振动是工程实践中最普遍的现象,振动能量采集技术在近20年中得到了大量探索。其中,压电能量采集技术在中、高频振动环境中具有高密度且易于集成等优势,因此受到了更多关注。尽管如此,目前大多数压电能量采集器仍然存在低功率、结构复杂、尺寸大和笨重等问题,这是阻碍其工程化进程的主要原因之一。此外,随着机械设备的紧凑化和小型化,大型化压电能量采集器（PEH）的方案将逐渐与之冲突。因此,开发一种在弱激励下兼具高功率体积比和输出功率的小型化PEH无疑具有重要的工程意义。为此,本文提出一种平面化的设计思想,采用铙钹结构的力放大原理和两端固支结构的非线性机理,构造了一种宽频带、高功率体积比和高输出功率的压电能量采集器。能量采集器设计的目标是体积小、功率高和频带宽。为了使采集器在体积小的同时兼具高功率和宽频带,本文首先提出了一种扁平化设计的非线性压电能量采集器。首先,通过有限元的方法研究了PEH各个几何尺寸参数对PEH幅频响应和应变能传递率的影响,并初步分析得到了具有较大应变能传递率的PEH设计参数。最后通过振动实验证明了在相同条件下,所提出的采集器相比于其他同类设备具有两倍以上的标准化功率密度。这项工作为解决拉压模式压电能量采集器占用空间缩小与电输出性能提高之间的重要矛盾提供了可行思路。接着,为了在扁平化的基础上进一步实现采集器的平面化、一体化设计以实现小体积、高性能、宽带宽,本文提出了一种平面化设计的拉压模式非线性PEH。一体化设计了采集器样机并通过实验研究了其机电性能。最后,为了继续增大压电片的使用体积以实现输出功率的提升,本章提出了两种解决方案并通过有限元和实验的方法对其可行性进行了验证。其中,一种是通过在弹性梁上下表面贴附压电片构成平面化的拉压-弯曲混合模式非线性压电能量采集器;另一种方案则是将拉压模式压电复合单元阵列化以实现输出功率的提高。本文设计出的采集器具有较高的功率和较宽的带宽,为解决拉压模式压电能量采集器占用空间缩小与电输出性能提高之间的重要矛盾提供了可行思路。