二十一世纪以来,微电子技术及超大规模集成电路不断突破,微处理器及无线传感器的功耗则不断降低,体积不断减小。而与之相应的传统化学电池的发展速度却明显滞后,其体积大,寿命短和储能密度低等问题日渐凸显,成为抑制微电子器件发展的首要短板。压电能量收集技术旨在为户外无线传感器、便携式微电子设备辅助供能,基于压电效应,通过换能材料将环境中的振动能量转换成易于利用的电能,达到能量收集的目的。本文从压电转换分析、能量收集器的结构仿真设计、频域响应及阻抗匹配实验和温度场、磁场等外界物理场耦合等角度,对轮辐式压电振动能量收集器发电学输出进行研究。建立了压电悬臂梁、轮辐式固支梁结构的力学模型,推导出了影响谐振频率及幅值等力学性能的表达式。基于此,建立了压电能量收集器机电耦合模型,再结合运动微分方程及压电耦合方程,求解出了负载电压频域响应及匹配阻抗表达式,为下一步提高压电能量收集器性能提供理论支撑。建立了悬臂梁及轮辐式结构的有限元模型,利用COMSOL有限元多物理场耦合仿真软件进行了压电频域响应分析。对影响压电能量输出的参量包括梁型、基底厚度、压电层厚度以及基底材料等进行参数化讨论后,探究了其对压电振动系统工作频率、等效阻抗和有效工作带宽的影响。设计了压电振动能量收集实验平台,进行了悬臂梁式及轮辐式压电能量收集器负载电压及匹配阻抗频域响应实验。实验表明,压电悬臂梁带宽为6Hz,而圆周阵列方式系统有效带宽可达32Hz,同时最大功率从0.05mW增至0.25mW,这验证了阵列方式拓宽频带及增大功率的有效性。固支轮辐式结构的频域实验还表明,在1g加速度作用下,其开路电压可达29V,在134.7kΩ负载最大功率可达1.7mW。对于能量收集电路,本文通过电压监测、储能介质及稳压模块对基础回收电路加以改进,减少了由于振动状态改变及系统内阻而导致的负载电压波动,实现了稳压直流高功率输出。研究了温度及磁场等环境因素对能量收集器电学输出性能的影响。分析了温度突变及不同温度下能量收集器的工作状态,通过磁体布置方式及磁体间距的调节实现了压电振动系统的调频。实验表明,切换磁力方向后的压电系统工作脉宽及输出功率同步增加,为提高压电振动能量收集器性能提供了实验依据。