为了解决智能电网环境下输电线有害振动与工况检测传感器的供电及续航问题, 该文设计了一种压电式振动与磁场复合能量收集的防震锤。防震锤的主压电梁收集输电线振动能量, 副压电梁通过安装磁铁收集输电线电流产生的变化磁场能量, 摆脱了传统收集磁场能量时线圈的使用。对收集器进行有限元仿真分析与实验测试。结果表明, 收集器工作频带更宽, 比传统的单梁输出高54%, 主压电悬臂梁最大输出功率可达到874 μW, 副压电梁最大功率可达到683 μW。

研究了蒲公英状压电振动能量收集装置的宽频带设计, 以解决环境振源振动频率多变的问题。建立了蒲公英状压电振动能量收集装置谐振频率的理论模型并进行了数值模拟, 结果表明, 该能量收集装置的谐振频率并不是可以任意拓展的。为验证理论分析的正确性, 进行了蒲公英状压电振动能量收集装置的频率响应实验, 得到的实验结果与理论分析基本吻合, 说明了本文理论分析的可靠性。最后对宽频带的蒲公英状压电振动能量收集装置进行了发电性能测试实验, 结果表明, 通过对蒲公英状压电振动能量收集装置的宽频带设计, 其在20~34 Hz有较大的功率输出, 且最大输出功率达到了约2.3 mW。本文的设计有效地拓宽了该装置的谐振频率范围, 易于实现与环境振源的匹配而获得较高的能量收集能力。

提出了一种换能部分采用新颖的Rainbow型压电结构的多方向振动能量收集装置。为了分析和测试Rainbow型压电换能结构的发电性能，对该装置进行了有限元分析和实验测试。有限元分析表明，金属基片的宽度与厚度、压电薄膜的宽度与长度及换能结构初始曲率半径的增大会引起换能结构输出开路电压的降低；金属基片长度的增大会引起换能结构输出开路电压的增加；压电薄膜厚度的增大会使得换能结构输出开路电压先增加后减小。实验显示，有限元分析与实验结果具有较好的一致性，且都在压电薄膜厚度为0.25 mm时换能结构的输出电压最大，得到的结果验证了有限元分析的可靠性。另外，在输出功率测试中，换能结构的输出功率达到了7.75 μW。分析及测试结果为Rainbow型压电换能结构的设计、制作提供了指导性意见。