CN113092886A - 一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，所述平台包含电脉冲激励信号发生单元及激光探测还原单元，其中：电脉冲激励信号发生单元主要由直流电压源、脉冲电压源、匹配电阻、保护电阻、隔离电容、金属上电极、金属下电极、环氧树脂、半导体层、试样以及弹光取样传感器构成；激光探测单元主要由氦氖激光器、分光镜、起偏器、反射镜、四分之一波片、沃拉斯顿棱镜、平衡探测器、光学斩波器、锁相放大器以及计算机构成。较传统空间电荷分布测量方法，基于光弹效应的光学测量技术的引入可有效提升测量系统带宽，具备发展成为高时空分辨率测试方法的潜力。

Description

一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台

技术领域

本发明属于固体绝缘材料空间电荷测量领域，具体是一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台。

背景技术

电气设备运行过程中，由于极化应力的直接作用，其绝缘系统往往积聚有大量的空间电荷，电荷积累所产生的叠加电场极易造成严重的电场畸变，进而直接导致系统的介电性能变化和放电现象发生，造成系统绝缘性能的下降。因此，针对电气装备绝缘系统中空间电荷分布特性开展研究可对系统绝缘性能及状况进行更有效评估，从而保证电气设备的安全可靠运行。

传统空间电荷测量方法的研究主要集中于直流及工况条件下，但随着分布式与可再生能源的大规模接入，电气装备除承受一般的交、直流应力外，还要经受瞬态 PWM 开关脉冲、高频类正弦波等强场特殊电应力。当面对高频瞬变脉冲应力时，受限于测量系统硬件设计及带宽不足等问题，传统空间电荷测量方法无法实现对绝缘系统空间电荷积聚特性的准确表征。因此，针对高频绝缘的电荷积聚问题，高系统带宽高信噪比空间电荷测量技术的研究迫在眉睫。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题与缺陷，本发明的目的是提供一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，通过光学测量手段的引入，对传统电声脉冲法声电测量模块进行改进，提升测量系统带宽，是一种具备高时空分辨率测量潜力的新方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于所述平台包括电脉冲激励信号发生单元和激光探测还原单元，其中：

所述电脉冲激励信号发生单元由脉冲电压源（1）、直流电压源（2）、高压金属导电杆（3）、直流绝缘套管（4）、BNC接头（5）、金属壳体（6）、匹配电阻（7）、隔离电容（8）、金属上电极（9）、保护电阻（10）、环氧树脂（11）、金属下电极（12）、半导体层（13）、试样（14）、弹光取样传感器（15）构成；

所述激光探测还原单元由氦氖激光器（17）、分光镜（18）、起偏器（19）、第一反射镜（20）、第二反射镜（21）、四分之一波片（22）、沃拉斯顿棱镜（23）、平衡探测器（24）、光学斩波器（25）、锁相放大器（26）以及计算机（16）构成；

所述电脉冲激励信号发生单元中，直流电压源（2）通过高压金属导电杆（3）与保护电阻（10）的一端相连，保护电阻（10）可以在直流电压源（2）短路情况下保护仪器和设备；高压金属导电杆（3）外包裹有直流绝缘套管（4），保护电阻（10）的另一端与金属上电极（9）相连；脉冲电压源（1）与金属壳体（6）外的BNC接头（5）相连，接头另一端经隔离电容（8）与金属上电极（9）相连，该隔直电容器（8）可阻隔脉冲发生器产生的直流信号，以使脉冲发生器产生的交流信号通过隔直电容器（8），并作用在待测绝缘材料（14）上；匹配电阻（7）的一端与BNC接头（5）和所述隔离电容（8）的公共端相连，另一端与金属壳体（6）相连接地，匹配电阻（7）对高压脉冲进行阻抗匹配，以减小高压脉冲的反射和振动，提高施加到被测样品上的脉冲电压的幅值；金属上电极（9）与待测绝缘材料（14）之间设置有半导体膜（13），以提供良好的声阻抗匹配，半导电层（13）与绝缘材料（14）试样紧密接触，用以削除界面由于阻抗不匹配造成的压力波衰减现象；与金属下电极（12）紧贴的弹光取样传感器（15）的金属电介质反射膜用来改变探测光的传播方向；

所述激光探测还原单元中，氦氖激光器（17）发出的探测光经过分光镜（18）分成两束光，一束经过斩波器（25）输出与光调制频率同步的电压方波，作为双相锁相放大器（26）的参考信号，另一束经过起偏器（19）得到偏振光，通过反射镜（20）入射到弹光取样传感器（15）中，在电脉冲激励信号发生单元产生的压力波作用下，弹光取样传感器（15）发生应力双折射效应，改变探测光的偏振状态，在第二反射镜（21）作用下入射到四分之一波片（22）中，得到椭圆偏振光，最后经过沃拉斯顿棱镜（23），把椭圆偏振光分成两束振动方向互相垂直的线偏振光，两束线偏振光入射到光电平衡探测器（24）中，探测器将它们的光强差转化为电信号输入到双相锁相放大器（26）中，通过对比参考信号，实现被淹埋在噪声和干扰中的微弱电压信号的精确测量。

本实验平台的特征在于电声脉冲法测量模块中氦氖激光源（17）的应用，即基于光弹效应，利用光学方法测量脉冲激励下空间电荷所产生的压力波以反演绝缘材料内部空间电荷分布特性。

所述分离结构的设计是直流电压（2）与脉冲电压（1）输入接口的分离设计，直流电压输入接口位于金属壳体（6）上表面，通过高压金属导电杆（3）接入；脉冲电压输入接口位于金属壳体（6）侧表面，通过侧表面的BNC接口（5）接入，电压输入接口的分离设计可以减小两电路的相互干扰，提高测量结果的准确性。

所述弹光取样传感器（15）结构为三明治结构，可将电声激励模块与光学探测模块有效结合，其最上层为金属电介质反射膜（15-1），中间层为熔融石英晶体（15-2），最下层为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（15-3）。

所述弹光取样传感器金属电介质反射膜（15-1）是基于铝在高真空条件下，以电子束熔融气化，在薄膜基材表面附着而形成的复合薄膜，其具体制作方法如下：

步骤一、将待镀薄膜基材使用卷筒设备卷成适合真空蒸镀机尺寸的卷筒状，并将操作完成后的薄膜基材穿过冷却辊卷绕在收卷站上；

步骤二、使用真空泵将蒸镀机内部抽真空，使蒸镀室内部的真空度达到4*10^-4mbar以上，并加热蒸发舟使高纯度的铝丝在1300℃-1400℃的温度下融化并蒸发生成气态铝；

步骤三、启动薄膜卷绕系统，当薄膜运动速度适中时，打开挡板使气态铝微粒在移动的薄膜基材表面沉积、冷却，形成一层连续而光亮的金属电介质反射膜；

步骤四：控制金属铝蒸发速度，基材薄膜移动速度以及蒸镀室内的真空度来控制镀铝层的厚度，在铝膜厚度达到约5mm时，关闭蒸镀机，冷却之后，使用展平辊对镀完膜的基材进行展平，在测量光学性能满足要求（氦氖激光反射率95%以上）之后，完成金属电介质反射膜的制备。

所述弹光取样传感器中间层作为光弹效应载体的材料是熔融石英晶体（15-2），其制作方法是基于连续电熔法的一种高效、普遍的制作熔融石英晶体的方法，具体步骤如下：

步骤一、挑选出符合标准要求的石英砂，并将石英砂倒入难熔金属坩埚，打开周围的垂直熔化器，使熔化器周围的电加热元件开始预热；

步骤二、将熔化器内部保持通入9：1含量的氮气和氢气，使熔化器内部拥有弱还原性气氛，避免二氧化硅与难熔金属发生反应。缓慢增加熔化器温度达到1800℃左右；

步骤三、收集从坩埚底部流出的熔融石英，并放入提前准备好的模具中，等待冷却成型；

步骤四、对制作好的熔融石英晶体薄膜进行切割，剖光，并检测其光学性能。

所述弹光取样传感器（15）三明治结构中，使金属电介质反射膜（15-1）、熔融石英晶体（15-2）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（15-3）三部分有机结合的具体制备方法如下：

步骤一、在注塑前，对PMMA颗粒进行干燥处理，否则熔体易出现气泡，气纹，会影响对声波的吸收能力，因此在80-90℃之间，干燥约4小时；

步骤二、设置模具温度为70℃，主流道直径配合内锥度，选择角度为6°，主流道直径9mm，选择排气孔0.05mm深、6mm宽。在针对镀好金属电介质反射膜的熔融石英晶体时，采用多级注射，控制速度为慢-快-慢，以避免产生高度内应力。注射过程中，控制滞留时间不超过10min；

步骤三、对制作完成的传感器进行打磨（PMMA一面），校验，检测其对声波的吸收能力和对氦氖激光的反射能力。要求反射率达到95%以上，声波吸收率达到90%以上。

一种利用上述平台进行的基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，具体操作步骤如下：

步骤一、在下电极中心处滴入硅油，将待测电介质样品（14）放入下电极试样放置层中，再向试样中心滴入硅油，使试样与上电极半导体层（13）和下电极（12）紧密接触；

步骤二、以氦氖激光发生器（17）发射的激光高度为标准高度，使用一系列等高小孔光阑，调节平面反射镜反射角度及俯仰角，保证激光在传播及反射过程中处于同一高度且与光学平台边线处于平行状态；精确调整四分之一波片（22）使平衡探测器（24）输出光程差为零；

步骤三、启动脉冲电压源（1）、直流电压源（2）、氦氖激光发生器（17）、光学斩波器（25）及锁相放大器（26），测量开始；

步骤四、光学斩波器（25）提取探测光信息并将其转换为电信号作为参考信号输入到锁相放大器（26）中，平衡探测器（24）将所捕捉到的探测光偏振状态变化信息转换为电信号作为输入信号输入到锁相放大器（26）中，对比获得被淹埋在噪声和干扰中的微弱电压信号；

步骤五、计算机（16）反演算法处理得出被测试样空间电荷分布状态。

附图说明

图1为本发明一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台的工作原理图，其中：

1-直流电压源；2-脉冲电压源；3-高压金属导电杆；4-直流绝缘套管；5-BNC接头；6-金属壳体；7-匹配电阻；8-隔离电容；9-金属上电极；10-保护电阻；11-环氧树脂；12-金属下电极；13-半导体层；14-试样；15-弹光取样传感器；16-计算机；17-氦氖激光器；18-分光镜；19起偏器；20-第一反射镜；21-第二反射镜；22-四分之一波片；23-沃拉斯顿棱镜；24-平衡探测器；25-光学斩波器；26-锁相放大器。

图2为弹光取样传感器的结构示意图，其中：

金属电介质反射膜（15-1）；熔融石英晶体（15-2）；聚甲基丙烯酸甲酯（15-3）。

具体实施方案

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于所说明部分，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，如图1所示，包含电脉冲激励信号发生单元和激光探测还原单元，其中：

所述电脉冲激励信号发生单元由脉冲电压源（1）、直流电压源（2）、高压金属导电杆（3）、直流绝缘套管（4）、BNC接头（5）、金属壳体（6）、匹配电阻（7）、隔离电容（8）、金属上电极（9）、保护电阻（10）、环氧树脂（11）、金属下电极（12）、半导体层（13）、试样（14）、弹光取样传感器（15）构成；

所述激光探测还原单元由氦氖激光器（17）、分光镜（18）、起偏器（19）、第一反射镜（20）、第二反射镜（21）、四分之一波片（22）、沃拉斯顿棱镜（23）、平衡探测器（24）、光学斩波器（25）、锁相放大器（26）以及计算机（16）构成；

所述电脉冲激励信号发生单元中，直流电压源（2）通过高压金属导电杆（3）与保护电阻（10）的一端相连，保护电阻（10）可以在直流电压源（2）短路情况下保护仪器和设备；高压金属导电杆（3）外包裹有直流绝缘套管（4），保护电阻（10）的另一端与金属上电极（9）相连；脉冲电压源（1）与金属壳体（6）外的BNC接头（5）相连，接头另一端经隔离电容（8）与金属上电极（9）相连，该隔直电容器（8）可阻隔脉冲发生器产生的直流信号，以使脉冲发生器产生的交流信号通过隔直电容器（8），并作用在待测绝缘材料（14）上；匹配电阻（7）的一端与BNC接头（5）和所述隔离电容（8）的公共端相连，另一端与金属壳体（6）相连接地，匹配电阻（7）对高压脉冲进行阻抗匹配，以减小高压脉冲的反射和振动，提高施加到被测样品上的脉冲电压的幅值；金属上电极（9）与待测绝缘材料（14）之间设置有半导体膜（13），以提供良好的声阻抗匹配，半导电层（13）与绝缘材料（14）试样紧密接触，用以削除界面由于阻抗不匹配造成的压力波衰减现象；与金属下电极（12）紧贴的弹光取样传感器（15）的金属电介质反射膜用来改变探测光的传播方向；

所述激光探测还原单元中，氦氖激光器（17）发出的探测光经过分光镜（18）分成两束光，一束经过斩波器（25）输出与光调制频率同步的电压方波，作为双相锁相放大器（26）的参考信号，另一束经过起偏器（19）得到偏振光，通过反射镜（20）入射到弹光取样传感器（15）中，在电脉冲激励信号发生单元产生的压力波作用下，弹光取样传感器（15）发生应力双折射效应，改变探测光的偏振状态，在第二反射镜（21）作用下入射到四分之一波片（22）中，得到椭圆偏振光，最后经过沃拉斯顿棱镜（23），把椭圆偏振光分成两束振动方向互相垂直的线偏振光，两束线偏振光入射到光电平衡探测器（24）中，探测器将它们的光强差转化为电信号输入到双相锁相放大器（26）中，通过对比参考信号，实现被淹埋在噪声和干扰中的微弱电压信号的精确测量。

本实验平台的特征在于电声脉冲法测量模块中氦氖激光源（17）的应用，即基于光弹效应，利用光学方法测量脉冲激励下空间电荷所产生的压力波以反演绝缘材料内部空间电荷分布特性。

所述分离结构的设计是直流电压（2）与脉冲电压（1）输入接口的分离设计，直流电压输入接口位于金属壳体（6）上表面，通过高压金属导电杆（3）接入；脉冲电压输入接口位于金属壳体（6）侧表面，通过侧表面的BNC接口（5）接入，电压输入接口的分离设计可以减小两电路的相互干扰，提高测量结果的准确性。

所述弹光取样传感器（15）结构为三明治结构，可将电声激励模块与光学探测模块有效结合，其最上层为金属电介质反射膜（15-1），中间层为熔融石英晶体（15-2），最下层为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（15-3）。

所述弹光取样传感器金属电介质反射膜（15-1）是基于铝在高真空条件下，以电子束熔融气化，在薄膜基材表面附着而形成的复合薄膜，其具体制作方法如下：

步骤一、将待镀薄膜基材使用卷筒设备卷成适合真空蒸镀机尺寸的卷筒状，并将操作完成后的薄膜基材穿过冷却辊卷绕在收卷站上；

步骤二、使用真空泵将蒸镀机内部抽真空，使蒸镀室内部的真空度达到4*10^-4mbar以上，并加热蒸发舟使高纯度的铝丝在1300℃-1400℃的温度下融化并蒸发生成气态铝；

步骤三、启动薄膜卷绕系统，当薄膜运动速度适中时，打开挡板使气态铝微粒在移动的薄膜基材表面沉积、冷却，形成一层连续而光亮的金属电介质反射膜；

步骤四：控制金属铝蒸发速度，基材薄膜移动速度以及蒸镀室内的真空度来控制镀铝层的厚度，在铝膜厚度达到约5mm时，关闭蒸镀机，冷却之后，使用展平辊对镀完膜的基材进行展平，在测量光学性能满足要求（氦氖激光反射率95%以上）之后，完成金属电介质反射膜的制备。

所述弹光取样传感器中间层作为光弹效应载体的材料是熔融石英晶体（15-2），其制作方法是基于连续电熔法的一种高效、普遍的制作熔融石英晶体的方法，具体步骤如下：

步骤一、挑选出符合标准要求的石英砂，并将石英砂倒入难熔金属坩埚，打开周围的垂直熔化器，使熔化器周围的电加热元件开始预热；

步骤二、将熔化器内部保持通入9：1含量的氮气和氢气，使熔化器内部拥有弱还原性气氛，避免二氧化硅与难熔金属发生反应。缓慢增加熔化器温度达到1800℃左右；

步骤三、收集从坩埚底部流出的熔融石英，并放入提前准备好的模具中，等待冷却成型；

步骤四、对制作好的熔融石英晶体薄膜进行切割，剖光，并检测其光学性能。

所述弹光取样传感器（15）三明治结构中，使金属电介质反射膜（15-1）、熔融石英晶体（15-2）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（15-3）三部分有机结合的具体制备方法如下：

步骤一、在注塑前，对PMMA颗粒进行干燥处理，否则熔体易出现气泡，气纹，会影响对声波的吸收能力，因此在80-90℃之间，干燥约4小时；

步骤二、设置模具温度为70℃，主流道直径配合内锥度，选择角度为6°，主流道直径9mm，选择排气孔0.05mm深、6mm宽。在针对镀好金属电介质反射膜的熔融石英晶体时，采用多级注射，控制速度为慢-快-慢，以避免产生高度内应力。注射过程中，控制滞留时间不超过10min；

步骤三、对制作完成的传感器进行打磨（PMMA一面），校验，检测其对声波的吸收能力和对氦氖激光的反射能力。要求反射率达到95%以上，声波吸收率达到90%以上。

一种利用上述平台进行的基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，具体操作步骤如下：

步骤一、在下电极中心处滴入硅油，将待测电介质样品（14）放入下电极试样放置层中，再向试样中心滴入硅油，使试样与上电极半导体层（13）和下电极（12）紧密接触；

步骤二、以氦氖激光发生器（17）发射的激光高度为标准高度，使用一系列等高小孔光阑，调节平面反射镜反射角度及俯仰角，保证激光在传播及反射过程中处于同一高度且与光学平台边线处于平行状态；精确调整四分之一波片（22）使平衡探测器（24）输出光程差为零；

步骤三、启动脉冲电压源（1）、直流电压源（2）、氦氖激光发生器（17）、光学斩波器（25）及锁相放大器（26），测量开始；

步骤四、光学斩波器（25）提取探测光信息并将其转换为电信号作为参考信号输入到锁相放大器（26）中，平衡探测器（24）将所捕捉到的探测光偏振状态变化信息转换为电信号作为输入信号输入到锁相放大器（26）中，对比获得被淹埋在噪声和干扰中的微弱电压信号；

步骤五、计算机（16）反演算法处理得出被测试样空间电荷分布状态。

通过对所述基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台的综合分析，发现本方法较传统空间电荷测量方法，在保证测量速度的基础之上具备较高的测量系统带宽，具有进一步发展成为高时空分辨率测量方法的潜力，可为实现特殊应力下绝缘材料荷电特性的精确表征提供全新测量思路。

Claims (6)

1.一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于所述平台包括电脉冲激励信号发生单元和激光探测还原单元，其中：

所述电脉冲激励信号发生单元由脉冲电压源（1）、直流电压源（2）、高压金属导电杆（3）、直流绝缘套管（4）、BNC接头（5）、金属壳体（6）、匹配电阻（7）、隔离电容（8）、金属上电极（9）、保护电阻（10）、环氧树脂（11）、金属下电极（12）、半导体层（13）、试样（14）、弹光取样传感器（15）构成；

所述激光探测还原单元由氦氖激光器（17）、分光镜（18）、起偏器（19）、第一反射镜（20）、第二反射镜（21）、四分之一波片（22）、沃拉斯顿棱镜（23）、平衡探测器（24）、光学斩波器（25）、锁相放大器（26）以及计算机（16）构成；

所述电脉冲激励信号发生单元中，直流电压源（2）通过高压金属导电杆（3）与保护电阻（10）的一端相连，保护电阻（10）可以在直流电压源（2）短路情况下保护仪器和设备；高压金属导电杆（3）外包裹有直流绝缘套管（4），保护电阻（10）的另一端与金属上电极（9）相连；脉冲电压源（1）与金属壳体（6）外的BNC接头（5）相连，接头另一端经隔离电容（8）与金属上电极（9）相连，该隔直电容器（8）可阻隔脉冲发生器产生的直流信号，以使脉冲发生器产生的交流信号通过隔直电容器（8），并作用在待测绝缘材料（14）上；匹配电阻（7）的一端与BNC接头（5）和所述隔离电容（8）的公共端相连，另一端与金属壳体（6）相连接地，匹配电阻（7）对高压脉冲进行阻抗匹配，以减小高压脉冲的反射和振动，提高施加到被测样品上的脉冲电压的幅值；金属上电极（9）与待测绝缘材料（14）之间设置有半导体膜（13），以提供良好的声阻抗匹配，半导电层（13）与绝缘材料（14）试样紧密接触，用以削除界面由于阻抗不匹配造成的压力波衰减现象；与金属下电极（12）紧贴的弹光取样传感器（15）的金属电介质反射膜用来改变探测光的传播方向；

所述激光探测还原单元中，氦氖激光器（17）发出的探测光经过分光镜（18）分成两束光，一束经过斩波器（25）输出与光调制频率同步的电压方波，作为双相锁相放大器（26）的参考信号，另一束经过起偏器（19）得到偏振光，通过反射镜（20）入射到弹光取样传感器（15）中，在电脉冲激励信号发生单元产生的压力波作用下，弹光取样传感器（15）发生应力双折射效应，改变探测光的偏振状态，在第二反射镜（21）作用下入射到四分之一波片（22）中，得到椭圆偏振光，最后经过沃拉斯顿棱镜（23），把椭圆偏振光分成两束振动方向互相垂直的线偏振光，两束线偏振光入射到光电平衡探测器（24）中，探测器将它们的光强差转化为电信号输入到双相锁相放大器（26）中，通过对比参考信号，实现被淹埋在噪声和干扰中的微弱电压信号的精确测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于所述电声脉冲法测量模块中氦氖激光源（17）的应用，即基于光弹效应，利用光学方法测量脉冲激励下空间电荷所产生的压力波以反演绝缘材料内部空间电荷分布特性。

3.根据权利要求1所述的一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于直流电压（2）与脉冲电压（1）输入接口的分离设计，直流电压输入接口位于金属壳体（6）上表面，通过高压金属导电杆（3）接入；脉冲电压输入接口位于金属壳体（6）侧表面，通过侧表面的BNC接口（5）接入，电压输入接口的分离设计可以减小两电路的相互干扰，提高测量结果的准确性。

4.根据权利要求1所述的一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于所述弹光取样传感器（15）结构为三明治结构，其最上层为金属电介质反射膜，中间层为熔融石英晶体，最下层为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。

5.根据权利要求4所述的一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于所述弹光取样传感器金属电介质反射膜是基于铝在高真空条件下，以电子束熔融气化，在薄膜基材表面附着而形成的复合薄膜，其厚度为5mm，对氦氖激光反射率可达到95%以上。

6.一种利用权利要求1-5任意权利要求所述系统进行的一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、在下电极中心处滴入硅油，将待测电介质样品（14）放入下电极试样放置层中，再向试样中心滴入硅油，使试样与上电极半导体层（13）和下电极（12）紧密接触；

步骤二、以氦氖激光发生器（17）发射的激光高度为标准高度，使用一系列等高小孔光阑，调节平面反射镜反射角度及俯仰角，保证激光在传播及反射过程中处于同一高度且与光学平台边线处于平行状态；精确调整四分之一波片（22）使平衡探测器（24）输出光程差为零；

步骤三、启动脉冲电压源（1）、直流电压源（2）、氦氖激光发生器（17）、光学斩波器（25）及锁相放大器（26），测量开始；

步骤四、光学斩波器（25）提取探测光信息并将其转换为电信号作为参考信号输入到锁相放大器（26）中，平衡探测器（24）将所捕捉到的探测光偏振状态变化信息转换为电信号作为输入信号输入到锁相放大器（26）中，对比获得被淹埋在噪声和干扰中的微弱电压信号；

步骤五、计算机（16）反演算法处理得出被测试样空间电荷分布状态。

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