近年来,水电工程日益兴起,水电机组远程监测及振动故障诊断技术迅速出现并得到广泛应用。长期振动具有加速设备疲劳、产生噪声、减少零件使用寿命等诸多弊端,严重时会损伤工作人员安全。摩擦式能量采集器作为一种新的振动采集方式,能够将水电机组的振动能变废为宝,转化成电能,实现水电机组振动监测传感器的自供电。这一思路为研究提供了新方向。为提高对水电机组振动环境的适应性,克服传统摩擦能量采集器工作频带窄、输出性能低等问题,本文提出了单自由度和两自由度两种振动摩擦能量采集器。其中,单自由度摩擦能量采集器在0.5 g的低加速度下,能获得27 Hz的频宽。在共振频率21.8 Hz和0.5 g加速度时,输出最大电压峰峰值20 V。外接电阻9 MΩ时,输出功率为0.69μw。两自由度摩擦能量采集器在单自由度摩擦能量采集器上进行优化,综合了多模态采集技术和摩擦电表面间的振动接触所引起的固有非线性展宽特性,获得了高的工作带宽。即使在0.6 g的低加速度下,也能获得32.9 Hz的工作带宽。同时,在23 Hz和1g的主共振频率下,输出电压峰峰值为38 V,在75 Hz和2.5 g的副共振频率下,输出电压峰峰值为29 V。在主梁的共振频率且加速度为1.0 g时,最大峰值功率为43.08μW。此外,该装置具有良好的稳定性,在真空泵上进行模拟水电机组振动测试时,其最大峰值电压达到并保持在8 V。通过本文的工作,对摩擦能量采集器的工作特性有了更深入的研究,为摩擦能量采集器在水电机组振动监测传感器上的应用、开发提供了进一步的参考,该悬臂梁式摩擦能量采集器的研究具有一定的应用价值。