在日常生活环境中，振动能是较为丰富的一种能源形式，交通工具、工业设备、家庭设备、人体活动等都存在着未被完全开发使用的振动能。振动能收集原理是使传感材料在振动力作用下发生位移或者机械形变从而产生电能[1]。收集振动能量一般采用三种方式：电磁式、静电式和压电式。61703

电磁式收集方式的输出功率大、成本低，而感应电压小，虽然感应电压可以通过提高磁场强度、提高线圈匝数或使用变压器来提高，但都受尺寸限制，且随着体积减小输出功率也会降低，且会产生电磁干扰[2-4]。

与电磁式相比静电感应在同样尺寸下可获得更高的输出电压。但要独立电源支持以实现电容的电荷约束或其两端的电压约束 [5-7]。

压电式收集方式具有更高的能量密度，相比前两种方法优势更大。压电转换由于其装置简单，不需要初始电压，无电磁干扰，不易发热，易加工而成为研究热点[8-11]。

目前，振动能量收集的研究主要集中在能量收集装置、能量转换接口电路和振动能量的应用几个方面。下面将分别从这几个方向分别介绍国内外研究人员的最新成果。

1  能量收集装置

能量收集装置最常用的结构形式是压电悬臂梁结构。国内外很多学者以此为基础研究出了很多其他结构形式，优化了传统的矩形结构，提高了能量收集效率。

Lee D.G.等提出了一种新颖的将低频的机械振动转化为高频谐振的方法，即一种悬臂梁式压电双晶片能量收集装置，该装置通过附着在压电悬臂梁前端的探针在微型脊上快速移动，使悬臂梁振动频率显著提高，实验显示该能量收集装置单位面积输出功率远远大于传统结构，装置结构如图1-1所示[9]。

Kim H.W.等设计了一种钹型能量收集装置，如图1-2所示，针对频率在50-150Hz范围内，压力幅值在1kN范围内的振动（相当于汽车发动机振动水平）；在振动频率为100Hz和压力为7.8N的实验环境下，直径29mm、厚度1mm的钹型结构在400kΩ阻性负载上可以产生39mW功率，适用于较大压力的环境中[10]。

南京航空航天大学的侯志伟、陈仁文等人提出一种新颖的多方向振动能量收集装置的设计结构，如图1-3所示，装置的换能部分采用了一种 Rainbow 型压电结构；经优化后，在Y向激励时，收集效率比优化前提高了30.82%，沿装置体对角线方向激励时，效率提高了29.24%，装置的能量收集效果得到了显著提高[11]。

图1-1 悬臂梁式压电双晶片能量收集装置

图1-2 钹型能量回收装置       图1-3 Rainbow型能量回收装置

研究人员在最基本的悬臂梁结构上已经研究出了多种优化结构，适用于不同的环境条件，但有些装置尚且只能在固定共振频率下达到最大工作效率，且应用方向还不广泛。因此必须加强多向和多频的压电装置的研究，扩展其应用范围。

1.2.2  能量转换接口电路

能量回收装置收集到的电能还要经过整流滤波等优化才能储存利用，因此优化能量收集接口电路也是提高收集效率的关键。根据Lefeuvre等的标准，可将接口电路划分为三部分，如图1-4所示；由于压电结构产生的电压为交流电，需要变换为直流给后续负载，接口1即为标准的整流电路；接口1输出的直流电压需要调整来匹配所接负载，这就需要DC/DC变换电路——接口2；而前端压电片输入端要加入优化电路，用来消除电路吸收能量减弱压电片振幅的影响，即接口3；这样，接口1-3组成了一个完整的压电能量收集接口电路[12]。