随着国内经济和世界贸易的发展,交通运输日益繁忙,船舶的数量不断增加,船舶的规模越来越大,极大地推进了船舶智能化进程,而状态监测与故障诊断技术是现阶段制约智能船舶发展的核心技术之一,当前船舶故障诊断技术可以通过对振动信号的分析对船舶设备的状态进行监测,因此船舶机械振动信号的获取成为这其中关键的一环,现有常用的振动测量分析手段是采用振动分析仪,但需要人工在现场操作进行振动测量,且不适用于随船长期振动测量,并且价格昂贵、技术壁垒高。摩擦纳米发电机因其众多的优点引起了世界范围内研究者们的广泛关注和探索性的深入研究。本文将基于摩擦纳米发电机的原理,研究一种基于弹跳球式摩擦纳米发电机的振动频率监测技术。本文的研究内容如下:首先,建立了BB-TENG小球碰撞系统的数学模型,并推导出小球与平板之间接触区域面积的公式表达,这可以解释频率f与振幅A对电信号大小的影响;通过ADAMS软件对小球动力学模型进行运动仿真,通过仿真结果可以看出BB-TENG作为振动频率监测技术的潜力;建立BB-TENG的电学模型,通过假设分析设立BB-TENG的理论模型和等效电路模型,推导得到了BB-TENG的V-Q-x关系式;然后利用COMSOL Multiphysics有限元软件进行了理论仿真分析,为后文的实验设计和测量工作奠定了理论基础。然后建立了输出性能测量系统,对BB-TENG的输出特性进行实验研究,分别探究了频率、小球直径、电极间距和振幅与输出性能之间的关系,为器件尺寸的选择提供了依据。测试了在小球直径为10.5 mm,小球移动行程Δx为5 mm,频率为35 Hz,振幅为2.5 mm时BB-TENG的输出功率密度,发现其内阻约为150 MΩ,此时的功率密度可以达到3W/m~3,可以点亮30个LED并且可以利用电容为温度传感器供电。作为一种振动频率监测技术,在选取信号源进行测量时,应选用开路电压作为初始输入源,以减小误差获得更大的信噪比,测量的误差在0.1%以内;在所有振幅下,短路电流与频率存在强线性关系;同时发现在不同的振幅下都存在可以产生电信号的最低稳定频率,推断出能够产生稳定电信号的外部加速度为20 m/s~2,在这个加速度以上的振动都可以产生稳定信号。最后将BB-TENG应用在空压机振动监测上,实时监测空压机的启动、运行、停止状态,且监测的频率与实际情况吻合,与商业传感器测量值的对比也显示BB-TENG作为一种振动频率监测技术的高精确性。