在中国,大大小小的森林数目众多,森林的各项环境指标(如温度、湿度、雨量等等)需要使用无线传感网络对其进行实时监控,然而一个监测系统上布局的传感器数目繁多,对其更换电池相当不易。考虑到森林中风能资源无处不在且风向多变,针对森林中风能的这些特点,本文设计出一款风速杯式压电风能收集器,把环境周边的风能转换成电能,为监测森林环境的传感器系统提供持续不断的电能。希望可以为森林中传感器节点更换电池难的问题,提供一个可行的解决方案。本文查阅了大量有关风能收集的国内外文献,分析和总结了各种风能收集器的工作原理和优缺点,针对森林中风能方向多变的特点,设计出一种风速杯式压电风能收集装置。首先,回顾了压电材料的发电机理,对压电悬臂梁的组成及固定方式做出了总结,演算和推导出三种形状的压电悬臂梁的应变表达式,给出了压电风能收集装置的三维模型并介绍了其工作的基本原理;然后,使用ANSYS Workbench仿真软件对三种形状的压电悬臂梁进行了静力学仿真分析,验证了应变表达式的合理性,研究了尺寸参数和材料参数对压电悬臂梁产生电压的影响规律,此外对压电悬臂梁的动态特性进行了仿真分析,为后续的实验测试部分选取合适尺寸的压电悬臂梁提供了理论基础。最后,根据前面仿真优化的结果,制作了对应的压电悬臂梁,然后设计组装成风速杯式压电风能收集器实验样机,搭建了相应的实验平台,对风能收集器样机的输出特性进行了相关研究。测试了风速对该风能收集装置的输出电压和输出功率的影响规律,还研究了不同外接负载对该收集装置的输出电压和输出功率的影响关系。实验结果表明,在相同的风速下,三角形压电悬臂梁的电压和功率输出特性优于矩形和梯形压电悬臂梁;此外,三种形状压电悬臂梁的风能收集装置均存在最佳外接负载,使得输出功率达到最大值,这些实验结果与仿真结果基本相符合。