Alternative Energiegewinnung im Mikromaßstab ermöglicht die Verlängerung der Lebensdauer von batteriebetriebenen eingebetteten Systemen, oder sogar einen vollständig unabhängigen Betrieb. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Energiegewinnung aus verkehrsbedingten Vibrationen in Bahntunneln. Ziel der Arbeit ist die Entwicklungeines geeigneten Generators und basierend darauf die Demonstration eines energie-autarken Funksensorknoten für den Einsatz in Bahntunneln. Durch umfassende Vibrationsmessungen in verschiedenen Tunnel wurde ein einzigartiger Datensatz gewonnen, der die Grundlage für die Entwicklung und Charakterisierung von Vibrationswandlern bildet. Als Position für den späteren Funksensorknoten wurde die Schwelle gewählt. Grundkomponente für den elektromechanischen Wandler bildet ein beidseitig gelagerter piezoelektrischer Balken. Mehrere dieser Balken mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen wurden zu einem breitbandigen Generator zusammengefügt. Mit einem 7-tägigen Feldtest im Lötschbergbasis-Tunnel konnte gezeigt werden, dass im Durchschnitt genügend elektrische Energie für den Betrieb eines Funksensorknoten gewonnen wurde. Mit einer verbesserten Version des Generators und einer Powermanagement-Elektronik wurde der finale Funksensorknoten aufgebaut. Zentrale elektronische Komponente ist ein Lastschalter der die gespeicherte Energiemenge überwacht und entsprechend den Betrieb der Funkschnittstelle steuert. In Kombination mit der Zugdetektion arbeitet der entwickelte Funksensorknoten vollständig autark und meldet zuverlässig die Passage jedes Schienenfahrzeugs. Neben der Entwicklung des energie-autarken Funksensorknotes ist ein weiteres Augenmerk dieser Arbeit die Nichtlinearität von PZT Keramiken bei hohen Belastungen. Durch die Berücksichtigung der Elastostriktion und der Elektrostriktion könnte die Modelierung von piezoelektrischen Balken deutlich verbessert werden. Darüber hinaus wurde eine Methode entwickelt, die Resonanzfrequenz eines elektromagnetsichen Wandlers im Betrieb zu verändern.

Vibration harvesting is a promising concept to prolong the lifetime of batterypowered stand-alone systems, or even to enable their energy-autonomy. This thesis focuses on ambient vibrations converted by electromechanical transducers into electricity. The final goal is energy scavenging from train-induced vibrations in railway tunnels. This is achieved via the development of a suitable harvester for this environment and the practical demonstration of a vibrationpowered wireless sensor node (WSN). At the beginning of this thesis, extensive vibration measurements were performed in several traffic tunnels. The obtained unique data set formed the basis for the design and test of several harvesters. The railway sleeper was chosen as usable harvester location. A shock-resistant double-side suspended piezoelectric cantilever was developed. Several cantilevers with different eigenfrequencies are combined in an array, creating a robust harvester with a broad bandwidth. A field test of 7 days in the Lötschbergbasis-tunnel verified that, on average the sufficient energy for powering a virtual wireless sensor node was scavenged. For application in a real WSN, the harvester array was scaled up to 10 cantilevers. The power management for the sensor node was developed concurrently. The central component is a power switch that monitors the energy level in the system's storage capacitor and only triggers the wireless interface when sufficient energy is available. Combined with a train detection circuit, the presented energy-autonomous WSN reliably reports every passing vehicle. In addition to the development of an energy-autonomous fully integrated WSN, this work investigates nonlinear properties of PZT ceramics. Consideration of the elastostriction and the electrostriction enables a more precises prediction of the tip displacement of a piezoelectric cantilever actuator. Further, the elastostriction is exploited to modify the resonance frequency of a bimorph cantilever. Basing on this concept, an electromagnetic harvester with a tunable eigenfrequency is presented.