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振动能量采集器能将环境中的振动能转化为电能为微电子设备供电。考虑到环境中的振动大部分以低频小幅振动为主要特征，而借助非线性手段可以增加能量采集器的带宽、拓宽其应用范围，因此目前能够感应低频小幅振动的非线性能量采集器得到人们越来越多的关注。本文设计了一种包括铁芯、永磁体质量块和乳胶薄膜在内的强非线性电磁式薄膜振动能量采集器，并通过理论及实验手段研究了其非线性行为并且给出了提高能量采集器输出效率的有效措施。首先建立了薄膜结构振子的偏微分方程，给出了薄膜恢复力的表达式；其次通过对于控制方程的分析，得到系统发生特定形式非线性振动的物理参数范围，通过数值手段分析了其关于外界激励的响应特性，提高了该结构的工作带宽，理论上考察了模型样机做低频、小幅振动的所需参数关系；最后通过实验及数值手段验证了理论分析的有效性。这一结果对于类似宏观与微观电磁式薄膜结构能量采集器的设计与应用都提供了有效的理论依据。