电场是描述电磁场最基本的物理量,因而电场测量在许多领域有着广泛的应用与意义,特别是在电力系统中,精确测得电气设备周围的电场对电力系统的安全与稳定运行有着非常重要的意义。近年来光纤的快速发展,光电技术越来越受到人们的重视,基于光学原理的电场传感器得到了迅速的发展,因其具有尺寸小、精度高、灵敏度好、动态范围大、响应速度快、高带宽等诸多优点,克服了传统有源线圈探头体积庞大、容易漂移,受电磁干扰大等缺点,具有广泛的应用前景和研究价值。本文首先阐述了Pockels电光效应的定义,根据传感器对电光晶体的性能要求确定选用BGO晶体作为电光材料。推导出了BGO晶体电光效应的数学表达式,包括横向调制和纵向调制。分析了光学电场传感器的一般结构,主要分为横向调制和纵向调制两种结构,这两种结构又分别有透射式和反射式两种类型,根据其优缺点,选择透射式横向电场传感器作为本文主要研究与设计对象。分析了光学电场传感器的工作原理,应用数学方法详细分析了其工作过程。根据其数学模型得出了设计光学电场传感器应遵循的基本准则。依据其基本准则,从提高传感器灵敏度、稳定性以及测量准确度出发,用solidwork设计出了传感器的光路结构。为了使传感器获得更好的灵敏度以及稳定性,对组成光学电场传感器所需要电光晶体、偏振片、波片、光纤准直器等光学元件分别进行分析,根据理论结合仿真选择了合适的光学元件,设计出了基于BGO晶体的光学电场传感器。利用基于Labview软件微机信号处理系统对信号进行采集,采用卡尔曼滤波来消除原始信号中的噪声,实现了对一维电场的精确测量。研究了温度变化对所设计的电场传感器稳定性的影响。将所设计的光学电场传感器应用于针针放电试验中,通过探测放电瞬间针针电极之间的电场变化,可以测出针针电极放电电压,实验所测数据与理论计算结果吻合较好,说明所设计的传感器具有实用价值与应用前景。