随着低功耗无线电子设备的迅猛发展,如何为这些微型电子设备供能也得到了研究人员的广泛关注。目前,无线电子设备多利用电池供电,但传统的化学电池存在使用寿命有限,某些场合还存在更换难度较大的弊端。寻求新型供能方式已成为当务之急。振动机械能普遍存在于周围环境中,若能得到较好的回收利用就可将其作为一种潜在的能量替代方式,实现电子设备的自我供能,那么就可以一劳永逸地解决微电子设备对外部电源的依赖问题。本文首先论述生活中比较常见且能够回收利用的各种能量源及能量回收的方式。其次介绍了压电振动能量回收和近年来国内外的研究成果与现状,分析总结了各种优化方式及其可借鉴之处。这些方式中,基于压电效应的振动能量回收以其能量密度高、结构简单、无电磁污染、易于微型化等优点,有着十分光明的应用前景。接下来从压电材料出发,结合压电材料的本构方程和振动模式的基本理论,分析了压电振动能量回收过程的机电转换机理,得出了理论上悬臂梁结构输出功率表达式并简要讨论了影响其输出功率的因素。基于以上分析,我们对所提出的直角复合悬臂梁进行了建模仿真与结构优化。利用有限元的方法,结合ANSYS软件对其进行了模态仿真,提取了前四阶振动模态结果和应变分布情况。在此基础之上,得到了结构的一阶固有频率为23.121Hz、三阶固有频率为67.898Hz。此外还进行了结构的谐响应分析,在1～100Hz激励频率范围内,每隔1Hz进行扫频,载荷选择正弦振动激励,并且忽略振型阻尼,按照固有频率收敛显示结构中直梁根部压电陶瓷片上应变的频率响应。随后讨论了在结构设计过程中,所加载的质量块大小、结构副梁长度、副梁厚度等因素对直角复合悬臂梁谐振频率的影响,以此来指导实验测试中直角复合悬臂梁的实物制作。随后结合上述研究基础,详细阐述了直角复合悬臂梁的制作流程,测试了它的电压频率响应和功率输出表现,并将其与传统的悬臂梁进行对比测试,验证了仿真分析的有效性。结果表明,在最大加速度为0.08g的正弦振动激励下,其最大输出功率可以达到3.4mW,而对比的传统悬臂梁为2.2mW,即本文提出的直角复合悬臂梁的发电性能要优于同样激励条件下的对比传统悬臂梁。综上所述,本文的研究有利于减小压电振动能量回收装置的体积并提高系统的转换效率,对微型传感器等电子设备实现自主供能具有重要意义。