1.1研究目的

近些年来，随着科学技术日新月异的发展，随着传感器和无线传感网络的发展，为解决长时间为这些系统提供持续工作的电能已成为一个难点和关键。 目前，这些器件和系统采用的是传统电池供电方式。 但电池存在一个普遍的问题就是能质比低，寿命短，更换难，难以满足当前微机电系统发展的需要。当前，微电子与微机电技术不断进步，微传感／驱动及其相关集成电路的能耗 越来越低，如无线传感器工作所需功率仅为10-1000mv；同时从周围环境中采集到的能量采集 源的能量密度较高，这使得利用能量采集技术从周围环境中俘能并为微／纳机电系统供能成为可能。将机械能转换为电能是常见的能量转换形式之一，并有电磁、压电和静电３种转换方式，其中压电转换 方式的力电转换性能好，受环境影响小，易于微型化，具有广阔的应用前景与现状。

能量采集器可以应用在不需要持续供能的设备上，具有以下特点：

（1）便捷，通过能量采集的能源，理论上供给寿命无限，避免了类似于电池充电等需要频繁更换的情况，使嵌入式系统和无线网络、微系统器件等寻找理想化的能源成为可能。

（2）节省能源。理论上环境中的光能、热能、运动能取之不尽，可以通过能量采集提高自然界中的能源利用效率。

（3）能量管理方便。使用能源采集技术，可以将采集的能量及时提供给电子器件作为运行动力，其能量密度无需过高，并且能够合理释放能量。

1.2研究背景与现状

（1）典型压电俘能器的俘能机理：

梁式结构的压电振子制作简单、操作方便、变形大，适用于振动源充分、载荷较小的环境，在载荷激励和夹持条件相同的条件下，可以俘获较多的能量。盘形压电振子具有更好的应力分布状态， 能够承受更大的外应力，可用于振动较为剧烈的环境中。梁式结构的压电振子可分为悬臂梁和简支梁，而盘形结构可分为周边固定式、简支固定式和中心固定式等。

①悬臂梁式压电俘能器：悬臂梁作为典型压电俘能器结构。悬臂梁振子受 力较小，谐振频率低，谐振效率很高，为了减小振动频率，通常在梁的顶端加质量 块，悬臂梁结构主要应用于谐振状态下。