振动能量收集器可以有效解决微功耗元件的供能问题,支持现代社会的可持续发展。然而目前很少有学者将振动能量收集器的关键元件聚焦于内阻更小、绿色无毒且在光电领域有明显优势的氧化锌(ZnO)薄膜。本文针对基于ZnO薄膜的悬臂梁结构振动能量收集器进行研究:根据压电效应与压电晶体的机电转换模式、相关的边界条件确定了相应的压电方程,结合“弹簧-阻尼-质量块”振动模型建立了压电能量收集系统的模型,推导了压电元件所产生的电压与施加的振动幅值之间的关系式,分析了悬臂梁的模态频率、系统的阻尼、ZnO的物理性能对压电元件两端的输出电压的影响规律。基于悬臂梁振动能量收集器,利用压电耦合分析得出了振动能量收集器的相关尺寸与谐响应结果,为确定最佳ZnO薄膜厚度与最优正弦激励水平,从而提高振动能量收集器的转化效率提供了依据。探究了不同工艺参数条件制得的ZnO薄膜的性能。测试了ZnO薄膜的表面形貌、晶轴取向生长的强度,分析了不同工艺参数对ZnO薄膜的晶粒直径与c轴取向的相对强度的影响规律。设计了振动能量收集实验系统,揭示了不同性能的ZnO薄膜对振动能量收集器的电压输出与功率输出的影响规律。推导了传统能量采集电路(SEH)输出功率与负载之间的关系,分析了传统能量采集电路有明显缺陷的原因。根据谐振特性与半导体器件的电学特性设计了开关电路,提出了改进的同步电荷提取(SCE)电路。使用MULTISIM仿真分析得到了改进的SCE电路的输出功率曲线,根据本文设计的能量收集实验系统,测试了改进的SCE电路的输出功率,结果表明其输出功率是SEH输出功率的3.6倍,输出功率随负载的波动降低了30%。有望解决微功耗元件的供能问题。