物联网技术和低功耗电子产品的快速发展,促使无线传感器网络广泛应用于环境监测、结构健康监测、交通安全监测、植入式医疗、智慧家庭和智能电网等领域。在这些应用中,最为突出的问题是为无线传感器网络节点供电。在许多情况下,体积大、寿命短、污染环境的传统电源已经无法满足无线传感器网络对小体积、长寿命、绿色供能技术的需求。由此,作为一项面向无线传感器网络应用的独立供能技术—能量收集技术应运而生。这项技术可以收集环境中的能量,如太阳能、热能、风能、机械能、射频能等,并通过物理或化学方法将其转化为电子元器件运行所需的电能。在上述能量源中,机械振动能由于存在范围广、能量密度高、易通过微机电系统（MEMS）收集,因而被广泛应用于便携装置和大型基础设施的振动部件上。常见的振动能量收集技术包括:磁电式、压电式、静电式和摩擦电式四种。其中,压电式转换机制因其功率密度大和应用方便等优势成为最受重视的一种换能技术,而静电式转换机制因其MEMS制造兼容性好而逐渐受到研究者关注。近年来,振动能量收集领域的研究进展以及无线传感器节点能耗的不断降低使得振动能量收集器作为传感器网络节点供电电源成为可能。然而,在实际的工程应用中振动能量收集技术存在的两个关键问题限制了振动能量收集器的工作效率。第一,振动能量收集器能量转换效率低,输出功率不足,不能满足高功耗、高性能负载的需求;其次,振动能量收集器工作频带窄,降低了振动能量收集器的环境适应性。针对以上两个关键问题对振动能量收集器进行优化是振动能量收集领域的研究热点之一。针对上述两个关键问题,本论文提出了基于非线性技术的压电-静电复合式振动能量收集技术。非线性技术可拓宽器件工作频带,增强振动能量收集器件的环境适应能力;压电-静电复合输出技术可提高器件的能量转换效率,满足高功耗、高性能的负载需求。本论文通过建立振动能量收集系统模型,利用软件（Matlab/Simulink）进行数值仿真,最后加工大尺寸样机进行实验验证。利用上述方法,分别对基于非线性技术的压电式振动能量收集器、基于非线性技术的静电式振动能量收集器和基于非线性技术的压电-静电复合式振动能量收集器进行了研究。通过研究确定了能量收集器件在非线性技术下的频率响应特性和压电-静电复合式输出技术下的电学输出特性。论文的主要创新工作总结如下:（1）建立了基于非线性技术的压电-静电复合式振动能量收集器的机电耦合模型。此模型即可用来预测压电-静电复合式振动能量收集器件的电学输出特性,又可用来优化振动能量收集器的技术参数如:负载、激励振幅、阻尼、非线性度等。通过仿真结果确定了非线性压电-静电复合式振动能量收集器件的最优输出环境。最后利用大尺寸样机对所建模型的正确性和准确性进行了验证;（2）通过引入多种非线性力拓宽振动能量收集器的工作频带。本文中振动能量收集器所涉及的非线性力包括:杜芬非线性力、碰撞非线性力和静电力。非线性技术能够拓宽器件工作频带,尤其是本文中耦合多种非线性技术的能量收集器件,频带拓宽效果尤为显著。文中不仅分析了杜芬非线性和碰撞非线性的拓频作用机理,还利用仿真软件研究了结构参数对系统非线性度的影响规律;（3）设计了集成压电和静电两个收集端口的复合式振动能量收集器。文中振动能量收集器被设计为面外式距离可调型的桥式结构,器件的核心结构由四个中心对称的“L”形折叠梁组成。折叠梁的设计不仅降低了器件的谐振频率而且使拾振结构更加紧凑,从而提高复合能量收集器件的能量密度。另一方面,实验结果表明:折叠梁所具有的几何非线性也能有效地拓宽器件工作频带。