海洋中存在种类繁多且丰富的资源,本世纪海洋资源开发增长迅速,人们在海洋中建造了大量的结构物。如海洋平台、养殖网箱、海底管道等。它们通常集采集、运输和承载于一体,是海洋资源开发中重要的组成部分也是保证生产安全运行的关键部分。在海洋风、浪、流等载荷作用下,海洋中的结构物易产生强烈的非线性动力响应,从而影响安全作业。及时获得精确的结构物状态信息,对资源开发与生产活动来说意义重大。本文基于摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerator,TENG）独立层模式,设计了一种用于监测海洋结构物振动的自供能低频振动传感器（Low-frequency vibration sensor,LV-TENG）。该振动传感器由外部壳体、金属电极和高分子有机材料球体构成。通过测量相对金属电极间的电势差,分析了不同振动条件对LVTENG输出电信号的影响。本文主要研究内容与结论如下:首先,本文对所设计的自供能低频振动传感器进行了理论分析,包括:独立层模式摩擦纳米发电机电荷产生机理、电荷转移机理。然后对LV-TENG进行了基于理论模型的数值仿真分析,利用COMSOL软件对LV-TENG中的电势分布进行仿真,分析了介电球体处于不同位置时,LV-TENG表面电势的分布情况。同时设置球体以不同方向移动,分析其在不同方向时LV-TENG相对电极电势差之间的关系,验证其作为传感器的理论基础。其次,本文搭建了用于测量LV-TENG输出性能的实验测试平台,利用线性电机控制外部振动参数,结合数据采集系统实现了LV-TENG输出电压、电流和电荷信号的采集和实时显示。再次,研究了LV-TENG结构参数对其输出特性的影响。分别定量研究了结构中介电球体的材质、质量以及悬挂介电球体的涤纶绳长度对LV-TENG输出电信号的影响。实验结果显示,介电球体的材质对传感器输出电压信号具有显著影响;介电球体的质量对传感器输出电压信号影响不大;涤纶绳长度会明显影响传感器输出电压信号,其长度与输出电压信号呈正比,并且随着绳长的增加,会降低传感器的测量带宽。同时,通过控制变量法依次研究了不同的振动参数对LVTENG输出电信号的影响。实验结果表明,振动频率与振幅与LV-TENG输出电信号峰峰值均呈线性关系,振动方向可由两对电极的输出电信号计算得出。最后,搭建了LV-TENG验证试验平台。对比了商用传感与LV-TENG之间的测量结果发现其具有良好的精度;其次探究了水环境与空气中LV-TENG的输出表现,发现其在水中和空气中测量结果基本一致;最后测试了LV-TENG的耐久性。