振动能是自然环境中广泛存在的一种能量,振动式微型发电机可将其提取并转换为可直接使用的能源。其中,压电式微型发电机因其无需外界电源、较高的机电耦合特性和功率密度,而备受关注。此类发电机大多采用压电悬臂梁结构作为换能元件。压电悬臂梁结构具有构造简单,加工方便等优势,其谐振频率、结构尺寸以及材料特性是影响能量采集装置的适用条件和输出功率的重要因素。为制造出能够在自然环境下通用的且具有较高功率输出的能量采集装置,本文建立了压电悬臂梁振动能量采集装置的模型,并针对其关键部件——压电悬臂梁进行了理论分析与有限元仿真分析,包括其能量转换过程、谐振频率的求解方式等。并深入分析了压电悬臂梁结构的尺寸参数与谐振频率、输出功率之间的关系。利用多普勒测振仪测定了压电悬臂梁结构的谐振频率,并利用压电悬臂梁结构搭建起能量采集装置的实验平台。其实验结果为最终能够实现以振动能量作为微功耗器件、无线传感器结点的能源供给方案奠定了基础。本文的主要内容包括:1.介绍了振动式微型发电机,特别是压电悬臂梁结构的振动发电机的原理与研究现状,以及存在的问题。2.依据环境振动的特点,建立了以末端固定质量块的压电悬臂梁作为换能元件的振动能量采集装置的模型。对压电材料的特性、电流等效电路进行理论分析,并推导了压电悬臂梁结构谐振频率、能量采集装置输出电功率的方程。3.利用有限元分析软件ANSYS对压电悬臂梁结构进行分析。求解其谐振频率,并讨论了质量块、PZT层厚度、悬臂梁长度、宽度等因素对谐振频率和输出功率的影响。4.利用激光多普勒振动仪测量压电悬臂梁结构的谐振频率,验证对于压电悬臂梁结果理论分析与仿真实验结果的准确性。5.设计并调试信号放大电路、整流电路和升压稳压电路。对压电悬臂梁末端粘结质量块的结构进行随机振动测试和加载正弦振动信号的实验。