煤机装备高冲击、强振动的特点,对监测系统可靠性提出严苛需求。尤其,对于旋转类重型采煤机械,有线监测系统会由于接线缠绕问题而无法正常工作。本文提出了一种基于压电叠堆的无线、自供电传感测试系统。通过理论建模、仿真模拟、加载实验等方法研究了俘能器结构参数对其发电性能的影响,进行了能量采集电路的发电实验。并在采煤机械设备上进行了无线自供能监测系统的现场安装与调试。具体工作如下:首先,依据第一类压电方程建立了压电叠堆的单自由度模型并进行了理论分析。重点研究了非谐振状态下的等效电路模型,基于该模型进行了输出电压、输出功率以及能量转换效率的理论分析。结果表明,在忽略介电损耗的情况下,俘能器内部产生的电能传输到负载电阻上的效率高达70%。进一步,对载荷幅值和影响压电叠堆俘能器发电性能的结构参数如横截面积、压电片厚度、压电片层数进行了有限元仿真分析,验证了理论分析结果。其次,基于实验测试平台,研究了压电叠堆俘能器在煤岩截割周期载荷下的能量输出特性。重点研究了载荷幅值、频率,负载电阻,俘能器的结构参数如横截面积、压电片厚度、叠堆层数对其发电性能的影响规律。基于实验测试数据,对理论与仿真模型进行了验证和修正。结果表明,当三角波载荷幅值为1500 N时,型号为Pzo.7的俘能器在负载为470 KΩ时达到了阻抗匹配,此时输出功率最大为48.14μW。压电俘能器的输出开路电压与其载荷幅值成正比;低频情况下,载荷频率对其开路电压的影响不大。载荷一定的情况下,压电俘能器的电能输出与其横截面积呈负相关,横截面积越大的俘能器越容易进行阻抗匹配;其电能输出与压电片厚度呈正相关,压电片厚度越薄的俘能器越容易进行阻抗匹配;其电能输出与压电片叠堆层数呈正相关,压电片叠堆层数越多的俘能器越容易进行阻抗匹配。因此,在保证机械结构和技术工艺可行的前提下,压电片叠堆的层数越多越有利于其电能的输出,越容易进行阻抗匹配以输出最大的功率。接着研究了压电叠堆俘能器在煤岩截割冲击载荷下的能量输出特性和抗冲击特性。结果表明,当落锤重量为27.4 kg、冲击高度为250 mm时,型号为Pzo.1的俘能器达到阻抗匹配时的最大输出功率高达35 W,并且该俘能器可以实现高达5.023 MPa的抗冲击载荷性能。最后,根据压电叠堆俘能器的工作特性,设计了基于LTC3588芯片与LTC4071芯片的能量管理模块,实现了用于采煤机截齿、液压缸的无线、自供能监测系统的样机研制与现场安装。在乳化液泵站上、矿用提升机上、采煤机身上进行了无线模块的调试。实验结果表明,ZigBee无线模块可以采集系统内加速度传感器、温度传感器的信号,并把该信号显示在了上位机软件上。