近年来,随着微机电系统和无线网络传输技术的快速发展,小型无线传感器系统开始应用到众多领域。使用普通电池作为此类传感器的电源,存在质量大、体积大、寿命短、需要定期更换等诸多问题。因此如何实现微传感器系统的自供电问题是本领域研究的热点之一。本文针对一种用于机械设备振动健康监测的无线自供电传感器,从整体系统设计入手,通过元器件的选型、电路设计以及功耗分析,确定了系统的能耗需求,进而对压电供能结构进行了分析与设计。首先,确定了自供电无线传感器系统的总体方案,其中包括传感器、微功耗处理器和无线发射模块的硬件选型及电路设计。其中,传感器选用压电传感器,微处理器选用MSP430f微功耗处理器,无线射频模块选用CC1101芯片实现数据收发功能。通过系统工况及能耗分析可得:该系统在发送工况下的功率需求为109.662mW,休眠工况下为0.99×10^-3mW,接收工况下为70.062mW。为实现上述系统能耗需求,本文采用了一种鼓型压电薄膜能量收集装置作为供电系统。通过理论推导及仿真分析,得到了鼓型能量收集器结构参数、外界振动载荷及负载电路参数对供电性能的影响。通过有限元计算可以得到在外部激励加速度为25m/s²,外部电路最优负载阻值为0.5M?的情况下,直径4cm的能量收集装置能够输出7.11μW的功率。为了提升供电性能,采用了加筋的方式对压电能量收集装置进行了结构改进。通过仿真对比发现在相同工况下加筋结构比未加筋结构的输出功率提高1.68μW,发电性能提升23.62%,表明改进后的供能装置能够提升发电效率。同时文章还针对双层压电发电结构的串并联方式进行研究,通过仿真结果表明串并联方式可以提高发电效率但是所对应的最优匹配负载不同。最后对压电供能装置进行了实验研究,自制了压电供能装置,搭建了动力学实验平台。对不同压电供能装置进行电能输出测试,并与有限元仿真结果进行比较。通过压电供能装置及标准能量收集电路对系统的发电性能进行了分析,可知当存储电容为470μF时,收集800s的电能可供整个无线传感系统运行59.1ms,理论上可以实现为整个传感器系统间歇供电的要求。