收集振动能量并将其转化为电能应用越来越多的进入人们的视野,而压电材料及技术为能源新型化发展提供有力的支持,而振动俘能装置可以回收环境废弃振动能量转换再生成电能。因此,开展压电振动俘能装置及相关研究极具社会意义。但如何结合压电材料本身特性及压电振子频率与振源匹配提高发电量,设计合理的压电俘能装置全方位拾取振动能量是迫切需要解决的问题。本文围绕设计并优化振动能量收集结构,针对不同形式拾振压电结构与振源频率不匹配等问题,采用理论研究、仿真模拟和实验分析相结合的方法,开展多频拾振装置研究。针对单体拾振压电振子及多频拾振俘能装置进行振动与压电特性分析;开展对XYZ三向平面型单频及多频拾振结构、空间型单频单振子、单频多振子、多频单振子及多频多振子拾振结构的振动特性分析,探究不同型拾振结构的振型及其固有频率;搭建试验台,实验验证各种形式的拾振结构在不同外界振动频率下的发电特性。振动分析表明,不同结构及形式的压电振子固有频率各不相同,得出空间多频振子集结了其他型结构的拾振优势,具有较好的拾振敏感性能,进而可以得出该结构在实际工作过程中较好的拾振能力。实验分析表明,所有拾振结构在振动频率区间内所产生的电压峰峰值均为先随着振动频率增大而增大,当临近压电振子固有频率时,达到压电峰峰值的最大值,而后随着振动频率增大而减小。保证压电振子固有频率相同的前提下,平面型压电结构压电峰峰值最大值相比单体压电振子压电峰峰值最大值提高26.13%~72.97%;相比于平面型单频拾振结构仅在外界振动频率为15Hz附近达到压电峰峰值,平面型多频拾振结构压电峰峰值对应外界振动频率范围扩展到范围15Hz~20Hz;空间型单频单振子拾振压电能力对比单体压电振子拾振,压电峰峰值最大值提高69.37%;空间型单频多振子拾振压电能力对比平面型压电振子XYZ向拾振,压电峰峰值最大值提高2.1%~38.57%;空间型多频拾振压电能力对比平面多频振子拾振,由于空间上压电振子的共同拾振,压电峰峰值最大值提高14.55%~65.79%。因此可以得出空间型多频拾振结构对于振动与电能的转化率更高,这为拾振俘能技术及结构的发展具有一定的指导性。该论文有图78幅,表20个,参考文献80篇。