近年来随着电力行业的飞速发展,电力系统电压等级和传输容量得到大幅提高,电场测量在电力系统中的应用场合更为广泛。光学电场传感器具有体积小、动态响应快、测量频带宽、对待测电场干扰小等优点,能克服传统电场传感器的固有缺陷,因而具有光明的应用前景。但目前光学电场传感器未能得到大规模推广应用,主要存在的问题有:温度稳定性问题、直流电场及超低频电场测量问题。本文基于Pockels效应基本原理,设计了一种可用于直流电场及超低频电场测量的新型光学电场传感器——旋转式光学电场传感器。首先,建立旋转式光学电场传感器Pockels效应数学模型,研究BGO传感晶体相位延迟与传感头频率的关系;再结合偏振光系统琼斯计算法推导出旋转式光学电场传感器输出数学表达式,从本质上解释旋转式光学电场传感器的工作原理,为其设计实现提供理论指导。其次,分别搭建BGO晶体Pockels效应有限元仿真模型和旋转式光学电场传感单元有限元仿真模型,利用Comsol仿真软件,分析旋转式光学电场传感器相位延迟量与传感头旋转角度间的关系,研究传感器输出光强变化规律;设计了旋转式光学电场传感器(包括传感头、电机传动装置、旋转光路等部分)的机械结构,基于SolidWorks软件绘制设计图,并制作出传感器实物。然后,设计适用于旋转式光学电场传感器的信号处理算法;基于研制的旋转式光学电场传感器实物搭建实验平台,对传感器进行测试。实验结果表明:所设计的旋转式光学电场调制量幅值与外加电压之间具有良好的线性关系,可用于电场的测量。最后,通过理论推导及仿真分析,深入研究光路系统(包括光源、准直器、光纤滑环、起检偏器、λ/4波片及电光晶体)、电路系统、电场分布、传感头机械结构、振动等因素对旋转式光学电场传感器测量精度及稳定性的影响,并提出相应的补偿措施。