环境中广泛存在多变的振动机械能。有效收集这些振动机械能并将其转换为二级能源即电能给无线传感节点和低功耗电子设备等器件供电,一直是国际上绿色能源研究的关键技术问题。压电能量收集技术以其输出能量密度高、易小型化、易集成等优势成为解决这一问题的研究热点之一。为了高效地收集环境中多变的振动能量,本文首先提出了一种基于U型梁摆结构的多方向压电振动能量收集装置,该装置在低频范围内表现出多峰值、多方向的振动能量收集特性。该装置在U型梁的基础上引入了能感知任意方向振动的低频摆结构,使得其在拓展有效工作方向的同时,增加了工作频率范围内一些可以被利用的模态振型,对适应环境中复杂多变的振动能量有益。论文建立了U型梁摆结构分析模型,并搭建实验平台对其性能进行测试。结果表明,该能量收集装置在0～25 Hz的频率范围内产生了三个以上有效的电压峰值,最大输出电压为13 V,最大输出功率为306.94μW。最后通过收集人体振动能量可将22μF的电容在30 s充电至5.5 V,存储大约0.3 m J的能量。随后,针对U型梁摆结构振动能量收集装置在安装等方面的限制,提出了一种基于十字交叉U型梁的多方向压电振动能量收集装置。该装置利用了U型梁的两阶模态和交叉连接结构附加的弯曲模态,能够高效地捕捉三维空间内的振动能量。通过有限元仿真,理论分析方法和样机测试验证了结构特性。结果表明,该装置性能优于基于U型梁摆结构的压电振动能量收集装置。对比U型梁摆结构的压电振动能量收集装置,该装置的工作频率值降低了40%,输出电压提高了360%,且安装方式具有更高的灵活性。最后通过充电电容实验和为无线传感器节点供电应用实验证明了该装置具有为无线传感设备供电的能力。本文提出的两种压电式振动能量收集装置具有高效收集环境中复杂多变的低频振动能量的能力。这两种能量收集装置不仅可以用于收集人体产生的振动能量,而且在桥梁、车辆振动能量收集方面也有很大的应用潜力。