轨道交通环境中存在着丰富的机械能,通过摩擦纳米发电机能量收集技术将机械能转化为电能,为轨道健康监测中传感器的自供电提供了一条新的解决思路。本文在理论分析、仿真计算和实验验证的基础上,分析和研究了TENG的摩擦材料和制备过程,并根据发电机的输出特性,具有针对性地设计TENG能量提取电路,构成能量采集系统。此外本文设计了一款超低功耗加速度采集系统,收集铁轨加速度信息为后续轨道健康监测提供数据支撑,并对其利用摩擦纳米发电机能量采集系统供电的可行性做出研究。本文通过在硅片上侵蚀的方法制备了“倒金字塔(锥型)”图形的硅模板,然后采用模板转移法,将模板上的“倒金字塔(锥型)”图案复制到PDMS薄膜上,实现了纳米摩擦发电机的PDMS薄膜表面微纳图案的制备,以及采用传统的印刷电路板工艺,通过光刻等方法实现了具有微米级尺度图形的电极层的制备。依据摩擦层和电极的结构,分析TENG结构和输出特性,介绍了TENG电学等效模型,对TENG的输出特性做出分析和研究,并针对TENG的输出电学特性进行了阻抗匹配、最优负荷以及最大功率传输的研究。分析和对比了两种能量收集方式并选择桥式整流最优能量提取方式作为能量提取策略。现有的振动能量收集器较多采用压电悬臂梁结构,通过对比和分析TENG和压电悬臂梁输出性能,得到压电悬臂梁在收集单一频率(悬臂梁共振频率)振动能量有一定优势,而当频率偏移共振频率时,输出电压和能量迅速衰减,直至为0,这对于收集环境中存在的多种频率振动能是不利的,而TENG由于输出电压对频率是不敏感的,可以收集任意频率的机械能,在牺牲共振频率的情况下,获得宽频带,多尺度机械能量收集。并根据TENG的输出特性,进行理论研究,优化了基于整流桥的负载匹配和存储方案,设计了一款适用于TENG的能量管理电路,最大收集功率为1.3mW。最后,设计了一款基于ADI公司超低功耗处理器ADuC7024和加速度传感器ADXL345的加速度信号采集系统,采集轨道振动加速度,并验证本文设计的摩擦纳米发电机能量采集系统为传感器供电可行性。