态分析，验证了自适应同步采集方法的有效性。本文首先根据无线传感器网络在机械设备状态监测应用中的特点和实际需求，在课题组研制的无线传感器网络节点WSNs-G2.2的基础上，设计出一种面向机械振动监测的无线传感器网络自适应同步采集方法。该方法以周期性地发送同步指令，通过广播同步启动、跨层启动采集和补偿累积误差三项措施提高同步精度，并自动完成对同步误差的测量、计算和补偿，实现高精度同步采集功能。然后通过分析大量数据对网络传输性能的要求，从提高网络吞吐量、降低时延和负载均衡等角度考虑，提出一种基于多信道的无线传感器网络MAC协议。该协议采用多信道分配方法来降低干扰和冲突，并利用分包重传机制提高网络可靠传输性能。通过OPNET模拟仿真不同节点的网络场景下的吞吐量、时延和负载等性能，验证了本文协议的有效性。最后在同步采集方法和可靠传输协议的基础上，利用WSNs-G2.2节点对钢制框架结构振动信号进行同步采集，并通过实验模态对比分析采用同步采集方法和未采用同步采集方法的实验效果，验证了本文方法的有效性。同时还对无线传感器网络传输性能进行了对比分析，在网络吞吐量及丢包率等性能上均有所提高。