近年来,随着无线通讯和微机电系统的发展,微型传感器、执行器技术等不断进步并得到广泛应用。这类微器件功耗很低,且要求相应的供电部件具有集成度高、体积小、无需更换、无人看管、寿命长等特点。而基于压电效应的压电能量收集技术在满足以上要求的基础上具有结构简单、微小化、易于集成、可靠等优点,正逐步受到国内外关注和重视。本文基于压电悬臂梁建立相应的数学模型和有限元分析模型,旨在优化和改善低频振动换能器结构,增加工作振动频率带宽,提高输出响应性能,使之更加适应低频振动环境。在此基础上,设计新型压电磁耦合悬臂梁能量收集器,建立其集总参数模型,分析结构在谐波激励、随机激励下的响应特性,以及不同参数对于结构输出性能的影响。最后,通过实验分析研究压电悬臂梁能量收集装置的输出特性,进一步验证理论分析的可靠性。主要的工作如下:(1)根据压电能量收集器的基本结构模型,建立了相应的运动模型、集总参数模型,推导了基于长度、厚度比、标准化频率等参数的相关表达式,分析了各参数对该结构输出性能的影响。(2)基于有限元方法进行了该装置的仿真与优化分析,以ANSYS为平台,完成了结构建模、静力学分析、模态分析和谐响应分析;分析了基板尺寸、质量块高度、压电层和粘贴层厚度等参数对结构谐振频率、输出电压等输出性能的实际影响情况。(3)分析双晶片压电悬臂梁能量收集器的输出性能,并在此基础上提出磁力水平作用、垂直作用两种形式的压电磁耦合结构。建立结构等效集总参数模型,构造动力学方程和电路方程;利用Runge-Kutta法分析结构在谐波激励或者随机激励下的输出性能(输出位移和输出电压);分析负载、磁铁间距、激励频率等对结构输出电压和输出功率的影响。(4)利用实验室现有的仪器设备、压电材料,搭建实验平台,设计制作双晶压电悬臂梁实验试件。通过实验分别测试系统输出电压时域图,质量块大小、激励频率、负载、加速度等因素对系统输出电压、输出功率等输出性能的影响。