能源是社会的基石,人类的发展史就是使用能源的更替史,而新能源开发进程十分缓慢,在一些特殊情况下,自然天气及地质变化等会导致工作器件的能源系统严重受损,因此,需要开发出适应特殊情况的供电装置。本文提出了一种适应低频环境的宽频双稳态压电能量采集装置用于微传感器的无源供电。通过引入磁体实现双稳态结构,使振动系统的非线性特性更加明显,拓宽了能量采集装置的响应频宽并增大了总体的有效形变,进而增强了发电能力。通过结构设计大幅度降低弯、扭频率,将压电装置的弯曲模态和扭转模态调整到相邻位置,实现压电能量采集装置的弯扭耦合振动模式,加强了低频环境下的发电效果。论文的主要内容如下。1.整理压电能量采集装置的研究背景及应用方向,介绍非线性压电系统相对于线性系统的特点,分析混沌运动的阈值问题,并对比不同能量采集电路的效果。建立双稳态系统磁力势能模型,结合Hamilton原理推导动力学模型,确定磁力零点计算公式;建立等效电路模型,求解非齐次线性方程组推导输出电压、输出功率的表达式。2.利用COMSOL仿真软件进行了模态及谐响应分析确定了工作模态,其次分析了压电基板尺寸参数对固有频率及输出电压的影响;探究永磁体磁间距对系统双稳态特性的影响,确定磁间距应小于7mm,最后分析外接电阻对输出功率的影响,确定负载为50kΩ时可达到310mw的最大功率。3.制作双稳态压电能量采集装置并进行试验研究,根据之前理论模型和仿真分析所得结果,制作双稳态压电能量采集装置并搭建实验平台,验证压电基板尺寸、有/无磁力、夹持方式及磁体间距对能量采集系统输出能力的影响,证明了双稳态系统的发电能力相比传统单稳态系统的优势。4.探究弯扭耦合变形运动对双稳态压电能量采集系统的影响,通过仿真分析对比相同条件下弯扭耦合式双稳态系统与简单双稳态系统的应力分布程度、输出电压、响应频宽等参数,验证弯扭耦合运动对发电能力的提升效果。偏置质量块后的弯扭耦合运动提升了基板整体的变形量,在相同激励情况下有更高的发电能力。综上所述,本文较为全面地分析了双稳态压电发电系统的动力学响应特性,并针对影响系统发电能力的相关参数进行了深入研究,提出引入弯扭耦合运动提高发电能力的探索方式,为压电发电装置研究提供了一种参考。