随着计量仪器仪表的飞速发展，计量传感领域越来越依靠光学解决方案以提供精确的非接触式测量技术。半导体激光自混合干涉振动测量因其精度高，且具有传统干涉系统所无法比拟的光路简单、干涉信号含有方向信息、自准直、结构紧凑、成本低等优点而备受关注。半导体激光自混合干涉振动测量是一种基于激光二极管弱耦合现象的测量方法。激光器输出的光被外部振动物体反射或散射后，其中一部分光又反馈回激光器内腔，反馈光携带了目标的振动信息，与腔内光相混合后，调制激光器的输出，形成自混合干涉。因此需要对携带目标运动信息的自混合信号进行处理来实现目标振动信息的提取。发展精确的自混合信号处理方法用于提高半导体激光自混合干涉振动测量精度一直受到国内外学者广泛的关注和重视。本课题研究目的是探索基于半导体激光自混合干涉振动测量的精确目标振动信息提取算法，以解决目前该方法中存在的抗干扰能力差、重构误差累积和重构算法无法通用等问题，以期提高测量准确性和对测量目标表面的通用性，并将自混合干涉效应应用于次声波检测，拓展该技术的应用领域。首先，本文在研究半导体激光自混合干涉机理、深入分析适度光反馈水平下相位解卷法位移重构方法的基础上，针对噪声干扰下基于相位解卷法振动位移重构过程中自混合信号跳变点的正确检测问题及位移测量误差的累积问题进行研究。提出基于分段阈值跳变点检测算法的相位解卷法，用于噪声干扰下的振动位移重构。采用分段阈值跳变点检测算法对跳变点进行检测，利用目标振动幅度的均匀性作为最优分段的评价准则，解决误差累积问题，最小化全局重构误差。当自混合信号信噪比低至16dB时，对于目标位移振幅小于3m的正弦振动，位移偏差小于7.15%，而且振幅越大，位移偏差越小。新算法提高了相位解卷算法的抗噪声能力，并为低功率、经济型的红光半导体激光器在自混合干涉测量系统中的应用提供一种可靠的信号处理方法。其次，目前已经发展的多种自混合信号处理方法，只能对各自特定的干涉信号进行处理。不同光反馈水平下的自混合信号具有不同的波形特征，而实际测量中保持反馈水平不变却十分困难。造成在测量过程中，对光反馈水平需要较严格的控制和对测量目标表面粗糙度有较大的要求。针对这一问题，在分析不同光反馈水平机制下的自混合干涉信号的频谱特征的基础上，提出基于傅里叶变换的主频阶次判定算法，为半导体激光自混合干涉振动测量系统在不同光反馈水平机制下或不同粗糙表面目标的微振动测量提供了一种通用的信号处理算法。利用一类贝塞尔函数为极大值时的阶次对应自混合干涉信号频谱中的主频阶次这一特点，推导得到主频阶次与目标振幅的直接的线性关系式，降低了目标振动信息提取过程的复杂性。由于只有一次谐波及主频所对应的谐波被提取，使算法具有较强的抗噪声能力。当自混合干涉信号信噪比低至5dB时，依然能够准确地获得目标的振动信息。最后，利用半导体激光自混合振动测量技术其光路简单、易于准直、结构紧凑等优点，提出将自混合干涉效应应用于次声波测量。开发基于半导体激光自混合干涉的次声传感器，拓展自混合干涉技术的应用领域。针对现有一些次声传感器存在频率响应曲线不平坦的问题。根据次声波传播原理、圆膜受迫振动等理论，通过推导次声波作用下的膜片振动位移公式，确定传感器振膜材料及相关结构，设计了一种基于半导体激光自混合干涉的次声传感器，结果表明所设计次声传感器具有较平坦的频率响应特性，在1-20Hz频率范围内的频率响应波动小于±2.0dB。该传感器可以作为低成本、便捷式次声波检测的一种有效的替代。