随着信息技术的进步和物联网技术的快速发展,许多智能设备已广泛进入了我们的生产和生活中,其中在智慧制造、智慧农业、智慧家庭、公共安全、智能医疗、城市管理等方面都得已到了广泛的应用。而传感器作为智能设备与外界交互的桥梁,对整个智能系统起着举足轻重的作用。目前,大部分传感器在工作时都需要通过外部电源对其进行供电,常见的供电方式为蓄电池供电或者电网供电。然而前者需要对蓄电池进行频繁地更换,后者增加了系统的复杂程度,这不仅造成了过高的维护成本,同时也阻碍了物联网技术的发展。针对上述问题,科学家提出了基于纳米发电机技术的自驱动传感技术。通过将环境能量转换为电能而使器件自供电,自驱动传感器可以无源地将环境中的机械信号转化为电信号,从而使传感器摆脱对电池的依赖,在智能物联网络中发挥更为重要的作用。摩擦电/压电纳米发电机不仅可以收集环境中的机械能并将其转化为电能,也可以利用其对环境机械扰动的敏感特性将其用作自驱动传感器。本文基于摩擦电/压电纳米发电机技术,针对不同应用场景,开发了六种不同结构的自驱动传感器。通过结合对其功能转换工作原理以及输出特性的建模仿真和实验研究,探究了摩擦电/压电自驱动传感器在机械故障诊断、声纹识别、婴儿智能监护、柔性传感、温度监测、污水离子监测等方面的应用价值。本论文的主要研究工作如下:（1）开发了两种用于机械设备故障监测与诊断的摩擦电自驱动传感器。第一种摩擦电自驱动传感器实现了对机械设备螺栓松动以及设备倾斜两种故障的监测。当设备振动时,传感器中的PTFE小球会与Cu电极发生接触分离运动,进而将设备的机械信号转化为电信号。经过实验测试发现,该传感器的电学输出性能与自身结构中PTFE小球的直径、个数和倾斜角度等参数密切相关,而且对外界振动频率的变化非常敏感。经过测试,传感器的响应时间为55 ms,信噪比为29.12 dB,灵敏度为14 mV/Hz。将传感器固定在振动的机械设备上,当设备出现螺栓松动或者倾斜迹象时,传感器的输出信号会发生明显的改变,从而及时发现并排除故障。这项工作表明开发的自驱动传感器在机械设备的螺栓松动以及设备倾斜等故障的监测与诊断中具有潜在的应用价值。第二种摩擦电自驱动传感器实现了对活塞-气缸这种封闭式结构中活塞环缺失以及电极断裂两种故障的监测。该传感器利用活塞在气缸内运动时活塞环与电极产生的周期性距离变化,将机械运动信号转换为电信号,解决了传感器与设备一体化的难题。实验证明,该传感器的输出性能对于活塞的运动速度变化以及活塞环的数量变化非常敏感,并通过实验测得其响应时间为15 ms,信噪比为24.6 dB,灵敏度为1.6μA/m·s-1。在之后进一步的实验中证实,该传感器对于活塞环缺失故障以及电极断裂故障能够进行有效的监测,并且可以准确的定位其故障位置,为封闭式结构的故障监测与诊断提供了新的解决思路。（2）开发了两种用于生物机械信号监测的摩擦电自驱动传感器。第一种摩擦电自驱动传感器实现了对人类语言的准确识别。传感器的PDMS薄膜可以在声音的作用下产生有规律的振动,进而与Al电极之间产生周期性的距离变化,实现了生物机械信号向电信号的转化。经过测试,传感器的响应时间为60 ms,信噪比为18.66 dB,灵敏度为0.041 V/mm。在应用实验中,传感器对人类的不同语言显示出非常高的辨识度,同时还证明传感器对不同人说出的相同语言具有较为稳定的识别能力。该传感器利用全3D打印技术一次成型,增强传感器彼此之间的互换性,同时可以有效的避免自驱动传感器繁琐的制造过程以及高昂的制造成本。这项工作为人类语言的无线传输与精确识别提供了参考依据。第二种摩擦电自驱动传感器能够将婴儿在运动时产生的生物机械信号转化为电信号,可用于婴儿的智能监护。由于传感器的构成材料选用明胶、琼脂、海藻等食材,因此有效避免了婴儿误食的风险。在对传感器电学输出性能进行分析研究后,测得传感器的响应时间为50 ms,信噪比为23.1 dB,灵敏度为0.28 V/kPa。随后提出了两种婴儿监护模式。在被动监测模式中,传感器贴附于床的边缘,当婴儿触碰到传感器时,证明婴儿处于危险边缘,传感器可以向系统发出警报;在主动监测模式中,多个传感器贴附于婴儿身体的不同位置,当婴儿运动时,多通道数据采集系统可以实时采集各个传感器的信号特征,并借助深度学习算法对婴儿的特定动作进行识别,随后通过开发的婴儿监护系统将识别结果进行实时反馈。这种可食用的自驱动传感器为婴儿的智能监护提供了一个很好的范例。（3）开发了一种柔性可拉伸的压电自驱动传感器,用于监测关节运动、振动频率以及机械碰撞。针对传统刚性压电传感器不可弯曲拉伸的缺点,通过对聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜在结构方面的设计,制作出一种蛇形结构的压电自驱动传感器,使其具有拉伸性的同时,还会基于其表面产生的应变诱导出压电电荷,实现了机械信号到电信号的转变。经过测试,传感器的响应时间为52 ms,信噪比为15.45 dB,灵敏度为6.83 mV/mm。在实验中发现,传感器对拉伸变化非常敏感,并证明该传感器能够感知人类/机器人关节微小运动的变化,同时还能够识别2-25 Hz范围内振动频率的变化。此外,利用多组传感器构成的传感网络可以准确监测机械碰撞位置。这项工作压电自驱动柔性传感器的设计起提供了重要参考依据。（4）开发了一种摩擦电/磁电复合的水质监测自驱动传感器,用于水温监测以及污水离子监测。该传感器利用形状记忆合金丝遇温度变化产生的变形应力驱动皮带轮旋转,实现了温度信号到机械信号的转变,又利用摩擦电纳米发电机技术和电磁发电技术,实现了机械信号到电信号的转换。经过实验证明,传感器的响应时间为12 ms,信噪比为27.53 dB,灵敏度为0.12 V/℃,且经过复合的自驱动传感器可以输出8 V电压和2.28μA电流。应用实验证明该传感器可以实现对汽车水箱水温的监测以及污水离子的监测,为汽车智能监测传感以及便携式污水监测装置提供了设计思路。