风能作为一种清洁的可再生能源广泛存在于自然界的各个角落,其潜在能量巨大。压电俘能技术可以将自然界的风能转换为电能以驱动低功耗电子产品等,具有较大的研究价值和应用前景。PVDF薄膜具有良好的压电性、介电性、耐候性等,是应用于压电风能收集的一种理想材料。本文采用PVDF作为俘能材料,设计了新型压电悬臂梁,通过仿真、实验验证了其俘能特性,并将其应用于基于冲击式振动的压电风能收集系统,最终实现从风能到电能的转换。本文首先对直边三角形结构进行建模分析,进一步提出并分析了内弧边三角形以及外弧边三角形压电悬臂梁的结构特性,结果表明内弧边三角形压电悬臂梁较其他两种悬臂梁具有更好的应力分布。其次利用ANSYS有限元方法分析仿真了直边三角形、内弧边三角形以及外弧边三角形压电悬臂梁的静态特性、瞬态特性、阻抗特性以及模态提取等,分析结果与悬臂梁结构建模分析一致表明内弧边三角形压电悬臂梁具有更好的输出特性。最后设计并制作了带有风向约束装置的基于冲击式振动的PVDF压电风能收集装置。为提高风能收集效率,本文对转子结构进行了优化设计并进行了实验验证。实验结果表明,风向约束装置以及转子结构的优化将装置开启风速从4 m／s降低到2 m／s；内弧边三角形压电悬臂梁的最大输出功率为198μW,大于直边三角形悬臂梁的185μW以及外弧边三角形悬臂梁的156μW,该结论与结构建模分析以及ANSYS有限元分析结果具有较高的一致性。最后,实验研究了悬臂梁的工作模态以及阵列的输出特性并在实际负载为电阻以及发光二极管的情况下完成了对该装置输出特性的测试,测试结果表明匹配负载下,2悬臂梁并联可提高输出功率至282μW；负载为LED时,一个悬臂梁可以点亮八个LED,两个悬臂梁并联点亮八个LED时有明显的亮度提升,LED实验结果进一步佐证了关于负载为电阻时2悬臂梁并联可以提高输出功率的结论。