当自混合干涉(SMI)发生在一个非准直激光器外腔时,反射光将在激光器和外部物体之间发生多次反射,然后再返回激光内腔与发出光耦合形成自混合干涉效应,这现象被称为多重反馈自混合干涉效应(MSMI)。与自混合干涉相比,它可以在不增加复杂算法和设备的前提下,成倍提高测量仪器的分辨率。这对于提高仪器的测量精度具有非常重要的意义。许多科研人员已经开展了多重反馈自混合干涉现象和产生机理的研究。然而,目前还缺少多重反馈自混合干涉振动测量技术和多重反馈次数的判定等相关问题的研究。本课题利用多重反馈自混合干涉的分辨率高,光路简单、能判别方向、自准直、结构紧凑、成本低等特点,开展多重反馈自混合干涉振动测量技术的研究,旨在解决自混合干涉振动测量中存在的测量误差大、实时性差、抗干扰能力弱、通用性不强等问题,力求提高振动测量准确性和通用性。本文主要研究对象是低频微纳米级的振动测量。在低频范围内,振动强度与位移成正比,所以本文通过振动位移表征振动强度和形变。本文的主要研究内容如下:首先,针对多重反馈自混合干涉振动测量时,缺少相应振动测量理论支持的问题,以自混合干涉三镜腔(F-P)模型理论为基础,建立了多重反馈自混合干涉通用的相位方程、功率方程和位移方程,并对测量分辨率进行了分析。为多重反馈自混合干涉振动测量技术研究奠定了理论基础,并通过实验方法研究外腔长和倾斜角度对多重反馈自混合干涉的影响。其次,针对相位解卷算法中跳变点检测阈值判断的问题,提出一种不需要判断阈值的改进跳变点检测算法。该算法利用干涉信号经过微分处理后,有效条纹趋势波动大,而无效条纹趋势波动小的特点,通过获取识别方波判别有效干涉条纹,根据有效干涉条纹确定峰谷值点位置,进而确定相位解卷算法中重构振动位移的关键参数,提高了干涉条纹检测的准确率,并把该算法应用于多重反馈自混合干涉的振动重构中。实验结果表明,多重反馈自混合干涉的重构误差比自混合干涉减少了38%。再次,针对基于相位解卷方法中需要对光反馈因子和线性展宽因子进行联合估计的问题,提出基于功率谱分析的多重反馈自混合干涉振动快速解调算法。该算法利用多重反馈自混合干涉信号功率谱中的极大值与第一类贝塞尔函数极大值对应的特点,建立功率谱极大值与外部物体振幅的对应关系及功率谱主频的判断规则,进而能快速计算出外部物体振动频率和振幅。该方法不需对光反馈因子和线性展宽因子进行联合估计,在获取外部物体振动频率及幅度的过程中只提取干涉信号功率谱的基频及主频所对应的频率,其他干扰信息均被屏蔽,提高了算法的抗干扰能力和解调速度。实验结果表明,当外部物体振幅小于5μm时,振幅解调的最大误差是75nm,比自混合干涉的降低了53%。同时,本章提出了多重反馈自混合干涉反馈次数的判定规则,解决了多重反馈自混合干涉反馈次数无法区分的问题,并通过实验进行了验证。然后,针对多重反馈自混合干涉振动位移重构误差大,无法进行高精度测量的问题,提出正弦相位调制的振动位移重构方法,该方法用电光相位调制器(EOM)对干涉信号进行正弦相位调制,建立调制信号频谱的一次谐波和二次谐波与第一类贝塞尔函数第一阶和第二阶的对应关系,提取频谱的一次谐波和二次谐波进行实时相位计算,根据实时相位重构外部物体的振动位移。实验结果表明,对于振幅小于5μm的低频振动,重构误差小于5nm。因为重构振动位移时只用到了调制信号频谱一次、二次谐波,其它成分均被屏蔽,所以该方法具有很好的抗干扰性能。最后,为了验证基于正弦相位调制的多重反馈自混合干涉振动测量技术的性能,从不同振幅、不同频率两方面与多普勒测振仪(LDV)进行对比。实验结果表明,该技术重构的速度在不同振幅、不同频率两方面与LDV有较好的一致性。将多重反馈自混合干涉用于管道泄漏检测上,提出了管道泄漏检测单点定位方法。在管道的一端同一检测点安装两个多重反馈自混合干涉传感器,一个用于测量管道横向振动,另一个用于测量管道纵向振动,利用管道壁内横波和纵波传播速度不同,通过二者的时间差测量泄漏点到检测点的距离,同时利用干涉条纹倾斜方向来判断声源方向。实验结果表明,所设计的单点泄漏定位传感器能在管道一端正确测量泄漏位置,定位误差小于5%。