物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。物联网中的无线传感器网络由数量庞大的无线传感器节点组成，并在一定区域内来分布。无线传感器节点的供电通常是采用电池方式，由于无线传感器节点数量非常大，同时无线传感器节点经常处在恶劣环境或人员不能到达的环境中，因此无法保证为每个节点及时的更换电池。基于PZT(Lead Zirconate Titanate, PZT)压电陶瓷实现有源和无源方式的机械振动能量收集系统将可以克服无线传感器节点传统电池供电方式的缺点，实现对无线传感器节点的永续供电。全文共分6章。　　 第1章阐述了研究课题的意义以及主要研究内容。首先对本课题研究的背景和实际研究意义进行了说明，然后总结了目前国内外有源能量收集和无源能量收集的方法及其优缺点，最后提出论文的主要研究内容。　　 第2章阐述了压电能量转化的基础理论。通过对压电材料及压电换能器的相关特性的说明和总结，为接下来的基于PZT压电材料的振动能量收集研究奠定了理论基础。　　 第3章对基于PZT的有源振动能量收集系统进行了研究。本章首先基于纵-弯转换气介质换能器构建了有源振动能量收集系统，通过机电等效和类比的方法建立了基于PZT的有源振动能量收集系统的理论模型，基于声波能量传输理论和电路理论对系统模型进行了分析，最后通过仿真和实验分析的方法对系统模型进行了验证。理论分析和实验结果证明，将超声波作为振动能量的传输媒介，可以在一定有效距离范围内进行有源机械振动能量的收集。　　 第4章对基于PZT的无源振动能量收集VPG进行了研究。本章首先对等长CVPG进行了研究。为了消除等长CVPG的Roundy理论模型因未考虑质量块长度而带来的误差，在考虑质量块长度的前提下，以质量块质心作用于悬臂梁处的挠度为自由度，建立了CVPG的模型，通过数值仿真和实验分析的方法将该模型与Roundy模型进行了比较和分析，该模型的精度要高于Roundy模型。为了提高单晶CVPG的能量转化效率，接下来对不等长单晶CVPG进行了研究，根据弹簧-质量块-阻尼单自由度模型、结构力学和压电理论及热平衡原理，建立了不等长单晶CVPG的理论模型，并采用数值模拟分析的方法对该模型进行了分析，最后进行了实验分析。实验结果与理论分析基本一致，验证了理论模型的准确性。理论研究和实验测试结果表明，不等长单晶CVPG的压电层和弹性层之间存在一个最佳长度比，这时不等长单晶CVPG的发电能力最强。针对宽频振动能量收集，基于不等长单晶CVPG研究了CVPG阵列，并对其进行了理论、仿真和实验分析，分析结果表明，CVPG阵列可以有效提高振动能量收集的频率范围，并且发电能力要高于单个CVPG。针对海洋波浪能量收集，基于不等长单晶CVPG设计了惯性自由振动方式和强制振动方式海洋波浪能量收集VPG并对其工作原理进行了理论分析，加工制作了强制振动方式海洋波浪能量收集VPG并对其进行了实验分析，实验结果表明，所设计的强制振动方式海洋波浪能量收集VPG可以实现对海洋波浪能量的收集。　　 第5章对能量转换接口电路和振动能量收集系统进行了研究。采用电路仿真的方法对可调占空比Buck-Boost阻抗匹配电路与整流电路进行了比较分析，分析结果表明，由于Buck-Boost阻抗匹配电路存在功率损耗，导致其工作效率相比于整流电路无明显提高，因此在实际应用中不宜采用Buck-Boost阻抗匹配电路。对振动能量收集系统和基于振动能量收集和太阳能收集的混合环境能量收集系统进行了实验研究，实验结果表明，采用混合能量收集的方法可以使振动能量收集和太阳能收集这两种环境能量收集方式实现优缺点互补，从而更加可靠的为无线传感器实现电能补充。　　 第6章对本文开展的工作进行总结，并对今后需进一步开展的研究工作进行了展望。