随着无线传感网络节点的发展,近几年来由微传感器件组成的医学植入系统、埋植检测系统等技术越发成熟,其功耗随着微器件的功耗降低而接近毫瓦甚至微瓦级。传统电池技术由于自身储能密度有限、需要人力定期更换等缺点,无法满足该类器件及系统的供能需求。因此,提出了从环境中采集能量从而持久供能的自供能能量采集技术。常见的环境能包括热能、风能、太阳能、振动能等。其中,振动能以其无处不在的特质而具有巨大的开发潜力。振动能量采集器多采用悬臂梁结构,对薄板结构的振动能量采集器少有研究。相比于悬臂梁结构,周边固支的薄板结构具有稳定不易损坏的优点,更适用于为广泛埋植于各种复杂恶劣环境的无线监测系统供能。本文围绕基于圆形薄板结构的复合机制振动能量采集器展开研究工作。在对国内外研究深入探讨分析的基础上,提出了一种新型蛛网状薄板结构的压电/电磁复合式振动能量采集器。为提高低频环境下能量采集器的输出功率,提出了圆薄板结构压电/电磁复合机制以实现弱耦合下高效采集振动能量的设计方案。研究了影响两种机制输出功率的关键因素,结合圆薄板的弹塑性力学、振动力学模型及机电等效电路,建立单一机制及复合机制下振动能量采集器的Simulink集中参数模型并通过实验验证了集中参数模型的有效性。分析了结构方程差异对两种机制输出功率的影响,研究了弱、中、强三种耦合强度下复合机制的机电耦合系数对位移幅值、固有频率及输出功率的影响,证明了复合机制能量采集器的输出功率要大于单一机制,得到弱、中耦合强度有利于提高圆薄板结构压电/电磁复合机制能量采集器输出功率的结论。设计了蛛网状薄板结构作为作为谐振子主体,以降低采集器的固有频率以适应较低频的振源频率(几十至几百赫兹)。利用有限元软件对谐振子结构的固有频率、位移及输出电压幅值等进行了仿真分析,研究了了蛛网结构中单段去除长度、去除区域百分比、去除角度等参量与静力学挠度、固有频率、振动模态、输出电压峰值等的关系,并最终确定了蛛网状薄板结构的最优设计方案。实验结果表明,优化后的蛛网状结构将能量采集器的固有频率从206Hz降低为135Hz,降频幅度为33.98%,对压电及电磁机制的输出电压增幅分别为474.43%和29.38%,验证了蛛网结构去除区域百分比增大有利于固有频率降低的仿真结果及其降频增幅的特点。开展了磁铁形状及磁铁与线圈的z向间距的优化设计研究,得到了磁铁的黏结面积减小有利于增大压电机制的输出电压,线圈与磁铁的z向间距存在一个使得感应电压最大的位置的结论,并进行了实验验证。搭建了抗噪测试平台,在10 MΩ负载、0.8A驱动电流、弱耦合情况下,线性振动能量采集器的输出电压及功率分别为:压电机制39.98V,1.598mW;电磁机制277mV,0.07673μW,验证了所提出的复合机制能量采集器设计方案在实现高效采集低频振动能方面的可行性。讨论了实验中发现的非线性跳跃现象,提出利用跳跃现象大幅度提高振动能量采集器输出功率的构想。